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EEG 정의

EEG는 “electroencephalography(뇌전도)”의 약자로, 뇌의 전기적 활동을 기록하는 전기생리학적 과정입니다. EEG는 뇌가 생성하는 전기 활동의 변화를 측정합니다. 전압 변화는 뉴런이라고 불리는 일부 뇌세포 내부와 그 사이의 이온 전류에서 비롯됩니다.

EEG란 무엇인가?

EEG 검사는 뇌의 전기적 활동을 평가합니다. EEG 스캔은 EEG 센서—작은 금속 디스크로, EEG 전극이라고도 함—를 두피에 부착하여 수행합니다. 이 전극들은 뇌의 전기 활동을 감지하고 기록합니다. 수집된 EEG 신호는 증폭되고, 디지털화된 다음, 저장과 데이터 처리를 위해 컴퓨터나 모바일 기기로 전송됩니다.

EEG 데이터를 분석하는 것은 인지 과정을 연구하는 데 매우 탁월한 방법입니다. 이는 의사가 의학적 진단을 내리는 데 도움을 주고, 연구자가 인간 행동의 기반이 되는 뇌 과정을 이해하며, 개인이 생산성과 웰빙을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있습니다.

EEG는 어떻게 작동하는가?

뇌 속 수십억 개의 세포는 매우 작은 전기 신호를 생성하며, 이것이 브레인웨이브(brainwave)라고 불리는 비선형 패턴을 이룹니다. EEG 기기는 EEG 검사 동안 대뇌 피질, 즉 뇌의 바깥층에서 발생하는 전기 활동을 측정합니다. EEG 센서는 참가자의 머리에 배치되고, 전극은 피검자의 뇌파를 비침습적으로 감지합니다.

EEG 센서는 단 1초 안에 뇌에서 생성되는 전기 활동의 수천 개에 이르는 스냅샷을 기록할 수 있습니다. 기록된 뇌파는 증폭기를 거쳐, 그다음 컴퓨터나 클라우드로 전송되어 데이터를 처리합니다. 물결 모양의 선처럼 보이는 증폭된 신호는 컴퓨터, 모바일 기기 또는 클라우드 데이터베이스에 기록될 수 있습니다.

클라우드 컴퓨팅 소프트웨어는 EEG 데이터 처리에서 중요한 혁신으로 여겨지며, 대규모 기록을 실시간으로 분석할 수 있게 해줍니다. EEG 측정 초기에는 파형이 단순히 그래프 용지에 기록되곤 했습니다. 학술 및 상업 연구에서의 EEG 시스템은 일반적으로 데이터를 시계열로, 또는 연속적인 전압 흐름으로 보여줍니다.

그래프 용지에 기록된 EEG 파형

디지털로 기록된 EEG 파형

현대 뇌 시각화 소프트웨어의 EEG 파형

뇌의 전기 활동을 지도화하려면, 뇌 표면 전체에 위치한 다양한 피질 구조를 통해 얻은 신호로부터 EEG 측정값을 수집하는 것이 더 좋습니다.

현대 뇌 시각화 시계열 그래프의 EEG 파형

EEG가 측정하는 뇌파의 종류

EEG 장치의 전극은 다양한 EEG 주파수로 나타나는 전기 활동을 포착합니다. Fast Fourier Transform(FFT)이라는 알고리즘을 사용하면, 이러한 원시 EEG 신호를 서로 다른 주파수를 가진 개별 파형으로 식별할 수 있습니다. 전기 진동의 속도를 의미하는 주파수는 초당 사이클로 측정되며, 1 헤르츠(Hz)는 초당 1사이클과 같습니다. 뇌파는 주파수에 따라 Beta, Alpha, Theta, Delta의 네 가지 주요 유형으로 분류됩니다.

다음 문단에서는 네 가지 주요 뇌 주파수와 관련된 몇 가지 기능을 설명합니다. 이러한 기능들은 단지 서로 다른 뇌 주파수와 연관된 것으로 밝혀졌을 뿐이며, 특정 주파수 대역과 뇌의 특정 기능 사이에 일대일 선형 대응 관계가 있는 것은 아닙니다.

베타 파형(주파수 범위 14 Hz ~ 약 30 Hz)

베타 파형은 의식이 있거나 깨어 있고, 주의력이 높으며 경계하는 상태와 가장 밀접하게 연관됩니다. 낮은 진폭의 베타 파형은 능동적인 집중, 또는 바쁘거나 불안한 정신 상태와 관련됩니다. 베타 파형은 또한 운동 결정(움직임 억제 및 운동의 감각 피드백)과도 연관됩니다. EEG 장치로 측정할 때 이러한 신호는 종종 EEG 베타 파형이라고 불립니다.

