JP2019109888A - Double closed circuit brain-machine interface system and method therefor - Google Patents

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Abstract

To improve the accuracy of control on devices using brain signals, for example, robot arm control.SOLUTION: The double closed circuit brain-machine interface includes: a stage S320 of generating motion information based on a motion intention and generating a control signal for controlling an external device when a brain signal corresponding to the motion intention of a user is sensed; a stage S326 of acquiring a sensory signal corresponding to an operation state of the external device and analyzing the sensory signal to obtain a brain stimulation pattern for enabling the user to recognize the operation state of the external device; and a stage S340 of analyzing the motion intention brain signal to generate information on a brain stimulation frequency which stimulates a brain region of the user, correcting the brain stimulation pattern using the information on the brain stimulation frequency, and giving assistance by referring to the corrected brain stimulation pattern to stimulate the brain region through the brain stimulated region.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム及びその方法に関し、より詳細には、(a)使用者の運動意図に対応する脳信号である運動意図脳信号が感知されると、ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の運動意図に基づく運動に対する情報である運動情報を生成する段階;(b)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動情報に対応して前記使用者の身体部位を代替して動作する外部機器を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号に対応して前記外部機器が動作するように支援して、前記外部機器の動作状態に対応する感覚信号を獲得し、前記感覚信号を分析して前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするための脳刺激パターン(前記脳刺激パターンは、前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするために動作状態別に設定された体性感覚情報に対応して、当該体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するためのパターンである)を獲得する段階;及び(c)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し、前記脳刺激頻度に対する情報を利用して前記脳刺激パターンを補正し、前記補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激部を通じて前記脳部位を刺激するように支援する段階を含むことを特徴とする二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法及びシステムに関する。   The present invention relates to a dual closed circuit brain-machine interface system and method thereof, and more particularly, (a) when an exercise intention brain signal, which is a brain signal corresponding to a user's exercise intention, is sensed, The machine interface system analyzes the exercise intention brain signal to generate exercise information which is information on the exercise based on the exercise intention of the user; (b) the brain-machine interface system corresponds to the exercise information A control signal for controlling an external device operating in place of the body part of the user, and assisting the external device to operate in response to the control signal; A sensory signal corresponding to an operating state is acquired, and the sensory signal is analyzed to allow the user to recognize the operating state of the external device. Brain stimulation pattern (the brain stimulation pattern induces the somatic sensation corresponding to the somatosensory information set according to the operation state to enable the user to recognize the operation state of the external device Acquiring a brain site set to stimulate the patient's brain); and (c) the brain-machine interface system analyzes the exercise intention brain signal to determine the user's brain site. The information on the frequency of stimulating brain stimulation is generated, the information on the frequency of brain stimulation is used to correct the brain stimulation pattern, and the brain region is stimulated through the brain stimulation unit with reference to the corrected brain stimulation pattern A dual closed circuit brain-machine interface method and system comprising the steps of:

ブレイン−マシーンインターフェース(BMI)技術は、脳と機械の相互情報伝達及び解析を通じて考えるだけで外部電子装置または機器を制御する技術である。より詳細には、使用者の意図と関連する脳信号を基にその意図を解析して外部事物や仮想の物体を制御する技術である。   Brain-machine interface (BMI) technology is a technology that controls external electronic devices or devices simply by thinking through mutual communication and analysis of brain and machine. More specifically, it is a technique of analyzing an intention based on brain signals related to the user's intention and controlling an external thing or a virtual object.

既存の研究では、四肢麻痺患者の一次運動皮質、後頭頂葉皮質などに侵襲的な微細電極を挿入し、測定された脳信号を基に考えるだけでロボットアームをある程度制御し得ると報告されたことがある。   In the existing study, it was reported that the robot arm could be controlled to some extent simply by inserting an invasive microelectrode into the primary motor cortex, occipital cortex etc of the quadriplegia patient and based on the measured brain signal Sometimes.

そして、電極の大きさが微細電極よりも大きい脳皮質脳波(ECoG)を利用したブレイン−マシーンインターフェース技術の場合、微細電極を利用したシステムに比べて制御正確度は多少劣るが、脳組織をほぼ破壊せずに、より広い脳領域をカバーすることができるという長所がある。   And, in the case of brain-machine interface technology using brain cortical electroencephalogram (ECoG) in which the size of the electrode is larger than that of the fine electrode, although control accuracy is somewhat inferior to a system using the fine electrode, It has the advantage of being able to cover a larger brain area without destruction.

しかし、脳信号基盤ブレイン−マシーンインターフェースシステムのパフォーマンスに対する限界も明確だが、研究者らはこれに対する主な原因として運動命令遂行中の体性感覚フィードバックを受けることができないという点を挙げている。   However, while the limitations on the performance of brain signal based brain-machine interface systems are also clear, researchers point out that they can not receive somatosensory feedback while performing motor commands.

また、たとえ体性感覚フィードバックを受けるとしても、単純に脳刺激を通じたフィードバックシステムだけでは、実際運動パフォーマンスに大きな影響を及ぼす脳領域間フィードバックメカニズムを復元させることができない問題点がある。   In addition, even if somatic sensory feedback is received, there is a problem that it is not possible to restore the inter-brain region feedback mechanism which has a great effect on actual motor performance only by simply using a feedback system through brain stimulation.

本発明は、上述した問題点をすべて解決することを目的とする。   The present invention aims to solve all the above-mentioned problems.

また、本発明は、使用者の運動関連脳信号デコーディングを通じた外部機器制御と当該制御過程で誘発された感覚信号(例えば、外部機器のセンサ信号)に対応する脳刺激を通じて使用者に体性感覚フィードバックを誘導することを他の目的とする。   In addition, the present invention is also applicable to the user through external device control through motion-related brain signal decoding of the user and brain stimulation corresponding to sensory signals (for example, sensor signals of the external device) induced in the control process. Another purpose is to induce sensory feedback.

また、運動意図と関連して発生する脳信号に対する脳領域間フィードバックを使用者に脳信号感知/脳刺激シークエンスで誘導することを他の目的とする。   Another object of the present invention is to induce the inter-brain region feedback for brain signals generated in association with exercise intention to the user with a brain signal sensing / brain stimulation sequence.

また、本発明は、脳刺激によって発生する脳信号の雑音を最小化するためのものであることを他の目的とする。   Another object of the present invention is to minimize the noise of brain signals generated by brain stimulation.

前記のような本発明の目的を達成し、後述する本発明の特徴的な効果を実現するための、本発明の特徴的な構成は下記の通りである。   The characteristic configurations of the present invention for achieving the object of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described later are as follows.

本発明の一態様によれば、使用者のブレイン−マシーン間をインターフェーシングする方法において、(a)使用者の運動意図に対応する脳信号である運動意図脳信号が感知されると、ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の運動意図に基づく運動に対する情報である運動情報を生成する段階;(b)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動情報に対応して前記使用者の身体部位を代替して動作する外部機器を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号に対応して前記外部機器が動作するように支援して、前記外部機器の動作状態に対応する感覚信号を獲得し、前記感覚信号を分析して前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするための脳刺激パターン(前記脳刺激パターンは、前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするために動作状態別に設定された体性感覚情報に対応して、当該体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するためのパターンである)を獲得する段階;及び(c)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し、前記脳刺激頻度に対する情報を利用して前記脳刺激パターンを補正し、前記補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激部を通じて前記脳部位を刺激するように支援する段階;を含むことを特徴とする二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法を提供する。   According to one aspect of the present invention, in the method of interfacing between a user's brain and machine, (a) when an exercise intention brain signal that is a brain signal corresponding to the user's exercise intention is sensed, the brain The machine interface system analyzes the exercise intention brain signal to generate exercise information which is information on the exercise based on the exercise intention of the user; (b) the brain-machine interface system corresponds to the exercise information A control signal for controlling an external device operating in place of the body part of the user, and assisting the external device to operate in response to the control signal; A sensory signal corresponding to an operating state is acquired, and the sensory signal is analyzed to enable the user to recognize the operating state of the external device. Stimulation pattern (The brain stimulation pattern induces the somatosensory information corresponding to the somatosensory information set according to the operation state in order to enable the user to recognize the operation state of the external device Acquiring a brain site set in (a); and (c) the brain-machine interface system analyzes the exercise intention brain signal to stimulate the user's brain site. The information on brain stimulation frequency is generated, the information on brain stimulation frequency is used to correct the brain stimulation pattern, and the brain stimulation unit is stimulated with reference to the corrected brain stimulation pattern. Providing a double closed circuit brain-machine interface method comprising:

