KR20200008219A - Method for selecting optimized eeg electrodes based on brain machine interfaces and recording medium for performing the method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for selecting minimum electroencephalogram (EEG) electrodes for a brain-machine interface (BMI) which is realized to minimize the number of EEG electrodes substantially affecting BMI decoding accuracy, and a storage medium for performing the same. The method comprises: a step of acquiring feature data of brain signals from a plurality of EEG electrodes during all trials of brain signal measurement; a step of calculating discriminability information of the EEG electrodes for each class in the all trials; a step of using the calculated discriminability information to select priorities of the EEG electrodes in accordance with a degree of affecting BMI decoding accuracy; and a step of determining a final electrode set consisting of at least one EEG electrode essential in brain signal measurement in the all trials.

Description

BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체{METHOD FOR SELECTING OPTIMIZED EEG ELECTRODES BASED ON BRAIN MACHINE INTERFACES AND RECORDING MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD}METHOD FOR SELECTING OPTIMIZED EEG ELECTRODES BASED ON BRAIN MACHINE INTERFACES AND RECORDING MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD}

본 발명은 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BMI 디코딩 정확도에 실질적인 영향을 끼치는 EEG 전극의 숫자를 최소화할 수 있도록 구현한 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for selecting an EEG minimum electrode for BMI and a storage medium for performing the method. More specifically, the minimum EEG for BMI implemented to minimize the number of EEG electrodes that substantially affects the BMI decoding accuracy. An electrode selection method and a storage medium for performing the method.

'뇌-기계 인터페이스(BMI: Brain-Machine Interface)'라 함은, 인간의 뇌를 기계와 연결하여 뇌신경 신호인 뇌파를 실시간 해석하여 활용하거나, 외부 정보를 입력하고 변조시켜 인간 능력을 증진시키는 융합 기술이다.'Brain-Machine' Interface (BMI) is a fusion that connects the human brain with a machine and utilizes brain waves, which are brain signals, in real time, or improves human ability by inputting and modulating external information. Technology.

여기서, 뇌파(Electroencephalography; EEG)란, 두뇌의 활동을 시공간적(spatio-temporal)으로 파악하는 대표적인 생체 신호로서, 임상 및 뇌 기능 연구에 폭넓게 이용되어 왔다.Here, electroencephalography (EEG) is a representative biosignal that captures brain activity spatio-temporal and has been widely used in clinical and brain function research.

뇌파 측정에는 사용자의 두피에 전극을 붙여 뇌의 활동에 따라 발생되는 전류를 측정하는 방식이 사용된다.In the EEG measurement, an electrode is attached to the user's scalp to measure the electric current generated by the activity of the brain.

일반적으로, EEG 전극으로 뇌파를 측정하기 위해서는, 두개골에 구멍을 뚫어 전극을 이식하는 작업이 수반되었으나, 기술 개발에 따라 폴리이미드 기반 미세전극을 이용하여 침습적이지 않은 방법으로 가능한 많은 부위로부터 동시에 EEG를 기록하는 방법이 제안되어 왔다.In general, measuring EEG with an EEG electrode involves drilling an electrode through a hole in the skull, but according to the development of technology, EEG can be simultaneously detected from as many sites as possible using a non-invasive method using a polyimide-based microelectrode. A method of recording has been proposed.

기존에는, BMI 구동을 위해 EEG 전극이 설치된 헤어캡을 착용하였는데, 뇌파를 측정하기 위해 많은 수의 EEG 전극을 필요로 하였을 뿐만 아니라, 전극의 수가 많아 짐에 따라 해당 전극들로부터 측정되는 데이터를 처리하기 위한 고성능의 연산 장치가 필요하였다.Conventionally, a hair cap equipped with an EEG electrode is worn to drive a BMI. In addition, a large number of EEG electrodes are required to measure brain waves, and the data measured from the electrodes are processed as the number of electrodes increases. There was a need for a high performance computing device.

또한, 실생활 환경에서 사용하기가 힘들었으며, 모든 전극을 사용하여 BMI를 구현한다는 점에서 비효율적이라는 단점을 가지고 있었다.In addition, it was difficult to use in a real life environment, and had the disadvantage of being inefficient in implementing BMI using all electrodes.

한국공개특허 제10-2017-0056295호Korean Patent Publication No. 10-2017-0056295 한국공개특허 제10-2017-0091247호Korean Patent Publication No. 10-2017-0091247

본 발명의 일측면은, 뇌신호의 특징 속성과 BMI 디코딩 성능과의 상관 최고치 또는 공분산 최저치를 계산한 후, BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 EEG 전극의 우선순위 선정을 통해 BMI 디코딩 정확도에 실질적인 영향을 끼치는 EEG 전극의 숫자를 최소화할 수 있도록 구현한 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 저장 매체를 제공한다.One aspect of the present invention is to calculate the correlation maximum or covariance minimum between the characteristic properties of the brain signal and the BMI decoding performance, and then to substantially influence the BMI decoding accuracy by prioritizing the EEG electrodes that affect the BMI decoding accuracy. Provided are an EEG minimum electrode selection method for BMI and a storage medium for performing the method.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득하는 단계; 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표로 설정된 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 상기 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출하는 단계; 산출된 식별력 정보를 이용하여 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정하는 단계; 및 EEG 전극들의 우선순위를 기초로 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 포함한다.EEG minimum electrode selection method for BMI according to an embodiment of the present invention, in performing a mental task for driving a brain-machine interface (BMI), a plurality of EEG during every trial of brain signal measurement (trial) obtaining feature property data of a brain signal from electroencephalogram electrodes; Calculating discriminability information of the EEG electrodes for each class in all the trials by using the acquired characteristic data of the brain signal and a target BMI decoding performance; Prioritizing the EEG electrodes according to the degree of influence on the BMI decoding accuracy using the calculated discrimination power information; And determining a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all the above attempts based on priorities of the EEG electrodes.

일 실시예에서, 상기 식별력 정보를 산출하는 단계는, 상기 모든 시도에서 각 EEG 전극들로부터 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 BMI 디코딩 퍼포먼스 간의 상관(correlation)값 최고치 또는 공분산(covariance)값 최저치를 계산하여 BMI의 각 클래스에 대한 전극별 식별력 정보를 산출할 수 있다.In one embodiment, the calculating of the discrimination power information may include: a maximum value of a correlation value or a minimum value of a covariance value between BMI decoding performance and feature attribute data of a brain signal obtained from each EEG electrode in all the trials. By calculating the identification information for each electrode for each class of BMI can be calculated.