알파 파형(주파수 범위 7 Hz ~ 13 Hz)

알파 파형은 종종 이완되고, 차분하며, 명료한 정신 상태와 연관됩니다. 알파 파형은 뇌의 후두부와 후방 영역에서 발견될 수 있습니다. 알파 파형은 눈을 감고 휴식을 취함으로써 유도될 수 있으며, 사고, 정신 계산, 문제 해결과 같은 강도 높은 인지 과정 중에는 거의 나타나지 않습니다. 대부분의 성인에서 알파 파형의 주파수 범위는 9~11 Hz입니다. EEG 장치로 측정할 때 이것들은 종종 EEG 알파 파형이라고 불립니다.

세타 파형(주파수 범위 4 Hz ~ 7 Hz)

4~7 Hz의 주파수 범위에 속하는 뇌 활동은 세타 활동이라고 합니다. EEG 측정에서 감지되는 세타 리듬은 젊은 성인에게서 자주 발견되며, 특히 측두부 영역과 과호흡 중에 나타납니다. 고령자에서는 약 30밀리볼트(mV)보다 큰 진폭의 세타 활동이 졸림 상태를 제외하면 덜 흔하게 관찰됩니다. EEG 장치로 측정할 때 이것들은 종종 EEG 세타 파형이라고 불립니다.

델타 파형(주파수 범위 최대 4 Hz)

델타 활동은 주로 영아에게서 발견됩니다. 델타 파형은 나이가 있는 대상자에서는 깊은 수면 단계와 연관됩니다. 델타 파형은 발작 사이의 간기(interictal) 동안, 즉 발작과 발작 사이에 결신발작 환자에서 기록된 바 있습니다. 결신발작은 주의력의 짧고 갑작스러운 소실을 수반합니다.

델타 파형은 저주파(약 3 Hz), 고진폭 파형으로 특징지어집니다. 델타 리듬은 각성 상태에서도 나타날 수 있으며, 눈을 뜨는 자극에 반응하고 과호흡으로 인해 강화될 수도 있습니다. EEG 장치로 측정할 때 이것들은 종종 EEG 델타 파형이라고 불립니다.

EEG 파형을 사용해 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하기

EEG는 무엇을 보여주는가?

당신의 뇌는 잠을 자고 있을 때조차도 끊임없이 정보를 흡수하고 처리하고 있습니다. 이 모든 활동은 EEG 센서가 감지하는 전기 신호를 생성합니다. 이를 통해 움직임이나 얼굴 표정 같은 눈에 보이는 행동 반응이 없더라도 뇌 활동의 변화를 포착할 수 있습니다.

EEG 모니터는 당신의 뇌가 만들어내는 전기의 변화를 측정할 뿐, 생각이나 감정을 읽지는 않습니다. 또한 뇌로 어떠한 전기도 보내지 않습니다.

뇌의 주요 피질 전반에 걸친 활동을 감지하는 것은 고품질 EEG 데이터를 얻기 위해 매우 중요합니다. 결과는 외부 자극의 영향을 받는 감정 상태를 평가하는 대리 지표가 될 수 있습니다.

EEG의 간략한 역사

뇌의 전기 활동 현상에 대한 연구는 1875년까지 거슬러 올라가며, 당시 의사 Richard Caton은 British Medical Journal에 토끼와 원숭이를 대상으로 한 실험 결과를 발표했습니다.

1890년에는 Adolf Beck가 감각 자극을 시험하기 위해 개와 토끼의 뇌 표면에 전극을 직접 배치했습니다. 변동하는 뇌의 전기 활동을 관찰한 그의 연구는 뇌파 발견으로 이어졌고, EEG가 하나의 과학 분야로 자리 잡는 데 기여했습니다.

독일의 생리학자이자 정신과 의사인 Hans Berger는 1924년에 최초의 인간 EEG 뇌파를 기록한 공로로 알려져 있습니다. Berger는 EEG 신호를 기록하는 장치인 뇌전도기(electroencephalogram)를 발명했습니다. 저자 David Millet는 그의 책 “EEG의 기원”에서 이 발명을 “임상 신경학 역사상 가장 놀랍고, 주목할 만하며, 획기적인 발전 중 하나”라고 설명했습니다.

