A Framework for Processing Brain Waves Used in a Brain-computer Interface

Sung, Yun-Sick,Cho, Kyun-Geun,Um, Ky-Hyun Korea Information Processing Society 2012 Journal of information processing systems Vol.8 No.2

Recently, methodologies for developing brain-computer interface (BCI) games using the BCI have been actively researched. The existing general framework for processing brain waves does not provide the functions required to develop BCI games. Thus, developing BCI games is difficult and requires a large amount of time. Effective BCI game development requires a BCI game framework. Therefore the BCI game framework should provide the functions to generate discrete values, events, and converted waves considering the difference between the brain waves of users and the BCIs of those. In this paper, BCI game frameworks for processing brain waves for BCI games are proposed. A variety of processes for converting brain waves to apply the measured brain waves to the games are also proposed. In an experiment the frameworks proposed were applied to a BCI game for visual perception training. Furthermore, it was verified that the time required for BCI game development was reduced when the framework proposed in the experiment was applied.

뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)와 인간의 조건에 대한 정치철학적 고찰

정진화(Jinwha Chung) 경희대학교 인류사회재건연구원 2023 OUGHTOPIA Vol.37 No.3

과학기술이 혁신과 초월을 거듭하고 있는 시대에 새롭게 부상하고 있는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface: BCI)’는 삶의 형태와 인간의 존재 방식까지 변화시킬 수 있을 것으로 보이며 BCI가 가져올 미래는 인간의 자유와 조건에 대한 궁극적인 질문을 던지고 있다. 이 점에서 BCI에 관한 문제는 과학, 경제, 산업 분야의 긍정적 전망과 윤리적 차원의 부정적 전망을 넘어 정치의 영역으로 이동시켜 논의할 필요가 있다. 이에 본 연구는 Arendt가 사유한 인간의 조건을 이론적 토대로 삼아 BCI에 내포된 특징과 문제들을 탐구하고, 정치적 과제와 역할을 모색해보고자 하였다. 인간의 조건을 활동적 삶과 정신의 삶 두 측면에서 사유한 Arendt의 사상과 이론은 BCI와 같이 신체적 활동뿐 아니라 정신적 활동까지 변화시킬 수 있는 기술을 고찰하는데 중요한 이론적 토대가 될 것이며 Arendt가 강조한 정치의 의미는 향후 정치적 과제와 역할을 모색하는 데에 중요한 실마리를 제공해 줄 수 있을 것이라 생각한다. In an era where science and technology are constantly innovating and transcending, the newly emerging ‘Brain–Computer Interface(BCI)’ is expected to change the form of life and even the way humans exist, and which BCI will bring the future is asking ultimate questions about freedom and conditions of human. In this respect, the issue of BCI needs to be discussed beyond the positive outlook in the fields of science, economy and industry and the negative outlook in the ethical dimension, and moved to the realm of politics. Therefore, this study tried to explore the characteristics and problems contained in BCI, and to seek political tasks and roles, based on the human condition thought by Arendt as a theoretical basis. Arendt’s thoughts and theories, which considered the human condition in terms of both ‘vita action’ and ‘the life of the mind’, will serve as an important theoretical basis for examining technology that can change not only physical activity but also mental activity, such as BCI. And I think that the meaning of politics emphasized by Arendt will be able to provide an important clue to finding political tasks and roles in the future.

A Framework for Processing Brain Waves Used in a Brain-computer Interface

성연식,조경은,엄기현 한국정보처리학회 2012 Journal of information processing systems Vol.8 No.2

Recently, methodologies for developing brain-computer interface (BCI) games using the BCI have been actively researched. The existing general framework for processing brain waves does not provide the functions required to develop BCI games. Thus, developing BCI games is difficult and requires a large amount of time. Effective BCI game development requires a BCI game framework. Therefore the BCI game framework should provide the functions to generate discrete values, events, and converted waves considering the difference between the brain waves of users and the BCIs of those. In this paper, BCI game frameworks for processing brain waves for BCI games are proposed. A variety of processes for converting brain waves to apply the measured brain waves to the games are also proposed. In an experiment the frameworks proposed were applied to a BCI game for visual perception training. Furthermore, it was verified that the time required for BCI game development was reduced when the framework proposed in the experiment was applied