일 실시예에서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는, i번째로 상관값이 높은 i 순위 전극을 1번째로 상관값이 높은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성하는 집합 확장 단계; 상기 제2 전극 집합과 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수하면 상기 제1 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하면 i+1째로 상관값이 높은 i+1 순위의 전극을 상기 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성하는 정확도 비교 단계; 및 최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 EEG 전극들을 순위에 따라 상기 제3 전극 집합에 차례로 추가하면서 상기 정확도 비교 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining of the final electrode set may include adding an i-th order electrode having the highest correlation value to a first electrode set including only the first rank electrode having the highest correlation value and adding the second electrode set. A set expansion step of generating a; Comparing the BMI decoding accuracy of the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set, the first electrode set is replaced with the final electrode set. If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, an i + 1 rank electrode having the highest correlation value i + 1 is added to the second electrode set. An accuracy comparison step of generating a third set of electrodes; And repeating the execution of the accuracy comparison step again while sequentially adding the remaining EEG electrodes to the third electrode set in order until the final electrode set is determined.

일 실시예에서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는, i번째로 공분산값이 낮은 i 순위 전극을 공분산값이 가장 낮은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성하는 집합 확장 단계; 상기 제2 전극 집합과 상기 제1 전극 집합과의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수하면 상기 제1 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하면 i+1번째로 공분산값이 낮은 i+1 순위의 전극을 상기 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성하는 정확도 비교 단계; 및 최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 전극을 순위에 따라 상기 제3 전극 집합에 차례로 추가하면서 상기 정확도 비교 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining of the final electrode set may include generating the second electrode set by adding an i-th rank electrode having the lowest covariance value to the first electrode set including only the first rank electrode having the lowest covariance value. A set expansion step; Comparing the BMI decoding accuracy between the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set, the first electrode set is replaced with the final electrode set. If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, an i + 1 rank electrode having the i + 1th lower covariance value is added to the second electrode set. An accuracy comparison step of generating a third electrode set; And repeating the execution of the accuracy comparison step again while sequentially adding the remaining electrodes to the third electrode set in order until the final electrode set is determined.

일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계에서 결정된 최종 전극 집합을 구성하는 EEG 전극들 중에서 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)하는 단계; 상기 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성하는 단계; 및 상기 제1 전극 집합과 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the EEG minimum electrode selection method for BMI according to an embodiment of the present invention, the electrode from which similar feature attribute data is obtained among the EEG electrodes constituting the final electrode set determined in the step of determining the final electrode set Clustering the first electrode set consisting of a; Generating a second electrode set by removing a randomly selected electrode from the first electrode set; And comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set and the second electrode set to determine a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all the trials.

일 실시예에서, 상기 클러스터링하는 단계는, 케이 평균 클러스터링(K-means clustering) 기법 및 무감독 학습 계열의 유사 기법 중 적어도 하나의 기법을 사용하여 모든 EEG 전극들의 식별력 정보를 복수 개의 그룹으로 클러스터링하여 서로 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 생성할 수 있다.In an embodiment, the clustering may include clustering the identification information of all the EEG electrodes into a plurality of groups using at least one of a K-means clustering technique and a similar technique of an unsupervised learning sequence. It is possible to generate a first electrode set composed of electrodes from which feature characteristic data similar to each other is obtained.

본 발명의 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 서로 유사한 특징 속성(feature) 데이터가 획득되는 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)하는 단계; 상기 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 EEG 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성하는 단계; 및 상기 제1 전극 집합과 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 포함한다.EEG minimum electrode selection method for BMI according to another embodiment of the present invention, in the mental task for driving Brain-Machine Interface (BMI), the characteristics similar to each other during every trial (trial) of brain signal measurement Clustering a first electrode set consisting of a plurality of electroencephalogram (EEG) electrodes from which feature data is obtained; Removing a randomly selected EEG electrode from the first electrode set to generate a second electrode set; And comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set and the second electrode set to determine a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all the attempts.

일 실시예에서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는, 상기 제2 전극 집합의 EEG 전극만으로 BMI 디코딩 정확도를 산정하는 비교 정확도 산정 단계; 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수한 경우 해당 EEG 전극을 상기 제1 전극 집합에서 제거하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수한 경우 해당 EEG 전극을 상기 제1 전극 집합에 유지시키는 전극 집합 결정 단계; 및 최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 EEG 전극들을 임의의 순서로 상기 전극 집합 결정 단계에서 결정된 전극 집합에서 제거하거나 유지시키면서 상기 전극 집합 결정 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함할 수 있다.In an embodiment, the determining of the final electrode set may include: comparing accuracy estimating BMI decoding accuracy using only the EEG electrodes of the second electrode set; If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, the corresponding EEG electrode is removed from the first electrode set, and the BMI decoding accuracy of the first electrode set is the second electrode. Determining an electrode set which maintains the corresponding EEG electrode in the first electrode set if it is better than the BMI decoding accuracy of the set; And repeatedly performing the electrode set determination step again while removing or maintaining the remaining EEG electrodes in any order from the electrode set determined in the electrode set determination step until the final electrode set is determined.

일 실시예에서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계에서 결정된 전극 집합을 구성하는 각각의 EEG 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득하는 단계; 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 상기 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출하는 단계; 산출된 식별력 정보를 이용하여 목표 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정하는 단계; 및 EEG 전극들의 우선순위를 기초로 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the EEG minimum electrode selection method for BMI according to another embodiment of the present invention, the feature property of the brain signal from each of the EEG electrodes constituting the electrode set determined in the step of determining the final electrode set (feature) Acquiring data; Calculating discriminability information of EEG electrodes for each class in all the trials by using the acquired characteristic data of the brain signal and the target BMI decoding performance; Selecting priorities of the EEG electrodes according to the degree of influence on the target BMI decoding accuracy using the calculated discrimination power information; And determining a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all the above attempts based on priorities of the EEG electrodes.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.In a computer-readable storage medium according to another embodiment of the present invention, a computer program for performing the EEG minimum electrode selection method for BMI is recorded.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, BMI 구동을 위한 정신적 과제 수행 중에, BMI 디코딩 정확도에 실질적인 영향을 끼치는 EEG 전극의 숫자를 최소화할 수 있어, 휴대용 EEG-BMI 기술 개발에 기여할 수 있고, BMI 구동에 필요로 하는 연산량을 줄임으로써 BMI 응답 시간도 획기적으로 개선할 수 있다.According to one aspect of the present invention, while performing the mental task for driving the BMI, it is possible to minimize the number of EEG electrodes that have a substantial impact on the BMI decoding accuracy, which can contribute to the development of portable EEG-BMI technology, driving the BMI By reducing the amount of computation required, the BMI response time can also be significantly improved.

또한, 두피의 특정 위치에만 EEG 전극을 적용시킴으로써, 헤어캡을 탈피할 수 있어 BMI의 사용성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 실생활에 보다 용이하게 적용시킬 수 있어 BMI의 대중화를 이끌 수 있다.In addition, by applying the EEG electrode only to a specific position of the scalp, the hair cap can be peeled off to improve the usability of the BMI, and can be easily applied to real life, leading to the popularization of the BMI.

