최규완은 단순한 연구원(w

한국인 과학자외, 뇌파로 움직이는 휠체어를 개발(위)

최규완박사가 일본에서 기술개발

오른손을 움직이는 것을 생각와 컴퓨터가 뇌파의 변화를 감지, 휠체어를 오른쪽으로 회전

사고로 기계를 조작하는 기술, 로봇 암이나 텔레비전으로의 이용에도 기대

　일본 거주의 한국인 과학자가, 생각만으로 휠체어를 자유자재로 움직일 수 있는 기술을 개발했다.손발이 마비된 환자라도 혼자서 휠체어를 움직일 수 있다, 라고 하는 것이다.이것 (은)는, 사고와 기계의 움직임을 연결하는, 이른바 「뇌-기계 인터페이스(BMI / Brain-Machine Interface)」의 덕분이다.휠체어 만이 아니고, 로봇도 생각만으로 움직일 수 있다.CM의 프레이즈와 같이, 「생각하는 것만으로 생각 했던 대로에」 되는 세상이 가까워져 오고 있다.

◆왼손을 상상하면 좌측으로 회전

일본 최고 권위를 자랑하는 과학 연구소라고 하는 이화학 연구소 산하의 뇌과학 연구소(BSI).여기에 소속하는 최규완(최·규원) 박사(35)는 29 일, 문부 과학성에서 행해진 기자 회견에서, 「폴란드 출신의 안제이·치혹키 박사와 함께, 머릿속에서 손발을 움직이는 것을 빌어, 거기에 따라서 휠체어를 움직인다 일에 성공했다」라고 발표했다.

　사고로 움직이는 휠체어의 조작은 간단하다.오른손을 잡는 상상을 하면 휠체어가 우측으로 회전해, 왼손을 상상하면 좌측으로 회전한다.양 다리로 걷는 동작을 마음에 그리면, 휠체어가 직진 한다.아무것도 생각하지 않으면 정지한다.

　만일의 오작동의 가능성을 고려해, 비상 정지 기능도 갖출 수 있었다.목으로부터 아래가 마비된 환자가 사용하는 것을 생각해 뺨에 전극을 붙였다.환자가 비상 정지하고 싶다 때는, 뺨을 움직이는 것만으로 좋다.최 박사는 「목으로부터 아래가 마비된 척수(척수) 마비의 환자라도, 1주간 정도 연습하면, 생각만으로 일반의 휠체어의 이동 속도와 같은 속도로 휠체어를 움직일 수 있는 것을 알았다」라고 말했다.사고의 해석의 정확함은 95%로, 지금까지 개발된 BMI 중(안)에서는 최고의 값이다.

◆핵심은 동작에 따라서 다른 뇌파

　성공의 비결(끌 수 있는 개)은, 손발의 움직임을 생각때에 다른 형태로 나타나는 뇌의 전류 변화, 즉 뇌파에 있다.사람이 오른손을 움직이는 것을 생각와 오른손의 움직임을 담당하는 대뇌 좌측의 운동 피질로 뇌파의 진동폭이 작아지는 것을 알고 있다.반대로, 왼손의 움직임을 생각와 대뇌 우측의 운동 피질로 뇌파의 진동폭이 소야 구 된다.양 다리로 걷는 것을 생각와 다리라든지 변하는 한가운데의 운동 피질로 뇌파의 진동폭이 작아진다.

리영완(이·욘 원) 기자

조선일보/조선일보 일본어판

한국인 과학자외, 뇌파로 움직이는 휠체어를 개발(아래)

　 연구진은, 좌우에 각각 둘씩, 한가운데에 하나, 합해 다섯 개의 전극이 붙은 모자를 환자에게 쓰게 해 무엇인가를 빌었을 때의 뇌파의 변화를 파악했다.콘 퓨타가 그 신호를 수신하고, 어떤 움직임을 생각하고 있는지 파악한다.그리고, 왼손을 잡는 것을 생각했다고 판단하면, 좌측으로 회전하도록(듯이) 휠체어를 동인가 .최 박사는 「0.12초에 뇌파로부터 좌우의 회전 혹은 직진의 명령을 받게 된다.휠체어가 생각 했던 대로에 움직이지 않았을 때는, 조금 다른 것을 생각라고 한다 바람으로, 언제라도 방향을 수정할 수 있다」라고 말했다.

