HAL Id: hal-01519190
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Preprint submitted on 6 May 2017
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John Doemer
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￭ 각각의 실험 참가자와 각각의 상태에 대해 1분 이상 뇌파를 측정하여 가장 이상적인 상태라고 추정되는 30초간의 데이터를 추출하여 데이터 분석에 사용하였다. 평균 초당 600개의 데이터가 생성되므로 각 실험 참가자의 한 가지 상태마다 약 18,000개의 데이 터가 사용되었다.
￭ 뇌파의 구분방법은 학자에 따라 차이가 있으나 여기서는 가장 일반적인 델타파(delta), 세타파(theta), 알파파(alpha), 베타파(beta), 감마파(gamma) 5개로 분류하는 방식을 따 랐다. 각 뇌파의 특성에 대해서는 뒤에 서술한다.
본 실험을 위해 컴퓨터 프로그램을 작성한 이유에 대해 부연설명을 하면, 본 실험에서 사 용된 NeuroSky사의 뇌파측정장치 MindWave는 합성뇌파의 시간영역에서의 세기(진폭)를
raw data로 제공해준다. 정확히 말하면 합성뇌파를 초마다 샘플링 한 값이다. 즉 x축의
값은 시간이고 y축의 값은 세기(정확한 물리량은 volt)이다.
수를 이용하였으며 [표 3]에 주어진 주파수에 따른 뇌파의 종류에 따라 해당되는 주파 수 대역의 값을 적분하여 뇌파의 종류별 세기를 구하였다. 나. 실험 결과 5명의 피실험자의 4가지 상태에 대한 뇌파값의 크기를 절대값과 상대크기로 표시하였다. 절 대값은 각 실험자별로 30초 뇌파 데이터를 평균한 것이고 상대크기는 4가지 뇌파 중에서 가장 적은 뇌파의 크기에 대한 상대적인 크기를 표시한 것이다. 먼저 수면상태에서의 뇌파값을 살펴본다. 아래는 1번 피실험자의 수면 상태에서의 뇌파값 파형을 나타낸 것이다. [그림 7] 수면상태에서의 뇌파 파형 수면상태에서는 두뇌 활동이 거의 없어 상대적으로 주파수가 낮은 델타파가 많이 검출됨 을 알 수 있다. 아래 표에서 알 수 있듯이 뇌파값의 크기는 피 실험자마다 다르지만 모든 실험자에게서 델타파의 상대크기가 가장 큰 것을 알 수 있다. 델타파의 상대크기가 가장 작 은 4번 피실험자의 경우에도 델타파의 상대크기는 약 28배로 세타파의 상대크기인 약 15보 다 약 2배 정도 큰 것을 알 수 있다. 그리고 3번 피실험자의 경우 델타파의 상대크기는 약 96배로 세타파의 크기인 약 16배와 비교할 때 월등하게 차이가 남을 알 수 있다.
피실험자 구분 Delta Theta Alpha Beta Gamma
다음은 휴식상태에서의 뇌파값의 파형이다. [그림 8] 휴식상태에서의 뇌파 파형 아래 표에서 보듯이 휴식(약간 졸린) 상태의 경우 수면 상태만큼은 아니지만 두뇌 활동이 거의 없기 때문에 델타파가 가장 크게 나타난다. 그러나 수면 상태와 비교하면 델타파의 상 대크기가 크게 줄어들었다. 수면 상태에서의 델타파 상대크기의 전체평균이 약 58이나 휴식 상태에서의 델타파 상태크기의 전체평균은 10으로 크게 줄어들었다.
피실험자 구분 Delta Theta Alpha Beta Gamma
다음은 명상상태에서의 뇌파 파형이다.
[그림 9] 명상상태에서의 뇌파 파형
아래 표에서 보듯이 명상상태의 뇌파 데이터는 휴식(약간 졸린) 상태의 뇌파 데이터와 유 사한 구성을 보이고 있다.
피실험자 구분 Delta Theta Alpha Beta Gamma
다음은 집중상태에서의 뇌파 파형이다. [그림 10] 집중상태에서의 뇌파 파형 집중상태에서의 뇌파를 다른 상태와 비교하면 베타파의 특징이 두드러짐을 알 수 있다. 수면상태의 경우 알파파에 대한 베타파의 상대크기의 비율은 약 56%이며, 휴식상태인 경우 에는 71%이며, 명상상태의 경우에도 71%이다. 그러나 집중상태의 경우에는 83%로 그 값이 상대적으로 높다. 즉 다른 상태에 비해 집중상태에서 베타파가 상대적으로 많이 발생한다는 것을 알 수 있다.
