뇌파? 뇌전도?

TV나 각종 매체를 통해서 뇌파라는 말을 보았을 텐데요. 뇌파의 뜻은 뇌의 파동이며, 이것은 뇌에서 발생하는 전기의 흐름이라고 보시면 됩니다. 또한 이 전기의 흐름은 신경계 중에서도 '뇌신경' 사이에서 신호가 전달할때 발생하게 되게 되어있습니다.

5개의 파장

뇌에서는 아래 다섯 종류의 파장을 띄고 있으며, 각각의 특징을 지니고 있습니다. 파장들은 신체의 상태에따라 다양한 형태로 발산하며, 발산된 파장을 이용하여 다양한 응용프로그램에 활용을 하게 됩니다. 이 부분이 BCI를 구성하는데 핵심기술인듯 하네요.

1) 감마파
2) 베타파
3) 알파파
4) 세타파
5) 델타파

보다 자세한 설명을 돕기 위해서 뉴스의 내용을 스크랩하였습니다. (출처: 뇌파로 사람의 마음을 읽다)

뇌파의 주파수에 따라 델타(δ)파, 세타(θ)파, 알파(α)파, 베타(β)파, 감마(g)파 5종류로 구분한다.

델타파는 주파수 0.2~4Hz로 1초 동안 0.2~4번 진동하여 5종류의 뇌파 중 가장 적게 진동한다. 델타파는 아주 깊은 수면이나 깊은 명상, 또는 의식 불명 상태일 때 나타난다. 만약 깨어 있는 사람에게서 평균보다 델타파가 많이 나타난다면 대뇌피질 부위에 악성 종양이 있을 수 있다.

세타파는 주파수 4~8Hz로 초당 4~8번 정도 진동한다. 창의적인 생각이 일어나는 순간이나 정서 안정 또는 잠에 빠져드는 과정에서 주로 나타난다. 성인보다는 어린이에게 더 많이 나타나며 명상하는 동안에도 나타난다.

알파파는 주파수 4~8Hz로 초당 8~13회 정도 진동한다. 마음이 편안하고 안정 상태에 있을 때 나타나는 뇌파이다. 특히 눈을 감고 편안한 상태에 있을 때 안정된 알파파가 나타난다. 알파파는 눈을 뜨면 약해지고 감으면 강해지기 때문에 뇌의 시각 영역과 연결된다고 추측된다. 또한, 유아나 노인의 경우에는 알파파의 주파수가 8~9Hz로 비교적 느린 진동을 나타낸다.

베타파는 주파수 13~30Hz로 초당 13~30번 정도 진동한다. 대체로 눈을 뜨고 생각하고 활동하는 동안 나타나는 뇌파이다. 특히, 불안하거나 긴장한 상태, 복잡한 계산을 처리할 때에 자주 나타난다. 생각이 많거나 걱정을 할 때도 나타난다.

마지막으로 감마파는 초당 40회 정도로 가장 빠르게 진동한다. 초조한 상태이거나 깊은 주의집중이 이뤄질 때 잘 나타난다.

흥미로운 신호 P300

앞서 말한 5개의 파장외에도 눈여겨볼 부분은 유별전위 중 하나인 P300입니다. 흥미로운 것은 이 전위는 외부에서 자극이 주어지고 뇌에서 300ms만에 발생이 되는데요. 해당 전위의 이름또한 300ms에서 착안하여 P300이라고 명명하였다고 하네요.

이 신호는 거짓말을 하기도 전에 뇌에서 발생하는 신호이기 때문에 사람의 정확한 의사를 도출할때 활용이 되는듯 하네요.  이를 활용해서 다양한 분야에 활용을 하고 연구가 진행중인데 BCI를 공부중인 저에게는 관심이 갈 수 밖에 없는 분야인듯합니다!

* P300  활용사례
   1) 거짓말 탐지기 (관련링크)
   2) 뇌파를 이용한 보안 (관련링크)

분석은 RAW하게

나는 보통 프로젝트를 진행하면 대상이 뭐든간에 raw하게 접근하고 관련된 것들을 찾아본다.

raw하게 보는건 사서 삽질을 하는건데, 이러면서 배우는게 생각보다 많고 은근히 재미있다!!

사서 삽질한 내역들을 대충 보면 이러하다.