뇌-기계 인터페이스 기술 동향

이충희 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.1

The brain-machine interface (BMI) is a new frontier technology developed recently and can be applied to manipulate a machine, robot, computer, etc. by detecting brain waves or activated brain images that arise from the blood oxygen level dependence (BOLD) effect, and are created by a thought. The state of the art in BMI research is reviewed, the R\&D results and the patents for BMIs obtained in major countries, including the United States, the European Union, Japan, and Korea, are presented, and the technological levels of BMIs are evaluated, providing future outlooks for progress in BMIs. In this paper, a BMI using an electroencephalograph (EEG), a BMI using the functional magnetic resonance imaging (fMRI) BOLD effect and a BMI using a brain chip implanted in the brain are reviewed. 인간의 생각에 의한 뇌의 변화(뇌파 또는 뇌신경의 활성화)를 감지하여 기계, 로봇, 컴퓨터 등을 제어하는 뇌-기계 인터페이스(Brain-Machine Interface, BMI) 기술의 국내외 연구개발 동향, 학술정보 및 기술특허 현황 등을 분석하여 미국, 유럽, 일본, 한국 등 주요국의 BMI 기술수준을 평가하고, BMI 기술의 당면과제와 발전방향을 제시하였다. 뇌파계를 이용한 BMI, fMRI BOLD 신호를 이용한 BMI, 뇌에 직접 전극을 설치하는 방법에 의한 BMI 등을 기술하였으며, 앞으로 5~10년 후 BMI 기술의 전망과 실현가능성을 진단하였다.

디지털과 바이오 융합기술에서 새로운 인권의 형성

엄주희 한국헌법학회 2022 憲法學硏究 Vol.28 No.4

정보통신기술은 기계와 기계 사이의 커뮤니케이션으로 사람들 간의 정보 소통을 원활하게 하는 것을 넘어서 기계와 사람 간 커뮤니케이션, 즉 인체 속에 삽입된 커뮤니케이션 기기를 통한 인간과 기계의 융합이 가능하게 한다. 본고는 정보통신기술이 인간의 신체와 기계와의 융합을 가능케 하면서 촉발되는 인간 향상이라는 개념과 거기에서 출발하는 인권적 함의를 탐색한다. 인간 향상의 개념은 성형수술, 성장호르몬, 유전자 편집 등의 생화학적 기술, 생물학적 기술로서 인간이 타고난 수행력과 능력을 증강하고 개선하는 것으로부터 윤리적인 논의가 시작되었지만, 뇌 임플란트, 뇌 심부자극술(DBS), 경두개 뇌 자극술(TMS, tDCS), 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 등의 신경과학기술의 발전은 신경 향상이라고 칭해지는 뇌의 개입․인지적 향상이 가능해짐에 따라서 윤리적, 사회적, 법적 차원의 광범위한 논의를 불러일으켰다. 국가 차원에서 인간 향상에 대해서 어떻게 바라보고 접근하는지 살펴보기 위하여, 영국, 미국, 프랑스, 싱가포르에서 생명 과학 및 윤리・규범 부문에서 국가의 정책을 자문을 하는 국가 위원회가 바라보는 인간 향상에 관한 공식 의견들을 검토한다. 인간 향상이라는 개념이 법적 개념으로 정립된 것이 아니기 때문에 이에 대해서 입법적으로 규율을 한다면, 우선적으로 기본적 인권에 어떠한 영향을 미치고 있는지 여부와, 기본권과의 관련서에 대해 살펴보아야 한다. 따라서 각국의 국가 위원회에서 다룬 인간 향상과, 그 중에 신경향상에 대한 개념과 윤리적 논쟁 범위에 대한 검토를 통하여 인간 향상에 대한 법적 규율의 방향과 시사점을 전망하고, 정보통신기술에 힘입어 향상된 인간의 인권에 대해 고찰한다. 그리고 인간 향상 기술이 적용된 실례이자, 구체적으로 제기되는 이슈로서, 뇌 신경 신호 정보를 읽어 들임으로써 외부 기기를 제어하고 외부와 통신할 수 있게 하는 기술인 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI: Brain-Conputer Interface)와 관련된 인권적 함의에 대해서 살펴본다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 인간 행위의 자율성과 책임의 문제, 불법적 침해로부터의 보호의 문제, 진술거부권과 자기부죄거부특권의 문제, 프라이버시권에서의 인권적 쟁점을 가지고 있다. 신경 향상, 인간 향상 기술은 인지적 자유에 대한 권리, 정신적 프라이버시의 권리, 정신적 완전성의 권리, 심리적 연속성의 권리라는 기존의 인권의 영역에서 보호하지 못했던 새로운 인권으로 보호되어야 할 필요성을 제기하고 있다. 