기계연, 전극 접촉 자동 보정하는 뇌전도 측정 헬멧 개발

한국기계연구원이 전극과 두피의 접촉 상태를 실시간으로 확인하고 필요한 전극을 자동으로 움직여 접촉 상태를 맞추는 ‘자동맞춤형 뇌전도 모니터링 헬멧’을 개발했다. 사용자마다 다른 두상과 모발 상태에 따른 접촉 편차를 줄이고, 측정 중 접촉이 불안정해질 경우 해당 전극을 다시 조정하는 기술이다.

기계연 대경권융합연구본부 진단센서연구실 이승찬 선임연구원 연구팀이 개발한 헬멧은 32개 채널의 뇌전도 신호를 채널당 초당 500회씩 동시에 기록하는 측정 시스템과 전극 위치 자동조정 기술을 결합했다. 전극 접촉 상태 감지부터 기계적 위치 조정, 접촉 상태 재확인까지 하나의 시스템에서 수행한다.

접촉 불안정한 전극만 찾아 자동 조정
핵심은 전극별 접촉 상태를 확인한 뒤 그 결과를 다시 위치 조정에 반영하는 폐루프 제어 방식이다.

헬멧을 착용하면 각 전극이 두피 방향으로 움직이며 접촉 상태를 확인한다. 접촉이 불안정한 전극은 위치를 다시 조정하고 목표 접촉 조건에 도달하면 자동으로 움직임을 멈춘다. ‘접촉 확인→전극 이동→재확인’ 과정을 반복해 필요한 전극만 조정하는 구조다.

32개 채널은 두피 여러 위치에서 발생하는 뇌전도 신호를 함께 측정해 뇌 활동의 공간적 분포를 살피는 데 활용된다. 500Hz 샘플링은 각 채널의 신호를 초당 500회 기록해 시간에 따른 뇌전도 변화를 측정하는 방식이다.

연구팀은 전도성 젤을 사용하지 않는 건식 전극을 적용했다. 전극의 접촉 상태는 모니터링 프로그램과 헬멧에 부착된 LED를 통해 실시간으로 확인할 수 있도록 했다.

측정 중 접촉 변화 대응…숙련자 의존도 줄여
기계연에 따르면 기존 뇌전도 측정은 전극의 위치와 접촉 상태를 확인하고 조정하는 과정에서 숙련자의 개입이 필요했다. 특히 여러 전극을 사용하는 경우 사용자마다 다른 두상과 모발 상태 때문에 접촉 상태를 일정하게 유지하기 어려웠다.

개발한 헬멧은 착용 후 전극 접촉 상태를 자동으로 확인하고 위치를 조정한다. 측정 중 접촉 상태가 변해도 해당 전극을 다시 보정한다.

목표 접촉 상태에 도달하면 전극 이동을 멈추도록 해 필요 이상으로 두피를 누르는 현상도 줄였다. 반복 측정 과정에서 발생할 수 있는 착용 불편을 완화하기 위한 설계다.

연구팀은 반복적인 뇌전도 측정이 필요한 재활훈련과 인지기능 평가, 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 연구 등에 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.

경량화·현장 실증 거쳐 활용 범위 확대

향후 경량화와 성능 검증, 현장 실증을 거치면 가상현실 기반 재활치료 연구와 작업자의 집중력·피로도 분석 등으로 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

이승찬 선임연구원은 “뇌전도는 의료와 헬스케어, 인지과학 분야에서 활용 가치가 높지만 전극 접촉 상태를 맞추는 과정이 복잡하고 사용자에 따라 신호 품질이 달라질 수 있다는 한계가 있었다”며 “이번 기술로 반복 측정 환경에서도 보다 쉽고 일관된 뇌전도 데이터를 확보할 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

이번 연구는 ‘중증 운동기능 장애 극복을 위한 몰입형 확장현실 구현 핵심기계기술 개발’ 과제와 ‘뇌졸중 환자의 뇌가소성 증진을 위한 시간간섭 신경자극 기반의 가상현실 뉴로피드백 치료 시스템 개발’ 과제를 통해 수행됐다.