초록 ▼

□ 연구개요
의사소통 능력이 손상되면 타인과의 상호작용, 사회활동 참여 등에 어려움을 겪게 되어 삶의 질이 크게 저하된다. 최근 의사소통 장애인들을 위해, 뇌 신호를 기반으로 다른 사람 및 환경과 상호작용 할 수 있는 언어 brain-computer interface(BCI)가 연구되고 있다. 그러나 1) 언어 BCI 분야는 미비하고 성능이 낮으며, 2) 한국어 특성에 맞는 뇌 신호 처리 기술 연구의 기반 환경이 조성 되어 있지 않다.
이에 본 연구에서는 언어 BCI에 활용될 수 있는 언어인지, 언어발화, 언어상상에 따른

□ 연구개요
의사소통 능력이 손상되면 타인과의 상호작용, 사회활동 참여 등에 어려움을 겪게 되어 삶의 질이 크게 저하된다. 최근 의사소통 장애인들을 위해, 뇌 신호를 기반으로 다른 사람 및 환경과 상호작용 할 수 있는 언어 brain-computer interface(BCI)가 연구되고 있다. 그러나 1) 언어 BCI 분야는 미비하고 성능이 낮으며, 2) 한국어 특성에 맞는 뇌 신호 처리 기술 연구의 기반 환경이 조성 되어 있지 않다.
이에 본 연구에서는 언어 BCI에 활용될 수 있는 언어인지, 언어발화, 언어상상에 따른 뇌 신호 해독 모델 개발을 최종 목표로 하며 이를 통해 언어처리 뇌 메커니즘을 규명하고 뇌 신호 해독 성능 문제를 해결하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도: 언어처리 뇌파 측정 실험 프로토콜 개발 및 검증
- 언어처리에 적합한 단어 선별, 언어처리 순서 및 시간 간격 설정, 반복 횟수 등을 포함한 프로토콜을 개발함.
- 피험자 대상의 예비 임상 실험을 통해 각 언어처리에 대한 뇌 신호의 시간대별 반응을 측정하고, 선행 연구와 비교하여 개발한 프로토콜의 유효성 평가함.
2차년도: 언어처리 뇌파 임상측정 및 데이터 정제 알고리즘 개발
- 독립성붑분석, 쌍극자 모델링 등을 이용한 노이즈 분석을 통해 언어발화 노이즈 제거 프로세스를 개발함.
- 언어상상/비언어상상 실험을 통해 뇌 신호로부터 언어상상 반응을 추출하여 데이터 정제를 진행함.
3차년도: 언어처리에 따른 특징 추출 및 최적의 해독 모델 연구
- 사건관련스펙트럼섭동 기반 언어처리에 따른 시간-주파수 특징을 추출하고, 신호원 분석 기반 의미론적 정보 관련 활성도 및 기능적 연결성 특징을 추출함.
- 입자 군집 최적화 기반 특징선택을 이용하여 언어처리별 최적 성능을 띄는 채널을 분석함.
4차년도: 뇌신경 정보처리 메커니즘 기반 해독 모델 개발
- 입자 군집 최적화 알고리즘 기반 최적 특징선택을 이용한 언어상상 뇌 신호 해독 모델을 개발하여 전두엽과 측두엽 채널에서 60%의 해독 정확도를 달성함.
- 언어상상 뇌 신호 해독 성능 개선을 위한 전이학습 기반 딥러닝 연구를 진행함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
활용계획
- 뇌 신호 해독 모델 고도화를 통해 복잡한 언어처리 상황에 대응할 수 있는 해독 기술 개발에 활용 될 수 있음.
- 단일 뇌의 언어 메커니즘 및 해독 연구를 기반으로 집단 뇌 의사소통 연구로 확장 하고자 함.
기대효과
- 언어처리 뇌 메커니즘을 규명 할 수 있는 중요한 정보를 제공하고 뇌 신호 해독 성능을 향상시킴으로써 언어 BCI 연구 개발의 기반 기술이 됨.
- 한국어 언어처리 뇌 신호 특성 분석 연구의 기반을 제공함으로써 미국, 일본 대비 미비한 국내 언어처리 뇌파 연구의 활성에 기여할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구의 최종 목표 ... 4
• 1.2. 연구의 필요성 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 1st year goal: Development of experimental protocol for language stimulation and brain signal measurement ... 5
• 2.2. 2nd year goal: Development of data purification algorithms for increasing quality of language-related brain responses ... 7
• 2.3. 3rd year goal: Research on feature extraction and optimal decoding model according to language processing ... 10
• 2.4. 4th year goal: Development of a brain signal decoding model based on cortical information processing mechanism ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 3.1 정성적 연구개발성과 ... 15
• 3.2. 세부 정략적 연구개발성과 ... 16
• 3.3. 목표 달성 수준 ... 16
• 3.4. 목표 미달 시 원인 분석 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• (1) 성과 관리 추진체계 ... 17
• (2) 연구 결과 활용 방안 ... 18
• (3) 응용 연구 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 끝페이지 ... 38