칠레에서는 뇌의 활동과 뇌 데이터를 보호하는 내용이 2021년 헌법상 기본권으로 명시됨으로써 신경 향상으로 새로워질 인류가 지배할 미래를 대비하여 마음의 영역을 보호하는 법제를 구축하는 실례를 보여주고 있다. ICT(information and communication technology) goes beyond facilitating information communication between people through machines communication, enabling communication between machines and humans, that is, convergence between humans and machines through communication devices inserted into the human body. This paper explores the concept of human enhancement triggered by information and communication technology enabling the convergence of the human body and machines, from which the implication of human rights derives. The ethical discussions over the concept of human enhancement derives from biochemical technology and biological technology such as plastic surgery, growth hormone, and gene editing. Ethical discussions have begun from augmenting and improving the innate performance and ability of humans, but Advances in neuroscience and neurotechnology, such as brain implants, deep brain stimulation (DBS), transcranial brain stimulation(TMS, tDCS) and brain-computer interface (BCI), have enabled brain intervention and cognitive enhancement, called neuro-enhancement, to lead to a wide range of ethical, social, and legal issues. To examine the views and approaches to human enhancement at the national level, the official opinion on human enhancement is reviewed where national committees have advised national policy in the life sciences, ethics and law in the UK, USA, France and Singapore. Since the concept of “human enhancement” is not established as a legal concept, if it is to be legally regulated, it is first necessary to explore how it affects human rights and whether it is related to constitutional rights. By examining the concept of human enhancement, which has been dealt with by national committees of each country, and the scope of ethical debate among them, the direction and implications of regulation for human enhancement are prospected, and human rights improved owing to information and communication technology is reviewed. It is reviewed about the human rights implications of Brain-Computer Interface(BCI) which is an example of human enhancement technology and a technology that enables external devices to be controlled and communicated with the outside by reading nerve signal data from brain. The brain-computer interface has issues of autonomy and responsibility of human actions, issues of protection from illegal infringement, issues of the right to refuse to make statements and privileges to deny self-incrimination, and human rights issues in the right to privacy. Neuro-enhancement or human enhancement technologies raise the need to be protected as new human rights that have not been protected in the existing human rights areas, such as the right to cognitive freedom, the right to mental privacy, the right to mental integrity, and the right to psychological continuity. In Chile, the content of protecting brain activity and brain data is specified as a fundamental right in the 2021 constitutional amendment, showing an example of building a legal system to protect the realm of the mind in preparation for a future dominated by mankind, which will be renewed by neuro enhancement.

