[뇌] EEG (배경지식 & 실험결과)

 1. 배경 지식

대뇌 피질

뇌는 뇌 표면을 바로 감싸며 보호하고 있는 머리뼈인 두개골로 싸여있다. 또한 두피라고 불리는 두꺼운 피부가 두개골의 대부분을 감싸고 있다.

두개골 바로 아래의 가장 큰 뇌의 부분은 대뇌 피질이다. 대뇌 피질은 신경 세포인 뉴런들로 이루어져 있고 이러한 것들은 서로서로 기능적으로 연결되어 있으며 뇌의 다른 부분들과 연결되어 있다. 대뇌 피질 세포에서 받거나 보내는 신경 충격 형태의 활동전위는 항상 존재하며, 자는 동안에도 활성화 상태이다. 의학적이고 법적 감각뿐만이 아니라 생물학적 관점에서 인간의 대뇌 피질에서의 활동 전위의 부재는 사망을 의미한다.

대뇌 피질의 기능

대뇌 피질은 추상적 사고, 추론, 골격근의 자발적이거나 비자발적인 제어, 그리고 신체의 본능적이고 특별한 감각 자극들의 인식과 구별의 기능을 담당한다. 대뇌 피질의 특수한 영역은 다양한 정보를 처리하거나 만들어 낸다.

후두엽은 시각정보를 처리하고, 두정엽은 통각이나 온도 같은 체지각은 처리한다.

뇌파 전위 기록술(Electroencephalogram)

뇌의 정보는 주변에서부터 중심부로 전달되고, 그 정보는 대뇌 피질의 다양한 영역에 보내진다. 대뇌 피질은 두개골 바로 아래에 있기 때문에 뇌의 다양한 영역 위에 두피 상에 놓인 전극들은 기능하는 뉴런들의 활동 전위들 감지할 수 있다. 전극들을 사용하여 뇌의 활동을 기록하는 것을 뇌파 전위 기록술(Electroencephalogram) 또는 EEG라고 한다.

하나의 EEG 전극은 주로 바로 아래에 있는 뇌 영역의 활동을 탐지한다. 그럼에도 불구하고 전극들은 수천 개의 뉴런으로부터 정보를 받는다. 사실 대뇌 피질의 1밀리미터 평방에는 100,000개 보다 더 많은 뉴런들이 있다. 정신이 초롱한 사람의 대뇌 피질의 각 영역인 많은 정보를 받고, 통합하고 보내는 데 바쁘기 때문에 이러한 활동은 EEG에서 감지된다.

전극 쌍은 뇌 상의 두 지점 사이의 전위차를 측정한다. 세 번째 전극은 신체의 기준 전위인 GND으로서 귓불에 붙인다.

EEG 검출 파형

EEG에 있는 4개의 간단한 주기적인 파형은 alpha, beta, delta, theta 이다. 이 파형들은 주파수와 진폭으로 구별된다. 두피 전극으로 기록되는 진폭들은 uV의 범위에 있다.

ㆍAlpha

4개의 기본 파형들은 각각 특정 상태들과 관련이 있다. 일반적으로 alpha파는 깨어 있지만 눈을 감고 쉬고 있는 성인에게서 두드러지게 나타나는 파형이다. 뇌의 각 영역은 특정 alpha파가 있지만, 가장 큰 진폭의 alpha파는 대뇌 피질의 후두엽과 두정엽 부분에서 측정된다.

많은 연구로부터 다음 사실이 확인되었다.

-여성이 남성보다 alpha파의 주기가 평균적으로 더 크다.

-alpha파는 보통 사교적인 피실험자에게 더 높게 나타난다.

-alpha파의 진폭은 눈을 감은 채 수행되는 피실험자의 정신적 집중 상태에 따라 다양하게 나타난다.

일반적으로 alpha파의 진폭은 피실험자가 눈을 뜨고 외부 감각에 신경 쓸 때 감소하지만 긴장을 푸는 기술을 연마한 피실험자는 눈을 뜨고 있더라도 높은 alpha파 진폭을 유지한다.

ㆍBeta

Beta파는 깨어나서 외부자극에 주의를 기울이거나 특별한 정신적 노력을 기울이는 사람에게서 나타난다. 하지만 역설적이게도 이 파형은 깊은 잠을 자고 있는 동안에도 나타난다. 이때는 REM(눈이 앞 뒤로 움직이는 상태) 수면이라고 한다. beta파의 진폭은 alpha파의 진폭보다 낮다. 이것은 활동 전위가 적다는 것을 의미하는 것이 아니라 양전위와 음전위가 균형을 잡기 시작하여 활동 전위의 합이 적다는 것을 의미한다. beta파는 깨어 있거나 긴장 상태의 더 높은 각성을 나타내어서 기억이나 기억을 되찾는 것과 관계가 있다.

