KR20220146124A - Apparatus for diagnosis and prediction of tinnitus based on electroencephalography, method for processing electroencephalography signal and computer program for the same - Google Patents

Apparatus for diagnosis and prediction of tinnitus based on electroencephalography, method for processing electroencephalography signal and computer program for the same Download PDF

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KR20220146124A KR1020210053007A KR20210053007A KR20220146124A KR 20220146124 A KR20220146124 A KR 20220146124A KR 1020210053007 A KR1020210053007 A KR 1020210053007A KR 20210053007 A KR20210053007 A KR 20210053007A KR 20220146124 A KR20220146124 A KR 20220146124A
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Abstract

An apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brainwaves comprises: a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; a measuring unit configured to measure a brainwave signal of a subject in a resting state or in an information processing state of listening to the auditory stimulation signal; and an analysis unit configured to extract one or more features of the measured brainwave signal and classify the brainwave signal by multivariate pattern analysis (MVPA) using the one or more features to determine whether the subject has a tinnitus symptom. The apparatus for diagnosing and predicting tinnitus based on brainwaves, if used, can accurately diagnose and/or predict the tinnitus only by measuring the brainwaves in a short period of time through any one among an approach method adopting a top-down information processing abnormality of the patient's auditory center, an approach method adopting a bottom-up information processing abnormality of patient's auditory peripheral nerves, or a resting state, depending on the cause of the tinnitus, and can diagnose the tinnitus quickly and accurately even if a skilled experimenter does not read the brainwave signal by applying MVPA technology to various methods based on a time axis, a frequency axis, an event-related potential (ERP), a time-frequency map, a cross-frequency coupling (CFC), etc. to determine the tinnitus patient.

Description

뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치, 뇌파 신호 처리 방법 및 이를 위한 컴퓨터 프로그램{APPARATUS FOR DIAGNOSIS AND PREDICTION OF TINNITUS BASED ON ELECTROENCEPHALOGRAPHY, METHOD FOR PROCESSING ELECTROENCEPHALOGRAPHY SIGNAL AND COMPUTER PROGRAM FOR THE SAME}EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device, EEG signal processing method, and computer program therefor

실시예들은 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법 및 이를 위한 컴퓨터 프로그램에 대한 것이다. 보다 자세하게는, 실시예들은 휴식 상태(resting state)나 상향식(bottom-up) 정보처리 혹은 하향식(top-down) 정보처리 패러다임 과제 수행 중의 뇌파 신호를 측정하여, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 이용하여 상태 차이가 나는 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 이명 환자의 뇌파 특징을 분석하는 기술에 대한 것이다. Embodiments relate to an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus, an EEG signal processing method, and a computer program therefor. In more detail, the embodiments measure EEG signals during a resting state, bottom-up information processing, or top-down information processing paradigm tasks, and perform multivariate pattern analysis (MVPA). ) technology to analyze the EEG characteristics of patients with tinnitus compared to normal people by determining the activation pattern and timing of EEG with different states.

이명은 외부로부터 소리 자극이 없음에도 귀속 또는 머릿속에서 소리를 느끼는 증상을 말한다. 미국의 경우 25.3%의 성인이 이명을 경험해 보았으며, 7.9%는 이명을 자주 경험하는 것으로 알려져 있을 정도로 이명은 발생 빈도가 높은 질환이다. 특히, 최근에는 이어폰을 끼고 생활하는 환경이 늘어남에 따라 고주파 청각 신호에 이명 질환을 앓게 되는 인구 비율은 전세계적으로 증가할 것으로 예측되고 있다. Tinnitus refers to a symptom in which sound is sensed in the ear or in the head even when there is no external sound stimulus. In the United States, 25.3% of adults have experienced tinnitus, and it is known that 7.9% of them frequently experience tinnitus. In particular, it is predicted that the proportion of the population suffering from tinnitus disease due to high-frequency auditory signals is expected to increase worldwide as the environment in which people wear earphones increases in recent years.

한편, 뇌파 신호 처리 기술의 발전과 함께 다양한 종류의 질환들을 뇌파를 이용하여 진단 및 예측하기 위한 기술들이 개발되고 있다. 이 중 뇌파 신호 처리를 이명에 적용한 예로, 국제공개공보 WO2012/121450호는 뇌파를 이용한 이명 유무 검사 장치 및 이를 이용한 이명 유무 검사 방법을 개시한다. Meanwhile, with the development of EEG signal processing technology, technologies for diagnosing and predicting various types of diseases using EEG are being developed. Among them, as an example in which EEG signal processing is applied to tinnitus, International Publication No. WO2012/121450 discloses an apparatus for detecting tinnitus using EEG and a method for detecting tinnitus using the same.

그러나, 국제공개공보 WO2012/121450호에 개시된 종래 기술은 자극음에 따른 피검자의 청성 유발 반응(Auditory Evoked Potential; AEP) 뇌파를 획득하고 뇌파의 시간축 분석 성분만을 분석하여 이명을 진단하는 단변량(univariate) 방식의 진단 방법에 대한 것이므로, 뇌파의 노이즈에 매우 취약한 단점을 갖는다. 또한, 상기 종래 기술은 이미 발생된 이명을 진단하는 것에 그칠 뿐 이명이 발병하기 전에 이를 예측할 수 없는 한계를 갖는다. However, the prior art disclosed in International Publication No. WO2012/121450 is a univariate method for diagnosing tinnitus by acquiring an Auditory Evoked Potential (AEP) EEG of a subject according to a stimulus sound and analyzing only the time axis analysis component of the EEG. ) method, so it has the disadvantage of being very vulnerable to EEG noise. In addition, the prior art has a limitation in that it is not possible to predict the tinnitus before the onset of only the diagnosis of tinnitus that has already occurred.

