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사람들의 사망 원인을 보면 뇌혈관질환인 경우가 많다. 뇌혈관질환이란 인체에서 가장 중요한 장기인 뇌에 혈액을 공급하는 뇌혈관이 터지거나 막혀서 생기는 이상상태이다. 일반적으로 사회가 발달할수록 혈관이 막혀서 생기는 뇌경색이 혈관이 터져서 생기는 뇌출혈보다 더 많이 발생하는 경향을 보인다.
본 글에서는 뇌와 관련된 BCI기술의 활용 분야를 소개하고 뇌파의 활용분야도 설명한 다음 뇌와 관련된 질환을 마지막으로 글을 쓰겠다.
목차
- BCI기술의 활용 분야
- 뇌파의 활용 분야
- 뇌와 관련된 질환
BCI기술의 활용 분야
BCI란 인간의 두뇌와 컴퓨터를 직접 연결해 뇌파를 통해 컴퓨터를 제어하는 인터페이스 기술이다. 선천적 장애로 인해 팔을 못쓰거나 사고로 팔을 잃은 사람에서 로봇 팔을 통해 실제 움직이는 것처럼 정교한 움직임을 부여할 수 있다. 또한, 초소형 카메라를 이용한 인공 눈 시스템으로, 영상 카메라를 시신경에 직접 연결해 영상을 뇌로 인식하게 하는 시스템이 있다. BCI 기술이 꼭 장애인들만을 위해 활용되는 것은 아닌데, 장난감 업체 매텔이 개발한 뇌파 게임 제품 마인드 플렉 스가 있다. 이 제품은 뇌파로 공을 움직이거나 두 사람이 뇌파 게임을 즐길 수 있다. 이 외에도, 공을 들어 올리는 장난감 등을 통해 ADHD 치료에 활용되고 있다.
뇌파의 활용 분야
1. 한국타이어 Mind Reading Tire (2014)
- 운전자 뇌파의 전기적 신호를 자동차 제어(전진, 후진, 정지)하는 물리적 신호로 변환하는 것이 필요한데, 한국 타이어가 ‘자동차 제어 MCU(Micro Controller Unit) 센서’를 개발 및 연구를 진행 중이다.
2. 뇌파를 이용한 졸음운전 예측
- 광주과학기술원은 지난 2017년 뇌파와 뇌혈역학 신호를 동시에 측정해 졸음운전을 예측할 수 있는 기술을 공개했다. 뇌파를 측정하는 EEG(수면뇌파)와 뇌혈역학 신호를 측정하는 fNIRS(기능적 근적외선 분광기법)를 통합 해 운전 중 졸음이 발생하는 시점을 예측하는 실험을 진행했다. DDI(졸음운전 측정지수)를 이용해 졸음운전으 로 인한 눈의 깜박임보다 평균 3.6초 먼저 예측이 가능한 점을 확인했다. 연구팀은 "이번 연구는 뇌파와 뇌혈역 학이라는 다른 형태의 뇌 신호를 동시 측정해 졸음으로 눈이 감기는 현상을 미리 예측함으로써 졸음운전으로 인 한 교통사고 발생률을 감소시키는데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.
3. 뇌파를 이용한 보안기술
- 뇌파 식별을 통한 보안기술 또한 개발 중이다. P300이라는 뇌 파 성분은 자극 제시 후 약 300밀리 초(ms) 이후에 나타나는 양-전위 파형(positive deflection)을 말한다. 특정 소리나 사 진에 약 0.3초 후 반응하는 뇌파로, 개인마다 그 차이가 다른 것으로 알려져 있다. 뇌파 보안 기술은 키보드와 마우스를 조 작하지 않아도 P300 신호를 이용하여 개인 인증을 가능하도 록 하는 것이 특징이다. 인터넷상에서 개인의 비밀번호 등이 노출되는 것을 방지할 수 있다. 현재로서는 약 90퍼센트(%)의 정확도를 보이고 있는 것으로 알려졌다.
4. 뇌파를 이용한 음악과 미술작품
- 뇌파는 음악과 미술 등 예술과 접목하기도 하며, 게임 등 콘텐츠 산업에서 도 다양하게 활용되고 있다.