ㆍDelta와 theta

Delta와 theta는 보통 자고 있는 성인에게서 증가하는 저주파 EEG 파형이다. 사람들이 가벼운 수면상태에서 더 깊은 수면상태로 빠질 때(REM 수면 전), alpha파는 감소하고 점점 저주파수인 theta와 delta파로 대체된다.

비록 delta와 theta파가 자는 동안 주로 나타나지만 깨어 있는 사람에서부터 이 파형들이 나타나는 경우도 있다. 예를 들어 theta파는 좌절하는 감정 반응의 짧은 사이에 나타날 수 있고 Delta파는 집중을 요하는 어려운 정신 활동 중에 증가할 수 있다. 일반적으로 delta와 theta파들은 개개인에 따라 다양하게 나타난다.

 2. 실험 목표

1. 깨어있는 피 실험자가 눈을 떴을 때와 감았을 때의 EEG를 측정한다.
2. 복잡한 EEG파에서 alpha, beta, delta, and theta를 분석한다.

 3. 실험 순서

설정

컴퓨터를 켜고 BIOPAC MP3X가 꺼져있는지 확인한다.

전극(SS2LZ/L)를 CH1에 연결하고 BIOPAC MP3X unit을 켠다..

두피에 Fig3.3 과 같이 전극과 전선을 연결한다.

피실험자를 5분간 눈을 감고 쉬도록 한다.

Biopac Student Lab Program을 시작한다.

 

조정

Calibrate를 누른다.

8초 동안 조정을 하고 fig 3.4와 같이 0의 그래프가 나오면 OK를 누른다.

데이터 기록

Record를 누른다.

실험자는 피실험자를 안정되게 유지시키면서 다음 표와 같이 눈을 깜빡이도록 하고 기록자는 눈 상태가 변할 때마다 그래프에 표시를 한다.

Time	Eye Condition
Seconds 0-20	Eyes closed
Seconds 21-40	Eyes opened
Seconds 41-60	Eyes closed

 

Suspend를 누른다.

데이터가 fig 3.5와 같으면 Done을 누른다.

전극을 제거한다.

 

데이터 분석

다음과 같이 Review Saved Data 모드로 들어간다. (채널1 – EEG, 채널40 – alpha, 채널41 – beta, 채널42 – delta, 채널43 – theta)

채널40-43까지의 파형을 볼 수 있도록 화면을 설정한다.

I-Beam 커서를 이용하여 눈을 감았을 때의 영역을 선택한다.

커서를 이용하여 눈을 떴을 때의 영역을 선택한다.

커서를 이용하여 눈을 다시 감았을 때의 영역을 선택한다.

처음 눈을 감았을 때 3-4초 부분을 확대하여 alpha파의 한 주기를 측정한다.

눈을 떴을 때와 다시 감았을 때의 alpha파에 대해서도 alpha파의 한 주기를 측정한다.

beta파에 대해서도 세가지 경우의 주기를 측정한다.

delta파에 대해서도 세 경우의 주기를 측정한다.

Theta파에 대해서도 세 경우의 주기를 측정한다.

결과를 저장하고 프로그램을 종료한다.

  

 4. 실험 결과

실험자는 피실험자를 안정되게 유지시키면서 다음 표와 같이 눈을 깜빡이도록 하고 기록자는 눈 상태가 변할 때마다 그래프에 표시를 한다.

Time	Eye Condition
Seconds 0-20	Eyes closed
Seconds 21-40	Eyes opened
Seconds 41-60	Eyes closed

 

0 – 20초까지 눈을 떴을 때의 기록

 

21 – 40초까지 감았을 때의 기록

 

 

41 – 60초까지 눈을 떴을 때의 기록

 

전극을 제거한다.

 

2.데이터 분석

눈을 감았을 때를 선택하여 데이터를 측정하고 이를 눈을 떴을 때, 눈을 다시 감았을 때에 반복한다.

Table 3.2 Standard Deviation[Stddev] 단위는 uV

Rhythm	CH Measurement	Eyes Closed	Eyes Open	Eyes Re-closed
Alpha	40, Stddev	2.15	1.77	1.79
Beta	41, Stddev	1.99	1.87	1.71
Delta	42, Stddev	7.15	6.35	5.93
Theta	43, Stddev	3.13	2.58	2.68

 

처음 눈을 감았을 때 3-4초 부분을 확대하여 alpha파의 한 주기를 측정한다. 두 개의 다른 사이클에 대해서도 alpha를 측정한다. 이것을 Beta, Delta, Theta에 대해서도 반복한다.

Table 3.3 Frequency (Hz)

Rhythm	CH Measurement	Cycle1	Cycle2	Cycle3	Mean
Alpha	SC, Freq	8.70	15.38	9.52	11.2
Beta	SC, Freq	18.18	20.00	14.29	17.49
Delta	SC, Freq	1.59	1.27	3.57	2.14
Theta	SC, Freq	8.00	6.25	5.27	6.51

 

 

[BEEL]- 안유진 Previous Report 2015-10-02.docx

[BEEL]- 안유진 Result Report 2015-10-15.docx