최초의 인간 EEG 기록은 1924년 Hans Berger에 의해 얻어졌습니다. 위쪽 신호는 EEG이고 아래쪽은 10 Hz 타이밍 신호입니다.

인간에게서 최초로 EEG 뇌파를 기록한 Hans Berger.

임상 뇌전도학 분야는 1935년에 시작되었습니다. 이는 신경과학자 Frederic Gibbs, Hallowell Davis, William Lennox의 연구에서 비롯되었으며, 간질성 스파이크, 간기 스파이크-파형, 그리고 임상적 결신발작 EEG의 세 주기와 관련이 있었습니다. Gibbs와 과학자 Herbert Jasper는 간기 스파이크가 간질의 뚜렷한 특징이라고 결론지었습니다. 최초의 EEG 실험실은 1936년 Massachusetts General Hospital에 문을 열었습니다.

1947년에는 현재 The American Clinical Neurophysiology Society로 알려진 American EEG Society가 설립되었고, 첫 번째 국제 EEG 학회가 열렸습니다.

1950년대에 William Grey Walter는 EEG를 보조하는 EEG 토포그래피를 개발했으며, 이를 통해 뇌 표면 전반의 전기 활동을 지도화할 수 있었습니다. 이는 1980년대에 인기를 끌었지만, 주류 신경학에는 도입되지 않았습니다.

Stevo Bozinovski, Liljana Bozinovska, Mihail Sestakov은 1988년에 EEG 기계를 사용해 물리적 물체를 제어하는 데 성공한 최초의 과학자들이었습니다. 2011년에는 기술 기업가 Tan Le와 Dr. Geoff Mackellar가 Emotiv 회사를 설립하면서 EEG가 소비자 시장에 진입했습니다.

헤드셋과 캡 같은 EEG 기술은 BCI(뇌-컴퓨터 인터페이스)의 구성 요소입니다. BCI는 HMI(Human Machine Interface), MMI(Mind Machine Interface), BMI(Brain Machine Interface), DNI(Direct Neural Interface)라고도 불리며, DNI는 뇌와 신경계의 다른 부분에서 나오는 신호를 해독할 수 있습니다. BCI는 학습된 정신 명령의 머신 러닝을 통해 인지 수행을 추적하고 가상 및 물리적 물체를 모두 제어하는 것을 목표로 합니다.

2017년에는 사지마비 레이서 Rodrigo Hübner Mendes가 Emotiv EEG 헤드셋 덕분에 오직 뇌파만으로 포뮬러 1 자동차를 운전한 최초의 사람이 되었습니다.

EEG는 무엇에 사용되는가?

수행 능력과 웰니스

운동선수, 바이오해커, 그리고 관심 있는 모든 소비자는 하루 동안 걸은 걸음 수를 추적하듯이 EEG를 사용해 자신의 뇌 활동을 “추적”할 수 있습니다. EEG는 주의와 산만, 스트레스와 인지 부하(특정 순간 작업 기억에 가해지는 정신 활동의 뇌 총 용량) 같은 인지 기능을 측정할 수 있습니다. 이러한 결과는 뇌가 일상생활 사건에 어떻게 반응하는지에 대한 귀중한 인사이트를 드러낼 수 있습니다. EEG 데이터는 스트레스를 줄이고, 집중력을 높이며, 명상을 강화하기 위한 과학적으로 근거 있는 전략을 설계하는 데 사용할 수 있는 피드백을 제공합니다.

소비자 연구

EEG 데이터는 소비자 인사이트를 위한 강력한 검색 도구가 될 수 있습니다. 뇌 반응은 전례 없는 소비자 피드백을 제공하는데, 이는 EEG가 소비자가 실제로 무엇에 주목하는지와 자신이 좋아하거나 알아차렸다고 보고하는 내용 사이의 간극을 측정하는 데 사용되고 있기 때문입니다. EEG를 시선 추적, 얼굴 표정 분석, 심박수 측정 같은 다른 생체 신호 센서와 결합하면 기업이 고객 행동을 완전히 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. EEG와 같은 뉴로테크놀로지를 사용해 소비자 반응을 연구하는 것을 뉴로마케팅이라고 합니다.