本発明の他の態様によれば、使用者のブレイン−マシーン間をインターフェーシングするブレイン−マシーンインターフェースシステムにおいて、外部機器に接近可能な通信部、及び(1)使用者の運動意図に対応する脳信号である運動意図脳信号が感知されると、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の運動意図に基づく運動に対する情報である運動情報を生成するプロセス、(2)前記運動情報に対応して前記使用者の身体部位を代替して動作する外部機器を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号に対応して前記外部機器が動作するように支援して、前記外部機器の動作状態に対応する感覚信号を獲得し、前記感覚信号を分析して前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするための脳刺激パターン(前記脳刺激パターンは、前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするために動作状態別に設定された体性感覚情報に対応して、当該体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するためのパターンである)を獲得するプロセス、及び(3)前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し、前記脳刺激頻度に対する情報を利用して前記脳刺激パターンを補正し、前記補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激部を通じて前記脳部位を刺激するように支援するプロセスを遂行するプロセッサを含むことを特徴とする二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステムを提供する。   According to another aspect of the present invention, in a brain-machine interface system for interfacing between a user's brain and a machine, a communication unit accessible to an external device, and (1) a brain corresponding to the user's exercise intention. A process of analyzing the movement intention brain signal to generate movement information which is information for movement based on the movement intention of the user, when the movement intention brain signal which is a signal is sensed, (2) corresponding to the movement information A control signal for controlling an external device operating in place of the body part of the user, and assisting the external device to operate in response to the control signal; A brain stimulation pattern for acquiring a sensory signal corresponding to an operating state and analyzing the sensory signal to enable the user to recognize the operating state of the external device The stimulation pattern corresponds to the somatosensory information set according to the operation state to enable the user to recognize the operation state of the external device, and the brain is set to induce the somatosensory sense. A process for acquiring a site stimulation pattern, and (3) analyzing the exercise intention brain signal to generate information on brain stimulation frequency for stimulating the user's brain site, the brain stimulation frequency The processor is configured to perform a process of correcting the brain stimulation pattern using information on the basis of the information, and referring to the corrected brain stimulation pattern to support stimulation of the brain region through the brain stimulation unit. A dual closed circuit brain-machine interface system is provided.

本発明によれば、次のような効果がある。   According to the present invention, the following effects can be obtained.

本発明は、使用者の運動関連脳信号デコーディングを通じた外部機器制御と当該制御過程で誘発された感覚信号(例えば、外部機器のセンサ信号)に対応する脳刺激を通じて使用者に体性感覚フィードバックを誘導する効果がある。   The present invention provides somatic sensory feedback to the user through external device control through the user's motion-related brain signal decoding and brain stimulation corresponding to sensory signals e.g. Have the effect of inducing

また、運動意図と関連して発生する脳信号に対する脳領域間フィードバックを使用者に脳信号感知/脳刺激シークエンスで誘導する効果がある。   In addition, there is an effect of inducing inter-brain region feedback to brain signals generated in association with exercise intention to the user with a brain signal sensing / brain stimulation sequence.

また、本発明は、脳刺激によって発生する脳信号の雑音を最小化する効果がある。   In addition, the present invention has the effect of minimizing the noise of brain signals generated by brain stimulation.

図1は、本発明の一実施例にかかる二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム及び外部機器を概略的に示す図面である。FIG. 1 is a schematic view of a double closed circuit brain-machine interface system and an external device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施例によって使用者のブレイン−マシーン間をインターフェーシングする概略的な過程を示す図面である。FIG. 2 is a schematic diagram of a brain-machine interface of a user according to an embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施例によって二重フィードバックループを有する二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステムを概略的に示す図面である。FIG. 3 is a schematic view of a double closed circuit brain-machine interface system having a double feedback loop according to an embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施例にかかる雑音除去部を概略的に示す図面である。FIG. 4 is a schematic view of a noise removing unit according to an embodiment of the present invention. 図5は、本発明の一実施例によって使用者の脳信号の雑音を除去する概略的な過程を示す図面である。FIG. 5 illustrates a schematic process of removing noise of a user's brain signal according to an embodiment of the present invention.

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明が実施され得る特定の実施例を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施例は、当業者が本発明を実施することができるように充分詳細に説明される。本発明の多様な実施例は互に異なるが、相互排他的である必要はないことを理解されたい。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は、一実施例にかかる本発明の精神及び範囲を逸脱せずに他の実施例で実現され得る。また、各々の開示された実施例内の個別構成要素の位置または配置は、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに変更され得ることを理解されたい。従って、後述する詳細な説明は、限定的な意味で捉えようとするものではなく、本発明の範囲は、適切に説明されると、その請求項が主張することと均等なすべての範囲と、併せて添付された請求項によってのみ限定される。図面で類似する参照符号はいくつかの側面にかけて同一か類似する機能を指称する。   The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings which show, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These examples are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the invention, although different from one another, need not be mutually exclusive. For example, the particular shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention according to one embodiment. Also, it should be understood that the location or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, as properly set forth, includes all the equivalent scope of what that claim claims: It is only limited by the claims appended hereto. Like reference symbols in the drawings refer to the same or similar functionality in several aspects.

以下、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができるようにするために、本発明の好ましい実施例について添付の図面を参照して詳細に説明することとする。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention belongs can easily practice the present invention. To be.

図1は、本発明の一実施例にかかる二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100及び外部機器400を概略的に示す図面である。   FIG. 1 is a view schematically showing a double closed circuit brain-machine interface system 100 and an external device 400 according to an embodiment of the present invention.

まず、図1に示されたように、本発明の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100はプロセッサ110、通信部120、データベース130、感知部140、刺激部150及び雑音除去部160が含まれ得る。   First, as shown in FIG. 1, the double closed circuit brain-machine interface system 100 of the present invention includes a processor 110, a communication unit 120, a database 130, a sensing unit 140, a stimulation unit 150 and a noise removal unit 160. obtain.

二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は使用者の運動意図脳信号に対するフィードバックを使用者に提供するか提供するように支援するが、これについては後で詳細な説明を通じて詳しく述べることとする。   The processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 assists in providing or providing feedback to the user on the user's motor intention brain signal, which will be described in more detail later in the detailed description. I assume.

通信部120は、多様な通信技術で実現され得る。即ち、Wi−Fi(WIFI:登録商標)、WCDMA(Wideband CDMA)、HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)、HSUPA(High Speed Uplink Packet Access)、HSPA(High Speed Packet Access)、モバイルワイマックス(Mobile WiMAX:登録商標)、ワイブロ(WiBro:登録商標)、LTE(Long Term Evolution)、ブルートゥース(bluetooth:登録商標)、赤外線通信(IrDA、infrared data association)、NFC(Near Field Communication)、ジグビー(Zigbee:登録商標)、無線LAN技術などが適用され得る。また、インターネットと連結されてサービスを提供する場合、インターネットで情報伝送のための標準プロトコルであるTCP/IPに基づくことがある。   The communication unit 120 may be realized by various communication techniques. That is, Wi-Fi (WIFI: registered trademark), WCDMA (Wideband CDMA), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), HSPA (High Speed Packet Access), Mobile WiMAX (Mobile WiMAX) : Registered trademark, WiBro (registered trademark), LTE (Long Term Evolution), Bluetooth (bluetooth (registered trademark), infrared communication (IrDA, infrared data association), NFC (Near Field Communication), Zigbee (Zigbee: registered Trademark, wireless LAN Surgery, etc. can be applied. Also, when providing a service in connection with the Internet, the Internet may be based on TCP / IP, which is a standard protocol for information transmission.