  - GPU keylogger프로젝트할때 커널 소스 분석 및 커널 구조 공부

  - 응용프로그램 or 각종 서비스의 작동 원리가 궁금해서 진행한 바이너리 리버싱

  - 등등..

이번 프로젝트에서도 raw단부터 분석을 할거고 대상은 장비 내부의 EEG칩셋(TGAM1) 정도만 볼거다.

그리고 해당 장비의 메인 칩셋을 분석하는 이유는 간단하다.

  - EEG 측정 장비를 만들어보고 싶었고

  - 해당 장비와 아두이노(또는 기타 kit)를 연결할 일이 있을듯 해서!

하지만 이런 이유를 떠나서, 장비를 열어보고 나니 별게 없다는걸 깨닳았다.

단지 느낀점은 "아 이렇게 생겨먹었구나" 정도..?

이 게시글에서 여기까지만 읽어도 많이 읽은거다.

솔직히 밑에는 더 읽을것도 없고 얻어갈 정보도 없으니,

할 일이 많은 분들은 여기까지만 읽고 돌아가도 좋을법하다! (적극추천)

뚜껑 개봉

     - NeuroSky에서 제작한 EEG(뇌파)를 측정하는 메인 칩셋

     - ThinkGear ASIC Module의 준말

     - 참고 : TGAM1 Spec Sheet 

  3) 파란색 연장선

     - EEG Electrode "EEG" : 뇌파측정 단자

     - Reference electrode "REF" : 기준전극을 잡기위한 단자

앞서 말했듯이

다시 시작

그 후로 바쁘고 정신없는 시간을 보내고 그나마 여유로워진 지금,

다시 프로젝트를 시작해보려 한다

환경구축

 

 

아래 이미지는 제품 본체의 모습인데.......분해하기 전에 찍은 사진이 없어서 해당 사진을 업로드한다.

앞으로 편한 테스트를 위해 더 분해되지 않을까 싶다 -ㅅ-

 

위의 이미지에서 헤드셋을 Y자로 봤을때 각 기능을 간단히 보자면 이러하다.

  1) 왼쪽 위로 뻗은 "굽은 플라스틱"

      - 뇌파측정 센서

      - 이마에 접촉되는 부분

  2) 오른쪽 위로 뻗은 "집게"

      - 기준전극을 잡기위한 센서

      - 귓볼에 부착

  3) 아래의 "둥근 부분"

      - 머리 고정용

 

향후 본 제품은..

앞으로 해당 장비는 제조사가 기본으로 제공해주는 프로그램을 사용할게 아니라, 씹고 뜯고 맛보고(?)  즐길 예정이다.

씹뜯맛즐할 리스트는 이렇다.

  - 제품의 내부 구조 파악

  - 제품->PC로 전송되는 뇌파데이터 분석

  - EEG를 활용한 응용프로그램 개발

  - 궁극적으로는 EEG를 이용한 해킹/보안 관련 아이디어 도출

 

오랜만에 재밌는 프로젝트를 시작해서 두근두근하고 앞으로가 기대되는 프로젝트기도 하다.

다음 포스팅은 해당 장비의 내부구조를 간단히 다룰 예정이다.

(출저: http://www.iflscience.com/brain/direct-brain-brain-communication-used-humans/)

우선

해당 글의 카테고리가 "EEG & BCI"인데, 처음 접하는 분야이다보니 카테고리 이름도 맞는지 모르겠다 ㅋㅋㅋㅋ

(추후에 아니다싶으면 바꾸는걸로하고,,)

끄적끄적

최근들어서 뇌파(EEG), BCI(Brain-Computer Interface)에 눈길이 가고 있다.

(기반 지식이 다져진다면 brain to brain_/*일종의 텔레파시*/_도 해보고 싶은 연구하고 싶은 분야이다.)

사실 해당 분야는 영화나 만화에서만 존재할법했는데, 이미 많은 연구가 이루어지고 있는듯 하다.

먼 미래에는 뇌에 칩셋을 이식하거나 헤어밴드 식으로 장비를 가지고 다니면서

생각하는데로 다른 장치를 조정하는 기술이 보편화될것인데(추측),

이 제품이 해킹된다면?...뇌를 해킹하는 엄청난 일을 초래할 수 있다.

