뇌파 시간

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14378(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

EEG 신호는 쉽게 도난당하지 않기 때문에 뇌전도(EEG) 신원 인식에 대한 연구가 점점 늘어나고 있습니다. EEG 개인 식별에 관한 기존 연구의 대부분은 특정하고 반복적인 감각 자극에 따라 단일 상태의 뇌 신호만을 다루었습니다. 그러나 실제로 인간의 상태는 다양하고 빠르게 변화하므로 현실적인 환경에서의 실용성은 제한됩니다. 많은 잠재적인 솔루션 중에서 변환기는 널리 사용되고 자연어 처리에서 뛰어난 성능을 달성합니다. 이는 시간 신호를 모델링하는 주의 메커니즘의 뛰어난 능력을 보여줍니다. 본 논문에서는 Self-Attention 메커니즘을 사용하여 시간적, 공간적 영역의 특징을 추출하는 EEG 개인 식별 작업을 위한 변환기 기반 접근 방식을 제안합니다. 우리는 다양한 상태에서 제안된 방법의 일반화 능력을 평가하기 위해 광범위한 연구를 수행합니다. 우리의 방법은 가장 진보된 EEG 생체 인식 기술과 비교되었으며 결과는 우리의 방법이 최첨단 결과에 도달했음을 보여줍니다. 특히, 수동으로 기능을 추출할 필요가 없습니다.

오늘날 글로벌화된 정보 세계에서 개인 정보의 보안이 특히 중요해지면서1 새롭고 더욱 정교한 식별 기술이 필요하게 되었습니다. 기존 식별 기술은 지문, 홍채, 얼굴 인식2,3,4 등 일상생활에 널리 적용되어 높은 정확도를 달성하고 높은 인식 정확도를 달성하고 있음에도 불구하고. 그러나 이러한 생체 인식의 문제점은 쉽게 도난당하거나 부주의하게 공개될 수 있다는 것입니다. 이러한 기술의 보안은 효과적으로 보장되지 않습니다. 위에서 언급한 기존 생체 인식에 비해 인지 생체 인식은 보안상의 이유로 더 많은 연구 관심을 끌고 있습니다.

생리적 또는 행동적 특성에 의존하는 기존 생체 인식과 달리 인지 생체 인식은 인간의 두뇌 활동을 측정하고 사람들이 어떻게 "생각"하는지 분석하는 일종의 생체 인식입니다. 인간의 뇌 활동을 측정하는 방법은 다양하며, 이러한 방법은 뇌 활동을 반영하기 위해 다양한 원리를 기반으로 합니다. 기능적 자기공명영상(fMRI)은 산소헤모글로빈과 탈산소헤모글로빈의 농도를 측정했는데, 이는 신경 활동으로 인한 혈역학적 변화를 나타낼 수 있습니다. 양전자방출단층촬영(PET)은 방사성 물질을 피험자의 신체에 주입하여 신경 대사를 측정합니다. 근적외선 분광법(NIRS)은 뇌 활동을 반영하기 위해 대뇌 피질에서 나오는 적외선의 반사 강도로 산소헤모글로빈과 디옥시헤모글로빈의 농도를 측정합니다. 자기뇌파검사(MEG)는 뇌 전류에 의해 생성된 자기장을 수집하는 반면, 뇌전도검사(EEG)는 생성된 전기장을 수집합니다.

식별 작업을 위해 EEG를 선택했습니다. 다른 기술에 비해 EEG는 휴대용 및 상대적으로 저렴한 장치6,7로 획득할 수 있습니다. 특히 비침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술은 EEG 신호를 포착하는 데 자주 사용되는데 이는 침습적 접근 방식보다 안전하고 편리합니다. 정상적인 인간의 EEG 신호의 진폭은 10~200\(\upmu\)V 범위인 반면, 주파수는 일반적으로 0.5~40Hz 사이입니다. 일반적으로 밀리초 정도의 높은 시간적 해상도를 갖습니다5. 공간 해상도 측면에서 EEG는 획득 장치의 크기 제한과 서로 다른 뇌 영역 간의 전기장의 상호 작용으로 인해 공간 해상도가 더 낮음을 나타냅니다. 그러나 개인의 다양성은 개인 식별의 기초이며 EEG도 예외는 아니라는 점은 주목할 가치가 있습니다. 일부 연구8,9에서는 EEG 신호가 특히 알파파10에서 개인차가 크다는 사실이 입증되었습니다. 일관성은 식별을 위한 또 다른 중요한 요소입니다. 이 생체 인식에는 테스트-재테스트가 필요하기 때문입니다. 즉, 기능은 시간과 장소에 따라 안정적으로 변하지 않습니다11,12. EEG 신호도 매우 안전합니다. 개인 식별에는 정보를 수집하기 위한 특수 획득 장비와 증폭기가 필요하므로 이는 개인 식별에 특히 중요합니다. 이러한 개인정보가 부주의로 유출되거나 원격으로 접근되어서는 안 됩니다. 따라서 데이터 보안 측면에서 EEG 기반 식별은 범죄자가 악용하기가 더 어렵기 때문에 신뢰할 수 있습니다. EEG는 감정 감지를 통해 정보 보안을 보장합니다. 뇌파를 통해 감지된 초조함은 인증 실패로 이어질 수 있으므로 사용자의 동의 없이는 식별 처리가 불가능합니다. 또한 EEG 신호는 뇌가 활동할 때만 생성될 수 있는 내부 특성이지만 자연스럽게 생체 감지 기능을 수행합니다13. 마지막으로, EEG 신호는 보편적이며, 일부 병리가 뇌에 구조적 손상을 일으켜 EEG 신호 생성을 방해하지 않는 한 모든 개인에게서 EEG 신호를 포착할 수 있습니다.