국제공개공보 WO2012/121450호International Publication No. WO2012/121450

본 발명의 일 측면에 따르면, 뇌파 측정만을 이용해 이명 환자를 높은 인식률로 진단할 수 있으며, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 이용하여 상태 차이가 나는 뇌파의 활성화 패턴과 시점을 판별함으로써 정상인 대비 판별할 수 있는 이명 환자의 뇌파 신호 특징을 추출하고 이명 발생을 효과적으로 예측할 수 있는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법 및 이를 위한 컴퓨터 프로그램을 제공할 수 있다. According to one aspect of the present invention, it is possible to diagnose a tinnitus patient with a high recognition rate using only EEG measurement, and by using Multivariate Pattern Analysis (MVPA) technology to determine the activation pattern and timing of EEG with different states. It is possible to provide an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device, an EEG signal processing method, and a computer program for extracting EEG signal characteristics of a patient with tinnitus that can be distinguished from a normal person and effectively predicting the occurrence of tinnitus.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치는, 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된 자극 제시부; 휴식 상태 또는 상기 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된 측정부; 및 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하고, 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류함으로써 피검자의 이명 증상 유무를 결정하도록 구성된 분석부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus includes: a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; a measuring unit configured to measure an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state listening to the auditory stimulus signal; and an analysis unit configured to extract one or more features of the measured EEG signal and determine the presence or absence of tinnitus symptoms in the subject by classifying the EEG signal by multivariate pattern recognition using the one or more features.

일 실시예에서, 상기 자극 제시부는, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하도록 더 구성된다.In an embodiment, the stimulus presentation unit is further configured to generate the auditory stimulus signal by randomly mixing a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency.

일 실시예에서, 상기 분석부는, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하도록 구성된 특징 추출부; 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트(training set) 및 평가 세트(testing set)를 포함하는 패턴 신호를 생성하도록 구성된 패턴 생성부; 및 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용한 학습을 수행하고, 상기 평가 세트를 이용하여 학습 결과를 평가함으로써 피검자의 증상을 결정하도록 구성된 분류기(classifier)를 포함한다. In an embodiment, the analysis unit may include: a feature extraction unit configured to generate a pattern vector corresponding to the one or more characteristics using the brain wave signal; a pattern generating unit configured to generate a pattern signal including a training set and a testing set by using the plurality of pattern vectors corresponding to the symptoms of the subject; and a classifier configured to perform learning using the learning set of the pattern signal, and to determine a symptom of the subject by evaluating a learning result using the evaluation set.

일 실시예에서, 상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map) 분석 방법, 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 분석 방법 중 하나 이상의 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함한다. In an embodiment, the pattern vector is a time axis analysis method, a frequency axis analysis method, a time-frequency map analysis method, an Event-Related Potential (ERP) analysis method, or cross-frequency tuning (Cross-Frequency Coupling; CFC) includes feature values extracted by one or more of the analysis methods.

일 실시예에서, 상기 패턴 생성부는, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하도록 더 구성된다. In an embodiment, the pattern generator is further configured to generate the pattern signal using an average value of the pattern vectors generated from the plurality of EEG signals.

일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치는, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부를 더 포함한다.The EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus according to an embodiment further includes an input unit configured to receive an input signal input by a subject listening to the auditory stimulation signal in response to the stimulation signal.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 신호 처리 장치가, 휴식 상태 또는 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하는 단계; 상기 신호 처리 장치가 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하는 단계; 및 상기 신호 처리 장치가 피검자의 이명 증상 유무를 결정하기 위하여 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an EEG signal processing method, comprising: measuring, by a signal processing device, an EEG signal of a subject in a resting state or an information processing state listening to an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus; extracting, by the signal processing device, one or more features of the measured EEG signal; and classifying, by the signal processing device, the EEG signal by multivariate pattern recognition using the one or more features to determine whether the subject has tinnitus symptoms.

일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 상기 뇌파 신호를 측정하는 단계 전에, 상기 신호 처리 징치가 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계를 더 포함한다.The EEG signal processing method according to an embodiment further includes, before the step of measuring the EEG signal, the step of outputting the auditory stimulation signal by the signal processing device.

일 실시예에서, 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of outputting the auditory stimulus signal includes, by the signal processing device, a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency by randomly mixing the auditory stimulus generating a signal.

일 실시예에서, 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하는 단계; 상기 신호 처리 장치가, 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하는 단계; 상기 신호 처리 장치가, 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용하여 분류기의 학습을 수행하는 단계; 및 상기 신호 처리 장치가, 상기 분류기의 학습 결과를 이용하여 피검자의 증상을 결정하는 단계를 포함한다.In an embodiment, the classifying the EEG signal may include: generating, by the signal processing device, a pattern vector corresponding to the one or more features by using the EEG signal; generating, by the signal processing device, a pattern signal including a learning set and an evaluation set using a plurality of the pattern vectors corresponding to the symptoms of the subject; performing, by the signal processing device, learning of the classifier using the training set of the pattern signal; and determining, by the signal processing device, a symptom of the subject by using the learning result of the classifier.

일 실시예에서, 상기 패턴 신호를 생성하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하는 단계를 포함한다.In an embodiment, the generating of the pattern signal includes generating, by the signal processing apparatus, the pattern signal using an average value of the pattern vectors generated from the plurality of EEG signals.