해당 연구의 궁극적인 목표는 "뇌를 해킹하자"인데, 아무런 지식이 없는 나로써는 흥미로우면서도 한편으로는 위험한 목표이다.

따지고 보면 뇌를 해킹하는게 아닌 뇌와 연결된 칩셋을 해킹하는거지만,

혹여나 신체에 이상이 가지 않을까? 라는 조심스러운...

무튼...보안을 하든 해킹을 하든 해당 시스템의 원리를 파악하는게 먼저이지 않을까 싶다.

그래서 1차적인 목표는 각종 문서를 참고하면서 BCI 장비를 제작해보는 것 이다.

1) EEG(뇌파)를 뽑을 수 있는 장비구축

2) EEG 신호를 받아서 데이터 가공하기

3) 다른 장비로 확장해보기

일단 이정도를 목표로 해서 '뇌 해킹' 세계에 발을 담아본다.

물론

해당 분야는 전문가들이 몇 년에 걸쳐서 도출해낸 기술이다.

이 대단한 것을 혼자서 이끌어나갈 수 있을지는 의문이지만

재미있는 분야이기 때문에 충분히 의미있는 일이라고 생각한다.

참고

아래의 글&링크는 "EEG Hacker(http://eeghacker.blogspot.kr/)"") 블로그에서 따온 내용이다.

이 사람이 처음 시작할때 첨고했던 링크들을 공유해둔...친절한 분 :D

* 원본: http://eeghacker.blogspot.kr/2013/10/eeg-hacking-begins.html

Wikipedia:

물론, 모든 사람들은 위키피디아 페이지에서 시작합니다. 괜찮은 페이지예요. 좋은 소개가 되기에는 너무 깁니다. 저는 EEG의 역사에 대한 그것의 토론이 흥미롭다고 생각합니다. 그리고 저는 다른 EEG 주파수 대역에 대한 토론을 좋아합니다. 슬프게도, EEG를 실제로 하는 방법에는 그다지 도움이 되지 않습니다.
- http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography

EEG Setup:

매우 기본적인 해커 스타일의 EEG를 어떻게 하는지 간단히 설명할 수 있는 방법은 없습니다. 제가 그걸 고쳐야겠어요. 그 때까지 우리는 다른 사람들의 설명으로 꼼짝도 하지 않아요.
여기 EEG의 여러 측면에 대해 이야기하는 괜찮은 링크가 있습니다. 하지만 저는 전극, 전극 배치, 그리고 전형적인 EEG 유물의 사진을 좋아합니다. 특히 눈 움직임의 사진을 좋아합니다.
- http://www.medicine.mcgill.ca/physio/vlab/biomed\_signals/eeg\_n.htm

BCI2000 사람들은 또한 많은 좋은 정보를 가지고 있다. 다음은 전극, 배치 및 일반적인 신호 아티팩트에 대한 기본 사항입니다.
http://www.bci2000.org/wiki/index.php/User\_Tutorial:EEG\_Measurement\_Setup

Typical EEG Signals:

위의 링크는 특히 EEG 시스템에 의해 수집되는 바람직하지 않은 신호인 artifacts의 대표적인 신호에 대해 언급하였다. 이러한 공예품들은 보통 뇌 활동과 관련이 없으며, 이것이 그들이 나쁘다고 여겨지는 이유이다.
EEG의 실제 뇌 신호는 종종 주파수 내용에 기초하여 논의되고 분석됩니다. 이것들은 소위 알파파, 베타파, 테타파 등입니다. 위의 위키피디아 페이지는 이러한 다른 주파수 대역에 대해 설명합니다. 아래 링크도 마찬가지입니다.
- http://emedicine.medscape.com/article/1139332-overview#aw2aab6b3
EEG 신호를 논하는 또 다른 방법은 파장의 모양에 의한 것이지 주파수 내용물에 의한 것이 아니다. 이것은 파도의 형태학이다. EEG 신호의 일부 형태학적 특징:
- http://emedicine.medscape.com/article/1139332-overview#aw2aab6b3

Finally,

다음은 EEG에서 볼 수 있는 몇 가지 일반적인 유형의 신호에 대한 보다 공식적인(구체적이고 상세한!) 토론입니다. 알파파에 대해 논의하는 데 많은 시간을 할애합니다.
- http://www.ccs.fau.edu/~bressler/EDU/NSP/References/Niedermeyer\_1999.pdf