二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、通信部120を通じてデータベース130から必要な情報を受信し得る。また、場合によってプロセッサ110は、通信部120を通じて外部機器400とも必要な情報を送受信し得る。   The processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 may receive necessary information from the database 130 through the communication unit 120. Also, in some cases, the processor 110 may transmit and receive necessary information with the external device 400 through the communication unit 120.

そして、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のデータベース130は二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100の動作のための各種データを保存するものであり、複数個の感覚種類に対して各々対応する脳反応パターン、前記脳反応を誘導するための刺激の大きさ、刺激時間、周波数、これらの時空間的変化に対する情報と使用者の脳信号を感知するための脳信号感知部140の位置情報及び使用者の脳を刺激するための脳刺激部150の位置情報などが含まれ得る。   The database 130 of the double closed circuit brain-machine interface system 100 stores various data for the operation of the double closed circuit brain-machine interface system 100, and corresponds to a plurality of sense types. Pattern of brain reaction, magnitude of stimulation for inducing the brain response, stimulation time, frequency, information on these spatiotemporal changes and position information of the brain signal sensing unit 140 for sensing the brain signal of the user And position information of the brain stimulation unit 150 for stimulating the user's brain.

この時、データベース130はフラッシュメモリタイプ(flash memory type)、ハードディスクタイプ(hard disk type)、マルチメディアカードマイクロタイプ(multimedia card micro type)、カードタイプのメモリ(例えば、SDまたはXDメモリ)、ラム(Random Access Memory、RAM)、SRAM(Static Random Access Memory)、ROM(ReadOnly Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory)、PROM(Programmable ReadOnly Memory)、磁気メモリ、磁気ディスク、光ディスクのうち少なくとも一つのタイプの保存媒体が含まれ得て、これに限定されずデータを保存することができるすべての媒体が含まれ得る。また、データベース130は、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100の内部に設置されるか、これとは異なり二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100と分離設置されて二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100との通信を通じてデータを伝送するか受信されるデータを記録し得る。   At this time, the database 130 may be a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, a card type memory (for example, an SD or XD memory), a RAM (a memory type). Random Access Memory (RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), magnetic memory, magnetic disk, optical disk And obtained contain at least one type of storage medium of the click may include any medium capable of storing data not limited to this. In addition, the database 130 may be installed inside the double closed circuit brain-machine interface system 100 or may be separately installed from the double closed circuit brain-machine interface system 100 so that the double closed circuit brain-machine is installed. Data may be transmitted or received through communication with the interface system 100.

次に、感知部140は、使用者の脳信号を感知する部分であり、脳信号センサ、信号増幅器、アナログフィルタ及びアナログ−デジタルコンバータなどのうち少なくとも一部が含まれ得る。感知部140の脳信号感知は、侵襲的な方法か非侵襲的な方法であり得、感知部140は使用者の脳領域のうち一次運動皮質領域などに位置し得る。   The sensing unit 140 senses a brain signal of the user, and may include at least a part of a brain signal sensor, a signal amplifier, an analog filter, an analog-digital converter, and the like. The brain signal sensing of the sensing unit 140 may be an invasive method or a non-invasive method, and the sensing unit 140 may be located in a primary motor cortex region of the user's brain region.

次に、刺激部150は使用者の脳に刺激を加える部分であり、刺激は電気刺激であり得て、多重チャネルで同時にまたはある程度の時間差をおいて加えることがある。そして、刺激時間は、刺激の種類によって流動的であり、数ミリ秒から1秒内外までの範囲を有し得る。また、刺激部150は、侵襲的な方法で脳を刺激するか非侵襲的な方法で脳を刺激し得て、使用者の脳領域のうち一次または二次体性感覚皮質、後頭頂葉皮質または前運動領域の一部などに位置し得る。   Next, the stimulation unit 150 is a part that stimulates the user's brain, and the stimulation may be electrical stimulation, and may be applied simultaneously or with some time lag in multiple channels. And, the stimulation time may be fluid depending on the type of stimulation, and may range from several milliseconds to around 1 second. In addition, the stimulation unit 150 can stimulate the brain in an invasive manner or can stimulate the brain in a non-invasive manner, and the primary or secondary somatosensory cortex and the posterior parietal cortex in the user's brain region. Or it may be located in a part of the pre-motion area or the like.

次に、雑音除去部160は、使用者の脳に加えられる脳刺激の物理的特性を基に実際脳環境で測定され得る雑音信号を推定した後、実際測定された信号からリアルタイムで雑音を除去し得るが、これについては後で詳細な説明を通じて詳しく述べることとする。   Next, the noise removal unit 160 removes noise from the actually measured signal in real time after estimating a noise signal that can be actually measured in the brain environment based on physical characteristics of brain stimulation applied to the user's brain However, this will be described in detail later through the detailed description.

一方、図1に示されたように、外部機器400は駆動部410及びセンサ部420が含まれ得る。   Meanwhile, as shown in FIG. 1, the external device 400 may include a driving unit 410 and a sensor unit 420.

駆動部410は、使用者の脳信号によって外部機器が駆動する部分であり、ロボットアームであり得るが、これに限定されず使用者の脳信号によって駆動が可能なすべての装置が含まれ得る。   The driving unit 410 is a part driven by an external device according to a user's brain signal, and may be a robot arm, but is not limited thereto and may include all devices capable of driving according to a user's brain signal.

そして、センサ部420は、外部機器400の駆動によって発生する感覚信号を獲得する部分であり、圧力センサ、位置センサ、振動センサ、温度センサなどが含まれ得るが、これに限定されず感覚信号を測定することができるすべてのセンサが含まれ得る。   The sensor unit 420 is a part that acquires a sense signal generated by driving the external device 400, and may include, but not limited to, a pressure sensor, a position sensor, a vibration sensor, a temperature sensor, etc. All sensors that can be measured can be included.

このように構成された本発明の一実施例にかかる二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100及び外部機器400を利用して使用者の脳と機械間をインターフェーシングする方法を図2を参照して説明すれば次の通りである。   Referring to FIG. 2, a method for interfacing between a user's brain and a machine using the dual closed circuit brain-machine interface system 100 and the external device 400 according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described. The explanation is as follows.

まず、使用者の脳信号のうち使用者の運動意図と関連する脳信号を二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100の感知部140で感知し得る。この時、感知部140は、侵襲的な方法や非侵襲的な方法の脳信号センサを利用して使用者の運動意図脳信号を感知し得る(S210)。   First, among the brain signals of the user, brain signals related to the user's exercise intention may be sensed by the sensing unit 140 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100. At this time, the sensing unit 140 may sense an exercise intention brain signal of the user using a brain signal sensor in an invasive or non-invasive manner (S210).

かかる感知された運動意図関連脳信号は、感知部140の信号増幅器、アナログフィルタ及びアナログ−デジタルコンバータなどを通過し得て、通過した信号は二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110によってデジタルフィルタリング、re−referencing、神経スパイク信号感知、発火率計算などの前処理過程を経ることがある。   Such sensed movement intention related brain signals may pass through the signal amplifier of the sensing unit 140, an analog filter, an analog-to-digital converter, etc., and the passed signals are processed by the processor 110 of the double closed circuit brain-machine interface system 100. It may go through preprocessing such as digital filtering, re-referencing, nerve spike signal sensing, firing rate calculation and so on.