그리고, IoT, TV, 냉장고 또는 로봇 등과 BMI의 연동 환경을 구현할 수 있는 확장성을 제공할 수 있고, 홀로렌즈 탑재에 유리하여 AR/VR 기반의 BMI을 구현할 수 있다.In addition, it can provide scalability to implement an interlocking environment of IoT, TV, refrigerator or robot and BMI, and can implement AR / VR-based BMI in favor of mounting a holo lens.

도 1은 기존의 BMI 구동 방법과 본 발명에 의한 BMI 구동 방법을 비교한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 각각의 EEG 전극들에서 산출된 특징 정보 및 본 발명에 의해 자동으로 선택된 EEG 전극을 나타낸 그래프들이다.
도 4는 도 2의 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 본 발명에 의한 EEG 전극 선택을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6의 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 설명하는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 더욱 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.
1 is a view comparing a conventional BMI driving method and a BMI driving method according to the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing feature information calculated at each EEG electrode and an EEG electrode automatically selected by the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for describing a step of determining the final electrode set of FIG. 2.
5 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to another embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to another embodiment of the present invention.
Fig. 7 illustrates the EEG electrode selection according to the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation of determining a final electrode set of FIG. 6.
9 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to still another embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings that show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It is to be understood that the various embodiments of the invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description, therefore, is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the several aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기존의 전체 채널의 구성을 통해 BMI를 구동하는 것이 아니라, 자동으로 선택된 최소한의 EEG 전극들을 이용한 패러다임 최적 채널 집합 생성에 기한 BMI 구동에 관한 것이다.As shown in FIG. 1, the present invention relates to BMI driving based on a paradigm optimal channel set generation using automatically selected minimum EEG electrodes, rather than driving the BMI through the existing entire channel configuration.

이를 구현하기 위해 본 발명에서는, 각 EEG 전극들에서 나오는 뇌신호의 특징 속성(feature)과 BMI 디코딩 퍼포먼스와의 상관값 최고치 혹은 공분산값 최저치를 계산하여, BMI 디코딩 정확도에 유의미하게 영향을 끼치는 전극을 우선순위의 순서대로 선정하여 최소 전극을 선택하게 된다.In order to realize this, the present invention calculates the correlation value peak or the covariance minimum value between the feature characteristic of the brain signal and the BMI decoding performance from each of the EEG electrodes, and then selects an electrode that significantly affects the BMI decoding accuracy. The minimum electrodes are selected in order of priority.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하며, 우선, BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득한다(S110).Referring to FIG. 2, first, in performing a mental task for driving a Brain-Machine® Interface (BMI), brain signals from a plurality of EEG (electroencephalogram) electrodes during every trial of brain signal measurement are performed. Feature property data is acquired (S110).

상술한 단계 S110에서 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표로 설정된 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출한다(S120).Discriminability information of the EEG electrodes for each class in all trials is calculated using the feature attribute data of the brain signal acquired in the above-described step S110 and the BMI decoding performance set as the target (S120).

EEG 전극에서 획득한 데이터에는 수십 또는 수백 개의 뇌신호 측정 시도가 포함되는데, 이로부터 각각의 시도 간의 상관(correlation) 혹은 공분산(covariance)을 계산하여 BMI의 각 클래스(class)에 대한 전극별 식별력(discriminability(R2)) 정보를 산출할 수 있다.The data obtained from the EEG electrodes include dozens or hundreds of brain signal measurement trials, from which the correlation or covariance between each trial can be calculated to identify the electrode-specific discrimination power for each class of BMI. discriminability (R 2 )) information can be calculated.

특정 시도(즉, 하나의 시도)에서는, 각 클래스에 대한 시도와 시도 혹은 여러 시도들 사이에서의 상관 또는 공분산을 계산할 수 없다.In a particular trial (ie, one trial), it is not possible to calculate the correlation or covariance between the trial and trial for each class or between trials.

이에 따라, 본 발명에서는, 임의의 클래스에 대한 전체 시도 사이에서의 상관 또는 공분산을 계산하도록 한다.Accordingly, in the present invention, the correlation or covariance between total attempts for any class is to be calculated.

여기서, 상관(correlation)이라 함은, 점 쌍성 상관 계수(point biserial correlation coefficient,

Figure pat00001
)를 의미하는 것으로, 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.Here, the correlation refers to a point biserial correlation coefficient,
Figure pat00001
), Which can be expressed by Equation 1 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
은 양성 이진 값(positive binary value)(i.e. "1")을 받는 전극 집합의 평균(전체 test에 대한)이고,
Figure pat00004
는 음성 이진 값(negative binary value)(i.e. "0")을 받는 전극 집합의 평균(전체 test에 대한)이며,
Figure pat00005
은 전체 test의 표준편차이고,
Figure pat00006
는 "0" 그룹에 속한 사건의 비율이고,
Figure pat00007
는 "1" 그룹에 속한 사건의 비율이다.here,
Figure pat00003
Is the mean (for the entire test) of a set of electrodes that receives a positive binary value (ie "1"),
Figure pat00004
Is the mean (for the entire test) of the electrode set that receives the negative binary value (ie "0"),
Figure pat00005
Is the standard deviation of the entire test,
Figure pat00006
Is the proportion of events in group "0",
Figure pat00007
Is the proportion of events in the "1" group.

여기서, 공분산(covariance)이라 함은, 정규화된 LDA 기반의 수축값(shrinkage-regularized LDA based)을 의미하는 것으로 다음과 같이 계산될 수 있다.Here, the covariance means a normalized LDA based shrinkage value (shrinkage-regularized LDA based) and may be calculated as follows.

정규화된 모든 시행(trial)을 포함하는 전극 데이터(x)와 모든 시행에 순서대로 대응하는 클래스의 일련번호(y)를 이용하여 하이퍼 매개변수(hyper parameter)(w)를 생성한 후, 각 EEG 전극별로 가중치를 부여하고 표준화하여 공분산값을 계산할 수 있다.After generating the hyper parameter (w) using the electrode data (x) containing all normalized trials and the serial number (y) of the class corresponding to all trials in sequence, each EEG Covariance values can be calculated by weighting and standardizing the electrodes.

상술한 단계 S120에서 산출된 식별력 정보는 도 3에 도시된 바와 같은 각각의 그래프들로 표현될 수 있으며, 특정 EEG 전극들의 전극 집합이 다른 전극 집합에 비하여 보다 특징적인 패턴을 보여주기 때문에 각각의 전극 집합들을 서로 구분될 수 있다.The discrimination power information calculated in the above-described step S120 may be represented by respective graphs as shown in FIG. 3, and each electrode because the electrode set of specific EEG electrodes shows a more characteristic pattern than other electrode sets. Sets can be distinguished from each other.

상술한 식별력 정보를 산출하는 단계(S120)에서는, 모든 시도에서 각 EEG 전극들로부터 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 BMI 디코딩 퍼포먼스 간의 상관(correlation)값 최고치 또는 공분산(covariance)값 최저치를 계산하여 BMI의 각 클래스에 대한 전극별 식별력 정보를 산출할 수 있다.In the calculating of the above-described discrimination power information (S120), the maximum value or the lowest covariance value between the feature attribute data of the brain signal obtained from each EEG electrode and the BMI decoding performance is calculated in every trial. Identification information for each electrode of each class of BMI can be calculated.