일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 상기 신호 처리 장치가, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하는 단계를 더 포함한다.The EEG signal processing method according to an embodiment further includes, by the signal processing apparatus, receiving an input signal input by a subject listening to the auditory stimulation signal in response to the stimulation signal.

본 발명의 일 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은 하드웨어와 결합되어 전술한 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법을 실행하기 위한 것으로서 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 것일 수 있다. The computer program according to an aspect of the present invention is combined with hardware to execute the EEG signal processing method according to the above-described embodiments, and may be stored in a computer-readable recording medium.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법에 의하면, 이명의 원인에 따라, 환자의 청각 중추의 하향식(top-down) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법과 환자의 청각 말초 신경의 상향식(bottom-up) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법, 혹은 휴식 상태(resting state) 중 어느 것을 통해서도 짧은 시간에 뇌파의 측정만으로 정확한 이명의 진단과 예측이 가능한 이점이 있다. According to the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus and EEG signal processing method according to an aspect of the present invention, depending on the cause of tinnitus, an approach method due to a top-down information processing abnormality of the patient's auditory center and the patient's hearing There is an advantage in that it is possible to accurately diagnose and predict tinnitus only by measuring EEG in a short time through either the approach due to the bottom-up information processing abnormality of the peripheral nerve or the resting state.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법은 인지 신경 과학과 뇌공학을 융합시킨 기술을 이용하는 것으로, 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA) 기술을 시간축, 주파수축, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map), 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 및 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 등 다양한 방법에 적용하여 이명 환자를 판별함으로써 숙련된 실험자가 뇌파 신호를 판독하지 않더라도 정확한 진단이 가능한 이점이 있다. The EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device and EEG signal processing method according to an aspect of the present invention uses a technology that combines cognitive neuroscience and brain engineering, and multivariate pattern analysis (MVPA) technology is applied on the time axis, frequency axis, and By applying various methods such as Time-Frequency Map, Event-Related Potential (ERP), and Cross-Frequency Coupling (CFC) to identify patients with tinnitus, experienced experimenters can use EEG There is an advantage in that accurate diagnosis is possible even if the signal is not read.

본 발명의 일 측면에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치와 뇌파 신호 처리 방법을 이용하면, 이명의 진단 및 예측을 통해 환자의 발병 전에 치료 성공률을 높이고, 이어폰 사용 등으로 인해 이명 질환을 앓는 인구 비율이 증가할 것으로 예측되는 환경에서 사회 생산성 증대 및 의료 비용 감소에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Using the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device and EEG signal processing method according to an aspect of the present invention, the treatment success rate is increased before the onset of the patient through diagnosis and prediction of tinnitus, and the proportion of the population suffering from tinnitus disease due to the use of earphones, etc. It is expected to contribute to increasing social productivity and reducing medical costs in an environment that is expected to increase.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치를 이용한 검사 환경을 나타내는 개념도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 인가되는 청각 자극 신호를 나타내는 개념도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 뇌파 신호의 분석 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a 및 6b는 각각 하향식 정보 처리 검사용 오드볼 과제(oddball task)와 상향식 정보 처리 검사용 수동 과제(passive task)에 대한 피검자의 응답을 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 7b는 각각 목표 자극(target stimulus)과 표준 자극(standard stimulus)에 대한 피검자의 응답을 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic block diagram of an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus according to an exemplary embodiment.
2 is a conceptual diagram illustrating an examination environment using an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus according to an exemplary embodiment.
3 is a flowchart illustrating each step of the EEG signal processing method according to an embodiment.
4 is a conceptual diagram illustrating an auditory stimulation signal applied by an EEG signal processing method according to an exemplary embodiment.
5 is a conceptual diagram for explaining an EEG signal analysis process by the EEG signal processing method according to an embodiment.
6A and 6B are results of analyzing the response of the subject to an oddball task for a top-down information processing test and a passive task for a bottom-up information processing test, respectively, by the EEG signal processing method according to an embodiment. is a graph representing
7A and 7B are graphs showing the results of analyzing the response of the subject to the target stimulus and the standard stimulus, respectively, by the EEG signal processing method according to the embodiment.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 개략적인 블록도이다. 1 is a schematic block diagram of an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus according to an exemplary embodiment.

도 1을 참조하면, 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)는 자극 제시부(10), 측정부(20) 및 분석부(40)를 포함한다. 일 실시예에서, 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)는 피검자의 입력을 수신하기 위한 입력부(30)를 포함한다. 또한 일 실시예에서, 분석부(40)는 특징(feature) 추출부(401), 패턴 생성부(402) 및 분류기(classifier)(403)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus 1 includes a stimulus presentation unit 10 , a measurement unit 20 , and an analysis unit 40 . In an embodiment, the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus 1 includes an input unit 30 for receiving an input of a subject. Also, in an embodiment, the analysis unit 40 includes a feature extraction unit 401 , a pattern generation unit 402 , and a classifier 403 .

본 명세서에 기재된 장치는 전적으로 하드웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)와 이에 포함된 각 부(unit)(10, 20, 30, 40)는 특정 형식 및 내용의 데이터를 처리하거나 또는/또한 전자통신 방식으로 주고받기 위한 하드웨어 및 이에 관련된 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부", "모듈", "장치", "단말기", "서버" 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.The apparatus described herein may be entirely hardware, or may have aspects that are partly hardware and partly software. For example, the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device 1 of the present specification and each unit (10, 20, 30, 40) included therein processes data in a specific format and content or/or uses an electronic communication method. Hardware for sending and receiving and software related thereto may be collectively referred to. As used herein, terms such as “unit”, “module”, “device”, “terminal”, “server” or “system” are intended to refer to a combination of hardware and software driven by the hardware. For example, the hardware may be a data processing device including a CPU or other processor. In addition, software driven by hardware may refer to a running process, an object, an executable file, a thread of execution, a program, and the like.