피실험자 구분 Delta Theta Alpha Beta Gamma
③ 실험 결과 ￭ 피 측정자간에 뇌파 power spectrum의 절댓값에 차이가 있었다. ￭ 서로 다른 피 측정자가 같은 상태에 있을 경우 피 측정자의 뇌파의 power spectrum에 는 유사한 경향성을 찾을 수 있었다. 예를 들면 수면상태인 경우 모든 피 측정자에게 서 델타파가 매우 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. ￭ 같은 집중상태인 경우에는 집중의 종류가 다르다 하더라도 뇌파의 패턴에는 유의미한 변화를 찾을 수 없었다.
6. 결론 및 향후계획
가. 결론 및 느낀 점 뇌파가 사람의 기분이나 상태에 따라 다른 패턴을 보이는 것은 실험적으로 확인할 수 있 었다. 그러나 집중상태에서 집중의 대상이나 내용이 다르더라도 이것이 뇌파를 통해 구분될 정도는 아니었다. 실제로 피 실험자가 왼쪽으로 회전하는 생각을 할 때와 오른쪽으로 회전 하는 생각을 할 때를 뇌파를 통해 구분할 수는 없었다. 본 실험을 통해 알 수 있었던 사실 은 뇌파를 통해 그 사람의 기분이나 상태를 추측할 수는 있어도 뇌파를 이용하여 사물을 제어하기 위해서는 생각하는 사람의 뇌파를 측정하는 것만으로는 부족하다는 것이다. 나. 향후계획 본 실험의 결론이 보급형 뇌파측정장치를 사용한 데에 따른 실험의 한계일 수 있다는 생 각이 들었다. 뇌파는 사방으로 전파되지만 이 실험에 사용된 측정장치는 사방으로 나가는 뇌파의 극히 일부만을 감지할 수 있다. 따라서 향후에 좀 더 정밀하고 넓은 범위에서 뇌파 를 측정할 수 있는 뇌파측정장치로 뇌파측정 실험을 하여 이번 실험의 결과와 비교할 계획 이다.7. 참고 자료
가. 참고 문헌 신종홍(2013); 쉽게 배우는 신호 및 시스템; 한빛아카데미 김명진(2014); 신호와 시스템; 생능출판 함기선, 신문균, 최흥식(1997); 신경생리학; 현문사Munian, S., Sivalingam, S., & Jayaraman, V. (2014, May 12). Analysis of Real Time EEG Signals Author. Linnaeus University. oai:DiVA.org:lnu-34164
mixture of expert model. Expert Systems with Applications, 32(4), 1084-1093. doi:10.1016/j.eswa.2006.02.005
Guger, C., Ramoser, H., & Pfurtscheller, G. (2000). Real-time EEG analysis with subject-specific spatial patterns for a brain-computer interface (BCI). IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering IEEE Trans. Rehab. Eng., 8(4), 447-456. doi:10.1109/86.895947
Slosarcik, L. (2015, July). Using the FFT on Sigma-Delta ADCs. Freescale Semiconductor, Inc.
Retrieved from http://cache.nxp.com/files/32bit/doc/app_note/AN4847.pdf
Kirmizi-Alsan, Elif; Bayraktaroglu, Zubeyir; Gurvit, Hakan; Keskin, Yasemin H.; Emre, Murat; Demiralp, Tamer (2006). "Comparative analysis of event-related potentials during Go/NoGo and CPT: Decomposition of electrophysiological markers of response inhibition and sustained attention". Brain Research. 1104 (1): 114–28. doi:10.1016/j.brainres.2006.03.010. PMID 16824492.
Recommendations for the Practice of Clinical Neurophysiology: Guidelines of the International Federation of Clinical Physiology (EEG Suppl. 52) Editors: G. Deuschl and A. Eisen q 1999 International Federation of Clinical Neurophysiology. All rights reserved. Published by Elsevier Science B.V.
How to convert raw values to voltage? (n.d.). Retrieved August 20, 2016, from http://support.neurosky.com/kb/science/how-to-convert-raw-values-to-voltage
나. 그림 참고
[그림 4] 그래프 작성 툴 : Nucalc Graphing Calculator. (n.d.). Retrieved August 14, 2016, from http://www.pacifict.com/
[표 2] : Hypnotic Entrainment and Induced Trance States. (n.d.). Retrieved August 15, 2016, from
http://psychedelic-information-theory.com/Hypnotic-Entrainment-and-Induced-Trance-States