　이번 연구는, 이화학 연구소의 BSI－토요타 제휴 센터(BTCC)에서 진행되었다.토요타는 이 기술에 대해서, 휠체어 뿐만이 아니라 로봇 암이나 텔레비전등의 가전제품도 생각만으로 조작할 수 있는 기술에 발전 당할 것이다, 라고 기대하고 있다.

　연구를 주도한 최규완박사는 고려대를 졸업 후, 한국 정보 통신 대학에서 석사, 도쿄 공업대에서 박사 학위를 취득했다.최 박사는 다음 달부터, 쿄토에 있는 세계적인 뇌연구기관의 국제 전기 통신 기초 기술 연구소(ATR)에 근무하는 예정이다.

◆인간이 빈 대로 움직이는 로봇

　한국 과학기술 기획 평가원(KISTEP)은 금년 2월, 향후 10년간에 우리의 생활을 크게 바꾸는 10대미래 유망 기술의 하나에 이 뇌-기계 인 타페스 기술을 선택했다.이 기술은, 2008년 5월에 미국 피츠버그 대학의 연구진이 원숭이를 사용하고 실험을 실시해, 주목받았다.연구진은 원숭이의 뇌에 전극을 매 째 붐비어, 이것을 로봇 암과 이었다.한편, 원숭이의 팔은 움직일 수 없게 했다.어떻게도 할 수 없는 원숭이는 생각만으로 로봇 암을 움직여, 간식을 손에 들어 먹었다.한국에서는 한림대의 신·홀쵸르 교수가 개의 뇌에 전극을 묻어, 생각만으로 컴퓨터의 모니터에 비친 점을 움직이는 실험에 성 공로.

　팔 만이 아니고, 몸전체를 인간의 생각 했던 대로에 움직이는 로봇도 등장하고 있다.일본의 ATR와 혼다는 금년 3월, 뇌파를 검출하는 모자를 쓴 사람이, 생각만으로 인간형 로봇 「ASIMO」를 조작하는 모습을 공개했다.예를 들면, 오른손을 올리려고 7－9초간생각와 ASIMO가 오른손을 올린다, 라고 하는 듯 실험이었다.

리영완(이·욘 원) 기자

조선일보/조선일보 일본어판




이상, 한국의 기사······

이하는, 일본의 기사······(이)라고 할까, 프레스 릴리스(w

(06/29) 이화학 연구소와 토요타 등, 뇌파로 전동 휠체어를 제어하는 시스템을 개발

뇌파로 전동 휠체어를 리얼타임 제어

Brain　Machine　Interface(BMI)가 새로운 뇌신호 처리 기술을 개발

본연구 성과의 포인트　

　○신호 처리 기술을 뇌파 해석에 응용해, 125 밀리 세컨드로 전·우·좌의 3 종류의 의사를 추출　

　○뇌파의 해석 결과를 그 자리에서 확인, 시스템과의 커뮤니케이션의 뼈를 효율적으로 습득　

　○고령자·요양 간호자의 재활훈련·일상생활의 물리적·정신적 지원의 요소 기술에　

　 독립 행정법인 이화학 연구소(이사장：노요리 료우지)와 토요타 자동차 주식회사(사장：토요타 아키라남), 주식회사 토요타 중앙연구소(소장：사이토 타카시), 주식회사 콘폰연 연구소(소장：나카니시 키요시)가 2007년에 설립한 이화학 연구소 BSI－토요타 제휴 센터(※1)(BSI－TOYOTA　Collaboration　 Center：BTCC, 제휴 센터장：키무라 히데키)는, 뇌파를 이용하고, 전동 휠체어를 125 밀리 세컨드(1 밀리 세컨드는 1000분의 1초)로 제어하는 시스템의 개 발에 성공했습니다.BTCC비침습BMI 제휴 유닛Andrzej　Cichocki　(안제이·치호트키) 유닛 리더,　Kyuwan　 Choi　(큐원·최)연구원등에 의한 공동 연구의 성과입니다.

