시각, 감각, 운동성 유발전위 검출

앞에서의 Ensemble average method를 이용하여 시각자극에 의한 VEP(Visual Evoked Potential), 손가락 전기자극에 의한 SEP(Somato sensory Evoked Potential), 손가락 운동에 의한 MERP(Movement Event Related Potential)검출 실험을 수행하였다.

5.1 시각, 감각 유발전위 검출실험

본 실험에서 시각자극에 의한 유발전위 검출을 위한 실험상황은 앞의 그림10-(a)와 동일하다. 시각자극 방식은 검퓨터모니터를 이용하여 그림10-(b)와 같은 격자패턴을 이용하였다. 전기자극인 경우는 왼손, 오른손 각각의 엄지손가락에 Ag-AgCl 전극을 페이스트 처리하여 20 V, 1 kHz의 sine-wave 교류전압을 10 ms 동안 피검자에게 가하였다. A/D 변환기는 자극직후의 뇌전위를 디지틀로 변환하면서 컴퓨터의 하드디스크에 1초단위로 저장한다. 자극의 반복횟수는 각각 100번씩 하였다. 시각자극에 대한 유발전위 검출결과는 그림13 과 같다. 손가락전기자극인 경우 오른손자극에 의한 유발전위를 그림14에 나타내었다.

그림13. 시각자극에 의한 유발전위

x축 : 시간(전체 1초) y축 : 전위(임의단위)

그림14. 오른손 전기자극에 의한 유발전위

각 전극에서 측정된 전위를 동시에 표현

X축 : 시간(전체 1초), Y축 : 전위(임의단위)

5.2 운동성 유발전위 검출실험

시각, 청각, 촉각 자극과 같은 외부 자극에 의한 뇌 유발전위인 VEP,AEP,SEP 에 대한 연구는 많이 이뤄지고 있는 반면에 사람의 어떤 특정한 행동에 관련된 행동성 유발전위는 '사건(event)'의 무작위성과 피검자의 임의성 때문에 검출에 어려움이 있다. 본 연구 과정에서는 이러한 문제를 제거하기 위하여 컴퓨터의 모니터로 문자에 의한 행동 명령을 제시하고, 피검자는 해당되는 행동을 수행한다. 뇌전위는 문제 제시 직후 부터 행동이 끝나는 과정 동안 반복하여 측정된다.

피검자가 문제에 대응한 행동을 수행하는 반응 시간은 동일하지 않기 때문에 average method를 이용하여 유발전위를 검출할때, 행동이 끝나는 시점을 기준으로 반응 과정을 역으로 average하여 행동성 유발전위를 검출하였다.

실험 방법

본 실험에서의 실험상황을 그림15 -(a)에 나타내었다. 모든 과정이 컴퓨터에 의해 처리된다. 실험과정은 다음과 같다.

Step 1. 모니터를 이용하여 영문자 'L' 또는 'R' 을 random하게 보여주는 것으로명령을 제시한다. ('L'은 Left, 'R'은 Right를 의미한다.)
Step 2. 피검자는 문자에 대응하는 손가락으로 키보드에서 왼쪽, 오른쪽의 'Shift' key를 누른다.
Step 3. 뇌전위는 문제가 제시되는 시점에서 'Shift' key가 입력되는 동안 이뤄지며 왼쪽, 오른쪽 각각에 대하여 다른 파일에 데이타를 저장한다.

이와 같은 과정이 오른손에 대해서 732번 왼손에 대해서 746번 수행되었다.

전극은 12개를 사용하였으며, 그림15-(b)와 같은 배치를 이룬다. 그림에서 0 지점이 reference로 사용되었다.

A/D 변환은 8-Bit resolution, 4ms Sampling time을 갖게 했다.

(a) (b)

그림15. 운동성 유발전위 검출실험 및 전극배치

5.2.2 Evoked Potential검출

오른손, 왼손 움직임 명령 수행과정 중의 뇌전위를 그림16에 나타내었다. 이와 같은실험이 왼손에 대해서 746번, 오른손에 대해서는 732번 이뤄졌으며, 각각의 경우에 대해서 피검자의 명령수행시간을 그림17에 나타내었다.

반응시간이 크게 차이가 나지는 않지만, 실제 유발전위를 검출하기 위해 average를 취해보면 이는 유발전위 파형에 크게 영향을 미침을 알 수 있다. 모니터로부터 문제가 제시되는 시점(first epoch)을 기준으로 하여 average 한 것이 그림18이고, 행동이 끝나는 시점(final epoch)을 기준으로 하여 average 한 것을 그림19에 제시하였다. 그림19의 경우는 시간이 그림18의 경우와는 반대이다. 즉, 그림18의 경우는 앞부분이 시자극에 의한 유발전위 영역이고, 뒷부분이 행동에 관여된 영역인 반면에 그림19의 경우는 앞부분이 행동, 뒷부분이 시자극과 관련된 영역이다. 두 가지 경우 모두 그림에서 앞부분은 믿을 수 있는 영역이다. fisrt epoch에 의한 유발전위를 보면 left와 right의 경우에 처음 시작하는 부분의 파형이 전극별로 동일함을 알 수가 있는데, 이는 시자극이 왼손 움직임 명령이나, 오른손 움직임 명령의 경우에 시각 신경로가 동일함을 의미한다. final epoch에 의한 그림19의 경우는 앞부분이 행동에 관련된 영역이며 left와 right는 전극별로 서로 다른 파형을 보이고 있음을 알 수 있다. 이는 둘의 행동성 신경로가 서로 다름을 의미한다. 또한, 반응시간의 차이에 의해 first epoch의 뒷부분(즉, 행동성)과 final epoch의 앞부분이 일치하지 않고, final epoch의 뒷부분(즉,시각성)과 first epoch의 앞부분이 일치하지 않는다. 이는 반응시간의 차이와 average method 의 random noise 제거 특성 때문에 생기는 현상이다.