의료

EEG 검사는 통제된 절차 동안 뇌 활동을 보여주므로, 그 결과에는 다양한 뇌 질환을 진단하는 데 사용되는 정보가 포함될 수 있습니다. 비정상 EEG 데이터는 불규칙한 뇌파로 나타납니다. 비정상 EEG 데이터는 뇌 기능 장애, 두부 외상, 수면 장애, 기억 문제, 뇌종양, 뇌졸중, 치매, 간질과 같은 발작 장애 및 기타 여러 질환의 징후를 나타낼 수 있습니다. 진단 목적에 따라 의사들은 때때로 EEG를 인지 검사, 뇌 활동 모니터링 및 신경영상 기법과 결합합니다.

발작 진단

EEG 검사는 발작 활동을 겪는 환자에게 자주 권장됩니다. 이러한 경우 의사는 장시간 EEG(ambulatory EEG)를 시행할 수 있습니다. 장시간 EEG는 최대 72시간 동안 연속 기록되는 반면, 전통적인 EEG는 1~2시간 지속됩니다. 환자는 EEG 헤드셋을 착용한 채 자신의 집에서 자유롭게 움직일 수 있습니다. 기록 시간을 늘리면 비정상 뇌 활동을 기록할 가능성이 높아집니다. 이러한 이유로 장시간 EEG는 간질(EEG 간질), 발작 장애 또는 수면 장애 진단에 자주 사용됩니다.

수면 장애를 위한 수면 검사

EEG 수면 검사 또는 “polysomnography”는 뇌 스캔을 수행하는 것과 더불어 신체 활동도 측정합니다. EEG 기술자는 하룻밤 동안의 절차 중에 심박수, 호흡, 혈중 산소 수준을 모니터링합니다. Polysomnography 는 주로 의학 연구와 수면 장애 진단 검사에 사용됩니다.

정량적 신경과학

EEG는 뇌의 바깥층(대뇌 피질)의 전기 활동을 측정하므로, 두피에서 뇌파를 감지할 수 있습니다. EEG 뇌 검사와 다른 뇌 모니터링 기법의 데이터를 결합하면, 연구자들은 우리 뇌와 신체에서 일어나는 복잡한 상호작용에 대한 새로운 인사이트를 얻을 수 있습니다.

정량적 뇌전도(qEEG)가 바로 그것을 달성하려는 목적입니다. 정량적 EEG는 전통적인 EEG처럼 당신의 뇌파를 기록합니다. 머신 러닝을 사용해 qEEG는 당신의 뇌파를 같은 성별과 연령대에 속하지만 뇌 기능 장애가 없는 사람들의 뇌파와 비교합니다. qEEG 과정은 정량적 비교를 통해 당신의 뇌 “지도”를 생성합니다. 이 과정은 계산 신경과학이라고 불리는 신경과학의 세부 분야에서 일반적입니다.

EEG 전극 배치는 성공적인 qEEG에 있어 중요한 부분입니다. 전통적인 EEG 리드 배치는 두피에 부착하는 전극의 적용을 위한 국제적으로 인정된 표준인 10-20 시스템을 따릅니다. “10-20”은 EEG 리드 간 거리가 두개골 전체 거리의 10% 또는 20%임을 의미합니다.

장치의 전극 수는 다양할 수 있으며, 일부 EEG 기록 시스템은 최대 256개의 전극을 가질 수 있습니다. qEEG 기록은 19개 센서 캡을 사용해 두피의 19개 영역 모두에서 데이터를 수집합니다. EEG 리드는 부착된 위치의 신호를 증폭하기 때문에, qEEG 뇌 지도는 행동 및/또는 인지 수준에서 관찰된 기능 장애의 원인을 뇌 수준에서 식별합니다.

학술 연구

비정상 EEG 결과만이 EEG 검사 결과에서 얻을 수 있는 유일한 유용한 정보는 아닙니다. 많은 연구자들은 연구에서 정상 EEG를 사용하며, 여기에는 REM 수면 중 뇌 활동에 대한 획기적인 1957년 연구도 포함됩니다.

EEG가 측정하는 뇌파 유형에 대한 섹션에서 소개했듯, EEG 기록을 연구하면 뇌 신호에 포함된 다양한 주파수를 확인할 수 있습니다. 이러한 주파수는 서로 다른 주의 및 인지 상태를 반영합니다. 예를 들어, 연구자들은 명상 중의 신경학적 반응을 조사하면서 감마 대역 활동(종종 의식적 주의와 연관됨)을 모니터링해 왔습니다(EEG 명상).