そして、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、前記感知された脳信号を利用して使用者の運動意図に基づく動作予測情報である運動情報を生成し得る(S220)。この時、運動情報を生成するために使用されるアルゴリズムは、人工神経網アルゴリズムが使用され得るが、これに限定されず、ベイズ分類器(Bayesian classifier)や回帰(regression)方式の機械学習アルゴリズムなど脳信号を利用して動作予測情報である運動情報を生成する目的に符合するすべてのアルゴリズムのうち少なくとも一部を使用し得る。   Then, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 may generate motion information, which is motion prediction information based on the motion intention of the user, using the sensed brain signal (S220). At this time, an algorithm used to generate motion information may be an artificial neural network algorithm, but is not limited thereto, and may be a Bayesian classifier, a regression type machine learning algorithm, or the like. At least a part of all algorithms conforming to the purpose of generating motion information which is motion prediction information using brain signals may be used.

また、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、前記運動情報に対応して使用者の身体部位を代替して動作する外部機器400を制御するための制御信号を生成し得て、かかる制御信号によって外部機器400の駆動部410が使用者の運動意図通りに動作するようにし得る(S230)。   Also, the processor 110 of the double closed circuit brain-machine interface system 100 may generate a control signal for controlling an external device 400 which operates in place of the body part of the user in response to the motion information. According to the control signal, the driving unit 410 of the external device 400 may operate as intended by the user (S230).

次に、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は前記駆動部410の動作状態によって発生する感覚信号をセンサ部420を通じて獲得し得る(S240)。   Next, the processor 110 of the double closed circuit brain-machine interface system 100 may obtain the sense signal generated by the operation state of the drive unit 410 through the sensor unit 420 (S240).

次に、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、前記獲得した感覚信号を分析して外部機器400の動作状態を使用者が認識できるようにするための体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するための脳刺激パターンを生成し得る(S250)。   Next, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 elicits a somatic sensation for analyzing the acquired sensory signals so that the user can recognize the operating state of the external device 400. To generate a brain stimulation pattern for stimulating the set brain site (S250).

即ち、プロセッサ110は、データベース130に保存されている複数個の感覚種類に対して各々対応する脳反応パターン、前記脳反応を誘導するための刺激の大きさ、刺激時間、周波数、これらの時空間的変化に対する情報などを通信部120を通じて受信されて前記獲得した感覚信号と互いに比較して前記感覚信号に対応する最も類似する脳反応を誘発するための脳刺激パターンを生成し得る。   That is, the processor 110 detects brain response patterns corresponding to a plurality of sensory types stored in the database 130, magnitudes of stimuli for inducing the brain responses, stimulation times, frequencies, and their spatio Information on dynamic changes may be received through the communication unit 120 and may be compared with each other to the acquired sensory signal to generate a brain stimulation pattern for inducing a most similar brain response corresponding to the sensory signal.

また、脳刺激パターンは、感覚信号の種類と大きさ、時空間的変化などによって異なり得て、脳刺激パターンを生成する過程で機械学習やディープラーニングアルゴリズムが使用され得る。   Also, brain stimulation patterns may differ depending on the type and size of sensory signals, spatio-temporal changes, etc., and machine learning or deep learning algorithms may be used in the process of generating brain stimulation patterns.

前記のような二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のS210ないしS250段階は、図3を参照としてより具体化され得るが、図3を参照すると、(i)運動意図関連脳信号感知(S310)、(ii)運動情報生成、制御信号生成及び伝達(S320)、(iii)3次元ロボットアーム/ハンド制御(S322)、(iv)感覚信号伝達(S324)及び(v)脳刺激パターン生成(S326)からなる脳−外部機器−脳フィードバックループによって遂行され得る。   Steps S210 to S250 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 as described above may be further embodied with reference to FIG. 3, but referring to FIG. 3, (i) exercise intention related brain signal sensing (S310). ), (Ii) motion information generation, control signal generation and transmission (S320), (iii) three-dimensional robot arm / hand control (S322), (iv) sensory signal transmission (S324) and (v) brain stimulation pattern generation ( S326) may be performed by a brain-external device-brain feedback loop.

次に、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、感知部140で感知した運動意図関連脳信号を分析して運動意図時点及び運動意図強度を判断し得る(S260)。   Next, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 may analyze exercise intention related brain signals sensed by the sensing unit 140 to determine exercise intention time and exercise intention strength (S 260).

この時、運動意図時点及び強度の判断は、大脳の前運動領域、運動領域、後頭頂葉皮質、前前頭葉などの脳信号を利用し得る。   At this time, judgment of exercise intention time and intensity may utilize brain signals of a cerebral pre-motion area, a movement area, an occipital cortex, a frontal lobe, and the like.

一例として、脳皮質脳波の場合、既存の準備電位基盤方式も使用されるが、動き以前アルファ−ローベータ領域の事象関連脱同期(Event−Related Desynchronization;ERD、7〜20Hz程度)と高周波ハイ−ガンマ(High−gamma、50Hz以上)領域の脳活性パターンが使用され得る。また、微細電極の場合、発火タイミングや発火比率程度が運動意図と時点及び強度判断において基本尺度になるが、前記脳領域間の連結性強度も主要基準となり得る。これは脳皮質脳波の場合も同一である。この時、連結性分析は、位相−変位カップリング(phase−amplitude coupling)、位相同期化(phase synchronization)、古典的相関関係分析、相互情報量(mutual information)などの同時的連結性分析方法以外に部分指向性コヒーレンス(partial directed coherence)などの因果的連結性分析も使用され得る。   As an example, in the case of brain cortical EEG, existing preparatory potential-based methods are also used, but event-related desynchronization (ERD, about 7 to 20 Hz) and high-frequency high-gamma prior to movement. Brain activity patterns in (High-gamma, 50 Hz and higher) regions may be used. Further, in the case of a fine electrode, the firing timing and the firing rate degree become a basic measure in exercise intention, time point and strength judgment, but the connectivity strength between the brain regions can also be a main reference. This is the same as in the case of brain cortex EEG. At this time, connectivity analysis may be other than simultaneous connectivity analysis methods such as phase-amplitude coupling, phase synchronization, classical correlation analysis, mutual information, etc. Causal connectivity analysis such as partial directed coherence can also be used.

まず、運動意図の時点判断は、プロセッサ110が運動意図が明確にない休止状態の脳信号対比脳信号の揺動が、2標準偏差(standard deviation;SD)などの基準を越える時点を計算して得られることがある。しかし、この場合、誤警報(false alarm)が発生する可能性が大きいため、当該時点前後の脳信号パターンを分析して時点を確定し得る。   First, the point in time of exercise intention is calculated by calculating the point in time when the fluctuation of brain signal to brain signal of the resting state in which the processor 110 does not clearly indicate the exercise intention exceeds the standard such as 2 standard deviations (SD). It may be obtained. However, in this case, since there is a high possibility that a false alarm occurs, brain signal patterns before and after the time can be analyzed to determine the time.

例えば、当該時点前には休止状態と類似する脳信号揺動を見せながら、当該時点以後に一貫的に2SDを越える揺動が観察される場合には、この時点が運動意図時点である確率が高くなることを利用して判別し、「時点以後1秒間2SD以上trialが何個以上であればこの時点が運動意図時点である」と判別するアルゴリズムを利用するか、ベイジアン(Bayesian)基盤機械学習方法などを利用し得て、これに限定されず「確率的にこの時点が運動意図時点である」と判別することができる目的に符合するすべての方法のうち少なくとも一部を利用し得る。   For example, if a motion exceeding 2 SD is consistently observed after the time while showing brain signal swing similar to the resting state before the time, the probability that this time is the exercise intention time is Use an algorithm that makes use of the fact that it is higher and determines that "If there are 2 SD or more trials for 1 second or more, then this time is the exercise intention time" or if you use Bayesian-based machine learning A method or the like can be used, and at least a part of all the methods meeting the purpose can be used without being limited to this and it can be determined that “this point is the exercise intention point in a probabilistic manner”.