또한, 본 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)를 구성하는 각각의 요소는 반드시 서로 물리적으로 구분되는 별개의 장치를 지칭하는 것으로 의도되지 않는다. 즉, 도 1의 자극 제시부(10), 측정부(20), 입력부(30) 및 분석부(40) 등은 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)를 구성하는 하드웨어를 해당 하드웨어에 의해 수행되는 동작에 따라 기능적으로 구분한 것일 뿐, 반드시 각각의 부가 서로 독립적으로 구비되어야 하는 것이 아니다. 물론, 실시예에 따라서는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)의 각 부 중 하나 이상이 서로 물리적으로 구분되는 별개의 장치로 구현되는 것도 가능하다.In addition, each element constituting the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus 1 according to the present embodiment is not necessarily intended to refer to separate devices physically separated from each other. That is, the stimulus presentation unit 10, the measurement unit 20, the input unit 30, and the analysis unit 40 of FIG. 1 use hardware constituting the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device 1 by the corresponding hardware. It is only functionally classified according to the operation, and each part does not necessarily have to be provided independently of each other. Of course, depending on the embodiment, it is also possible to implement one or more of each part of the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device 1 as a separate device physically separated from each other.

자극 제시부(10)는 표준 자극(standard stimulus) 및 목표 자극(target stimulus)을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된다. 이를 위하여, 자극 제시부(10)는 소리를 재생하기 위한 스피커 등의 장치를 포함할 수 있다. 표준 자극과 목표 자극은 서로 상이한 주파수를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 상세히 후술한다. 또한, 자극 제시부(10)는 청각 자극과 더불어 제공되는 이미지 또는 영상을 재생하기 위한 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. The stimulus presentation unit 10 is configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus. To this end, the stimulus presentation unit 10 may include a device such as a speaker for reproducing sound. The standard stimulus and the target stimulus may have different frequencies, which will be described in detail later. Also, the stimulus presentation unit 10 may include a display device for reproducing an image or an image provided along with the auditory stimulus.

측정부(20)는 자극 제시부(10)에 의하여 재생되는 청각 자극 신호를 듣는 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된다. 이를 위하여, 측정부(20)는 피검자의 머리 부분에 착용하거나 머리 부분과 인접하여 고정할 수 있도록 배치되는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 뇌파 신호란, 임의의 뇌영상 방법에 의하여 뇌로부터 측정되는 정보를 포함한다. 일 실시예로, 뇌파 신호는 피검자의 머리 표면에 부착된 장치를 이용하여 피침습적으로 특정되는 EEG (Electroencephalogram) 신호를 의미할 수 있다. The measurement unit 20 is configured to measure an EEG signal of a subject who listens to the auditory stimulation signal reproduced by the stimulation presentation unit 10 . To this end, the measurement unit 20 may include one or more sensors disposed to be worn on the subject's head or to be fixed adjacent to the subject's head. In the present specification, the EEG signal includes information measured from the brain by any brain imaging method. In an embodiment, the EEG signal may mean an EEG (Electroencephalogram) signal that is invasively specified using a device attached to the head surface of the subject.

분석부(40)는 측정부(20)가 측정한 뇌파 신호로부터 하나 이상의 특징을 추출하고, 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식(Multivariate Pattern Analysis; MVPA)을 통하여 뇌파 신호를 분석할 수 있다. 이를 위하여, 분석부(40)는 뇌파 신호로부터 패턴 벡터를 추출하기 위한 특징 추출부(401) 및 패턴 벡터들을 이용하여 패턴 신호를 생성하기 위한 패턴 생성부(402)를 포함할 수 있다. 또한, 분석부(40)는 패턴 신호의 패턴 백터들 중 일부를 학습 세트(training set)로 이용하고 다른 일부를 평가 세트(testing set)로 이용하여 분류기(403)를 학습시킴으로써 뇌파 신호를 분석할 수 있다. The analyzer 40 may extract one or more features from the EEG signal measured by the measurement unit 20 and analyze the EEG signal through multivariate pattern analysis (MVPA) using one or more features. To this end, the analyzer 40 may include a feature extractor 401 for extracting a pattern vector from an EEG signal and a pattern generator 402 for generating a pattern signal using the pattern vectors. In addition, the analysis unit 40 uses a part of the pattern vectors of the pattern signal as a training set and uses the other part as a testing set to learn the classifier 403 to analyze the EEG signal. can

분석부(40)는 뇌파 신호에 대한 분류기(403)의 분류 결과를 기반으로 피검자의 이명 증상 유무를 결정할 수 있다. 예컨대, 분석부(40)는 학습 세트에 해당하는 패턴 벡터들을 이용한 학습 결과를 이용하여 평가 세트에 해당하는 패턴 벡터를 분류할 수 있고, 이는 평가 세트에 상응하는 피검자의 이명 증상 유무를 결정하는 것을 의미한다. 분석부(40)에 의한 뇌파 신호의 분석 과정에 대해서는 도 5를 참조하여 상세히 후술한다. The analysis unit 40 may determine whether the subject has tinnitus symptoms based on the classification result of the classifier 403 for the EEG signal. For example, the analysis unit 40 may classify the pattern vector corresponding to the evaluation set using the learning result using the pattern vectors corresponding to the learning set, which determines whether the subject has tinnitus symptoms corresponding to the evaluation set. it means. The analysis process of the EEG signal by the analysis unit 40 will be described later in detail with reference to FIG. 5 .