감마 대역 활동은 최고의 정신적 또는 신체적 수행과 관련됩니다. EEG 장치를 착용한 피험자가 깊은 명상을 연습하는 실험은 감마 파형이 의식적 경험 또는 초월적 정신 상태와 연관된다는 이론을 낳았습니다. 그러나 감마 대역 활동이 어떤 인지 기능과 관련되는지에 대해서는 학계 연구자들 사이에 합의가 없습니다.

연구자들은 자신들이 수집한 풍부한 뇌 데이터를 처리하고 관리할 방법이 필요하며, 이를 다른 기관과 공유할 수도 있어야 합니다. “Neuroinformatics”는 신경과학 데이터를 위한 계산 도구와 수학적 모델을 제공하는 연구 분야입니다. Neuroinformatics는 데이터베이스 구성, 데이터 공유, 데이터 모델링을 위한 기술을 만드는 것을 목표로 합니다. “신경과학”은 신경계에 대한 과학적 연구로 넓게 정의되므로, 그 안에는 다양한 데이터가 포함됩니다. 신경과학의 세부 분야 중 하나인 인지심리학은 EEG 같은 신경영상 방법을 사용해 뇌와 신경계의 어떤 부분이 어떤 인지 과정을 뒷받침하는지 분석합니다.

시장 조사: EEG 헤드셋으로 감정 및 인지 상태 이해하기

EEG 검사 과정

EEG 검사 준비

다음 EEG 모니터링, 해석 및 결과 섹션에는 의료 환경에서 EEG 검사를 받는 대상자를 위한 정보가 포함되어 있습니다. 검사를 준비하는 가장 좋은 방법은 항상 검사를 시행하는 담당자에게 구체적인 준비 지침을 묻는 것입니다. 준비 지침은 사용 사례에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어, 소비자 연구, 학술 연구 또는 수행 능력과 웰니스를 위한 EEG 기록은 피험자가 누워 있기보다 활동적인 상태를 유지하도록 요구할 수 있습니다.

Emotiv 같은 회사는 EEG 기술의 발전을 선도하여 검사 수행, 처리, 해석을 더 빠르고 편리하게 만들었습니다. Emotiv의 모바일 및 무선 EEG 헤드셋은 5분 이내에 설정할 수 있으며, 참가자가 시험 시설에 묶이지 않고 자유롭게 움직일 수 있게 해줍니다.

EEG 검사 전에, 검사 담당 전문가—의사이든, 고용주이든, 연구자이든—에게 평소 복용하는 약이 있다면 알려야 합니다. 시술 전날 밤 머리를 감고, 어떤 제품도 바르지 않은 상태로 두는 것이 권장됩니다. 검사 최소 8시간 전에는 카페인이 들어간 음료나 음식을 먹거나 마시지 마십시오. EEG 절차 중에 잠을 자야 한다면, 검사 중 뇌가 제대로 이완할 수 있도록 전날 밤 수면을 제한하라는 지시를 받을 수 있습니다.

EEG 모니터링

EEG 절차 중에는 통증이나 불편함이 없습니다. 임상 EEG 절차 동안에는 침대나 리클라이닝 의자에 누워 눈을 감으라는 지시를 받습니다. EEG 기술자는 머리 크기를 측정하고 리드를 부착할 위치를 표시합니다.

검사가 시작되면 전극이 뇌파를 기록하고 활동을 기록 장치로 전송합니다. 그런 다음 EEG 기계는 데이터를 해석을 위해 파형 패턴으로 변환합니다. 기록이 끝나면 기술자가 두피에서 전극을 제거합니다.

과학적 또는 임상 환경에서의 정기 EEG 검사는 초기 설정 시간 약 20분을 포함해 완료하는 데 30~60분이 걸립니다. 소비자, 개인 수행 능력, 직장 연구를 위해 수행되는 EEG 검사는 검사 목적에 따라 더 짧거나 더 길 수 있습니다. Emotiv의 무선 EEG 헤드셋은 이러한 사용 사례에서 더 빠른 설정을 지원합니다(5분 미만).

시술 후에는 회복 시간이 필요하지 않아야 합니다. 검사 중 잠을 자기 위해 졸음을 유발하는 약을 복용했다면, 검사 담당자는 효과가 사라질 때까지 시설에서 기다리거나 누군가가 집으로 데려다주도록 권할 수 있습니다.

