The existence of electric conductivity changes of human brain was found. We hypothesized that the neuronal activity may be accompanied by the electrical conductivity changes. The membrane conductance is highly dependent on the dynamical neuronal activity. When certain area on the brain is activated by internal or external stimulus: perception, learning, thinking and movement coordination…etc., the small changes of electrical conductivity may be accompanied in that area. The purpose of this research is to detect non-invasively the conductivity changes of human brain. Non-invasive measurement of changes in conductivity of human brain has been made with a newly devised brain conductivity probe (BC-probe). The BC-probe consists of a transmitter and a receiver coil. The transmitter coil generates a time varying magnetic field in order to induce eddy current on the brain tissue and the receiver coil picks up the secondary magnetic fields produced by the eddy current on the brain. Using the BC-probe, we have found experimental evidence for the existence of conductivity fluctuation in rat, rabbit and human brain. We extracted the stimulus-related signals from the somatosensory area of human brain by electrical stimulation on the left thumb. The experiments on the spontaneous and the evoked signals suggest that the BC-probe be capable of the noninvasive detection of brain activity.
본 연구에서는 이전까지는 전혀 시도되지 않았던 신경세포 활동에 의한 국소 전기전도도 변화를 비침습적으로 검출하였다. 본 연구에서는 뇌 세포 활동 시 전기전도도 변화가 수반될 것이라는 가정을 바탕으로 한다. 즉, 뇌의 어떤 신경세포 영역이 내부적 또는 외부적 자극에 의해 활동하게 되면 그 부분의 전기전도도 역시 변화한다는 가정을 하였다. 본 연구에서는 전기전도도를 검출하는 한 가지 방법으로써 전자기유도 현상을 이용한다. 일정한 진폭의 교류전류가 흐르는 코일을 뇌 조직 근처에 배치하면, 시간적으로 변하는 자기장에 의해 교류전기장이 발생할 것이다. 교류전기장은 또한 전도성 매질 내에서 전류를 형성하며 이 전류는 매질의 전기전도도에 비례하여 발생한다. 따라서, 유도전기장이 가해지고 있는 부분의 신경세포가 활동하게 되면 전기전도도가 변하게 되고 이는 유도전류의 진폭을 변조시키게 된다. 한편, 이러한 전류는 2차 자기장을 발생하며 외부에서 2차 자기장을 검출하면 역으로 신경세포의 전기전도도 변화를 알 수 있게 된다. 원리적으로는 이와같은 방법으로 하여 전기전도도 변화를 검출 할 수 있지만 이를 구현하기 위한 방법론 또한 여러가지가 있을 수 있다. 현재 구성된 검출 시스템은 크게 뇌 전기전도 프로브(BC-probe), 송신코일 구동부, 위상검출기, 전산화 데이터 수집 시스템으로 나뉘어 진다. 이 중에서 가장 중요한 것은 BC-probe이며 실제 신경세포 활동 시 수반되는 전기전도도 변화를 검출하는 센서이다. BC-probe는 송신코일과 수신코일로 구성되어 있다. 송신코일은 뇌조직에 교류 자기장을 가해주는 역할을 하며 수신 코일은 뇌 조직에서 발생한 2차 자기장을 검출하는 용도이다. 송신코일은 전류가 서로 반대로 흐르는 두개의 반 실린더 형태의 코일구조로 만들어 졌고 (2HC -coil) 수신코일은 일반적인 사각형 모양의 코일이며 2HC-coil에 있는 틈새에 배치되어 있다. BC-probe를 이용하여 랫드와 토끼를 실험대상으로 하여 자발신호를 검출하였으며, 실제 사람을 대상으로 한 실험에서도 사람의 뇌 전반적으로 배경잡음과는 구분되는 전기전도도의 요동을 관찰하였다. 좀더 확실한 증거 실험을 위하여 사람의 왼손 엄지 손가락을 전기자극 하였을 때 뇌의 체성감각영역 영역에서 나타나는 빠른 전기전도 변화를 관측 할 수 있었다. 이를 뇌파측정에 의한 유발전위와 비교해 본 결과 동일한 time -duration을 가짐을 알 수 있었다. 이 실험에 의하여 BC-probe의 시간분해능은 뇌의 빠른 사고과정을 충분히 검출할 수 있음을 확인하였다. 이 실험을 통하여 본 연구의 시작점인 "신경세포 활동 시 전기전도도의 변화가 수반 될 것" 이라는 가정이 맞았음을 확인할 수 있었고, BC-probe는 뇌를 연구하기 위한 새로운 도구의 가능성이 있을 것으로 여겨진다.