Quantitative Recognition of Stable State of EEG using Wavelet Transform and Power Spectrum Analysis

웨이브렛 변환과 파워스펙트럼 분석을 통한 EEG 안정상태의 정량적 인식

The EEG signal in general can be categorized as the Alpha wave, the Beta wave, the Theta wave, and the Delta wave. The alpha wave, showed in stable state, is the dominant wave for a human EEG and the beta wave displays the excited state. The subject of this paper was to recognize the stable state of EEG quantitatively using wavelet transform and power spectrum analysis. We decomposed EEG signal into the alpha wave and the beta wave in the process of wavelet transform, and calculated each power spectrum of EEG signal, using Fast Fourier Transform. And then we calculated the stable state quantitatively by stable state ratio, defined as the power spectrum of the alpha wave over that of the beta wave. The study showed that it took more than 10 minutes to reach the stable state from the normal activity in 69 % of the subjects, 5 -10 minutes in 9%, and less than 5 minutes in 16 %.

일반적으로 EEG 신호는 Alpha파, Beta파, Theta파, Delta파로 구분할 수 있다. Alpha파는 사람에게 있어서 가장 우세한 파형으로써 정신적으로 안정 시 잘 나타나는 뇌파이며, Beta파는 흥분 시 우세하게 나타난다. 본 연구에서는 EEG의 안정 상태를 정량적으로 나타내기 위해 웨이브렛 변환과 파워 스펙트럼 분석을 이용하였다. EEG신호를 웨이브렛 변환을 통해 Alpha파와 Beta파만 검출하여 고속 푸리에 변환을 이용 Alpha파와 Beta파의 파워 스펙트럼을 구하였다. 이후 Beta파의 파워 스펙트럼에 대한 Alpha파의 파워 스펙트럼 비율로 정의되는 상대적 안정상태비(Stable State Ratio)를 계산하였다. 그 결과 피험자가 정상적인 활동 상태에서 정신적으로 편안한 안정 상태에 이르기까지 5분 이내가 16%, $5{\sim}10$분 사이가 9%, 그리고 최소 10분 이상의 시간이 소요되는 피험자집단이 총 69%로 우세하게 나타났다.