　근년, 고령자나 몸이 부자유스러운 분을 보조하는 장치, 안에서도 근육이나 몸의 움직여, 소리의 지령에 전혀 의지하지 않고 , 뇌신호만으로 외부 세계와 상호작용이 생기는 브레인·머신·interface(Brain　Machine　Interface：BMI)에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

　 BTCC는, 종래의 공간-주파수 필터법(※2), 선형 분리기(※3)의 기술에, 이화학 연구소 BSI로 기른 뇌파 정보의 처리 기술인 블라인드 신호 분리법 (※4)(을)를 융합한 신시스템을 개발해, 종래는 몇 초 정도 필요했던 뇌파의 해석 결과를, 125 밀리 세컨드라고 하는 지극히 짧은 시간에 얻는 것과 동시에, 뇌파의 해석 결과를 리얼타임에 디스플레이상에 겉(표)나타내 보여, 「자신의 의사」라고 비교할 수 있는 시스템을 구축 했습니다.이번 연구에서는, 전동 휠체어의 제어에 이 시스템을 응용해, 뇌파의 해석의 신뢰도를 검증했습니다.시스템은, 개개의 조작자의 특징에 맞추어 설정의 미조정을 실시해, 의사의 인식율을 향상하는 기능을 가지고 있습니다.그 때문에 조작자는, 효율적으로 단기간으로, 자신의 의사 대로의 방향(전·우·좌)을 시스템에 인식시키는 뼈를 잡을 수 있습니다.인식한 결과를 전동 휠체어의 제어동 힘에게 전해 95%이상이라고 하는 신뢰도로, 휠체어의 전진 및 좌우 선회의 3 방향을 제어하는 것에 성공했습니다.

　 향후는, 이 기술을 의료·개호 분야를 중심으로 한 넓은 분야에서 응용 가능인 요소 기술로서 발전시켜 가는 예정입니다.다음의 스텝으로서보다 많은 동작에의 응 용, 간단하고 쉬운 전극의 개발등을 생각하고 있습니다.이번은 손이나 다리운동을 상상해 적극적으로 만들어 낸 뇌파를 대상으로 했습니다만, 계측·해석 기술을 한층 더 발전시키는 와 (으)로, 운동 이외의 의도나 상태를 반영하는 뇌파에의 응용의 가능성에도 기대하고 있습니다.　　

1.배경　

　 근년, 고령자나 몸이 부자유스러운 분을 보조하는 장치, 안에서도 근육이나 몸의 움직여, 소리의 지령에 전혀 의지하지 않고 , 뇌신호만으로 외부 세계와 상호작용이 생기는 브레인·마 신·interface(Brain　Machine　Interface：BMI)의 개발에 대한 관심이 높아지고 있습니다.그러나, 지금까지의 BMI 시스테 무의 최대의 과제는, 해석 속도가 늦고, 결과를 얻을 수 있기까지 몇 초의 시간이 걸리는 것이었습니다.

　 BMI로 이용하는 뇌활동의 측정 방법은, 침습법(해 종법)과 비침습법으로 크게 나뉩니다.침습법에서는, 외과 수술에 의해, 뇌신호를 측정하는 전극을 뇌안 에 묻어, 직접, 신경 활동을 측정해, 신호를 꺼냅니다.이 경우, 신경세포의 활동을 노이즈에 방해받지 않고 측정할 수 있기 위해, 높은 신뢰도를 얻는 것이 성과 .1990년대 중순부터 미국을 중심으로 행해지고 있습니다만, 감염등의 부작용의 위험성과 장시간 측정이 어렵기 때문에, 주로 동물을 이용한 연구가 진행되고 있습니다.

　 한편, 비침습법은, 전극을 두피·모발 위로부터 접촉시킵니다.뇌의 밖에서 신호를 측정하기 위해(때문에), 외과 수술의 필요가 없고 안전하게 인간에게 응용 가능입니다.그러나, 비침습 그리고 측정한 뇌활동 신호는 노이즈를 많이 포함해, 해석이 곤란했습니다.최근의 뇌계측 장치의 발달에 의해, 이러한 과제가 극복되게 되어, 비침습BMI는 누구라도 간단하게 사용할 수 있는 것과 동시에, 많은 분야에의 응용을 기대할 수 있게 되었습니다.2020~30년대의 로봇 시대의 도래를 앞두고, 이 기술의 응용범위는 대폭 구, 산업이라고 해도 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

　BTCC는, 비침습법에 의해, 필요 최소한의 뇌파의 측정 결과를 이용하고, 뇌파의 해석 속도를 신속화하는 정보처리 기술과 훈련하는 것으로 뇌파의 해석 결과와 자신의 의사를 효율적으로 일치시키는 기술의 개발을 목표로 했습니다.　　