- ‘익스피리언스 헬멧'(Experience Helmet)라는 이름의 작품은 뇌파측정 센서를 붙여 집중도를 측정, 이를 음악으로 바꿔주는 오토바이 헬멧을 선보 이기도 했다. 음악이 실시간으로 재생된다는 특징을 갖고 있다.
- ‘마인드 아트'(mind art) 프로젝트는 예술가의 뇌파 신호를 붓처럼 이용하 여 캔버스에 그림을 그리는 것이다. 실제로 16명의 장애인에게 뇌파측정 센서를 달아 전기 신호가 물감이 담긴 풍선을 터트리게 했다.
5. 뇌파를 이용한 뇌지도
- 미국에서 2013년 ‘브레인 계획’이라는 뇌파를 이용하여 뇌지도를 작성하는 연구를 성공했다. 이러한 뇌지도가 작성되면, 상대방이 무엇을 보고 무 슨 생각을 하는지 더 나아가 무슨 꿈을 꾸는 지도 어느 정도 알 수 있게 된 다. 이러한 기술을 뇌정보 해독(Brain decoding)이라고 하는데, 현재 수 준의 뇌지도로도 어느 정도 가능하다.
6. 사람 감정 읽는 VR
- 국내에서도 뇌파를 감지해 사람의 감정을 읽을 수 있는 기기가 등장했다. ' 룩시드 VR’ 이 시스템을 활용하면 이용자가 흥분상태인지, 긍정적인지 부 정적인지 등의 현재 느끼고 있는 감정분석이 가능하다. 스트레스에 노출 이 많은 고객상담 직군을 대상으로 시범사업을 실시해 데이터를 수집하 고 광범위한 측정이 가능하다.
뇌와 관련된 질환
1. 뇌혈관 질환
뇌출혈 (Cerebral Hemorrhage) - 고혈압, 동맥경화로 뇌동맥이 터져 뇌신경장애
뇌경색 (Cerebral Infarction) - 뇌의 혈관이 막히고 그 앞의 뇌조직이 괴사 하게 되는 질환, 마비증세나 언어장애들의 질 병을 일으킴
지주막하 출혈 (Subarachnoid Hemorrhage) - 지주막과 언막사이에 뇌혈관 이상에 의한 파열
뇌 동맥류 (Cerebral Aneurysm) - 고혈압등에 의해 뇌동맥 일부분이 혹모양으로 부풀어 오름
폐색증 (Pulmonary Embolism) - 원인불명, 뇌동맥이 가늘어짐
일과성 뇌 허혈증 (Transient Ischemic Attack) - 뇌졸중의 발작이 24시간 이내 사라짐, 뇌의 혈액 순환장애로 발생, 뇌경색의 조짐
2. 퇴행성 뇌질환
혈관성 치매 (vascular dementia)
- 뇌혈관 질환에 의해 뇌조직이 손상을 입어 치매가 발생하는 경우
- 혈관성 치매는 갑자기 발생하거나 급격히 상태가 악화되는 경우가 흔하며, 중풍을 앓고 난 후 갑자기 인지 기능이 떨어졌을 경우 혈관성 치매일 가능성이 높다.
- 초기부터 한쪽 마비, 구음 장애, 안면마비, 연하곤란, 한쪽 시력상실, 시야 장애 등 신경학적 증상을 동반하는 경우가 많다.
알츠하이머 (alzheimer's disease)
- 흔히 치매라고 부르는 퇴행성 뇌 질환 중 하나로 가장 많이 발생되는 질환.
- 초기에는 주로 최근 일에 대한 기억력 문제를 보이지만 진행하며 언어기능과 판단력 등 다른 여러 인지기 능의 이상을 동반하다 결국 모든 일상생활 기능을 상실한다.
- 인지기능 저하뿐만이 아니라 성격변화, 우울증, 초조 행동, 망상 등의 정신 행동 증상이 동반되며 말기에 이르면 경직, 보행 이상 등의 신경학적 장애와 신체적인 합병증까지 나타나게 된다.