상술한 단계 S120에서 산출된 식별력 정보를 이용하여 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정한다(S130).The priority of the EEG electrodes is selected based on the degree of influence on the BMI decoding accuracy using the discrimination power information calculated in the above-described step S120 (S130).

상술한 단계 S130에서 선정된 EEG 전극들의 우선순위를 기초로 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정함으로써(S130), 최종 전극 집합을 구성하는 최소한의 EEG 전극을 자동으로 선택할 수 있다.The minimum EEG electrode constituting the final electrode set is determined by determining a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all trials based on the priorities of the EEG electrodes selected in step S130 described above (S130). Can be selected automatically.

여기서, 상술한 단계 S130에서의 구체적인 최종 전극 집합의 결정 방법은 도 4에서 설명하기로 한다.Here, the method of determining the specific final electrode set in step S130 described above will be described with reference to FIG. 4.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 상관 및 공분산에 의해 각 시도 간의 각 클래스별 특징 정보를 산출한 후, 산출된 특징 정보를 이용하여 각 채널 간의 식별력을 구분하게 된다.In the method for selecting an EEG minimum electrode for BMI according to an embodiment of the present invention having the steps as described above, after calculating feature information for each class between trials by correlation and covariance, each calculated feature information is used. Distinguish discrimination between channels.

다른 EEG 전극들과 구분된 각각의 식별력에 따라 서로 유사한 특징을 가지는 도 3에 도시된 바와 같은 EEG 전극들(즉, 도 3의 O1, Oz 및 O2)을 다양한 클러스링 방법으로 자동 선택함으로써 최소 전극을 선택할 수 있다.Minimum electrode by automatically selecting the EEG electrodes (i.e., O1, Oz, and O2 of FIG. 3) by various clustering methods as shown in FIG. 3 having similar characteristics with each discriminating power distinguished from other EEG electrodes. Can be selected.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법에 따르면, BMI 구동을 위한 정신적 과제 수행 중에, BMI 디코딩 정확도에 실질적인 영향을 끼치는 EEG 전극의 숫자를 최소화할 수 있어, 휴대용 EEG-BMI 기술 개발에 기여할 수 있고, BMI 구동에 필요로 하는 연산량을 줄임으로써 BMI 응답 시간도 획기적으로 절약할 수 있다.According to the EEG minimum electrode selection method for BMI according to an embodiment of the present invention having the steps as described above, the number of EEG electrodes that substantially affects the BMI decoding accuracy can be minimized during the mental task for driving the BMI. Therefore, it can contribute to the development of portable EEG-BMI technology, and the BMI response time can be drastically reduced by reducing the amount of computation required for driving the BMI.

기존의 ERP 및 공분산 계산은 로우(raw) 데이터 및 특정 패러다임에서만 유효하다는 한계가 있었으나, 본 발명은 일반적인 실험 패러다임에 대한 최적의 특성을 포획하기 위해 FFT 기반의 주파수 성분 추출 및 각 시도 간의 상관과 공분산을 분석함으로써 기존 기술의 한계를 극복할 수 있다.Conventional ERP and covariance calculations have been limited to raw data and specific paradigms, but the present invention provides an FFT-based frequency component extraction and correlation and covariance between each trial to capture optimal characteristics for the general experimental paradigm. By analyzing, we can overcome the limitations of existing technology.

또한, 기존의 기술은 특수한 실험만을 위해 개발된 전극 장치에 국한되는 방법으로서 다양한 실제 환경에 적용하기 힘든 한계가 있었으나, 본 발명은 일반적인 EEG 장비의 전극들을 통해 획득되는 모든 뇌파 신호에 대해 자동화된 적용이 가능하다는 점에서 기존 기술의 한계를 극복할 수 있다.In addition, the existing technology is a method limited to the electrode device developed only for a specific experiment, it was difficult to apply to a variety of real environments, the present invention is an automated application to all the EEG signals obtained through the electrodes of the general EEG equipment This can overcome the limitations of existing technologies.

뿐만 아니라, 기존의 특정 공분산(p 공분산) 및 클러스터링(리만 클러스터링) 기법에 의존하는 방법은 실용화된 BMI 기술에 최적 보장이 안되며 적용하기 어렵다는 한계가 있었으나, 본 발명은 최적 전극의 집합을 선택하기 위해 다양한 상관관계 및 공분산 방법과 클러스터링 기법을 자유롭게 선택하여 분석하고, 가장 성능이 우수한 전극 집합을 결정할 수 있다는 점에서 기존 기술의 한계를 극복할 수 있다.In addition, the existing methods based on specific covariance (p-covariance) and clustering (Riemann clustering) techniques have limitations in that they are not optimally guaranteed and difficult to apply to practical BMI techniques. Various correlation and covariance methods and clustering techniques can be freely selected and analyzed to overcome the limitations of existing techniques in determining the best performing electrode set.

도 4는 도 2의 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 설명하는 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart for describing a step of determining the final electrode set of FIG. 2.

도 4를 참조하면, 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140)의 일 실시예는, 우선, i번째로 상관값이 높은 i 순위 전극을 1번째로 상관값이 높은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성한다(S141).Referring to FIG. 4, in an embodiment of determining the final electrode set (S140), first, an i rank electrode having the highest correlation value and a first rank electrode having only the first correlation electrode having the highest correlation value are first formed. In addition to the electrode set, a second electrode set is generated (S141).

제2 전극 집합과 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수한 경우에(S142의 Yes의 경우), 기존 전극 집합인 제1 전극 집합을 유지하게 되며(S143)(즉, i 순위 전극이 배제된 기존 전극 집합), 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료된 경우라면(S144의 Yes의 경우) 제1 전극 집합을 바로 최종 전극 집합으로 결정한다.By comparing the BMI decoding accuracy of the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set (Yes in S142), If the first electrode set is maintained (S143) (that is, the existing electrode set in which the i rank electrode is excluded) and the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes is completed (Yes in S144), the first electrode set. Is determined as the final electrode set.

다만, 아직 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S144의 No의 경우), 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S144의 Yes의 경우 또는 S146의 Yes의 경우) 나머지 EEG 전극들을 순위에 따라 제1 전극 집합에 차례로 추가하면서(S145) 정확도 비교 단계(S142)를 다시 재실행하게 된다.However, if the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not yet been completed (in the case of No in S144), until the accuracy comparison is completed for all the EEG electrodes (in the case of Yes in S144 or in the case of Yes in S146). The remaining EEG electrodes are sequentially added to the first electrode set according to the ranking (S145), and the accuracy comparison step (S142) is executed again.

