Brain Computer Interface. 말 그대로 뇌 기계 인터페이스(BCI)는 인간의 두뇌와 컴퓨터를 연결하는 기술이다. 뇌파를 통해 리모컨이나 휠체어 등 기계를 작동할 수 있게 되는 것이다.

당신의 생각, 뇌파는 알고 있다

BCI 기술의 핵심은 뇌파를 측정하고 이를 얼마나 정확하게 디지털 신호로 변환하는 데에 있다. 뇌파는 뇌에서 발생하는 전기 신호를 말하며, 뇌의 상태에 따라 다양한 주파수를 나타낸다. 0.2Hz에서 4Hz까지는 델타파라고 불리는데 이는 주로 깊은 수면 시에 발현한다. 이처럼 뇌파는 신체 활동을 추측할 수 있는 지표로 사용된다.  

뇌파 측정 방식은 부위에 따라 두 가지로 나뉜다. 하나는 측정 장치를 외과적 시술을 통해 직접 두뇌에 부착시키는 침습형이다. 다른 하나는 외과적 시술을 거치지 않고 두피에 장치를 장착하는 비침습형이다. 침습형 방식은 정확한 측정이 가능하지만 외과적 부작용이 있다. 반면 비침습형 방식은 간편하게 측정할 수 있지만 뇌파가 두피를 거치는 동안 잡음이 섞여 정확한 측정이 어렵다는 단점이 있다. 

뇌파가 측정된 후에는 정보를 효과적으로 분별하기 위해 다양한 분석법이 사용된다. △시간-주파수 분석 △비선형 동역학 분석 △ICA(Independente Component 
Analysis) 등이 있다. 이 중 주로 시간 별 뇌파의 주파수 분포를 나타내는 시간-주파수 분석이 이용된다. 이를 통해 어떤 뇌파가 특정 시간대에 얼마나 나왔는지 알 수 있다. 

인간의 신호를 컴퓨터로

뇌파를 측정할 때에는 잡파가 혼합된다. 이를 해결하기 위해 전처리가 필요하다. 관측된 뇌파 중 기술 이용에 필요한 것만 선정하거나 불필요한 정보들은 전처리 과정에서 제거된다. 이러한 처리과정을 거친 뇌파는 컴퓨터가 인식할 수 있도록 디지털 신호로 변환된다. 이후 뇌파를 디지털 신호로 바꾸고 이를 검증하는 과정을 거친다.

디지털 변환은 뇌파 신호를 시간 별 여러 구간으로 나누면서 시작된다. 각 구간마다 뇌세포가 발생시킨 활동전위의 숫자를 센다. 여기서 활동전위는 세포가 활동할 때 생기는 전압 변화를 말한다. 이렇게 각 구간의 활동전위 데이터가 수집되면 시간 별로 기록된 하나의 데이터베이스가 생긴다. 이 속에는 운동이 시작되기 전 뇌가 뿜은 활동전위의 개수가 일일이 저장돼있다.

자료가 구축되면 이를 검증하는 단계만 남는다. 앞선 자료와 3차원 공간에서의 운동 시변궤적 데이터를 비교 분석하는 작업이다. 운동 시변궤적 데이터는 현재의 자료이며 활동 전위의 개수가 기록된 데이터베이스는 과거의 자료이다. 쉽게 말해 과거를 현재와 비교해 과거 자료의 신뢰성을 측정하는 것이다. 두 자료 간의 관련성을 나타내는 수치 즉, 회귀계수가 높은 자료는 상당히 신뢰할 수 있다. 반대로 0에 가깝거나 음수라면 그 자료는 신뢰할 수 없으며 삭제된다. 신뢰할 만한 자료가 모이면 이를 바탕으로 하나의 방정식을 유도할 수 있다. 이렇게 전환된 뇌파 신호는 컴퓨터에 입력되고 이용자의 생각대로 출력하게 된다.