EEG 검사 부작용은 드뭅니다. 전극은 어떤 감각도 만들어내지 않으며, 오직 뇌 활동만 기록합니다. 간질 환자는 시술 중 번쩍이는 불빛 같은 자극으로 발작을 경험할 수 있습니다. EEG 검사 중의 발작은 두려워할 일이 아니며, 오히려 의사가 간질의 유형을 진단하고 그에 맞게 치료를 조정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

EEG 해석 및 검사 결과

임상적 이유로 EEG 검사를 권유받았다면, 검사 결과는 신경계 전문 의사가 해석합니다. 신경과 전문의는 기록을 검토하여 정상 및 비정상 뇌 패턴을 살펴봅니다. 뇌파 패턴은 파형의 특징으로 인해 매우 쉽게 구분됩니다. 예를 들어, 혼수상태나 전신마취처럼 뇌 활동이 저하된 상태의 환자에게서 자주 관찰되는 burst suppression 패턴은 짧은 스파이크(버스트)와 평탄한 구간(서프레션)이 번갈아 나타납니다.

간질의 다양한 유형은 서로 다른 EEG 패턴으로 특징지어집니다. 일반화되고 대칭적인 EEG 패턴인 spike-wave 패턴은 결신발작 동안 자주 관찰되며, 이때 환자는 잠깐 의식을 잃습니다. 뇌의 한 영역에만 발작 활동이 영향을 미치는 부분 국소 발작은 해당 영역과 연관된 EEG 데이터 채널에서 나타나는 저전압의 빠른 리듬 패턴으로 특징지어집니다.

그런 다음 신경과 전문의는 EEG 측정 결과를 검사를 요청한 의사에게 다시 보냅니다. 의사는 EEG 이미지와 결과를 검토하기 위한 약속을 잡을 수 있습니다. 상태에 따라, 후속 조치로 EEG 신경피드백 또는 바이오피드백이라는 서비스가 권장될 수 있습니다. 예를 들어, 집중과 관련된 뇌파 패턴을 강화하려는 사람은 ADHD 치료를 위한 신경피드백에 참여할 수 있습니다.

바이오피드백 치료는 피험자가 비자발적 신체 과정을 조절하도록 돕습니다. 예를 들어 고혈압을 겪는 피험자는 피부의 전극에서 데이터를 받는 모니터를 통해 자신의 신체 측정값을 볼 수 있습니다. 이러한 활동을 모니터링하면 증상을 완화할 수 있는 이완 및 정신 운동을 배우는 데 도움이 됩니다.

마찬가지로, 신경피드백은 EEG를 활용해 뇌가 더 잘 기능하도록 훈련합니다. 이 훈련 동안 환자는 EEG 기기에 연결되어 자신의 뇌 활동이 작동하는 모습을 보게 됩니다. 이는 종종 환자가 자신의 뇌로 게임을 “조작”하여 뇌 활동을 제어하는 비디오 게임과 비슷합니다. 환자는 운동선수가 약한 근육을 단련하듯, 뇌 기능 장애와 연관된 뇌 주파수를 개선하려고 노력합니다. EEG 신경피드백은 간질, 양극성 장애, ADHD, 자폐증 같은 상태에 자주 권장됩니다. 이러한 장애에 도움이 될 수는 있지만, 치료할 수는 없습니다.

EEG 장치의 다양한 유형

EEG 기기는 여러 종류의 착용형 EEG 장치 형태로 제공됩니다. 가장 높은 수준의 구분은 임상 EEG 장치(의료 및 과학 연구 환경에서 사용)와 소비자 EEG 장치(소비자 연구, 학술 연구, 수행 능력과 웰니스에서 사용) 사이의 차이입니다. 임상 장치의 경우 참가자는 장치를 착용한 채 움직일 수 없으며, 신호 왜곡을 피하기 위해 제어되고 차폐된 환경에서 데이터를 수집해야 합니다. Emotiv의 무선 헤드셋 같은 소비자 EEG 장치는 사용자가 어디서나 뇌 활동을 모니터링할 수 있게 해줍니다.

다양한 유형의 착용형 EEG 장치 간 차이는 EEG 시스템을 사용하는 전문가의 요구 사항과 데이터가 수집되는 환경을 지원하기 위해 필요합니다. 예를 들어, 신경과 전문의와 신경과학자는 종종 소비자 연구자보다 데이터 분석을 위해 더 높은 밀도의 센서가 필요합니다. EEG 전극 배치 외에도 고려해야 할 몇 가지 주목할 만한 EEG 시스템 차이가 있습니다.