파킨슨병 (Parkinson's disease)
- 뇌의 도파민 세포가 소실되면서 발생하는 퇴행성 질환
- 경직이나 안정 떨림, 운동 느림과 같은 증상이 나타난다.
- 원인은 정확하게 밝혀진 것이 없으며 현재까지는 도파민 대사를 바꾸는 레보도파를 투여하는 방식의 치료 법을 사용하고 있다.
소뇌 위축증 (spinocerebellar degeneration)
- 소뇌에 서서히 퇴행성 변화가 오고 크기가 줄어들어 운동기능을 상실하는 질병
- 단순히 소뇌기능 이상만 있는 질환이 있는 반면, 소뇌 기능 이상 외에도 다른 뇌, 척수, 말초신경의 이상을 동반하는 질환일 수 있다.
- 대개 18세 이상의 성인이나, 6세 정도의 아동기에 발병할 수 있다.
- 몸의 균형을 잡지 못하고 비틀거리는 보행장애, 몸의 쏠림 현상, 말이 어눌해지는 언어장애, 발음장애, 눈 떨림증상, 떨림현상이 나타난다.
- 소뇌가 망가지는 경우이기 때문에 우울증에 빠지는 경우가 많다.
전측두엽 퇴행 (temporal loberegression,)
- 주로 40~50대에 발병하는 특징이 있지만, 노인성 치매로 인해 나타나기도 한다.
- 초기에는 주변에 대해 무관심하거나 충동적 행동을 하지만 점점 다른 사람과의 사이에서 기이한 행동이나 부적절한 행동을 하게 된다.
- 사람에 따라 언어장애가 나타나기도 하는데 이러한 경우를 ‘진행성 비유상성 실어증＇이라고 부르게 되며 이 증상이 심해지게 된다면 ‘의미 치매＇라고 불리게 된다.
루이체 치매 (Lewy body dementia)
- 뇌에 비정상적으로 단백질이 쌓여 발생하는 퇴행성 뇌질환
- 알츠하이머 치매 다음으로 가장 많이 발명한다.
- 루이체 치매가 발생하면 환시나 환청이 반복되는 증상이 나타난다.
3. 그 밖의 뇌질환
간질 (Epilepsy) - 뇌에 간질양 전기방전이 동방 되는 간질발작이 특별한 유발요인이 있어 장기간 반복적으로 발생할 때 간질로 진단한다.
안면 인실 인증 (prosopagnosia)
- 대부분 두부외상, 뇌졸중, 퇴행성 변화 등의 뇌 손상에 의한다.
- 특별한 외상병력이 없더라도 안면 인식장애 발생 즉시 인지 될 수 있다.
- 정상적인 안면 인식 능력을 가지고 있다가 외부적 손상으로 그 능력을 상실하게 된다.
뇌농양 (Brain Abscess) - 뇌 속에 세균 감염 시 발생, 근육간대경련, 두통, 편측마비, 아린감을 일으킴
뇌염 (Encephalitis) - 뇌에 바이러스 감염시 발생, 구토, 발열, 의식장애를 일으킴
수막염 (Meningitis) - 뇌 수막에 세균 감염시 발생, 고열과 두통의 증세를 보임
다발성 경화증 (MS, Multiple Sclerosis) - 뇌와 척수 전역에 걸쳐 작은 탈수 변화를 반복한다. 원인불명
뇌종양 (Brain Tumor) - 두개골 안쪽에 종양이 생기는 것, 원인불명
뇌수종 (hydrocephalus) - 뇌 속의 수액통로인 뇌실이나 지주막하강에 수액이 괴어 발생
뇌성마비 (Cerebral Palsy) - 선천성 기형으로 미성숙한 뇌의 선상으로 운동장애를 일으킴
급성 소아 편마비 (Acute Infantile Hemiplegia) - 원인불명, 유아의 몸 한쪽이 마비가 됨
뇌파를 통해 컴퓨터와 연결하는 BCI라는 기술을 새로 배웠고 우리의 일상생활에서 뇌파가 어디에 활용이 되고 있는지 6가지를 예를 들어서 설명을 하였다. 그리고 뇌와 관련된 질환을 크게 3가지로 나누어서 이것도 예를 들어서 설명을 하였다.