광주과학기술원(GIST) 기전공학부 이병근 교수와 의료시스템학과 이보름 교수(공동 교신저자)는 사람의 시냅스 역할을 하는 소자인 멤리스터를 활용해 상상에 의한 뇌파(EEG)를 실시간으로 인식하는 하드웨어 신경망을 구현하는 데 성공했다고 12일 밝혔다. 이번 연구에는 포항공대 황현상 교수를 비롯해 GIST 이병훈 교수, 전문구 교수 등이 공동 연구자로 참여했다.
‘멤리스터(memristor)’는 메모리와 레지스터의 합성어로, 사람의 신경세포들 사이 접합 부분인 시냅스를 대체할 수 있는 소자다. 다시 말해 하드웨어 신경망의 효율을 증가시킬 수 있는 소자인 것. ‘하드웨어 신경망’은 인공신경망을 하드웨어로 실제 구현한 것으로, 인공신경망보다 사람의 뇌를 완벽히 모사할 수 있다.
사람의 뇌파를 전자기기로 인식, 컴퓨터를 이용한 디지털 신호처리를 통해 특징을 추출하는 방법은 잡음에 의한 뇌파의 왜곡이 심해 인식하는 데 시간이 오래 걸리는 한계가 있다.
이에 연구팀은 사람이 발음을 상상할 때 발생하는 뇌파를 측정하고, 이를 멤리스터가 적용된 하드웨어 신경망에 학습시키는 방법으로 ‘상상’에 의한 뇌파를 인식하는 데 성공했다.
연구팀은 피실험자(학생)가 아(a), 이(i), 우(u)의 세 가지 음성을 상상으로 발음했을 때 발생하는 뇌파 신호를 측정한 뒤,
신호처리 과정을 거쳐 특징을 분류하고 하드웨어 신경망의 입력신호로 사용할 수 있도록 32비트 2진 코드로 변환했다.
이어 2진 코드로 변환된 뇌파 신호를 자체 제작한 하드웨어 신경망의 입력으로 활용해 시냅스를 학습시킨 후, 다시 피실험자가 아(a), 이(i), 우(u) 가운데 임의로 상상하는 뇌파 신호를 측정해 실시간으로 어떠한 음성을 상상했는지 인식하는 데 성공했다.
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| 광주과학기술원 이병근(왼쪽)ㆍ이보름(오른쪽) 교수 |
이병근 교수와 이보름 교수는 “멤리스터 소자를 활용한 하드웨어 신경망 시스템의 다양한 활용 가능성을 증명했다”며 “하드웨어 신경망 시스템이 향후 의사소통이 어려운 환자나 장애인들이 상상만으로 의사소통하는 데 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 네이처 출판 그룹에서 발간하는 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 5일자 온라인판에 게재됐다.
dsun@heraldcorp.com