그러나, 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하고(S142의 No의 경우), 아직, 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S146의 No의 경우), 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S144의 Yes의 경우 또는 S146의 Yes의 경우) i 순위 전극은 그대로 유지하고, i+1째로 상관값이 높은 i+1 순위의 전극을 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성(S147)해가면서 정확도 비교 단계(S142)를 다시 재실행하게 된다.However, if the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set (No of S142), and yet, the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not been completed (S146 of In case of No), the i-rank electrode is kept as it is and the i + 1 rank with the highest correlation value until the accuracy comparison is completed for all EEG electrodes (Yes in S144 or Yes in S146). The third electrode set is added to the second electrode set to generate the third electrode set (S147), and the accuracy comparison step (S142) is executed again.

즉, 상술한 바와 같은 단계를 가지는 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140)는, 높은 상관값을 가지는 EEG 전극으로부터 차례로 전극 집합을 늘려가며 BMI 디코딩 정확도를 비교 분석하는 방법에 해당한다.That is, the step S140 of determining the final electrode set having the above-described steps corresponds to a method of comparatively analyzing the BMI decoding accuracy by increasing the electrode set in order from the EEG electrode having the high correlation value.

도 4를 참조하여 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140)의 다른 실시예를 설명하면, 우선, i번째로 공분산값이 낮은 i 순위 전극을 1번째로 공분산값이 낮은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성한다(S141).Referring to another embodiment of the step (S140) of determining the final electrode set with reference to FIG. 4, first, it is composed of the first rank electrode having the first low covariance value and the first rank electrode having only the first low covariance value In addition to the first electrode set, a second electrode set is generated (S141).

제2 전극 집합과 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수한 경우(S142의 Yes의 경우), 기존 전극 집합인 제1 전극 집합을 유지하게 되며(S143)(즉, i 순위 전극이 배제된 기존 전극 집합), 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료된 경우라면(S144의 Yes의 경우) 제1 전극 집합을 바로 최종 전극 집합으로 결정한다.By comparing the BMI decoding accuracy of the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set (Yes in S142), the first electrode set is the existing electrode set. If the first electrode set is maintained (S143) (that is, the existing electrode set in which the i-rank electrode is excluded) and the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes is completed (Yes in S144), the first electrode set is maintained. The final set of electrodes is determined.

다만, 아직 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S144의 No의 경우), 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S144의 Yes의 경우 또는 S146의 Yes의 경우) 나머지 EEG 전극들을 순위에 따라 제1 전극 집합에 차례로 추가하면서(S145) 정확도 비교 단계(S142)를 다시 재실행하게 된다.However, if the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not yet been completed (in the case of No in S144), until the accuracy comparison is completed for all the EEG electrodes (in the case of Yes in S144 or in the case of Yes in S146). The remaining EEG electrodes are sequentially added to the first electrode set according to the ranking (S145), and the accuracy comparison step (S142) is executed again.

그러나, 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하고(S142의 No의 경우), 아직, 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S146의 No의 경우), 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S144의 Yes의 경우 또는 S146의 Yes의 경우) i 순위 전극은 그대로 유지하고, i+1째로 공분산값이 낮은 i+1 순위의 전극을 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성(S147)해가면서 정확도 비교 단계(S142)를 다시 재실행하게 된다.However, if the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set (No of S142), and yet, the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not been completed (S146 of In case of No), the i-rank electrode is kept as it is and the i + 1-th low covariance value is maintained until the accuracy comparison is completed for all EEG electrodes (Yes in S144 or Yes in S146). The third electrode set is added to the second electrode set to generate the third electrode set (S147), and the accuracy comparison step (S142) is executed again.

즉, 상술한 바와 같은 단계를 가지는 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140)는, 낮은 공분산값을 가지는 EEG 전극으로부터 차례로 전극 집합을 늘려가면서 BMI 디코딩 정확도를 비교 분석하는 방법에 해당한다.That is, the step S140 of determining the final electrode set having the above steps corresponds to a method of comparatively analyzing the BMI decoding accuracy while increasing the electrode set sequentially from the EEG electrode having the low covariance value.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 도 2의 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140) 이후에, 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S140)에서 결정된 최종 전극 집합을 구성하는 EEG 전극들 중에서 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)한다(S150).Referring to FIG. 5, in the method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to another embodiment of the present invention, after determining the final electrode set of FIG. 2 (S140), in operation S140, the final electrode set is determined. Among the EEG electrodes constituting the determined final electrode set, a first electrode set including electrodes for which similar feature attribute data is obtained is clustered (S150).

일 실시예에서, 상술한 단계 S150에서는, 도 2에서 상술한 단계 S120에서 산출된 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 이용하여, 식별력이 유사한 각 EEG 전극들을 클러스터링함으로써 제1 전극 집합을 생성할 수 있다.In one embodiment, in step S150 described above, each EEG electrode having similar discrimination power, using discriminability information of EEG electrodes for each class in all trials calculated in step S120 described above in FIG. 2. The first electrode set may be generated by clustering the two electrodes.

일 실시예에서, 클러스터링하는 단계(S150)는, 케이 평균 클러스터링(K-means clustering, 데이터 처리에서의 클러스터 분석에 널리 사용되는 신호 처리의 벡터 양자화 방법) 기법 및 무감독 학습 계열의 유사 기법 중 적어도 하나의 기법을 사용하여 모든 EEG 전극들의 식별력 정보를 복수 개의 그룹으로 클러스터링하여 서로 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 생성할 수 있다.In one embodiment, clustering step S150 may include at least one of a K-means clustering technique and a similar technique of an unsupervised learning sequence technique. By using one technique, identification power information of all EEG electrodes may be clustered into a plurality of groups to generate a first electrode set including electrodes in which similar characteristic attribute data are obtained.

여기서, 케이 평균 클러스터링을 통해 생성된 복수 개의 전극 집합 중에 식별력 평균값 또는 별도의 교차 유효성 검사 손실(cross-validation loss, 연구결과에 대한 타당성을 그 연구에 사용하지 않은 다른 집단(sample)으로 평가해 보는 타당화 방법)율이 낮은 전극 집합이 BMI 퍼포먼스에 최적으로 기여하는 최소 전극 집합이 될 것이므로, 최소 전극 선택을 자동화할 수 있다.Here, among the plurality of electrode sets generated through K-average clustering, the average value of discrimination power or a separate cross-validation loss, the validity of the study results, are evaluated by other samples not used in the study. Validation Method) Since the low electrode set will be the minimum electrode set that contributes optimally to the BMI performance, the minimum electrode selection can be automated.

이 경우, 무감독 학습(unsupervised learning)이 가능해지는 장점, 즉, BMI 시연에서 번거로운 연습(training) 과정을 거치지 않고, BMI를 실시간으로 바로 사용할 수 있는 장점을 가지게 된다.In this case, the unsupervised learning is possible, that is, without the hassle of training in the BMI demonstration (training) has the advantage that can be used directly in real time.