EEG 캡 대 EEG 헤드셋

EEG 캡과 EEG 헤드셋의 차이는 무엇일까요? 이 두 가지 가장 일반적인 착용형 EEG 장치의 주요 차이는 전극 수입니다. 헤드셋은 보통 5~20개의 전극 범위를 가집니다. 캡은 전극을 배치할 수 있는 표면적이 더 넓기 때문에 더 많은 센서를 지원할 수 있습니다. Emotiv EPOC Flex 같은 EEG 캡은 유연한 위치 지정을 위한 이동식 센서를 제공합니다. Emotiv Insight와 Epoc X 헤드셋의 센서 구성은 고정되어 있습니다.

EPOC Flex

젤 또는 생리식염수 센서

EPOC+ 및 EPOC X

생리식염수 센서

젖은 EEG 전극 대 건식 EEG 전극

EEG 장치는 주로 젖은 전극 또는 건식 전극을 사용합니다. 최근에는 “tattoo electrodes”라고 불리는 새로운 형태의 전극도 개발되었는데, 이는 임시 문신처럼 붙이는 인쇄형 전극입니다. 젖은 전극은 두피와의 접촉을 더 좋게 해주는 접착 젤을 사용하므로 데이터 정확도가 더 높습니다. 젖은 전극은 주로 임상 및 연구 환경에서 사용됩니다. 건식 전극은 접착 젤이 필요하지 않습니다. 건식 전극이 장착된 EEG 장치는 더 빠른 설정 시간을 제공하므로 종종 EEG 소비자 연구에서 사용됩니다. 연구자들은 젖은 EEG 전극과 건식 EEG 전극의 장단점을 지속적으로 비교하고 있습니다.

유선 EEG 장치 대 무선 EEG 장치

EEG 초기에는 환자가 임상 환경에서 EEG 기기에 연결되어 있어야 했습니다. 이제는 EEG 신호를 디지털화하여 스마트폰, 컴퓨터 또는 클라우드 같은 기록 장치로 보낼 수 있으므로 무선 EEG 검사가 가능합니다. 휴대용 EEG를 사용하면 다양한 환경에서 검사를 수행할 수 있습니다. 피험자가 무선 EEG 헤드셋을 착용하고 공원을 걷는 실험도 할 수 있으며, 이때 피험자의 움직임은 데이터 전송 범위에 의해서만 제한됩니다. 번쩍이는 불빛 같은 자극을 제공하기 위해 검사 환경을 통제해야 한다면 임상 환경을 선택할 수 있으며, 이 경우 유선 EEG 기기를 사용하는 데 제한이 없습니다.

유선 EEG 헤드셋

케이블 연결

무선 Emotiv EEG 헤드셋

블루투스 무선 기술

EEG 측정 vs. 기타 뇌 측정 기법

EEG 측정의 장점은 우리가 이용할 수 있는 뇌 활동 측정법 중 가장 비침습적이며, 관련 인지 과정 동안 풍부한 정량적 정보를 제공한다는 점입니다. 뇌 기능을 연구하는 다른 방법은 다음과 같습니다:

• 기능적 자기공명영상(fMRI)

• 자기뇌파도(MEG)

• 핵자기공명 분광법(NMR 또는 MRS)

• 대뇌피질전도

• 단일광자 방출 컴퓨터단층촬영(SPECT)

• 양전자 방출 단층촬영(PET)

• 근적외선 분광법(NIRS)

• 사건 관련 광학 신호(EROS)

EEG의 장점

EEG는 비교적 공간적 민감도가 낮음에도 불구하고, 앞서 나열한 일부 뇌 영상 및 뇌 연구 기법보다 여러 장점을 가집니다:

• EEG는 fMRI에 비해 시간 해상도가 매우 높습니다. 밀리초 단위로 일어나는 뇌의 빠른 반응을 포착할 수 있어, 뇌와 환경에서 일어나는 일을 정확하게 동기화할 수 있습니다. EEG는 임상 및 연구 환경에서 250~2000 Hz의 샘플링 속도로 기록됩니다. 더 현대적인 EEG 데이터 수집 시스템은 필요하다면 20,000 Hz 이상의 샘플링 속도로 기록할 수 있습니다.

• 하드웨어 비용과 총소유비용(TCO)이 훨씬 낮습니다.

• EEG 데이터는 전극을 뇌 표면에 직접 배치하기 위해 신경외과 수술이 필요한 대뇌피질전도와 달리 비침습적으로 수집됩니다.