そして、運動意図の強度は、プロセッサ110が運動意図時点が判別された時点の脳信号及びそれ以後の追加的な脳信号を基盤とした運動意図信号脳信号と運動意図が明確にない休止状態の脳信号のX軸上のピーク値間の距離値を基に判断し得る。   And, the strength of the exercise intention is a pause state where the exercise intention signal and the exercise intention are clearly not based on the brain signal when the exercise intention time point is determined by the processor 110 and the subsequent additional brain signals. It can be judged based on the distance value between the peak values on the X axis of the brain signal.

次に、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、前記運動意図時点に対応する脳刺激時点に対するトリガ情報を生成し得て、前記運動意図強度を分析して使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し得る(S270)。   Next, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 may generate trigger information for the brain stimulation time point corresponding to the exercise intention time point to analyze the exercise intention strength to analyze the user's brain region. Information on the frequency of brain stimulation that stimulates the brain (S270).

例えば、運動意図強度を最大単位時間あたり刺激頻度がある、即ち漸近線が存在する分布関数に代入させて脳刺激頻度を生成し得て、これに限定されず運動意図強度が脳刺激頻度を決定するという目的に符合するすべての方法のうち少なくとも一部を利用して生成し得る。   For example, it is possible to generate brain stimulation frequency by substituting exercise intention strength with a distribution function in which the stimulation frequency is at the maximum per unit time, that is, asymptote exists, and not limited to this, the exercise intention strength determines the brain stimulation frequency Can be generated using at least a part of all the methods that meet the purpose of

前記のような二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のS210、S260及びS270段階は、図3を参照としてより具体化され得るが、図3を参照すると、(i)運動意図関連脳信号感知(S310)、(ii)運動意図時点及び強度判断(S330)及び(iii)脳刺激時点に対するトリガ情報及び脳刺激頻度に対する情報生成(S322)からなる脳領域間フィードバックループによって遂行され得る。   Steps S210, S260 and S270 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 as described above may be more embodied with reference to FIG. 3, but referring to FIG. 3, (i) motion intention related brain signal sensing The inter-brain region feedback loop may be implemented by (S310), (ii) exercise intention time point and strength judgment (S330), and (iii) trigger information for brain stimulation time point and information generation for brain stimulation frequency (S322).

次に、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、前記脳刺激時点に対するトリガ情報及び前記脳刺激頻度に対する情報を参照して前記脳刺激パターンを補正し得て(S280)、補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激パターンを前記信号に変換して刺激部150を通じて使用者の脳部位を刺激するように支援し得る(S290)。   Next, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 can correct the brain stimulation pattern with reference to the trigger information for the brain stimulation time point and the information for the brain stimulation frequency (S280). The brain stimulation pattern may be converted into the signal with reference to the generated brain stimulation pattern to assist the stimulation unit 150 to stimulate the user's brain region (S290).

この時、図3を参照すると、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100は、脳−外部機器−脳フィードバックループで生成されたフィードバック情報及び脳領域間フィードバックループで生成されたフィードバック情報を統合して、脳刺激パターンを補正した後、補正された脳刺激パターンで体性感覚を誘導する脳刺激を印加し得る(S340)。   At this time, referring to FIG. 3, the dual closed circuit brain-machine interface system 100 integrates feedback information generated in the brain-external device-brain feedback loop and feedback information generated in the inter-brain area feedback loop. After correcting the brain stimulation pattern, brain stimulation that induces somatic sensation may be applied with the corrected brain stimulation pattern (S340).

前記のような使用者の脳と機械間をインターフェーシングする方法は、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100を利用して、(i)使用者の運動意図脳信号を利用して外部機器400を制御する過程で誘発された感覚信号を、脳刺激を通じて使用者が認知できるようにする脳−外部機器−脳フィードバック及び(ii)使用者の運動意図脳信号に対応する脳刺激に対するトリガ情報及び脳刺激頻度に対する情報を、プロセッサ110を通じて生成する脳領域間フィードバックを統合する方法であり、図2に示されたような順序でブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110によって遂行され得る。しかし、これに限定されず多様な順序で遂行され得る。   The method of interfacing between the user's brain and machine as described above uses the dual closed circuit brain-machine interface system 100 to (i) external device 400 using the user's exercise intention brain signal. Trigger information for brain stimulation corresponding to brain-external device-brain feedback and (ii) user's motion intention brain signal, which enables the user to perceive sensory signals induced in the process of controlling A method of integrating inter-brain region feedback that generates information on brain stimulation frequency through processor 110 and may be performed by processor 110 of brain-machine interface system 100 in the order as shown in FIG. However, the present invention is not limited thereto and may be performed in various orders.

一例として、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、図2に示された、(i)使用者の運動意図脳信号感知(S210)、運動情報生成(S220)、外部機器制御信号生成、外部機器動作(S230)、外部機器動作状態に対応する感覚信号獲得(S240)及び脳刺激パターン獲得(S250)順序に対応する図3に示された脳−外部機器−脳フィードバックと(ii)使用者の運動意図脳信号感知(S210)、運動意図時点及び強度判断(S260)、脳刺激時点に対するトリガ情報及び脳刺激頻度に対する情報生成(S270)順序に対応する図3に示された脳領域間フィードバックを同時に遂行することもある。   As one example, the processor 110 of the dual closed circuit brain-machine interface system 100 is shown in FIG. 2 as (i) motion intention brain signal sensing of the user (S210), motion information generation (S220), external device control Brain-external device-brain feedback shown in FIG. 3 corresponding to the sequence of signal generation, external device operation (S230), external device operation state corresponding sensory signal acquisition (S240) and brain stimulation pattern acquisition (S250) ii) shown in FIG. 3 corresponding to the user's motion intention brain signal sensing (S210), motion intention time point and strength judgment (S260), trigger information for brain stimulation time point and information generation for brain stimulation frequency (S270) order Interbrain feedback may be performed simultaneously.

また、他の例として、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100のプロセッサ110は、図2に示された、(i)使用者の運動意図脳信号感知(S210)、運動意図時点及び強度判断(S260)、脳刺激時点に対するトリガ情報及び脳刺激頻度に対する情報生成(S270)順序に対応する図3に示された脳領域間フィードバックを先に遂行した後、(ii)使用者の運動意図脳信号感知(S210)、運動情報生成(S220)、外部機器制御信号生成、外部機器動作(S230)、外部機器動作状態に対応する感覚信号獲得(S240)及び脳刺激パターン獲得(S250)順序に対応する図3に示された脳−外部機器−脳フィードバックを遂行することもある。   Also, as another example, the processor 110 of the double closed circuit brain-machine interface system 100 is shown in FIG. 2 as (i) motion intention brain signal sensing of the user (S210), exercise intention time point and strength judgment. (S260), after performing the inter-brain region feedback shown in FIG. 3 corresponding to the trigger information for the brain stimulation time point and the information generation for the brain stimulation frequency (S270), (ii) the user's motion intention brain Corresponds to the order of signal sensing (S210), motion information generation (S220), external device control signal generation, external device operation (S230), sensory signal acquisition (S240) corresponding to external device operation state (B) and brain stimulation pattern acquisition (S250) The brain-external device-brain feedback shown in FIG. 3 may also be performed.

一方、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100を利用して体性感覚誘発のための脳刺激が間歇的に加えられて脳信号デコーディングを通じて運動意図が感知され得る時に集中的に脳刺激を印加し得て、これ以上運動しようとしない場合、再び間歇的な脳刺激シーケンスに戻り得る。   Meanwhile, brain stimulation for somatosensory induction is intermittently applied using the dual closed circuit brain-machine interface system 100 to intensively stimulate brain stimulation when motion intention can be sensed through brain signal decoding. If it can be applied and does not try to exercise any more, it can return to the intermittent brain stimulation sequence again.

