발음 생성 과정 중 뇌 활동, 근육 활동 및 조음 운동을 동시에 측정하기 위한 실시간 MRI 비디오, 뇌파(EEG) 및 표면 근전도(EMG) 동시 획득 방법

An Approach to Simultaneous Acquisition of Real-Time MRI Video, EEG, and Surface EMG for Articulatory, Brain, and Muscle Activity During Speech Production

음성 생성은 신경 계획, 운동 제어, 근육 활성화 및 조음 운동을 포괄하는 복잡한 과정입니다. 음성 신호는 음성 생성 과정의 가장 접근 가능한 결과물이지만, 음성 생성의 직접적인 신경생리학적 기반을 명확하게 보여주지는 않습니다. 본 연구에서는 실시간(동적) MRI, 뇌파(EEG) 및 표면 근전도(EMG)를 동시에 획득하여 음성 생성 과정의 중요한 측면인 뇌 신호, 근육 활성화 및 조음 운동을 포착했습니다. 이러한 다중 모드 획득 방식은 MRI에 의해 유발되는 전자기 간섭 및 근육성 아티팩트와 같은 상당한 기술적 과제를 안고 있습니다. 이러한 문제를 완화하기 위해, 본 연구에서는 본 3가지 모드 획득 방식에 특화된 아티팩트 억제 파이프라인을 개발했습니다. 본 연구에서 개발된 프레임워크는 충분히 개발되면 음성 신경과학 분야에 대한 전례 없는 통찰력을 제공하고 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술 발전에 기여할 것으로 예상됩니다.

Speech production is a complex process spanning neural planning, motor control, muscle activation, and articulatory kinematics. While the acoustic speech signal is the most accessible product of the speech production act, it does not directly reveal its causal neurophysiological substrates. We present the first simultaneous acquisition of real-time (dynamic) MRI, EEG, and surface EMG, capturing several key aspects of the speech production chain: brain signals, muscle activations, and articulatory movements. This multimodal acquisition paradigm presents substantial technical challenges, including MRI-induced electromagnetic interference and myogenic artifacts. To mitigate these, we introduce an artifact suppression pipeline tailored to this tri-modal setting. Once fully developed, this framework is poised to offer an unprecedented window into speech neuroscience and insights leading to brain-computer interface advances.