2.연구 수법과 성과　

　2－1　주목하고 있는 뇌파의 종류　

　 인간이 오른손을 움직이려고 상상하면, 뇌의 운동들이라고 부르는 영역 가운데, 오른손과 관련하는 뇌의 좌측 부분에서 계측되는 뇌파의 진동폭이 작아집니다.한편, 왼손을 동 빌려주려고 상상하면, 뇌의 우측 부분의 뇌파 진동폭이 작아집니다.한층 더 걷는 것을 상상하면, 운동들 가운데, 다리와 관련이 있는 뇌의 중앙 부분으로부터의 뇌파 진동 폭이 작아집니다(그림 1).이러한 현상을 「사상 관련탈동기」라고 불러, 이 현상을 뇌파의 계측으로부터 검출할 수 있으면, 인간이 어떤 행동을 하고 싶다 인지를 확실히 장악 할 수 있습니다.

　이번 연구에서는, 전동 휠체어의 제어에 이 시스템을 응용해, 뇌파의 해석의 신뢰도를 검증했습니다.　　

2－2　리얼타임성에 특화한 시스템구성의 개발　

1) 하드웨어　

　 BTCC는 머리 부분에 붙이는 전극수의 최소화에 임했습니다.뇌파는, 손과 다리의 움직임에 관련하는 뇌의 운동들(※5)로 불리는 영역에, 5개의 전극(2개의 전극은 오른손과 관련이 있는 부분, 2개의 전극은 왼손의 부분, 그리고 1개의 전극은 다리와 관련이 있는 부분)을 설치해(그림 2), 휠체어의 제어에 필요한 뇌활동을 추출했습니다. 　

2) 소후트웨아　

　 BTCC는 뇌파 정보의 신호 처리 기술의 융합에 임해, 뇌파의 해석의 신속화를 목표로 했습니다.구체적으로는, 종래부터의 신호 해석 수법인 공간-주파수 필 타법과 선형 분리기, 그리고 이화학 연구소 BSI로 기른 블라인드 신호 분리법의 3종의 신호 처리 기술을 융합해, 종래는 몇 초 정도 필요했던 뇌파의 해석을, 125 밀리 세컨드 간격으로 해석해, 전진, 좌우라고 하는 3개의 특징 있는 신호의 추출에 성공했습니다.　

2－3　시각 피드백 기술에 의한 훈련의 고속화　

　 휠체어를 높은 신뢰도로 적확하게 조작하기 위해서, 조작자는 미리 시스템으로 뇌파의 기록과 조작의 뼈를 습득할 필요가 있습니다.한편, 시스템도 각각의 조작자에 맞춘 파라미터 조정이 불가결합니다.거기서 BTCC는, 125 밀리 세컨드 간격으로 해석 결과의 상황을 디스플레이에 겉(표)나타내 보여, 손발의 부위의 뇌활동을 리얼 타임에 알 수 있는 시스템을 만들어내 개인 적합의 효율화와 시간의 단축에 성공했습니다.뇌파의 기록에서는, 조작자는 디스플레이상에 나타나는 화살표의 지시 에 따라서 오른손, 왼손, 다리를 움직이는 것을 이미지 합니다.시스템은 3개의 이미지에 의해서 감쇠하는 각각의 뇌파를, 시스템의 파라미터나 모델로서 기록합니다.이것에 의해, 시스템은 조작자의 이미지를 뇌파로부터 인식하는 것이 가능이 됩니다(그림 3).그러나, 초기 단계에서는 시스템의 인식의 성능은 10분 (이)가 아닙니다.조작자는, 시스템이 화면에 겉(표)나타내 보인 인식 결과와 자신의 이미지를 일치시키는 훈련을 실시합니다(그림 4).이 때, 조작자의 특징에 맞추어 시스템은 내부 파라미터를 조정해 갈 것입니다.쌍방의 조정이 모순되지 않게 시스템측의 파라미터 조정은 천천히 좁은 범위에서 실시합니다.이 훈련을 1일 3시간, 1주간 정도 계속하는 것으로 조작자는 좌우, 전진의 3개의 지시 95%의 신뢰도로 실시할 수 있게 되었습니다.　