뇌파기반의 커뮤니케이션에 대한 기호학적 고찰 - 대인커뮤니케이션을 중심으로

조창연 ( Jo Chang-yeon ) 한국기호학회 2021 기호학연구 Vol.69 No.-

본 연구의 목적은 최근 신경과학 뇌과학과 인지과학의 발달에 힘입어 나타나고 있는 새로운 학문적인 지형도의 변화가 기호학의 영역에 미치는 가능한 영향을 탐색하는데 있다. 이 탐색 작업은 특히 기존의 전통기호, 특히 언어기호를 대체하는 뇌파의 기호 가능성과 소통에 초점을 두었다. 이를 위해 기호로서 뇌파의 가능성에 대한 탐색, 기호로서 뇌파, 즉 뇌파기호의 의미생성, 그리고 이를 기반으로 하는 뇌파커뮤니케이션(의미전달)의 프로세스에 대한 분석 등을 중점적으로 다루었다. 뇌파커뮤니케이션을 이해하기 위하여 뇌와 컴퓨터 인터페이스(BCI), 컴퓨터와 뇌의 인터페이스(CBI), 그리고 이들 인터페이스를 결합한 뇌와 뇌의 인터페이스(BBI)를 설명하고 이들 인터페이스의 융합을 통한 소통 가능성을 대인커뮤니케이션을 중심으로 살펴보았다. 본 연구를 통해서 밝혀진 의미 있는 연구 결과들은 다음과 같다. 첫째, 기호(표현체)로서 뇌파, 즉 뇌파기호는 대상체인 생각을 해석체인 뇌가 해석하는 삼원적 관계에서 만들어진다. 뇌파는 그 발생적 특성상 뇌의 구조·기능과 밀접하게 연계되어 쌍방적으로 작용한다. 그 결과 표현체인 뇌파와 해석체인 뇌는 의미론적으로 동등한 특징을 갖는다. 둘째, 뇌파기호는 정신적 존재와 그에 따른 정신현상학적 현상이기에 퍼스의 기호 현상학적 관점에서 접근이 가능하고 이를 기반으로 뇌파기호의 10가지 유형의 파악이 가능하다. 셋째, 뇌파기호의 의미생성은 뉴런(뇌신경)의 차원에서 수행되기 때문에 연역과 귀납의 논리 과정이 신경망의 프로세스 속에 내재화되어 이를 기반으로 기호의 의미는 가추적 직관을 통하여 직관적으로 감지된다. 넷째, 생각이 뇌파로 전달되기 때문에 이러한 특성의 뇌파기호를 토대로 하는 뇌와 뇌의 인터페이스 기반의 대인커뮤니케이션 구축이 가능하다. 이 연구의 의의는 뇌파의 기호 가능성을 탐구하고 이를 기반으로 하는 인간커뮤니케이션 프로세스를 구성함으로써 기존의 기호학적 커뮤니케이션 시스템이 갖는 매개의 문제를 생산적으로 해결하는 지평을 제시한 점을 들 수 있다. 나아가서 기존의 전통적인 언어나 영상과 같은 기호를 넘어서 뇌파나 혹은 텔레파시와 같은 것들이 일상적인 소통에 등장하는 포스트휴먼의 시대를 대비하는 기호학적 연구 방향을 시사한 점은 또 다른 의의로 볼 수 있다. This study investigates the possible impact on the field of semiotics brought about by the change in the contours of various neuroscientific spheres, particularly brain science and cognitve science. It focuses on the possibility of brainwaves functioning as signs that substitute for existing conventional signs, particularly linguistic. In addition to this possibility, the study examines the signification of such signs, and their communicative meaning transfer process. Brainwave-based communication can be explained through the concepts of brain computer interface (BCI), computer brain interface (CBI), and brain brain interface (BBI), which is constituted by combining BCI with CBI. Finally, the study looks at the interpersonal communication potential of BBI-based communication. Some of the significant results of the study are as follows. Firstly, a brainwave sign is generated in the triadic relation of the Object of thought, the brain as Interpretant, and the brainwave sign as Representamen. These generative elements are interdependent, as the brainwave as Representamen and the brain as Interpretant are equally semantically significant. Secondly, a brainwave sign is a mental phenomenon, so it can be approached through the prism of pheneroscopy, which can identify 10 classes of sign. Thirdly, because the signification of a brainwave sign is executed on the level of the neuron, and given the logical process of induction and deduction inherent in neural networks, the meaning of a brainwave sign based on these neural traits can be intuitively detected in the abductive process. Fourth, thinking is the process of transmitting thoughts in the form of brainwaves, and a brainwave sign that is produced on the basis of such brainwave transfer enables us to construct the Brain-Brain Interface on which the development of interpersonal communication is possible. The study’s results suggest the importance of identifying brainwave signs, of developing the process of interpersonal communication on the basis of such signs, and of elaborating a perspective through which the mediation problem of existing semiotic communication systems can be resolved in a productive way. It is also important to formulate a form of semiotic training to prepare us for the posthuman era, in which brainwaves or technical telepathy, beyond the language or images on which traditional forms of communication are based, would be used for ordinary communication.

Feasibility of hybrid BCI using ERD- and SSSEP- BCI

Sangtae Ahn,Sung Chan Jun 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2012 No.10

To increase information transfer rate (ITR) in brain-computer interface (BCI), many approaches better extracting new and robust features, or effectively combining such features have been proposed. Recently, hybrid BCI combining features simultaneously acquired from two different experimental paradigms has been reported. In this work, subjects performed tasks typically used in two BCI approaches, namely event-related de-synchronization (ERD) and steady-state somatosensory evoked potentials (SSSEP). Subjects imagined the movement of left or right hand (ERD) and gave more attention to the vibration (having different frequencies) of left or right finger (SSSEP). Offline analyses were found that half of the subjects did well ERD BCI rather than SSSEP BCI and information that was invisible in ERD pattern appeared in SSSEP pattern. As a preliminary study to develop a hybrid BCI using both ERD and SSSEP, we investigated how different information could be extracted from ERD and SSSEP, and further discussed how the hybrid ERD-SSSEP BCI is feasible.

