[아이뉴스24 정종오 기자] 누구나 쉽고 정확한 뇌전도를 측정할 수 있는 헬멧이 나왔다.
기존 뇌전도 측정은 습식·건식 전극 모두 숙련자가 개별전극 위치를 직접 조정해 전극의 접촉 상태를 수동으로 확인해야 한다. 측정 중 움직임이나 착용 상태가 변하면 다시 재조정해야 하는 한계가 있었다.
이러한 한계들로 접촉 상태가 불량한 채널들로 인한 접촉 편차로 측정 신뢰도가 떨어지는 문제가 있었다. 이번에 개발된 기술은 전극별 접촉 상태를 실시간으로 분석하고 필요한 전극만 자동으로 보정해 다채널 환경에서도 균일한 신호 품질을 확보했다.
병원과 재활, 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface) 등 다양한 분야에서 활용되는 뇌전도를 보다 쉽고 안정적으로 측정할 수 있는 ‘자동맞춤형 뇌전도 모니터링 헬멧‘이 개발됐다. 전극의 두피 접촉 상태를 실시간으로 판단하고 자동으로 위치를 보정해 접촉 상태를 안정적으로 유지하는 기술을 적용해 이용자별 두상과 모발 상태 차이에 따른 측정 편차를 줄이고 신뢰성을 높였다.
한국기계연구원(원장 류석현) 대경권융합연구본부 진단센서연구실 이승찬 선임연구원 연구팀이 개발한 헬멧은 32채널 뇌전도 신호를 초당 500회 동시에 측정하고 전극 접촉 상태의 감지부터 기계적 위치 조정과 접촉상태 재확인까지 하나의 시스템으로 구현한 게 특징이다.
32개 채널은 두피 여러 위치의 신호를 함께 측정해 뇌 활동의 공간적 패턴을 파악하는 데 유리하다. 500Hz 샘플링은 시간에 따른 뇌전도 변화를 정밀하게 기록할 수 있도록 한다.
자동맞춤형 뇌전도 모니터링 헬멧은 32채널·500Hz 고해상도 뇌전도 측정 장치와 전극 위치 자동보정 기술을 결합한 형태다. 바이어스 전극으로 전극과 두피의 접촉 상태를 실시간으로 추정한다. 접촉이 불안정한 전극을 자동으로 이동시켜 적정 접촉 상태를 유지한다.
개별 전극마다 목표 조건에 도달하면 전극 이동을 멈추는 폐루프(Closed-loop) 제어 방식과 실시간 접촉 상태 모니터링 알고리즘을 적용했다. 다채널 환경에서도 이용자의 두상과 모발 상태에 관계 없이 안정적 뇌전도 신호 확보가 가능하다.
헬멧을 착용하면 접촉 상태 확인과 전극 보정이 자동으로 이뤄져 숙련자 의존도와 측정 준비 시간을 줄일 수 있다. 측정 중 접촉 상태가 변해도 실시간으로 보정한다. 목표 접촉 상태에 도달하면 전극 이동을 멈춰 과도한 가압에 따른 피부 자극과 착용 불편도 줄일 수 있도록 설계됐다.
재활 훈련이나 뇌-컴퓨터 인터페이스 등 동일한 사용자를 여러 차례 반복 측정해야 하는 환경에서 안정적이고 재현성 있는 신호 확보에 유리하다. 이번 성과는 숙련자와 정적인 실험 환경에 의존해 온 뇌전도 측정을 자동화·표준화해 동작을 동반하거나 반복 측정이 필요한 연구·훈련 현장으로 활용 범위를 넓힐 수 있는 기반을 마련했다.
앞으로 성능과 현장 실증을 거치면 운동 재활과 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI), 가상현실 기반 인지·인간공학 연구, 작업자의 주의·피로 상태 분석 연구 등에 적용할 수 있다.
이승찬 선임연구원은 “뇌전도는 의료와 헬스케어, 인지과학 분야에서 활용 가치가 높은데 전극 접촉 상태를 맞추는 과정이 복잡하고 이용자에 따라 측정 신호 품질이 달라질 수 있다는 한계가 있었다”며 “이번 기술은 전극 접촉 상태를 자동으로 실시간으로 판단하고 보정함으로써 반복 측정이 필요한 환경에서도 보다 쉽고 일관된 뇌전도 데이터를 확보할 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.
/정종오 기자(ikokid@inews24.com)