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A Novel qEEG Measure of Teamwork for Human Error Analysis: An EEG Hyperscanning Study
차갑문,이현철 한국원자력학회 2019 Nuclear Engineering and Technology Vol.51 No.3
In this paper, we propose a novel method to quantify the neural synchronization between subjects in thecollaborative process through electroencephalogram (EEG) hyperscanning. We hypothesized that theneural synchronization in EEGs will increase when the communication of the operators is smooth andthe teamwork is better. We quantified the EEG signal for multiple subjects using a representative EEGquantification method, and studied the changes in brain activity occurring during collaboration. Theproposed method quantifies neural synchronization between subjects through bispectral analysis. Wefound that phase synchronization between EEGs of multi subjects increased significantly during theperiods of collaborative work. Traditional methods for a human error analysis used a retrospectiveanalysis, and most of them were analyzed for an unspecified majority. However, the proposed method isable to perform the real-time monitoring of human error and can directly analyze and evaluate specificgroups.
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P300 뇌파를 이용한 뇌-기계 인터페이스 기술에 대한 연구
차갑문(Kab-Mun Cha),신현출(Hyun-Chool Shin) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SC (System and control) Vol.47 No.5
본 논문은 유발전위(evoked potential) 뇌파인 P300에 기반한 뇌-기계 인터페이스의 실시간 구현을 위한 효율적인 알고리즘을 제안한다. P300 뇌파는 외부 시각 자극이 인간의 의지와 일치할 경우, 100-300ms 부근에서 negative pick를 갖는 특성이 있다. 이러한 특성에 기초하여 P300 뇌파의 포텐셜(potential) 감소를 감지하여 인간의 의도를 역으로 추론할 수 있으며, 이를 뇌-기계 인터페이스에 활용할 수 있다. 연구에서 P300 뇌파는 인간의 두개골 외부에 부착된 전극을 통해 얻어졌으며, 시각적 자극으로는 2차원 알파벳 신호를 사용하였다. P300 뇌파의 포텐셜 감소 검출을 위하여 뇌파 포텐셜을 자극과 연계하여 확률적으로 모델링하였다. 확률적 모델은 피실험자가 의도하는 신호의 모델(target model)과 의도하지 않는 신호의 모델(non-target model)로 구성된다. 이러한 확률적 모델에 기반하여 피실험자의 의도를 추론하기 위해서 최우추정법(maximum likelihood estimation)을 사용하였다. 실험에는 신체 건강한 성인 남자 3명이 참가하였으며, ‘A’와 ‘E’ 실험에 대한 피실험자 k의 평균 성공률은 98%, 피실험자 j의 평균 성공률 90%, 그리고 피실험자 h의 성공률은 79.8%였다. In this paper, we propose a computationally efficient method detecting the P300 wave for brain-machine interface. Electrophysiological researches have shown that the P300 wave's potential is decreased when human intention matches visual stimulation. Motivated by this fact, we can infer human intention for brain-machine interface by detecting the P300 wave's potential decrease. The P300 wave is recorded from EEG(electroencephalogram) electrodes attached on human brain skull after giving alphabetical stimulation. To detect the potential decrease in P300, firstly we statistically model the P300 wave's negative potential. Then we infer human intention based on maximum likelihood estimation. The proposed method was evaluated on the data recorded from three healthy human subjects. The method achieved an averaging accuracy of 98% from subject k, 90% from subject j and 79.8% from subject h.
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엔트로피 기반 ECoG 신호를 이용한 손과 팔꿈치 움직임 추론
김기현,차갑문,이기원,정천기,신현출,Kim, Ki-Hyun,Cha, Kab-Mun,Rhee, Kiwon,Chung, Chun Kee,Shin, Hyun-Chool 한국전기전자학회 2013 전기전자학회논문지 Vol.17 No.4
In this paper, a method of estimating hand and elbow movements using electrocorticogram (ECoG) signals is proposed. Using multiple channels, surface electromyogram (EMG) signals and ECoG signals were obtained from patients simultaneously. The estimated movements were those to close and then open the hand and those to bend the elbow inward. The patients were encouraged to perform the movements in accordance with their free will instead of after being induced by external stimuli. Surface EMG signals were used to find movement time points, and ECoG signals were used to estimate the movements. To extract the characteristics of the individual movements, the ECoG signals were divided into a total of six bands (the entire band and the ${\delta}$, ${\Theta}$, ${\alpha}$, ${\beta}$, and ${\gamma}$ bands) to obtain the information entropy, and the maximum likelihood estimation method was used to estimate the movements. The results of the experiment showed the performance averaged 74% when the ECoG of the gamma band was used, which was higher than that when other bands were used, and higher estimation success rates were shown in the gamma band than in other bands. The time of the movements was divided into three time sections based on movement time points, and the "before" section, which included the readiness potential, was compared with the "onset" section. In the "before" section and the "onset" section, estimation success rates were 66% and 65%, respectively, and thus it was determined that the readiness potential could be used. 본 논문에서는 Electrocorticogram(ECoG) 신호를 이용하여 손과 팔꿈치의 움직임을 추론하는 방법을 제안한다. 환자로부터 다수의 채널을 이용하여 표면 근전도 신호와 ECoG 신호를 동시에 취득하였다. 추론하는 동작은 손을 쥐었다 펴는 동작과 팔꿈치를 안으로 굽히는 동작이며, 외부 자극에 의해 동작을 수행하는 방법 대신 환자의 자유의지에 의해 동작을 수행하게 하였다. 표면 근전도 신호를 이용하여 동작을 수행한 운동 시점을 찾고, ECoG 신호를 이용하여 동작을 추론한다. 각 동작의 특징을 추출하기 위하여 ECoG 신호를 전체 대역을 포함한 ${\delta}$, ${\Theta}$, ${\alpha}$, ${\beta}$, ${\gamma}$ 총 6개의 대역을 나누어 정보 엔트로피를 구하고, 최대우도추정법을 사용하여 동작을 추정하였다. 실험 결과 감마대역의 ECoG를 사용할 경우 다른 대역을 사용할 때 보다 높은 평균 74%의 성능을 보이며, 다른 대역보다 감마 대역에서 높은 추정 성공률을 보였다. 또한 운동 시점을 기준으로 3개의 시간 구간으로 나누어 준비전위를 포함하는 'before' 구간과 'onset' 구간을 비교하였다. 'before' 구간과 'onset' 구간에서 추정 성공률은 각각 66%, 65%로 준비전위를 이용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
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