　 이러한 기술을, 노트 파소콘을 베이스로 한 컴팩트한 시스템으로서 전동 휠체어에 탑재했습니다.조작자는, 전진·좌우 선회의 3 방향에 상당하는 보행이나 좌우의 팔의 운동을 떠올리는 것으로, 신뢰도 95%이상으로, 휠체어를 조작하는 것에 성공했습니다(그림 5).또, 어떠한 상황에서도 안전하게 휠체어를 정지 성과 같게, 조작자의 뺨(뺨)에 줄기 전위(※6) 신호를 측정하는 전극을 설치했습니다.뇌파 신호에 대해서 줄기 전위 신호는 크기 때문에, 운전기사는 뺨을 일순간감춘다 일로, 순간에 100　%의 신뢰도로 정지시키는 것이 가능입니다.　

3.향후의 기대　

　 향후는, 본기술을 의료·개호 분야를 중심으로 한 넓은 분야에서 응용 가능인 요소 기술로서 발전시켜 가는 예정입니다.다음의 스텝으로서보다 많은 동작에의 응용, 간단하고 쉬운 전극의 개발등을 생각하고 있습니다.이번은 손이나 다리운동을 상상해 적극적으로 만들어 낸 뇌파를 대상으로 했습니다만, 계측·해석 기술을 한층 더 발전시키는 것 그리고, 보다 일반적인 뇌파, 구체적으로는 운동 이외의 의도·상태를 반영하는 뇌파에의 응용의 가능성에도 기대하고 있습니다.　

＜보충 설명＞　

(※1) 이화학 연구소 BSI－토요타 제휴 센터　

　 뇌과학과 기술의 통합에 의해서 만들어지는 가능성에 도전해, 미래 사회를 위한 이노베이션(innovation)를 창출하는 것을 목표로 하고, 2007년 11월, 독립 행정법인리화 학연 연구소, 토요타 자동차 주식회사, 주식회사 토요타 중앙연구소, 주식회사 콘폰 연구소가 포괄적인 제휴에 합의해, 이화학 연구소내에 설치된 연구 조직.

8 개의 제휴 유닛으로부터 조직 되어(1) 뉴로 드라이빙, (2) 뉴로 로보트 디크스, (3) 뇌와 건강의 세 개의 연구 영역과 관계되는 연구를 실시하고 있다. 각 연구 유닛은, 전임의 연구원과 이화학 연구소 BSI, 토요타, 토요타 중앙연구소로부터의 객원 연구원으로부터 되어, 긴밀한 협력 관계가 보관 유지되는 구조가 되고 있다.　

(※2) 공간-주파수 필터법　

　휠체어의 제어에 중요한 전극·주파수에 높은 가중치(중요)를 주어 중요하지 않은 신호와의 차별화를 도모하는 기술.　

(※3) 선형 분리기　

　입력 신호가, 복수 준비된 Class(종류)의 어느 Class에 속하는지를 판정하는 기술의 하나.　

(※4) 블라인드 신호 분리법　

　뇌파에 포함되는 노이즈 성분과 휠체어 제어에 필요한 성분을 분리하는 기술로, 계측된 뇌파 신호만으로 분리 처리를 실행하는 기술.　

(※5) 운동들　

　대뇌피질로 운동의 제어에 관한 영역.　

(※6) 줄기 전위　

　근육이 수축할 경우에 발생하는 전기신호.　

(※　그림 해설 등은, 관련 자료 참조)

연구실 주재자등 일람

【치】정 강첸 캔BSI기능적 자기 공명 화상 측정 지원 유닛CICHOCKI, Andrzej치혹키 안제이BSI뇌신호 처리 연구팀

BSI비침습BMI 제휴 유닛챠야마 카즈노리체야마 카즈아키CGM소화기 질환 연구팀TRAN, Phan Lam-Son장 판람소PSC발현 조절 연구 유닛

최의 이름은 없다(w