そして、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100は、運動意図感知以後にも運動領域信号の特性(例えば、運動意図強度)と感覚センサ信号の強度によって脳刺激頻度が変化し得て、運動または感覚関連脳信号は使用者が集中する程度などによってその強度が異なるなど、特に精巧な動きを遂行しなければならない場合にはより頻繁な感覚フィードバックが行なわれ得る。   Then, the double closed circuit brain-machine interface system 100 can change the brain stimulation frequency according to the characteristics of the motion area signal (for example, the motion intention strength) and the intensity of the sensory sensor signal even after the motion intention detection. More frequent sensory feedback can be performed, especially when delicate movements have to be performed, such as when the sensory related brain signals have different intensities depending on the degree to which the user concentrates.

また、二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100は、休止状態(脳刺激が間歇的に加えられる状態)で運動意図が感知されなくても外部感覚センサ信号が一定の水準以上で増加する時(例えば、ある人またはある装置によってロボットアームに対するコンタクトが行われた場合)には脳刺激頻度が増加し得る。   In addition, when the dual closed circuit brain-machine interface system 100 increases the external sensory sensor signal by a certain level or more even if the motor intention is not detected in the resting state (the state where the brain stimulation is intermittently applied) For example, the brain stimulation frequency may be increased if a person or a device contacts a robot arm).

図4は本発明の一実施例にかかる二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100の雑音除去部160を概略的に示す図面である。   FIG. 4 is a schematic view of the noise removal unit 160 of the double closed circuit brain-machine interface system 100 according to an embodiment of the present invention.

図4に示されたように、雑音除去部160はモデリング部162及び信号処理部164が含まれ得る。   As shown in FIG. 4, the noise removal unit 160 may include a modeling unit 162 and a signal processing unit 164.

また、雑音除去部160は、使用者のMRI情報基盤脳構造モデリングデータが含まれ得る(図示せず)。   Also, the noise removal unit 160 may include MRI information-based brain structure modeling data of the user (not shown).

このように構成された本発明の一実施例にかかる二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム100の雑音を除去する方法を図5を参照して説明すれば次の通りである。   A method of removing noise in the double closed circuit brain-machine interface system 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 as follows.

まず、雑音除去部160のモデリング部162は、データベース130に保存されている脳刺激部150の位置情報、脳信号感知部140の位置情報及び脳刺激頻度に対する情報などを参照して補正された脳刺激パターンに対する情報を通信部120を通じて獲得し得る(S510)。   First, the modeling unit 162 of the noise removal unit 160 corrects the brain with reference to the position information of the brain stimulation unit 150 stored in the database 130, the position information of the brain signal sensing unit 140, the information on the brain stimulation frequency, etc. Information on the stimulation pattern may be obtained through the communication unit 120 (S510).

また、雑音除去部160のモデリング部162は、獲得した脳刺激部150の位置情報、脳信号感知部140の位置情報、補正された脳刺激パターン及び既保存された使用者のMRI情報基盤脳構造モデリングデータを利用して、脳刺激部150を通じて使用者の脳部位刺激によって脳信号感知部140で感知され得る雑音信号パターンをモデリングし得る(S520)。   In addition, the modeling unit 162 of the noise removal unit 160 may acquire the acquired position information of the brain stimulation unit 150, the position information of the brain signal sensing unit 140, the corrected brain stimulation pattern, and the MRI information-based brain structure of the user who has been saved. The modeling data may be used to model a noise signal pattern that can be sensed by the brain signal sensing unit 140 by the brain site stimulation of the user through the brain stimulation unit 150 (S520).

この時、雑音信号パターンをモデリングする計算には、脳科学で一般的に使用される磁場導出行列(Lead−field matrix)基盤フォワードモデリング(forward modeling)技法が適用されることがあり、これは脳刺激チャネルが多チャネルである場合にも適用され得る。   At this time, a lead-field matrix-based forward modeling technique generally used in brain science may be applied to the calculation for modeling the noise signal pattern, and this is because the brain It can also be applied when the stimulation channel is multi-channel.

そして、雑音除去部160の信号処理部164は、脳信号感知部140で感知された脳刺激による雑音が含まれている運動意図脳信号を印加され得る(S530)。   Then, the signal processing unit 164 of the noise removal unit 160 may receive an exercise intention brain signal including noise due to brain stimulation sensed by the brain signal sensing unit 140 (S530).

次に、雑音除去部160の信号処理部164は、前記雑音が含まれている運動意図脳信号と前記モデリングされた雑音信号パターンを比較して、運動意図脳信号でモデリングされた雑音信号パターンと一致する雑音信号を除去し得る(S540)。   Next, the signal processing unit 164 of the noise removal unit 160 compares the motion intention brain signal including the noise with the modeled noise signal pattern to obtain a noise signal pattern modeled with the motion intention brain signal. The matching noise signal may be removed (S 540).

この時、雑音信号を除去する方法として、リアルタイム独立成分分析(Independent Component Analysis、ICA)及び主成分分析(Principal Component Analysis)などの方法が使用されることがあり、各抽出されたコンポーネントとモデリングされた雑音信号との相関関係を、ピアソン相関(Pearson Correlation)やMutual Information分析を利用して計算した後、最も高い値を有するコンポーネントを除外して信号を再構成し得る。   At this time, methods such as real-time independent component analysis (ICA) and principal component analysis (Principal Component Analysis) may be used as a method of removing a noise signal, and modeling is performed with each extracted component. After the correlation with the noise signal is calculated using Pearson correlation or Mutual Information analysis, the signal may be reconstructed excluding the component with the highest value.

一方、雑音信号が除去された再構成された信号は、使用者の運動意図に対する運動情報生成、運動意図時点判断及び運動意図強度判断に使用され得る。   On the other hand, the reconstructed signal from which the noise signal has been removed may be used for motion information generation for the user's motion intention, motion intention point determination and motion intention strength determination.

以上で説明された本発明にかかる実施例は、多様なコンピュータ構成要素を通じて遂行され得るプログラム命令語の形態で実現されてコンピュータで判読可能な記録媒体に記録され得る。前記コンピュータで判読可能な記録媒体は、プログラム命令語、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含まれ得る。前記コンピュータで判読可能な記録媒体に記録されるプログラム命令語は、本発明のために特別に設計されて構成されたものか、コンピュータソフトウェア分野の当業者に公知となって使用可能なものでもよい。コンピュータで判読可能な記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピィディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、フロプティカルディスク(flopticaldisk)のような磁気−光媒体(magneto−opticalmedia)、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令語を保存して遂行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令語の例には、コンパイラによって作られるもののような機械語コードだけではなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードも含まれる。前記ハードウェア装置は、本発明にかかる処理を遂行するために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されることがあり、その逆も同様である。   The embodiments of the present invention described above may be implemented in the form of program instructions that may be implemented through various computer components and may be recorded on a computer readable recording medium. The computer readable recording medium may include program instructions, data files, data structures and the like singly or in combination. The program instructions stored in the computer readable recording medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known to those skilled in the computer software art. . Examples of computer readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical recording media such as CD-ROMs, DVDs, magnetic-optical devices such as floppy disks. Included are media (magneto-optical media) and hardware devices specially configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory and the like. Examples of program instruction words include not only machine language code such as that produced by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the processing according to the present invention, and vice versa.

以上、本発明が具体的な構成要素などのような特定の事項と限定された実施例及び図面によって説明されたが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものであるに過ぎず、本発明が前記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であればかかる記載から多様な修正及び変形が行なわれ得る。   Although the present invention has been described by specific items such as specific components, etc., and by limited examples and drawings, it is provided to assist in a more general understanding of the present invention. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and variations can be made from the description by those skilled in the art to which the present invention belongs.

従って、本発明の思想は、前記説明された実施例に極限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけではなく、本特許請求の範囲と均等または等価的に変形されたすべてのものは本発明の思想の範疇に属するといえる。   Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the embodiments described above, and not only the claims described below, but all variations equivalent or equivalent to the claims of the present invention. The thing of the present invention belongs to the category of the idea of the present invention.