도 2는 일 실시예에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치를 이용한 검사 환경을 나타내는 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating an examination environment using an EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 피검자(2)는 뇌파 측정용 센서 장치가 포함된 측정부(20)를 머리에 착용한 상태에서 자극 제시부(10)를 통해 재생되는 청각 자극 신호를 들을 수 있다. 또는, 자극 제시부(10)는 피검자(2)의 양 귀에 착용하는 이어폰과 같은 소리 재생 수단을 포함할 수도 있다. 피검자(2)가 청각 자극 신호를 듣는 동안 피검자(2)의 뇌파 신호가 측정부(20)에 의하여 측정된다. 그러나 도 2에 도시된 각 장치의 형태는 설명의 편의를 위한 예시적인 것으로서, 실시예들에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치의 구성을 한정하는 것이 아니라는 점이 용이하게 이해될 것이다. Referring to FIG. 2 , the subject 2 may listen to the auditory stimulus signal reproduced through the stimulus presentation unit 10 while wearing the measuring unit 20 including the sensor device for EEG measurement on the head. Alternatively, the stimulus presentation unit 10 may include sound reproducing means such as earphones worn on both ears of the subject 2 . While the subject 2 listens to the auditory stimulus signal, the EEG signal of the subject 2 is measured by the measurement unit 20 . However, it will be easily understood that the shape of each device shown in FIG. 2 is an example for convenience of description, and does not limit the configuration of the EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device according to the embodiments.

실시예들에서, 피검자(2)에게 제공되는 청각 자극 신호는 오드볼 과제(oddball task)와 수동 과제(passive task)로 구분될 수 있다. 오드볼 과제에서 피검자(2)는 표준 자극과 목표 자극을 구별하여야 하고, 표준 자극들로부터 목표 자극을 구별한 상황을 입력부(30)의 버튼 누르기 등을 통해서 제공하여야 한다. 반면, 수동 과제는 단순 듣기 과제에 해당하는 것으로서 피검자(2)는 제공되는 청각 자극을 수동적으로 듣기만 하면 된다. In embodiments, the auditory stimulus signal provided to the subject 2 may be divided into an oddball task and a passive task. In the odd ball task, the subject 2 must distinguish the standard stimulus from the target stimulus, and provide a situation in which the target stimulus is distinguished from the standard stimulus by pressing a button of the input unit 30 . On the other hand, the passive task corresponds to a simple listening task, and the subject 2 only needs to passively listen to the provided auditory stimulus.

도 3은 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법의 각 단계를 나타내는 순서도이다. 3 is a flowchart illustrating each step of the EEG signal processing method according to an embodiment.

실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법은, 뇌파 신호의 처리를 위한 연산을 수행하기 위한 하나 이상의 프로그램 명령어가 저장되는 메모리(memory) 및 상기 메모리에 저장되는 명령어들을 실행하기 위한 프로세서(processor)를 구비한 컴퓨팅(computing) 장치에 의하여 수행될 수 있으며, 본 명세서에서 이러한 장치는 신호 처리 장치로 지칭된다. 도 1을 참조하여 전술한 실시예들에 따른 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치(1)가 신호 처리 장치의 일 예에 해당될 수 있다. The brainwave signal processing method according to the embodiments includes a memory in which one or more program instructions for performing an operation for processing the brainwave signal are stored and a processor for executing the instructions stored in the memory It may be performed by a computing device, and this device is referred to as a signal processing device in this specification. The EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus 1 according to the embodiments described above with reference to FIG. 1 may correspond to an example of the signal processing apparatus.

도 3을 참조하면, 피검자의 이명 증상 여부를 진단하기 위하여 먼저 피검자에게 제공되기 위한 청각 자극 신호를 생성하고, 이를 피검자가 들을 수 있도록 출력할 수 있다(S1). Referring to FIG. 3 , in order to diagnose whether the subject has tinnitus symptoms, an auditory stimulus signal to be provided to the examinee may be first generated and output to be heard by the examinee ( S1 ).

도 4는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 인가되는 청각 자극 신호를 나타내는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 청각 자극 신호는 표준 자극(S)과 목표 자극(T)이라는 두 가지 소리 자극이 혼합되어 구성될 수 있다. 예를 들어, 표준 자극(S)과 목표 자극(T)을 미리 설정된 자극간 간격(inter-stimulus interval)(d)을 갖도록 배치할 수 있다. 이때 자극간 간격(d)은 예를 들어 1300 내지 1700 ms일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일 실시예에서 표준 자극(S)과 목표 자극(T)의 발생 빈도는 표준 자극(S)의 발생 빈도가 더 높도록 설정할 수 있다. 예를 들어, 표준 자극(S)는 80%의 발생 빈도로 제시되며 목표 자극(T)은 20%의 발생 빈도로 제시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 4 is a conceptual diagram illustrating an auditory stimulation signal applied by an EEG signal processing method according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 4 , the auditory stimulus signal may be configured by mixing two sound stimuli, a standard stimulus (S) and a target stimulus (T). For example, the standard stimulus S and the target stimulus T may be arranged to have a preset inter-stimulus interval d. In this case, the interval d between the stimuli may be, for example, 1300 to 1700 ms, but is not limited thereto. Also, in an embodiment, the frequency of occurrence of the standard stimulus S and the target stimulus T may be set so that the frequency of occurrence of the standard stimulus S is higher. For example, the standard stimulus S may be presented with an occurrence frequency of 80% and the target stimulus T may be presented with an occurrence frequency of 20%, but is not limited thereto.