따라서, 본 발명에 의할 경우, 케이 평균 클러스터링과 같은 무감독 학습 유형에 속한 다른 기법들을 적용하는 것도 가능하며, 패러다임에 따라 최상의 최소 전극 집합 구성을 수행하는 기법을 선택적으로 적용할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is also possible to apply other techniques belonging to the unsupervised learning type, such as K mean clustering, and selectively apply a technique for performing the best minimum electrode set configuration according to the paradigm.

상술한 단계 S150에서 클러스터링된 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성한다(S160).In operation S160, the second electrode set is generated by removing a randomly selected electrode from the clustered first electrode set.

S140에서 생성된 제1 전극 집합과 S160에서 생성된 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하게 된다(S170).The BMI decoding accuracy of the first electrode set generated in S140 and the second electrode set generated in S160 are compared to determine a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all trials (S170).

여기서, 단계 S150, S160 및 S170은, 도 6에서 후술하기로 한다.Here, steps S150, S160, and S170 will be described later with reference to FIG.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 도 2에서 상술한 단계 S140 또는 단계 S170에서 결정된 각각의 최종 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교한 후, 보다 높은 BMI 디코딩 정확도를 가지는 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정할 수 있다.In the EEG minimum electrode selection method for BMI according to another embodiment having the above-described steps, after comparing the BMI decoding accuracy of each final electrode set determined in step S140 or step S170 described above with reference to FIG. The electrode set having the decoding accuracy may be determined as the final electrode set.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 모든 EEG 전극이 이루어 내는 BMI 디코딩 정확도에서 EEG 전극을 하나씩 배제하면서, BMI 디코딩 정확도의 증감을 판별하여, BMI 디코딩 퍼포먼스에 효과적이지 못한 EEG 전극을 차례로 제외해 가는 방식이다.The EEG minimum electrode selection method for BMI according to another embodiment of the present invention is effective for BMI decoding performance by determining the increase or decrease of BMI decoding accuracy while excluding EEG electrodes one by one from BMI decoding accuracy achieved by all EEG electrodes. This method removes the failed EEG electrodes in order.

도 6을 참조하면, 우선, BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 서로 유사한 특징 속성(feature) 데이터가 획득되는 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)한다(S210).Referring to FIG. 6, first, in performing a mental task for driving a Brain-Machine® Interface (BMI), a plurality of feature data obtained by obtaining similar feature data among all trials of brain signal measurement are obtained. In operation S210, clustering of the first electrode set including the EEG (electroencephalogram) electrodes is performed.

상술한 단계 S210에서 클러스터링된 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 EEG 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성한다(S220).The second electrode set is generated by removing the EEG electrode randomly selected from the clustered first electrode set in step S210 described above (S220).

일 실시예에서, 상술한 단계 S220에서의 EEG 전극을 제거 방법은, 케이 평균 클러스터링(K-means clustering) 기법이 사용될 수 있다.In one embodiment, the K-means clustering technique may be used as the method for removing the EEG electrode in step S220 described above.

즉, 전체 EEG 전극 중 유사한 특성을 가지는 전극 집합을 클러스터링하여 생성한 후, 해당 전극 집합에 속한 EEG 전극 중 가장 교차 유효성 검사 정확도(cross-validation accuracy)가 낮은 전극을 제1 전극 집합에서 제외할 수 있다.That is, after generating a cluster of electrode sets having similar characteristics among all the EEG electrodes, the electrode having the lowest cross-validation accuracy among the EEG electrodes belonging to the electrode set may be excluded from the first electrode set. have.

상술한 단계 S210에서 생성된 제1 전극 집합과 상술한 단계 S220에서 생성된 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정함으로써(S230). 최종 전극 집합을 구성하는 최소한의 EEG 전극을 자동으로 선택할 수 있다.By comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set generated in the above-described step S210 and the second electrode set generated in the above-mentioned step S220 to determine a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all trials. (S230). The minimum EEG electrode constituting the final electrode set can be selected automatically.

여기서, 상술한 단계 S230의 제1 전극 집합과 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교 방법은, 도 8에서 후술하기로 한다.Here, the method of comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set and the second electrode set in step S230 described above will be described later with reference to FIG. 8.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, EEG 전극을 배제했을 때의 BMI 디코딩 정확도의 증감을 판별하여, 성능에 비효과적인 전극을 제외함으로써 EEG 전극을 선택할 수 있다.EEG minimum electrode selection method for BMI according to another embodiment of the present invention having the steps as described above, by determining the increase or decrease of the BMI decoding accuracy when the EEG electrode is excluded, by excluding the electrode ineffective The electrode can be selected.

또한, 유사한 특성의 EEG 전극들을 다양한 클러스터링 방법으로 수집하여 성능이 가장 낮은 전극을 제외한 후, 남은 전극들로 보간(interpolation)하는 방법을 반복하여 도 7에 도시된 바와 같이 가장 성능이 우수한 전극 집합(즉, 도 7의 O1, Oz 및 O2)을 탐색할 수 있다.In addition, the EEG electrodes having similar characteristics are collected by various clustering methods, and after excluding the lowest performing electrodes, the method of performing interpolation with the remaining electrodes is repeated, and as shown in FIG. That is, O1, Oz and O2) of FIG. 7 can be searched.

도 8은 도 6의 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 설명하는 순서도이다.FIG. 8 is a flowchart for describing a step of determining the final electrode set of FIG. 6.

도 8을 참조하면, 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S230)는, 상술한 단계 S220에서 생성한 제2 전극 집합의 EEG 전극만으로 BMI 디코딩 정확도를 산정한다(S231).Referring to FIG. 8, in the determining of the final electrode set (S230), the BMI decoding accuracy is calculated using only the EEG electrodes of the second electrode set generated in the above-described step S220 (S231).

제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하고(S232의 No의 경우), 아직 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S236의 No의 경우), 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S234의 Yes의 경우 또는 S236의 Yes의 경우) 해당 EEG 전극이 제거된 제1 전극 집합에서 다음 순위의 EEG 전극을 추가로 제거하여 제3 전극 집합을 생성(S237)해가면서 정확도 비교 단계(S232)를 다시 재실행하게 된다.If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set (No of S232), and the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not yet been completed (No of S236). ), Until the accuracy comparison is completed for all EEG electrodes (Yes in S234 or Yes in S236), the third order of EEG electrodes is further removed from the first electrode set from which the corresponding EEG electrodes are removed. While generating the electrode set (S237), the accuracy comparison step (S232) is executed again.

그러나, 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수한 경우(S232의 Yes의 경우) 해당 EEG 전극을 제1 전극 집합에 유지하고(S233), 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료된 경우라면(S234의 Yes의 경우) 제1 전극 집합을 바로 최종 전극 집합으로 결정하게 된다.However, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set (Yes of S232), the corresponding EEG electrode is maintained in the first electrode set (S233), and all the EEG electrodes are If the above-described accuracy comparison is completed (Yes in S234), the first electrode set is immediately determined as the final electrode set.