다중 사용자 SSVEP 기반 BCI 게임: SSVEP running

김희규(Heegyu Kim),원경호(Kyungho Won),전성찬(Sung Chan Jun) 한국HCI학회 2021 한국HCI학회 학술대회 Vol.2021 No.1

뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain computer interface, BCI)는 사람의 뇌 신호를 이용해 컴퓨터에 명령을 전달할 수 있는 방법으로, 키보드나 마우스를 대신해 뇌신호로 컴퓨터를 조작할 수 있게 하는 기술이다. 다양한 BCI 시스템 중 정상상태 시각 유발 전위(steady state visual evoked potential, SSVEP) 기반 BCI는 다른 BCI와 비교해 해당 시스템을 이용하기 위한 사용자 훈련 과정이 짧고 높은 정보 전달율을 가져 사용자들이 손쉽게 이용할 수 있으며, 충분한 성능을 보여줄 수 있는 BCI 게임을 구현하기 적합한 패러다임에 속한다. 위 논문에서는 오픈소스 플랫폼 기반으로 최대 3명의 사용자가 동시에 플레이할 수 있도록 개발한 SSVEP BCI 게임을 소개하고 이에 대한 방법론 및 활용가능성을 제안한다.

Multi-Class Stationary CSP for Optimal Feature Separation of Brain Source in BCI System

Thanh-Ha Nguyen,Seung-Min Park,Kwang-Eun Ko,Kwee-Bo Sim 제어로봇시스템학회 2012 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2012 No.10

Electroencephalogram (EEG) record brain activation into electric millivolts. Brain computer interface based on EEG signal recognized brain control limbs movement is one of the main application of BCI system. Classification attention of user when moving limbs find out the brain region activating and translate them into commands which could control outer device. Recently, a famous technique to analyze EEG signals based on spatial filter is common spatial patterns (CSP). It is popular for two-class paradigm when maximize one class in the same time minimize the other one. In the other hand, CSP gets limitation when just working on covariance matrices in which not only stationary brain signal sources but also contaminated non-stationary sources. In this paper, we proposed to applied extension of CSP to separate non-stationary and also apply for multi-class BCI to reduce these disadvantage mentioned above. To solve non-stationary sources problem, we applied stationary CSP (sCSP) to separate signal sources. sCSP method is also powerful for binary paradigm. To improve sCSP for multi-class, we applied joint approximate diagonalization (JAD), which is successful to find efficient spatial filter in the context of multi-class BCI. Since CSP supposed to separate data space linearly, nearest neighbor method was used to classify the multi-class BCI to evaluate the performance of methods. We used 2 sorts of dataset: 1) auditory cue to two patients respond to three kinds of sound for executive movement; 2) auditory spatial from 2 speakers separate sounds. Three kinds of sound are: 500Hz left hand, 2000Hz right hand and noise sound ignored.

Brain-Computer Interface 기반 인간-로봇상호작용 플랫폼

윤중선(Yoon, Joong-Sun) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.11

뇌파로 의도를 접속하여 기계를 작동하는 뇌-기기 접속(Brain-Computer Interface, BCI) 기반의 인간-로봇상호작용 (Human-Robot Interaction, HRI) 플랫폼을 제안한다. 사람의 뇌파로 의도를 포착하고 포착된 뇌파 신호에서 의도를 추출하거 나 연관시키고 추출된 의도로 기기를 작동하게 하는 포착, 처리, 실행을 수행하는 플랫폼의 설계, 운용 및 구현 과정을 소개한 다. 제안된 플랫폼의 구현 사례로 처리기에 구현된 상호작용 게임과 처리기를 통한 외부 장치 제어가 기술되었다. BCI 기반 플랫폼의 의도와 감지 사이의 신뢰성을 확보하기 위한 다양한 시도들을 소개한다. 제안된 플랫폼과 구현 사례는 BCI 기반의 새로운 기기 제어 작동 방식의 실현으로 확장될 것으로 기대된다. We propose a brain-machine interface(BMI) based human-robot interaction(HRI) platform which operates machines by interfacing intentions by capturing brain waves. Platform consists of capture, processing/mapping, and action parts. A noninvasive brain wave sensor, PC, and robot-avatar/LED/motor are selected as capture, processing/mapping, and action part(s), respectively. Various investigations to ensure the relations between intentions and brainwave sensing have been explored. Case studies-an interactive game, on-off controls of LED(s), and motor control(s) are presented to show the design and implementation process of new BMI based HRI platform.