100:ブレイン−マシーンインターフェースシステム
110:プロセッサ
120:通信部
130:データベース
140:感知部
150:刺激部
160:雑音除去部
162:モデリング部
164:信号処理部
400:外部機器
410:駆動部
420:センサ部
100: Brain-machine interface system 110: processor 120: communication unit 130: database 140: sensing unit 150: stimulation unit 160: noise removal unit 162: modeling unit 164: signal processing unit 400: external device 410: drive unit 420: sensor Department

Claims (14)

使用者のブレイン−マシーン間をインターフェーシングする方法において、
(a)使用者の運動意図に対応する脳信号である運動意図脳信号が感知されると、ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の運動意図に基づく運動に対する情報である運動情報を生成する段階;
(b)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動情報に対応して前記使用者の身体部位を代替して動作する外部機器を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号に対応して前記外部機器が動作するように支援して、前記外部機器の動作状態に対応する感覚信号を獲得し、前記感覚信号を分析して前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするための脳刺激パターン(前記脳刺激パターンは、前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするために動作状態別に設定された体性感覚情報に対応して、当該体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するためのパターンである)を獲得する段階;及び
(c)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し、前記脳刺激頻度に対する情報を利用して前記脳刺激パターンを補正し、前記補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激部を通じて前記脳部位を刺激するように支援する段階;
を含むことを特徴とする二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。
In the method of interfacing between the user's brain and machine,
(A) When an exercise intention brain signal, which is a brain signal corresponding to the user's exercise intention, is sensed, a brain-machine interface system analyzes the exercise intention brain signal and performs exercise based on the user's exercise intention. Generating exercise information that is information for
(B) the brain-machine interface system generates a control signal for controlling an external device which operates in place of the body part of the user in response to the motion information, and corresponds to the control signal The external device is supported to operate to obtain a sensory signal corresponding to the operating state of the external device, and the sensory signal is analyzed to allow the user to recognize the operating state of the external device. Stimulation pattern (the brain stimulation pattern corresponds to the somatosensory information corresponding to the somatosensory information set according to the operation state in order to enable the user to recognize the operation state of the external device Acquiring a pattern to stimulate a brain site set to induce); and (c) said brain-machine interface system is configured to: Analysis information to generate information on the brain stimulation frequency for stimulating the user's brain region, correcting the brain stimulation pattern using the information on the brain stimulation frequency, and referring to the corrected brain stimulation pattern Assisting to stimulate the brain site through a brain stimulation unit;
A double closed circuit brain-machine interface method comprising:
(d)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、(i)前記使用者の運動意図脳信号を感知するための脳信号感知部の第1位置情報、(ii)前記脳部位を刺激するための脳刺激部の第2位置情報及び(iii)前記(c)段階で獲得した前記補正された脳刺激パターンを参照して、前記(a)段階で感知した前記使用者の運動意図脳信号に含まれている雑音信号を除去する段階;をさらに含み、前記第2位置情報は前記第1位置情報と既設定された距離以内に位置して、前記第2位置情報を通じて前記使用者の設定された脳部位を刺激する脳刺激信号が第1位置情報を通じて獲得される前記運動意図脳信号に影響を及ぼすことを特徴とする請求項1に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。   (D) the brain-machine interface system (i) first position information of the brain signal sensing unit for sensing the user's exercise intention brain signal, (ii) brain stimulation for stimulating the brain region (Iii) movement intention brain signal of the user sensed in the step (a) with reference to the second position information of the part and (iii) the corrected brain stimulation pattern acquired in the step (c) Removing the noise signal, wherein the second position information is located within a predetermined distance from the first position information, and the user's set brain region is received through the second position information. The double closed circuit brain-machine interface method according to claim 1, wherein a brain stimulation signal that stimulates the movement intention brain signal acquired through the first position information is affected. 前記雑音信号を除去することにおいて、
(d−1)前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムは、前記脳信号感知部の第1位置情報、前記脳刺激部の第2位置情報及び前記補正された脳刺激パターン及び既保存された前記使用者の3次元脳構造モデリングデータを参照して、前記脳刺激部を通じて前記使用者の脳部位刺激によって前記脳信号感知部で感知され得る雑音信号に対応する雑音信号パターンをモデリングし、
(d−2)前記モデリングされた雑音信号パターンと前記脳信号感知部で感知された前記運動意図脳信号を比較して前記運動意図脳信号で前記モデリングされた雑音信号パターンと一致する雑音信号を除去することを特徴とする請求項2に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。
In removing the noise signal,
(D-1) The brain-machine interface system includes: first position information of the brain signal sensing unit; second position information of the brain stimulation unit; the corrected brain stimulation pattern; and the stored user. Modeling noise signal patterns corresponding to noise signals that can be sensed by the brain signal sensing unit by the user's brain region stimulation through the brain stimulation unit with reference to three-dimensional brain structure modeling data;
(D-2) comparing the modeled noise signal pattern with the motion intention brain signal sensed by the brain signal sensing unit and comparing the noise signal pattern matched with the modeled noise signal pattern with the motion intention brain signal A method as claimed in claim 2, characterized in that it is eliminated.
前記(b)段階で、前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記使用者が感知し得る複数個の感覚種類に対して各々対応する脳反応パターン、前記脳反応を誘導するための刺激の大きさ、刺激時間、周波数及びこれらの時空間的変化に対する情報のうち少なくとも一つが保存されているデータベースを参照して、前記感覚信号に対応する脳反応を誘導するための前記脳刺激パターンを生成することを特徴とする請求項1に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。   In the step (b), the brain-machine interface system generates brain response patterns respectively corresponding to a plurality of sensory types that can be sensed by the user, and a magnitude of a stimulus for inducing the brain response. Generating the brain stimulation pattern for inducing a brain response corresponding to the sensory signal with reference to a database in which at least one of stimulation time, frequency and information on these spatiotemporal changes is stored. The double closed circuit brain-machine interface method according to claim 1, characterized in that: 前記(c)段階で、前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の設定された脳部位を刺激する時点を決定するトリガ情報を生成し、前記トリガ情報を追加で利用して前記(b)段階における脳刺激パターンを補正することを特徴とする請求項1に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。   In the step (c), the brain-machine interface system generates trigger information for analyzing the exercise intention brain signal to determine a time to stimulate the set brain region of the user, and the trigger information is generated. The double closed circuit brain-machine interface method according to claim 1, wherein the brain stimulation pattern in the step (b) is additionally used to correct the brain stimulation pattern. 前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記使用者の運動意図がない状態に対応する休止状態の脳信号に対比して前記使用者の前記運動意図脳信号が所定の閾値を越える瞬間を前記使用者の運動意図時点と判断し、前記運動意図時点に対応して前記使用者の設定された脳部位を刺激する時点を決定するトリガ情報を生成することを特徴とする請求項5に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。   The brain-machine interface system detects the moment when the user's exercise intention brain signal exceeds a predetermined threshold as compared to the resting brain signal corresponding to the user's absence of exercise intention. The double closure according to claim 5, characterized in that trigger information is generated which is determined as an exercise intention time point and which determines a time point to stimulate the set brain region of the user corresponding to the exercise intention time point. Circuit brain-machine interface method. 前記(c)段階で、前記ブレイン−マシーンインターフェースシステムが、前記使用者の運動意図脳信号及び前記運動意図脳信号以後に感知された使用者の追加運動意図脳信号を前記使用者の運動意図がない状態に対応する休止状態の脳信号と比較分析して前記使用者の運動意図強度を判断し、前記運動意図強度を分析して前記脳刺激頻度に対する情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェース方法。   In the step (c), the brain-machine interface system generates an exercise intention brain signal of the user after the exercise intention brain signal of the user and the exercise intention brain signal of the user, and the exercise intention brain signal of the user A method of analyzing the brain intention of the user by comparing it with a resting brain signal corresponding to a no state to judge the user's intention to exercise and analyzing the exercise intention to generate information on the brain stimulation frequency. The double closed circuit brain-machine interface method according to claim 1. 使用者のブレイン−マシーン間をインターフェーシングするブレイン−マシーンインターフェースシステムにおいて、
