Brain-computer interfaces (BCIs)-based control applications that utilize motor imagery (MI) often suffer from the inaccurate classification of user's intention. While one common approach to this problem is to use hybrid BCI, the issue with most hybrid BCIs is that the added paradigm or modalities usually requires the user to demonstrate additional intentions. Inspired by earlier studies on the relationship between the direction of head orientation and locomotion, we propose a hybrid BCI system that jointly considers EEG and head orientation to predict the user's intention in a task that controls the movement of a first-person-view virtual drone. The proposed system does not ask the user to consciously express the intention through head movement as the idea of using head orientation is based on the results that head movement is likely to implicitly include information about the intended direction of locomotion. In the experiment that compared the virtual drone control performance of the MI-BCI control system and the proposed system in a virtual reality environment, eighteen out of twenty participants were able to show better performance in completing the task with the proposed system. Given that participants were not informed about the involvement of head orientation in the experiment, the proposed method presents a novel hybrid BCI system that implicitly uses head orientation which allows the user to concentrate solely on exhibiting MI signals while improving the control performance.
동작 상상을 활용하는 뇌-컴퓨터 인터페이스 (BCI) 기반의 제어는 부정확한 사용자 의도 인식으로 인한 문제에 직면하는 경우가 많다. 이러한 문제를 해결하는 접근법으로 하이브리드 BCI가 채택되고는 하지만, 하이브리드 BCI는 뇌파 패러다임 혹은 동작을 추가로 적용함으로써 사용자가 상시 인지해야 하는 명령의 가지수가 증가한다는 문제점을 동반한다. 본 연구는 사람의 머리 방향과 몸의 이동 방향과의 관계에 대한 연구에 착안해 뇌파 (EEG)와 머리 방향을 동시에 고려하여 가상환경 상의 1인칭 시점의 드론을 제어하는 실험에서 사용자의 의도를 인식하는 하이브리드 BCI 시스템을 제시한다. 본 시스템은 사용자에게 의식적인 머리 움직임을 통한 의도 표현을 요구하지 않으며, 이는 사용자의 머리 방향이 움직이고자 하는 방향에 대한 정보를 내포한다는 연구에 따른 것이다. 동작 상상만을 사용한 BCI 시스템과 머리 방향과 동작 상상 뇌파를 동시에 고려하는 제시된 시스템의 성능을 비교한 실험 결과, 20명의 참가자 중 18명의 참가자가 제시된 시스템을 사용했을 때 실험 수행시 보다 뛰어난 결과를 보여주었다. 참가자들이 머리 방향에 관한 사전 고지를 받지 않은채로 실험에 참여한 것을 고려할 때 본 연구에서 제시한 BCI 시스템은 사용자가 온전히 동작 상상 뇌파 발현에만 집중하며 제어 성능의 향상을 이끌어낼 수 있음을 보여준다.