• 이동형 EEG 센서는 fMRI, SPECT, PET, MRS, MEG보다 더 많은 장소에서 사용할 수 있는데, 이러한 기법들은 무겁고, 비용이 많이 들며, 이동이 불가능한 장비에 의존하기 때문입니다.

• EEG는 청각 자극에 대한 반응을 연구할 수 있도록 무소음입니다.

• fMRI와 MRI에 비해 EEG 기기에는 물리적 위험이 없습니다. fMRI와 MRI는 심박조율기 같은 금속 장비를 가진 환자가 사용할 수 없도록 하는 강력한 자석입니다.

• fMRI, PET, MRS, SPECT는 밀폐공포증을 악화시켜 검사 결과를 왜곡할 수 있습니다. EEG는 피험자가 작은 공간에 갇히지 않으므로 밀폐공포증을 유발하지 않습니다.

• 소비자용 EEG 스캔은 대부분의 다른 신경영상 기법과 달리 검사 중 더 많은 피험자 움직임을 허용합니다.

• EEG는 양전자 방출 단층촬영과 달리 방사성 리간드에 노출되거나, MRI나 fMRI처럼 고강도 자기장에 노출되지 않습니다.

• EEG는 1 테슬라를 초과하는 고강도 자기장에 노출되지 않습니다.

• 행동 검사 방법과 비교할 때 EEG는 은밀한 처리(반응이 필요하지 않은 처리)를 감지할 수 있습니다. 이 기술은 또한 운동 반응을 할 수 없는 피험자에게도 사용됩니다.

• EEG는 소비자 사용을 위한 진입 장벽이 낮아, 일상생활의 다양한 활동 중 뇌 활동을 추적하고 기록하는 강력한 도구이며, 거의 무한한 응용 가능성을 제공합니다.

• EEG 수면 분석은 청소년기의 뇌 성숙도 평가를 포함해 뇌 발달 시기의 중요한 측면을 보여줄 수 있습니다.

• fMRI에서 사용되는 BOLD(Blood-oxygen-level-dependent) 영상에 비해, EEG로 어떤 신호가 측정되는지 더 명확하게 이해할 수 있습니다.

EEG 게임

EEG 기술은 의료 및 엔터테인먼트 목적 모두를 위해 게임 세계에 적용되어 왔습니다. 기업들은 VR, AR, BCI에서 비디오 게임과 상호작용하는 방법을 제공하기 위해 EEG를 사용하고 있습니다. EEG 기기는 신호를 감지하고, 소프트웨어의 알고리즘은 당신의 뇌파를 해석하여 화면 속 아바타를 제어합니다.

Emotiv의 EPOC 헤드셋은 의식적 및 무의식적 생각과 감정을 모니터링하고 해석할 수 있는 최초의 고충실도 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)입니다. 이 BCI는 30가지 서로 다른 표정, 감정, 행동의 복잡한 뇌파를 감지할 수 있습니다. 이러한 감지는 머신 러닝을 통해 이루어집니다. 머신 러닝 알고리즘은 참가자가 다양한 표정, 감정, 행동을 처리하는 동안 발생하는 뇌 패턴을 인식하도록 학습되어 있습니다.

알고리즘이 데이터 세트에서 EEG 뇌파를 감지하면, BCI는 그 패턴을 물리적 또는 디지털 명령과 연결할 수 있습니다. 예를 들어, “push!” 같은 트리거 단어를 생각하면 아바타가 경로상의 물체를 밀어내게 됩니다.

TechCrunch TV: EEG를 활용한 마음으로 제어하는 장치 등

EEG 활용 사례

EEG 측정에는 많은 현대적 활용이 있습니다. 주목할 만한 EEG 활용 사례는 다음과 같습니다:

• 신경과학

• 뇌 교육 프로그램

• 뉴로마케팅

• 수면 연구

• 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)

• 인지 수행

• 자기 정량화

• 감정 상태

• ADHD 치료

• 신경학적 장애

• 뇌파 동조

• 인지 행동 치료

• 계산 신경과학

• 뇌파 게임

• AR 및 VR 보완

• 삼킴장애 및 치매

• 뇌졸중 재활

• 작업 기억 검사(N-back)

참고: 이것은 EEG에 대한 일반 정보일 뿐입니다. Emotiv 제품은 연구용 및 개인용으로만 사용하도록 설계되었습니다. 당사 제품은 EU 지침 93/42/EEC에서 정의하는 의료기기로 판매되지 않습니다. 당사 제품은 질병의 진단이나 치료를 위해 설계되거나 사용되도록 의도되지 않았습니다.