外部機器に接近可能な通信部、及び
(1)使用者の運動意図に対応する脳信号である運動意図脳信号が感知されると、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の運動意図に基づく運動に対する情報である運動情報を生成するプロセス、(2)前記運動情報に対応して前記使用者の身体部位を代替して動作する外部機器を制御するための制御信号を生成し、前記制御信号に対応して前記外部機器が動作するように支援して、前記外部機器の動作状態に対応する感覚信号を獲得し、前記感覚信号を分析して前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするための脳刺激パターン(前記脳刺激パターンは前記外部機器の動作状態を前記使用者が認識できるようにするために動作状態別に設定された体性感覚情報に対応して当該体性感覚を誘発するために設定された脳部位を刺激するためのパターンである)を獲得するプロセス、及び(3)前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の脳部位を刺激する脳刺激頻度に対する情報を生成し、前記脳刺激頻度に対する情報を利用して前記脳刺激パターンを補正し、前記補正された脳刺激パターンを参照して脳刺激部を通じて前記脳部位を刺激するように支援するプロセスを遂行するプロセッサを含むことを特徴とする二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。
In a brain-machine interface system for interfacing between the user's brain-machine,
The communication intention accessible to the external device, and (1) an exercise intention brain signal which is a brain signal corresponding to the exercise intention of the user is sensed, the exercise intention brain signal is analyzed to analyze the exercise intention of the user A process of generating exercise information which is information for exercise based on (2) generating a control signal for controlling an external device operating in place of the body part of the user corresponding to the exercise information, Assisting the external device to operate in response to a control signal to obtain a sensory signal corresponding to the operating state of the external device, and analyzing the sensory signal to determine the operating state of the external device as the user Stimulation pattern to allow the user to recognize (the brain stimulation pattern corresponds to somatosensory information set according to the operation state to enable the user to recognize the operation state of the external device Somatic feeling A process of acquiring a pattern to stimulate a brain site set to induce a sense of mind, and (3) a frequency of brain stimulation that analyzes the exercise intention brain signal and stimulates the user's brain site A process of generating information on the brain, correcting the brain stimulation pattern using the information on the brain stimulation frequency, and assisting the brain region to be stimulated through the brain stimulation unit with reference to the corrected brain stimulation pattern A double closed circuit brain-machine interface system comprising a processor for performing
前記プロセッサが、(i)前記使用者の運動意図脳信号を感知するための脳信号感知部の第1位置情報、(ii)前記脳部位を刺激するための脳刺激部の第2位置情報及び(iii)前記(3)プロセッサで獲得した前記補正された脳刺激パターンを参照して、前記(1)プロセッサで感知した前記使用者の運動意図脳信号に含まれている雑音信号を除去するプロセスをさらに含み、前記第2位置情報は前記第1位置情報と既設定された距離以内に位置して、前記第2位置情報を通じて前記使用者の設定された脳部位を刺激する脳刺激信号が第1位置情報を通じて獲得される前記運動意図脳信号に影響を及ぼすことを特徴とする請求項8に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。   (I) first position information of a brain signal sensing unit for sensing the user's exercise intention brain signal by the processor; (ii) second position information of a brain stimulation unit for stimulating the brain region; (Iii) A process of removing noise signals included in the user's motion intention brain signal sensed by the processor (1) with reference to the corrected brain stimulation pattern acquired by the processor (3). And the second position information is located within a predetermined distance from the first position information, and a brain stimulation signal for stimulating the user's set brain region through the second position information is 9. The dual closed circuit brain-machine interface system according to claim 8, wherein the exercise intention brain signal acquired through one position information is affected. 前記雑音信号を除去することにおいて、
前記プロセッサが、前記脳信号感知部の第1位置情報、前記脳刺激部の第2位置情報及び前記補正された脳刺激パターン及び既保存された前記使用者の3次元脳構造モデリングデータを参照して、前記脳刺激部を通じて前記使用者の脳部位刺激によって前記脳信号感知部で感知され得る雑音信号に対応する雑音信号パターンをモデリングするプロセス、及び前記モデリングされた雑音信号パターンと前記脳信号感知部で感知された前記運動意図脳信号を比較して前記運動意図脳信号で前記モデリングされた雑音信号パターンと一致する雑音信号を除去するプロセスを遂行することを特徴とする請求項9に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。
In removing the noise signal,
The processor refers to the first position information of the brain signal sensing unit, the second position information of the brain stimulation unit, the corrected brain stimulation pattern, and the stored 3-dimensional brain structure modeling data of the user. A process of modeling a noise signal pattern corresponding to a noise signal that can be sensed by the brain signal sensing unit by the brain site stimulation of the user through the brain stimulation unit, and the modeled noise signal pattern and the brain signal sensing The exercise intention brain signal according to claim 9, wherein the exercise intention brain signal is compared to perform a process of removing a noise signal corresponding to the modeled noise signal pattern in the exercise intention brain signal. Double closed circuit brain-machine interface system.
前記(2)プロセスで、前記プロセッサが、前記使用者が感知し得る複数個の感覚種類に対して各々対応する脳反応パターン、前記脳反応を誘導するための刺激の大きさ、刺激時間、周波数及びこれらの時空間的変化に対する情報のうち少なくとも一つが保存されているデータベースを参照して、前記感覚信号に対応する脳反応を誘導するための前記脳刺激パターンを生成することを特徴とする請求項8に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。   (2) in the process, the processor detects brain responses corresponding respectively to a plurality of sensory types that the user can sense, a magnitude of stimulation for inducing the brain response, a stimulation time, and a frequency And generating a brain stimulation pattern for inducing a brain response corresponding to the sensory signal with reference to a database in which at least one of information on these spatiotemporal changes is stored. Item 9. The double closed circuit brain-machine interface system according to item 8. 前記(3)プロセスで、前記プロセッサが、前記運動意図脳信号を分析して前記使用者の設定された脳部位を刺激する時点を決定するトリガ情報を生成し、前記トリガ情報を追加で利用して前記(2)プロセスにおける脳刺激パターンを補正することを特徴とする請求項8に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。   In the (3) process, the processor generates trigger information for analyzing the exercise intention brain signal to determine a time point to stimulate the user's set brain region, and additionally using the trigger information. 9. The double closed circuit brain-machine interface system according to claim 8, wherein the brain stimulation pattern in the (2) process is corrected. 前記プロセッサが、前記使用者の運動意図がない状態に対応する休止状態の脳信号に対比して前記使用者の前記運動意図脳信号が所定の閾値を越える瞬間を前記使用者の運動意図時点と判断し、前記運動意図時点に対応して前記使用者の設定された脳部位を刺激する時点を決定するトリガ情報を生成することを特徴とする請求項12に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。   The processor determines a moment at which the user's exercise intention time point is a moment at which the user's exercise intention brain signal exceeds a predetermined threshold value as opposed to a resting brain signal corresponding to a state in which the user does not exercise intention. The double closed circuit brain-machine according to claim 12, wherein trigger information is generated to determine and determine a time to stimulate the user's set brain region corresponding to the exercise intention time. Interface system. 前記(3)プロセスで、前記プロセッサが、前記使用者の運動意図脳信号及び前記運動意図脳信号以後に感知された使用者の追加運動意図脳信号を前記使用者の運動意図がない状態に対応する休止状態の脳信号と比較分析して前記使用者の運動意図強度を判断し、前記運動意図強度を分析して前記脳刺激頻度に対する情報を生成することを特徴とする請求項8に記載の二重閉回路ブレイン−マシーンインターフェースシステム。   In the (3) process, the processor handles the user's motion intention brain signal and the user's additional motion intention brain signal sensed after the motion intention brain signal to the state where the user's motion intention is absent. 9. The method according to claim 8, wherein the intentional exercise strength of the user is determined by comparing with the brain signal of the resting state to judge the exercise intention strength of the user, and the exercise intention strength is analyzed to generate information on the brain stimulation frequency. Double closed circuit brain-machine interface system.
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