표준 자극(S)과 목표 자극(T)은, 피검자가 목표 자극(T)을 구별하는 응답을 통하여 이명 발병 여부를 진단하거나 또는/또한 이명의 발생 가능성을 예측하기 위한 것으로서, 각 자극은 서로 상이한 주파수를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서 표준 자극(S)은 500Hz의 주파수를 갖는 소리 신호일 수 있다. 또한 일 실시예에서, 목표 자극(T)은 건강한 피검자의 경우 8kHz의 주파수를 가지며, 이명 증상을 가진 피검자의 경우 해당 피검자의 개별 이명 피치(pitch)와 일치하는 주파수를 가진 소리 신호일 수 있다. The standard stimulus (S) and the target stimulus (T) are for diagnosing the occurrence of tinnitus or/or predicting the possibility of occurrence of tinnitus through the response of the subject to distinguish the target stimulus (T), and each stimulus has different frequencies has For example, in one embodiment, the standard stimulus S may be a sound signal having a frequency of 500 Hz. Also, in one embodiment, the target stimulus T may be a sound signal having a frequency of 8 kHz in the case of a healthy subject, and a frequency matching the individual tinnitus pitch of the subject in the case of a subject having tinnitus symptoms.

다시 도 3을 참조하면, 전술한 것과 같은 청각 자극 신호를 피검자에게 들려주면서 피검자의 뇌파 신호를 측정할 수 있다(S2). 하향식(top-down) 정보 처리 접근 방법에 해당하는 오드볼 과제의 경우, 피검자는 표준 자극들로부터 목표 자극을 구별하였을 경우 버튼 등을 통하여 응답을 제공하도록 할 수 있다. 한편, 상향식(bottom-up) 정보 처리 접근 방법에 해당하는 수동 과제의 경우 피검자는 특별한 응답 없이 제공되는 이미지 또는 영상 등을 시청하면서 청각 자극 신호를 듣도록 할 수 있다. 이때 이미지 또는 영상은 청각 자극 신호로부터 피검자의 주의를 시각 자극 신호로 돌리기 위한 것으로서 소리가 없는 것일 수 있다. Referring again to FIG. 3 , the brain wave signal of the subject may be measured while the auditory stimulation signal as described above is heard to the subject ( S2 ). In the case of an odd ball task corresponding to a top-down information processing approach, when a target stimulus is distinguished from standard stimuli, the subject can provide a response through a button or the like. On the other hand, in the case of a manual task corresponding to a bottom-up information processing approach, the subject may listen to an auditory stimulus signal while watching an image or video provided without a special response. In this case, the image or image is for diverting the subject's attention from the auditory stimulus signal to the visual stimulus signal, and may have no sound.

추가하여, 일 실시예에서 휴식 상태(resting state)에서의 뇌파 신호도 이명 진단 및 예측의 정보로 사용될 수 있다. 본 실시예의 경우 청각 자극 신호를 단속적으로 피검자에게 들려주되 청각 자극 신호가 없는 구간에서 피검자의 뇌파 신호를 측정하거나, 또는 청각 자극 신호를 제시하는 단계(S1)를 생략하고 청각 자극 신호의 제시 없이 피검자의 뇌파 신호를 측정할 수도 있다.In addition, according to an embodiment, an EEG signal in a resting state may also be used as information for tinnitus diagnosis and prediction. In this embodiment, the auditory stimulation signal is intermittently heard to the subject, but the EEG signal of the subject is measured in a section where there is no auditory stimulation signal, or the step (S1) of presenting the auditory stimulation signal is omitted and the examinee does not present the auditory stimulation signal It is also possible to measure EEG signals of

실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에서는, 전술한 것과 같이 측정된 피검자의 뇌파 신호에서 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map) 분석 방법, 사건 유발 전위(Event-Related Potential; ERP) 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조(Cross-Frequency Coupling; CFC) 분석 방법 등 다양한 방식으로 특징을 추출하여 정상 상태와 이명 상태를 구분 가능한 시점과 활성화 패턴을 도출할 수 있다. 또한, 측정된 뇌파의 모든 시점마다 분류기를 이용하여 정상 상태와 이명 상태를 구분하여 모든 시점에 대한 정확도를 도출할 수 있다. In the EEG signal processing method according to the embodiments, a time axis analysis method, a frequency axis analysis method, a time-frequency map analysis method, and an event-induced potential (Event-) in the EEG signal of the subject measured as described above By extracting features in various ways, such as a Related Potential (ERP) analysis method or a Cross-Frequency Coupling (CFC) analysis method, a time point and activation pattern that can distinguish a normal state from a tinnitus state can be derived. In addition, by using a classifier at every time point of the measured EEG, it is possible to derive the accuracy for all time points by classifying the normal state and the tinnitus state.

