EEG 신호의 채널 간 동시적 활성화와 뇌의 기능적 연결성

Abstract

외골격 로봇은 다양한 산업분야에서 사용되고 있으며, 보행 기능을 부분적으로 또는 완전히 상실한 뇌졸중 환자들을 위한 로봇 재활의 특수 목적으로 사용된다. 하지만 로봇 재활을 통해 점진적으로 환자의 보행 기능이 회복될 때, 각 회복 단계를 메트릭으로 정량화하기는 쉽지 않다. 이 단계를 정량적으로 보일 수 있다면, 로봇 보행 재활에 있어 재활 강도를 단계적으로 조절하고 환자 맞춤형 훈련 프로토콜을 제공하는데 유용하게 쓰일 수 있다. 이에 본 논문에서는 현재의 환자 보행기능 상태를 정량적으로 나타낼 수 있는 메트릭을 EEG에 기반하여 정의할 수 있는 가능성을 보기 위해, 로봇을 이용한 보행 재활 중 측정된 EEG에서의 event-related potential(ERP)과 채널간 동시적 활성화의 가시화 기법을 제안한다. 제안하는 방법의 핵심은 somato-sensory cortex와 prefrontal cortex에서의 ERP를 탐지하고, 해당시간에서의 EEG 채널간의 동시적 활성화 정도를 그래프 표현으로 가시화하여, 보행 재활을 수행하는 동안의 뇌의 기능적 연결성을 분석하는 것이다. 결론적으로, 제안한 방법론에 따라 얻어진 기능적 연결성 그래프를 기반으로, 일반인 대비 환자의 유사도를 나타내는 메트릭을 정의하여 환자들의 보행기능 회복 상태를 정량적으로 보여줄 수 있다.