눈 깜빡여도 뇌파 살린다…단일 채널 잡음 제거로 철자 정확도 7.8%p↑

눈을 깜빡이거나 씹어도 뇌파 신호를 살려내는 단일 채널 잡음 제거 기술이 나왔다. 이 기술을 적용하자 P300 철자 입력 정확도가 7.8%포인트 높아졌다.

29일(현지시간) 바이오온(BioOn)에 따르면 이번 연구는 국제학술지 'IEEE 신경계·재활공학회보'(IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering)에 게재됐다.

연구진이 개발한 'SPAR-EEG'는 전극 하나만으로 기록한 뇌파에서 근육 움직임, 눈 깜빡임, 전극의 느린 흔들림 등 잡음을 단계별로 줄이는 방식이다.

잡음 유형에 따라 고주파 근육 신호는 변분 모드 분해로, 눈 깜빡임 같은 순간 신호는 특이 스펙트럼 분석으로, 느린 흔들림은 게이트 특이 스펙트럼 분석으로 각각 처리한다.

기존 방식과 달리 신호 성분 전체를 지우지 않고 잡음이 발생한 구간만 찾아 에너지를 주변 기준값에 맞춰 보정한다. 별도 보조 채널이나 잡음 표지, 인위적으로 만든 깨끗한 기준 신호가 필요 없다.

EEGdenoiseNet과 PhysioBank 벤치마크에서 기존 방식들과 비교한 결과, 영하 20데시벨(dB) 조건에서 근육·눈·혼합 잡음 구간의 신호 대 잡음비(SNR) 중앙값이 각각 17.62dB, 17.67dB, 17.30dB 개선돼 비교 대상 가운데 가장 높았다.

26개 입력 신호 대 잡음비 수준을 평균한 중앙값 개선 폭도 근육 9.05dB, 눈 8.28dB, 혼합 8.00dB로 모두 1위를 기록했다.

실제 응용에서도 효과가 확인됐다. 건식 전극으로 측정한 뇌파의 알파 피크 신호 대 잡음비는 눈을 떴을 때와 감았을 때 각각 1.01dB, 1.58dB 높아졌다.

55명을 대상으로 이마 부위 전극(FP1·FP2)만 사용한 P300 철자 실험에서는 최종 15회 반복 기준 글자 정확도가 0.238에서 0.316으로 올랐다. 7.8%포인트 향상이다.

연구진은 세 가지 처리 방식의 성능이 비슷한 점을 근거로 "전두엽의 눈 움직임과 얼굴 근육 잡음 억제가 주된 기여 요인"이라고 분석했다.

이 기술은 웨어러블 뇌파 기기와 가정 재활, 부담이 적은 뇌-컴퓨터 인터페이스 등에서 다채널 장비와 수작업 품질 관리에 대한 의존도를 낮출 것으로 기대된다.