예를 들어, 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법을 이용하면, 이명의 원인에 따라, 환자의 청각 중추의 하향식(top-down) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법, 또는 환자의 청각 말초 신경의 상향식(bottom-up) 정보 처리 이상에 기인한 접근 방법을 사용하여, 피검자의 정보 처리 상태에서의 뇌파 신호를 이용하여 정상 상태와 이명 상태를 구분할 수 있다. 또한, 일 실시예에서는 피검자의 휴식 상태(restimg state)에서의 뇌파 신호로부터 추출된 특징을 이용한 교차 주파수 동조(CFC) 분석에 의하여 정상 상태와 이명 상태를 구분할 수도 있다.For example, using the EEG signal processing method according to the embodiments, depending on the cause of tinnitus, an approach due to a top-down information processing abnormality of the patient's auditory center, or a bottom-up method of the patient's auditory peripheral nerves (bottom-up) By using the approach due to information processing abnormality, the normal state and the tinnitus state can be distinguished by using the EEG signals in the information processing state of the subject. In addition, according to an embodiment, the normal state and the tinnitus state may be distinguished by cross-frequency tuning (CFC) analysis using features extracted from EEG signals in the subject's resting state.

도 5는 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 뇌파 신호의 분석 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 5 is a conceptual diagram for explaining an EEG signal analysis process by the EEG signal processing method according to an embodiment.

도 3 및 도 5를 참조하면, 먼저 피검자의 머리 부분에 부착된 전극 등을 이용하여 뇌파 신호의 실시예로서 피검자의 EEG 신호(501)를 시간에 따라 측정하고, 뇌파 신호로부터 상태 분류를 위한 특징을 추출할 수 있다(S3). 이때 각각의 특징값은 뇌파 신호를 다양한 방식으로 분석하여 얻어지는 것으로서, 시간축, 주파수축, 시간-주파수맵(Time-Frequency Map), 사건 유발 전위(ERP) 및 교차 주파수 동조(CFC) 등의 방법으로 추출되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Referring to FIGS. 3 and 5 , first, an EEG signal 501 of a subject is measured over time as an example of an EEG signal using an electrode attached to the subject's head, and a feature for classifying a state from the EEG signal can be extracted (S3). At this time, each feature value is obtained by analyzing EEG signals in various ways, and is obtained by methods such as time axis, frequency axis, time-frequency map, event-induced potential (ERP), and cross-frequency tuning (CFC). It may be extracted, but is not limited thereto.

추출된 특징값들은 패턴 벡터(511, ..., 51N)로 조합될 수 있다(S4). 즉, 각각의 패턴 벡터(511, ..., 51N)는 특징값에 해당하는 복수 개의 성분들을 가지는 벡터이다. 또한, 각각의 패턴 벡터(511, ..., 51N)에 포함된 성분들, 즉, 특징값들은 다변량 패턴 인식(MVPA)에 기반한 분석을 위하여 동일한 뇌파 신호로부터 서로 상이한 방법에 의하여 추출된 값들일 수 있다. 즉, 원본 뇌파 신호로부터 다양한 방법론에 의하여 추출된 특징값들이 해당 뇌파 신호에 상응하는 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 구성할 수 있다. 또한, 복수 회의 측정을 통하여 복수 회의 반복 시행에 각각 대응되는 복수 개의 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 얻을 수 있다. The extracted feature values may be combined into pattern vectors 511, ..., 51N (S4). That is, each of the pattern vectors 511 , ..., 51N is a vector having a plurality of components corresponding to feature values. In addition, the components included in each of the pattern vectors 511, ..., 51N, that is, the feature values, are values extracted by different methods from the same EEG signal for analysis based on multivariate pattern recognition (MVPA). can That is, the feature values extracted from the original EEG signal by various methodologies may constitute the pattern vectors 511, ..., 51N corresponding to the corresponding EEG signal. In addition, it is possible to obtain a plurality of pattern vectors 511, ..., 51N respectively corresponding to a plurality of repeated trials through a plurality of measurements.

다음으로, 패턴에 대한 분류를 위하여 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 이용하여 패턴 신호(521, 522)를 구성할 수 있다(S5). 이때 각각의 패턴 신호(521, 522)는 서로 상이한 증상(예컨대, 서로 상이한 피검자)에 상응하는 것이며, 각각 학습 세트에 해당하는 패턴 벡터 및 평가 세트에 해당하는 패턴 벡터를 포함한다. Next, pattern signals 521 and 522 may be constructed using pattern vectors 511 , ..., 51N for pattern classification ( S5 ). In this case, each of the pattern signals 521 and 522 corresponds to different symptoms (eg, different subjects), and includes a pattern vector corresponding to a learning set and a pattern vector corresponding to an evaluation set, respectively.

일 실시예에서, 연산 부하를 줄이고 신호 대 잡음비를 높이기 위하여 패턴 벡터(511, ..., 51N)를 일정한 개수의 그룹으로 군집화되어 각 그룹 내의 패턴 벡터들의 평균값으로 산출된 평균화된 패턴 백터들로 변환될 수 있다. 분류기는 평균화된 패턴 벡터들을 이용하여 학습될 수 있으며, 이때 패턴 벡터들 중 일정 비율의 패턴 벡터들은 학습 세트에 할당하고 나머지 패턴 벡터들은 학습 결과를 평가하기 위한 평가 세트에 할당할 수 있다. 예를 들어, k개의 평균화된 패턴 벡터들 중 k-n 개의 패턴 벡터는 학습 세트에 할당하고, 나머지 n개의 패턴 벡터는 평가 세트에 할당하여 패턴 신호(521, 522)를 구성할 수 있다(k 및 n은 임의의 자연수). In one embodiment, in order to reduce the computational load and increase the signal-to-noise ratio, the pattern vectors 511, ..., 51N are clustered into a certain number of groups and are averaged pattern vectors calculated as the average value of the pattern vectors in each group. can be converted The classifier may be trained using averaged pattern vectors, wherein a certain percentage of pattern vectors among the pattern vectors may be allocated to the training set and the remaining pattern vectors may be allocated to the evaluation set for evaluating the learning result. For example, of the k averaged pattern vectors, k-n pattern vectors may be allocated to the training set, and the remaining n pattern vectors may be allocated to the evaluation set to construct the pattern signals 521 and 522 (k and n). is any natural number).

