분야
hwp1)정의
2)신경 공학의 역사
3)연구 분야의 예
①두뇌-컴퓨터 인터페이스[BCI](Brain-computer Interface)
②MEA(Microelectrode Array)
ⅰ) MEA란 무엇인가?
ⅱ) MEA의 기능
4)참고문헌
1)정의
이하 신경공학은 최근에 만들어진 학문의 한 분야로서 물리학, 생물학, 기계공학, 전자전기 공학 등 다양한 학문이 종합되어 있는 학문이다.
연구 분야로는 신경과학(주로 행동, 학습에 관한 신경조직연구), 신경기능에 대한 공학적 해석방법 그리고 신경학적인 문제의 한계와 기능장애 문제의 해결방법 모색 등이 있다.
신경공학의 주요 목적으로는 신경과학과 관련된 문제를 해결하고 신경조직 시스템의 복원 방법 연구 등이 있으며 특히 신경조직 시스템의 계통적 분류와 공학적 방법이 강조된다. 또한 신경공학은 신경 생리학과 같은 전통적인 생명공학의 분야와 비교해서 신경생리학과는 달리 서로 다른 두 학문이 완벽하게 결합되어 있다는 점에서 구분 될 수 있다.
2)신경 공학의 역사
신경공학은 비교적 새로운 분야로서 그 역사가 그다지 깊지 않다. 또한 관련된 정보와 연구가 제한되어 있고 여러 학문과 연계되어 있는 학문적 특징 때문에 급격히 변화 하고 있는 실정이다. 하지만 공학 기술의 발달, 인간의 생명 연장 등 여러 가지 요인으로 인하여 앞으로 크게 발전 할 가능성을 가지고 있는 학문이다.
3)연구 분야의 예
①두뇌-컴퓨터 인터페이스[BCI](Brain-computer Interface)
인간의 두피에서 측정 가능한 자발적 전기 활동인 뇌파는 두뇌 활동의 변화를 시간적 공간적으로 파악하는 수단으로서, 1929년 Hans Berger에 의해 최초로 기록된 후 임상과 뇌기능 연구에서 폭 넓게 사용되어 왔다. BCI의 수단으로서 뇌파의 장점과 단점은 아래와 같이 요약될 수 있다.
(¡) 장점
- 자발적인 생체신호이므로 측정 비용이 저렴하다.
- 비침습적 측정을 하므로 인체에 무해하다.
- 뇌내 정보처리에 대한 실시간 정보 제공이 가능하다.
(ⅱ) 단점
- 잡파의 혼입이 불가피하다.
- 체 전달(volume conduction)로 인한 정보의 손실이 있으며 분석의 어려움이 존재한다.
강한 자기장을 거는 fMRI(functional Magnetic Resonance Imaging)나 방사성 물질이 투입되는 PET(Positron Emission Tomography)와는 달리 뇌파는 신경세포들의 자발적인 전기적 활동의 총합을 측정하는 것이므로 측정 비용이 저렴하다. 또한 인터페이스로서의 활용을 생각할 때, 일반인이 미세전극을 뇌내에 삽입하는 위험을 감수할 가능성은 매우 적으며, fMRI나 PET, MEG(Magnetoencephalogram) 등과 같은 거대 고가의 장비가 사용자 인터페이스용으로 활용될 가능성도 매우 희박하다. 최근 각광 받는 fMRI가 수 초의 시간 해상도를 갖는 것에 비해 뇌파는 수 밀리초 단위로 두뇌 활동에 대한 실시간 정보를 제공할 수 있다.
위에서 언급한 장점과는 달리 BCI 활용에 장애물도 있다. 뇌파 측정시 혼입되는 눈 깜박임이나, 침 삼키기 등에 의한 근전도, 호흡 등에 의한 잡파의 혼입은 회피하기 어렵다. 최근에 도입된 독립성분분석(Independent-Component Analysis: ICA)에 의해 정보를 제공하는 원천이 다른 신호를 분리하기도 하지만, 실시간 필터로서의 역할에는 극복해야 할 문제가 남아 있는 것으로 판단된다. 또한 1011개로 추산되는 신경세포들의 전기 활동의 총합 과정과 두피까지의 체 전달 과정에서 발생하는 정보 손실로 인해 특정 신경세포 집단의 활동을 측정할 수 있는 미세전극에 비해 애매모호한 정보를 준다는 단점이 있다. 그러나 사용자에게 부담을 주지 않는 새로운 뇌 활동 계측 방법이 등장하지 않는 한, 사용자 인터페이스로서의 활용성 측면에서는 뇌파가 독보적인 장점을 갖고 있다고 하겠다.
뇌파 기반 BCI 기술이 범용성을 갖기 위해서는 다음과 같은 사항이 요구된다. 첫째로, 사용자 편이성이 요구된다. 아무리 인간의 의사를 분별할 수 있다 하더라도 두피 전반에 걸쳐 많은 전극을 전도성 풀로써 부착하는 것은 사용자 인터페이스 측면에서는 활용성을 크게 떨어뜨린다. 따라서 머리띠 형으로 배치된 전극들에서 측정되는 뇌파를 이용하여 분별할 수
①뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 동향 / (류창수외 3인 공저)
2001.07.25 / 정보통신연구진흥원 / 발행정보 주간기술동향 1006호
원문파일 http://www.itfind.or.kr/WZIN/jugidong/1006/100601.htm
② 전자공학학회지 2007. 9 월호 /Brain on a Chip 구현을 위한 MEA 기술의 현황과 전망
남윤기 저 /
