BCI 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술-마인드 리딩 타투, 실시간 뇌파 모니터링 혁신

연구자들은 두피에 직접 인쇄하여 뇌 활동을 모니터링할 수 있는 액체 잉크를 개발하여 기존 EEG 설정에 비해 덜 침습적인 대안을 제공했다.

이 잉크를 사용하면 뇌파를 정확하게 추적하고 장시간 연결을 유지하는 전자 문신을 만들 수 있다. 이러한 혁신은 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술의 적용을 크게 바꾸어 사용자에게 더 편안하고 효율적으로 만들 수 있다.

뇌 활동 모니터링을 위한 혁신적인 액체 잉크

과학자들은 처음으로 환자의 두피에 직접 인쇄하여 뇌 활동을 모니터링할 수 있는 획기적인 액체 잉크를 개발했다. 12월 2일에 저널 Cell Biomaterials에 게재된 이 혁신적인 기술은 뇌파를 추적하고 신경학적 상태를 진단하는 기존 방법에 비해 더 간단하고 효율적인 대안을 제시한다. 또한 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 발전시키는 데 큰 희망을 준다.

"센서 설계, 생체적합성 잉크, 고속 인쇄 분야의 혁신은 임상 환경 내외에서 광범위하게 응용될 수 있는 전자 문신 센서의 미래 온바디 제조를 위한 길을 열었다."라고 텍사스 오스틴 대학의 공동 책임 저자이자 연구자인 난슈 루가 말했다.

전자 문신으로 EEG 혁신

뇌파(EEG)는 발작, 뇌종양, 간질, 뇌 손상을 포함한 다양한 신경학적 상태를 진단하는 데 중요한 도구이다. 전통적인 EEG 검사에서 기술자는 자와 연필로 환자의 두피를 측정하고 전극을 붙일 12개 이상의 지점을 표시한 다음, 긴 전선을 통해 데이터 수집 기계에 연결하여 환자의 뇌 활동을 모니터링한다. 이러한 설정은 시간이 많이 걸리고 번거로우며, 수 시간 동안 EEG 검사를 받아야 하는 많은 환자에게 불편할 수 있다.

루와 그녀의 팀은 전자 문신 또는 e-타투라고 알려진 기술인 인간 피부 표면에서 신체 신호를 추적하는 소형 센서의 개발을 개척해 왔다. 과학자들은 심장 활동을 측정하기 위해 가슴에 e-타투를 적용하고, 근육의 피로도를 측정하기 위해 근육에 적용하고, 심지어 땀 성분을 측정하기 위해 겨드랑이 아래에도 적용했다.

과제 극복

과거에는 전자 문신이 일반적으로 피부에 전사되기 전에 얇은 접착 재료 층에 인쇄되었지만, 이는 털이 없는 부위에만 효과적이었다.

"털이 많은 피부와 호환되는 재료를 설계하는 것은 전자 문신 기술에서 지속적인 과제였다."라고 루는 말한다. 이를 극복하기 위해 팀은 전도성 폴리머로 만든 일종의 액체 잉크를 설계했다. 잉크는 머리카락을 통과하여 두피에 도달할 수 있으며, 건조되면 박막 센서로 작동하여 두피를 통해 뇌 활동을 수집한다.

연구자들은 컴퓨터 알고리즘을 사용하여 환자의 두피에 EEG 전극을 위한 지점을 설계할 수 있다. 그런 다음 디지털 제어 잉크젯 프린터를 사용하여 전자 문신 잉크의 얇은 층을 지점에 분사한다. 연구자들은 이 과정이 빠르고 접촉이 필요 없으며 환자에게 불편함을 주지 않는다고 말했다.

전자 문신과 전통적인 EEG 비교

팀은 짧은 머리를 가진 5명의 참가자의 두피에 전자 문신 전극을 인쇄했다. 그들은 또한 전자 문신 옆에 전통적인 EEG 전극을 부착했다. 팀은 전자 문신이 최소한의 노이즈로 뇌파를 감지하는 데 비교적 잘 작동한다는 것을 발견했다.

6시간 후, 전통적인 전극의 젤이 마르기 시작했다. 이 전극의 3분의 1 이상이 신호를 수신하지 못했지만 나머지 전극 대부분은 피부와의 접촉이 감소하여 신호 감지 정확도가 떨어졌다. 반면 전자 문신 전극은 최소 24시간 동안 안정적인 연결성을 보였다.

또한 연구자들은 잉크의 공식을 조정하고 전극에서 머리 바닥까지 이어지는 전자 문신 선을 인쇄하여 표준 EEG 테스트에 사용된 전선을 대체했다. "이러한 조정을 통해 인쇄된 전선이 도중에 새로운 신호를 수신하지 않고도 신호를 전달할 수 있었다." 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스 캠퍼스의 공동 저자인 시민헤가 말했다.

그런 다음 연구팀은 문신 사이에 훨씬 짧은 물리적 전선을 뇌파 데이터를 수집하는 작은 장치에 연결했다. 연구팀은 앞으로 전자 문신에 무선 데이터 송신기를 내장하여 완전 무선 EEG 프로세스를 달성할 계획이라고 밝혔다.

뇌-컴퓨터 인터페이스 장치에 대한 잠재적 영향

"우리의 연구는 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치가 설계되는 방식에 혁명을 일으킬 수 있다." 텍라고 사스 오스틴 대학교의 공동 저자인 호세 밀란이 말했다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 장치는 말하기나 움직임과 같은 기능과 관련된 뇌 활동을 기록하여 근육을 움직이지 않고도 외부 장치를 제어하는 ​​데 사용한다.

현재 이러한 장치는 사용하기 불편한 큰 헤드셋을 사용하는 경우가 많다. 밀란은 전자 문신은 외부 장치를 대체하고 전자 장치를 환자의 머리에 직접 인쇄하여 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술을 더 쉽게 접근할 수 있게 할 수 있는 잠재력이 있다고 말한다.