다만, 아직 모든 EEG 전극들에 대한 상술한 정확도 비교가 완료되지 않았다면(S234의 No의 경우) 모든 EEG 전극에 대하여 정확도 비교가 완료될 때까지(S144의 Yes의 경우 또는 S146의 Yes의 경우) 해당 EEG 전극이 유지된 제1 전극 집합에서 다음 순위(즉, i+1)의 EEG 전극을 추가로 제거하여 제3 전극 집합을 생성해가면서(S235) 정확도 비교 단계(S232)를 다시 재실행하게 된다.However, if the above-described accuracy comparison for all the EEG electrodes has not yet been completed (in the case of No in S234) until the accuracy comparison is completed for all the EEG electrodes (in the case of Yes in S144 or in the case of Yes in S146). The EEG electrode of the next rank (ie, i + 1) is further removed from the first electrode set in which the EEG electrode is maintained to generate the third electrode set (S235), and the accuracy comparison step (S232) is executed again.

도 9는 본 발명의 더욱 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 설명하는 순서도이다.9 is a flowchart illustrating a method of selecting an EEG minimum electrode for BMI according to still another embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 본 발명의 더욱 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 도 6에서 상술한 최종 전극 집합을 결정하는 단계(S230)에서 결정된 전극 집합을 구성하는 각각의 EEG 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득한다(S240).Referring to FIG. 9, in the method for selecting an EEG minimum electrode for BMI according to still another embodiment of the present invention, each EEG constituting the electrode set determined in operation S230 of determining the final electrode set described above with reference to FIG. 6 is described. Feature data of the brain signal is obtained from the electrodes (S240).

상술한 단계 S240에서 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출한다(S250).Discriminability information of the EEG electrodes for each class in all trials is calculated using the characteristic attribute data of the brain signal acquired in the above-described step S240 and the target BMI decoding performance (S250).

상술한 단계 S250에서 산출된 식별력 정보를 이용하여 목표 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정한다(S260).The priority of the EEG electrodes is selected based on the degree of influence on the target BMI decoding accuracy using the discrimination power information calculated in step S250 (S260).

상술한 단계 S260에서 선정된 EEG 전극들의 우선순위를 기초로 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하게 된다(S270). Based on the priorities of the EEG electrodes selected in step S260 described above, a final electrode set composed of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all trials is determined (S270).

여기서, 상술한 단계 S240, S250, S260 및 S270 각각의 내용은 도 2의 S110, S120, S130 및 S140의 내용이 동일하게 적용될 수 있다.Herein, the contents of the above-described steps S240, S250, S260, and S270 may be equally applied to the contents of S110, S120, S130, and S140 of FIG. 2.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 더욱 또 다른 실시예에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 도 6에서 상술한 단계 S230 또는 단계 S270에서 결정된 각각의 최종 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교한 후, 보다 높은 BMI 디코딩 정확도를 가지는 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정할 수 있다.The method for selecting an EEG minimum electrode for BMI according to still another embodiment having the above-described steps may be performed after comparing the BMI decoding accuracy of each final electrode set determined in step S230 or step S270 described above with reference to FIG. 6. An electrode set having a high BMI decoding accuracy may be determined as the final electrode set.

상술한 바와 같은 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.The EEG minimum electrode selection method for BMI as described above may be implemented in the form of program instructions that may be implemented as an application or executed through various computer components, and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium are those specially designed and configured for the present invention, and may be known and available to those skilled in the computer software arts.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CDROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CDROMs, DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. And hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the process according to the invention, and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to the embodiments, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand.

본 발명에 따르면, 다양한 실험 패러다임에 적용 가능하고, 알려진 여러 분석 기법의 취사선택 및 채택이 용이하여 범용성을 실현할 수 있고, 기존에 개발된 기법들을 쉽게 조합할 수 있고, 템플릿화된 구조로 손쉬운 커스터마이징 가능하여 구현이 용이하며, 공개 기술들을 수용할 수 있으므로 저렴한 비용으로 개발할 수 있고, 현재 사용되고 있는 EEG 및 BMI 기기에 즉시 적용이 가능하여 실용성을 확보할 수 있으며, 최적의 전극 집합을 자동으로 탐색하여 결과를 도출하고, 각 사용자, 패러다임, 전극배치 환경에 능동적인 적응과 구동이 가능하여 편의성을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is applicable to various experimental paradigms, it is easy to select and adopt various known analysis techniques, thereby realizing versatility, easily combining existing developed techniques, and easily customizing with a templated structure. It can be easily implemented and can be developed at low cost because it can accommodate open technologies, and can be immediately applied to the currently used EEG and BMI devices, ensuring practicality, and automatically searching for the optimal electrode set. The results can be derived, and it is possible to provide convenience by actively adapting and driving each user, paradigm, and electrode arrangement environment.

Claims (10)

BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득하는 단계;
획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표로 설정된 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 상기 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출하는 단계;
산출된 식별력 정보를 이용하여 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정하는 단계; 및
EEG 전극들의 우선순위를 기초로 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
In performing a mental task for driving a brain-machine interface (BMI), feature data of a brain signal is obtained from a plurality of EEG (electroencephalogram) electrodes during every trial of brain signal measurement. Making;
Calculating discriminability information of the EEG electrodes for each class in all the trials by using the acquired characteristic data of the brain signal and a target BMI decoding performance;
Prioritizing the EEG electrodes according to the degree of influence on the BMI decoding accuracy using the calculated discrimination power information; And
Determining a final electrode set consisting of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all said attempts based on priorities of the EEG electrodes.
제1항에 있어서, 상기 식별력 정보를 산출하는 단계는,
상기 모든 시도에서 각 EEG 전극들로부터 획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 BMI 디코딩 퍼포먼스 간의 상관(correlation)값 최고치 또는 공분산(covariance)값 최저치를 계산하여 BMI의 각 클래스에 대한 전극별 식별력 정보를 산출하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the calculating of the discrimination power information comprises:
In all the above trials, the highest correlation value or the lowest covariance value between the feature attribute data of the brain signal obtained from each EEG electrode and the BMI decoding performance was calculated to calculate the identification information for each electrode of each class of BMI. EEG minimum electrode selection method for BMI.
제1항에 있어서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는,
i번째로 상관값이 높은 i 순위 전극을 1번째로 상관값이 높은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성하는 집합 확장 단계;
상기 제2 전극 집합과 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수하면 상기 제1 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하면 i+1째로 상관값이 높은 i+1 순위의 전극을 상기 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성하는 정확도 비교 단계; 및
최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 EEG 전극들을 순위에 따라 상기 제3 전극 집합에 차례로 추가하면서 상기 정확도 비교 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the determining of the final electrode set comprises:
a set expansion step of generating a second electrode set by adding an i-th rank electrode having a high correlation value to a first electrode set including only a first rank electrode having a high correlation value;
Comparing the BMI decoding accuracy of the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set, the first electrode set is replaced with the final electrode set. If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, an i + 1 rank electrode having the highest correlation value i + 1 is added to the second electrode set. An accuracy comparison step of generating a third set of electrodes; And
And repeating the execution of the accuracy comparison step again while sequentially adding the remaining EEG electrodes to the third electrode set in order until a final electrode set is determined.
제1항에 있어서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는,
i번째로 공분산값이 낮은 i 순위 전극을 공분산값이 가장 낮은 제1 순위 전극만으로 구성된 제1 전극 집합에 추가하여 제2 전극 집합을 생성하는 집합 확장 단계;
상기 제2 전극 집합과 상기 제1 전극 집합과의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수하면 상기 제1 전극 집합을 최종 전극 집합으로 결정하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수하면 i+1번째로 공분산값이 낮은 i+1 순위의 전극을 상기 제2 전극 집합에 추가하여 제3 전극 집합을 생성하는 정확도 비교 단계; 및
최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 전극을 순위에 따라 상기 제3 전극 집합에 차례로 추가하면서 상기 정확도 비교 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 1, wherein the determining of the final electrode set comprises:
a set expansion step of generating a second electrode set by adding an i-th rank electrode having the lowest covariance value to a first electrode set including only the first rank electrode having the lowest covariance value;
Comparing the BMI decoding accuracy between the second electrode set and the first electrode set, if the BMI decoding accuracy of the first electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the second electrode set, the first electrode set is replaced with the final electrode set. If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, an i + 1 rank electrode having the i + 1th lower covariance value is added to the second electrode set. An accuracy comparison step of generating a third electrode set; And
And repeating the execution of the accuracy comparison step again while sequentially adding the remaining electrodes to the third electrode set in order until a final electrode set is determined.
제1항에 있어서,
상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계에서 결정된 최종 전극 집합을 구성하는 EEG 전극들 중에서 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)하는 단계;
상기 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성하는 단계; 및
상기 제1 전극 집합과 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 더 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 1,
Clustering a first electrode set including electrodes having similar feature attribute data among the EEG electrodes constituting the final electrode set determined in the determining of the final electrode set;
Generating a second electrode set by removing a randomly selected electrode from the first electrode set; And
Comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set and the second electrode set to determine a final electrode set consisting of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all the attempts; How to choose.
제5항에 있어서, 상기 클러스터링하는 단계는,
케이 평균 클러스터링(K-means clustering) 기법 및 무감독 학습 계열의 유사 기법 중 적어도 하나의 기법을 사용하여 모든 EEG 전극들의 식별력 정보를 복수 개의 그룹으로 클러스터링하여 서로 유사한 특징 속성 데이터가 획득되는 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 생성하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 5, wherein the clustering step,
By using at least one of a K-means clustering technique and a similar technique of the non-supervised learning series, clusters of identification information of all the EEG electrodes are clustered into a plurality of groups to obtain similar characteristic attribute data. EEG minimum electrode selection method for BMI, which generates a configured first electrode set.
BMI(Brain-Machine Interface) 구동을 위한 정신적 과제(mental task) 수행에 있어서, 뇌신호 측정의 모든 시도(trial) 중에 서로 유사한 특징 속성(feature) 데이터가 획득되는 복수개의 EEG(electroencephalogram) 전극들로 구성된 제1 전극 집합을 클러스터링(clustering)하는 단계;
상기 제1 전극 집합에서 임의로 선택된 EEG 전극을 제거하여 제2 전극 집합을 생성하는 단계; 및
상기 제1 전극 집합과 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도를 비교하여 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
In performing a mental task for driving a brain-machine interface (BMI), a plurality of EEG (electroencephalogram) electrodes in which feature data similar to each other are obtained during every trial of brain signal measurement. Clustering the configured first electrode set;
Removing a randomly selected EEG electrode from the first electrode set to generate a second electrode set; And
Comparing the BMI decoding accuracy of the first electrode set and the second electrode set to determine a final electrode set consisting of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all attempts. Way.
제7항에 있어서, 상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계는,
상기 제2 전극 집합의 EEG 전극만으로 BMI 디코딩 정확도를 산정하는 비교 정확도 산정 단계;
상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 더 우수한 경우 해당 EEG 전극을 상기 제1 전극 집합에서 제거하고, 상기 제1 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도가 상기 제2 전극 집합의 BMI 디코딩 정확도보다 더 우수한 경우 해당 EEG 전극을 상기 제1 전극 집합에 유지시키는 전극 집합 결정 단계; 및
최종 전극 집합이 결정될 때까지 나머지 EEG 전극들을 임의의 순서로 상기 전극 집합 결정 단계에서 결정된 전극 집합에서 제거하거나 유지시키면서 상기 전극 집합 결정 단계를 다시 재실행하는 반복 수행 단계를 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 7, wherein determining the final electrode set,
A comparison accuracy calculation step of calculating a BMI decoding accuracy using only the EEG electrodes of the second electrode set;
If the BMI decoding accuracy of the second electrode set is better than the BMI decoding accuracy of the first electrode set, the corresponding EEG electrode is removed from the first electrode set, and the BMI decoding accuracy of the first electrode set is the second electrode. Determining an electrode set which maintains the corresponding EEG electrode in the first electrode set if it is better than the BMI decoding accuracy of the set; And
EEG minimum electrode for BMI, comprising repeating the step of determining the electrode set again while removing or maintaining the remaining EEG electrodes in any order from the electrode set determined in the electrode set determination step until the final electrode set is determined. How to choose.
제7항에 있어서,
상기 최종 전극 집합을 결정하는 단계에서 결정된 전극 집합을 구성하는 각각의 EEG 전극들로부터 뇌신호의 특징 속성(feature) 데이터를 획득하는 단계;
획득한 뇌신호의 특징 속성 데이터와 목표 BMI 디코딩 퍼포먼스를 이용하여 상기 모든 시도에서의 각 클래스(class)에 대한 EEG 전극들의 식별력(discriminability) 정보를 산출하는 단계;
산출된 식별력 정보를 이용하여 목표 BMI 디코딩 정확도에 영향을 끼치는 정도에 따라 EEG 전극들의 우선순위를 선정하는 단계; 및
EEG 전극들의 우선순위를 기초로 상기 모든 시도에서 뇌신호 측정에 필수적인 적어도 하나의 EEG 전극으로 구성된 최종 전극 집합을 결정하는 단계를 더 포함하는, BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법.
The method of claim 7, wherein
Acquiring feature data of a brain signal from respective EEG electrodes constituting the electrode set determined in the determining of the final electrode set;
Calculating discriminability information of EEG electrodes for each class in all the trials by using the acquired characteristic data of the brain signal and the target BMI decoding performance;
Selecting priorities of the EEG electrodes according to the degree of influence on the target BMI decoding accuracy using the calculated discrimination power information; And
Determining a final electrode set consisting of at least one EEG electrode essential for brain signal measurement in all said attempts based on priorities of the EEG electrodes.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 BMI용 EEG 최소 전극 선택 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium having a computer program recorded thereon for performing the EEG minimum electrode selection method for BMI according to any one of claims 1 to 9.
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