고령자 전전두엽에서 측정한 2채널 ERP 신호처리 및 적용 (Two-channel ERP Signal Processing on Prefrontal Cortex of the Elderly and Its Application)

서지정보

· 발행기관 : 대한전자공학회
· 수록지 정보 : 전자공학회논문지 / 59권 / 11호 / 119 ~ 130페이지
· 저자명 : 배장한, 김중일, 김재욱

초록

본 논문에서는 고령자 전전두엽에서 측정한 2채널 ERP에 적합한 신호처리 및 분석 방법을 제시하고 이를 실제 임상 환경에서 측정된 데이터에 적용해 그 결과를 살펴보고자 한다. 뇌파는 신호대잡음비가 낮아 양질의 신호를 얻기 위한 전처리 과정이 매우 중요하다. 특히 고령자에서 측정한 2채널 ERP는 신호의 변동성이 크고 잡음이 많으며, ERP 크기가 작을 뿐만 아니라, 통상적인 뇌파 분석방법을 적용하기도 어렵다. 또한 전전두엽 부위를 측정할 경우, 두정엽 부위에서 가장 두드러지게 나타나는 P300 성분이 다르게 나타날 수 있다. 본 연구의 ERP 신호 전처리에서는 필터링, 분절화 및 기저선 보정, 응답 에러율 계산, 잡음 제거, 무작위 선택 및 평균화의 과정을, ERP 신호 분석에서는 ERP 성분 분석, 모호한 ERP 성분 분석, 시간-시행 분석, 시간-주파수 분석에 대한 체계적이고 엄격한 가이드라인을 제시했다. 그리고 211명의 고령자 2채널 ERP 임상데이터를 대상으로 기존 방법과 본 연구에서 제안한 방법을 각각 적용해 분석 결과를 비교했다. 제시한 가이드라인을 따랐을 때는 의도한대로 ERP를 얻지 못하거나 잡음이 많은 데이터를 객관적 기준으로 제외할 수 있었고 부정확한 ERP 성분의 검출을 방지할 수 있었다. 또한 기존 방법 대비 제안한 방법에서의 P200과 P300 잠복기가 증가한 수치는 선행연구 결과와 매우 유사했고 grand average ERP의 경향성을 더 적합하게 반영할 수 있는 것으로 나타났다. 본 기술을 적용하면 보다 정확한 고령자 ERP 분석이 가능할 것으로 기대되며 고령자에서 자주 나타나는 치매나 경도인지장애 환자 대상의 연구에서도 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

영어초록

In this study, signal processing and analysis method were proposed for 2-channel ERP data obtained from the prefrontal cortex of the elderly and explored the results of data measured in the clinical environment. The pre-processing of EEG with a low signal-to-noise ratio is essential to reduce artifacts and extract clean data features.. In particular, two-channel ERP obtained from the elderly were not only of poor quality but also of small amplitude, which makes it difficult to apply a conventional EEG analysis approach. Also, when the prefrontal region is measured, the P300 component, which is most prominent in the parietal region, may appear differently. In this study, a systematic and strict guideline was proposed such as filtering, epoching and baseline correction, calculation of response error rate, artifact rejection, random selection and averaging for the signal pre-processing method, and ERP component analysis, unclear or ambiguous component analysis, ERP image and time-frequency analysis for the ERP analysis. Two-channel ERP data of 211 older adults measured under clinical environment were analyzed based on conventional method and the proposed method, and their results were compared. When the proposed guidelines were applied, the ERP that could not be obtained as intended or data with a lot of noise could be excluded with objective criteria, and the detection of inaccurate ERP components could be prevented. In addition, the increased degree of P200 and P300 latency in the proposed method compared to the conventional method was very similar to the results of the previous studies, and it was found that the tendency of the grand average ERP could be more appropriately reflected. By applying the proposed signal processing method, more accurate ERP analysis would be possible, and it could be used in studies on patients with dementia or mild cognitive impairment, which are of high clinical interest of the elderly.

참고자료

· 없음