다음으로, 이상과 같이 생성된 패턴 신호(521, 522)를 분류기를 이용하여 분류함으로써 뇌파 신호를 분류할 수 있다(S6). 일 실시예에서, 분류기로는 서포트 벡터 머신(Support Vector Machine; SVM) 기반의 분류기가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 분류기는 패턴 신호(521, 522) 중 학습 세트에 해당되는 패턴 벡터들을 이용한 머신러닝(machine learning)이나 인공지능 기법을 통하여 정상인과 이명 환자를 분류하는 분석 모델에 관련된 파라미터들에 대한 학습을 수행할 수 있다. Next, the EEG signal can be classified by classifying the pattern signals 521 and 522 generated as described above using a classifier (S6). In an embodiment, a support vector machine (SVM)-based classifier may be used as the classifier, but is not limited thereto. The classifier performs learning on parameters related to an analysis model that classifies normal people and tinnitus patients through machine learning or artificial intelligence using pattern vectors corresponding to the learning set among the pattern signals 521 and 522. can

패턴 벡터들에 대한 분류 결과는, 해당 패턴 벡터에 상응하는 뇌파 신호, 나아가, 해당 뇌파 신호를 제공한 피검자에 대한 분류 결과를 의미한다. 따라서, 패턴 벡터에 대한 분류를 통하여 피검자의 이명 증상 유무나 이명의 발생 가능성을 판단하기 위한 증상 분류를 수행할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 신호에서 이명에 해당하는 특징이 추출된 시점과 이명에 해당하는 특징 패턴(즉, 활성화 패턴)을 결정할 수 있다(S7). The classification result for the pattern vectors means the classification result of the subject who provided the EEG signal corresponding to the corresponding pattern vector, and furthermore, the corresponding EEG signal. Accordingly, symptom classification for determining whether a subject has tinnitus symptoms or the possibility of occurrence of tinnitus may be performed through the classification of the pattern vector. For example, a time point at which a feature corresponding to tinnitus is extracted from the EEG signal and a feature pattern (ie, activation pattern) corresponding to tinnitus may be determined ( S7 ).

일 실시예에서는, 뇌파 신호의 모든 시점에서 추출된 특징 벡터를 이용하여 피검자의 응답의 정확도를 나타낸 디코딩(decoding) 신호(530)를 생성하여, 모든 시점마다 분류기를 이용하여 정상 상태와 이명 증상 상태를 구분함으로써 증상 분류의 정확도를 더욱 높일 수도 있다. In one embodiment, a decoding signal 530 indicating the accuracy of the subject's response is generated using the feature vector extracted at all time points of the EEG signal, and the normal state and tinnitus symptom state are generated using a classifier at every time point. It is also possible to further increase the accuracy of symptom classification by classifying them.

도 6a 및 6b는 각각 오드볼 과제와 수동 과제에 대한 피검자의 뇌파 기반 분류 정확도를 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, 뇌파의 시간축 분석 방법인 사건 유발 전위(ERP) 분석을 통하여 피검자의 응답을 시간별 디코딩 정확도로 나타낸 것이다. 또한, 도 7a 및 7b는 각각 목표 자극과 표준 자극에 대한 피검자의 뇌파 기반 분류 정확도를 일 실시예에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의해 분석한 결과를 나타내는 그래프로서, 도 6a 및 6b와 마찬가지로 사건 유발 전위(ERP) 분석을 통하여 피검자의 상이한 자극 종류에 따른 해당 자극의 분류 정확도를 시간별로 나타낸 것이다. 6A and 6B are graphs showing the results of analyzing the EEG-based classification accuracy of the subject for the odd ball task and the manual task, respectively, by the EEG signal processing method according to an embodiment. Through ERP) analysis, the response of the subject is expressed with the decoding accuracy for each time. In addition, FIGS. 7A and 7B are graphs showing the results of analyzing the EEG-based classification accuracy of the subject with respect to the target stimulus and the standard stimulus, respectively, by the EEG signal processing method according to the embodiment, and similarly to FIGS. 6A and 6B, the event-evoked potential Through (ERP) analysis, the classification accuracy of the corresponding stimulus according to the different stimulus types of the subject is shown by time.

도시되는 바와 같이, 이명 환자 그룹이 정상인 대조군과 비교하여 분류 정확도에 있어서 통계적으로 유의미한 차이를 갖는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 오드볼 과제에서 정상인 그룹과 이명 환자 그룹은 모두 목표 자극을 구분할 수 있었으나 이명 환자의 경우 자극 후 180 내지 680 ms의 시간 구간 동안 대조군에 비해 감소된 구별 정확도를 나타내어 청각의 이상 증상을 확인할 수 있었다. 또한, 오드볼 과제와 수동 과제에서 표준 자극에 대한 반응의 경우에도 자극 후 180 내지 610 ms의 시간 구간에서 이명 환자 그룹이 대조군에 비해 낮은 디코딩 정확도를 나타내었다. 또한, 도 6a, 6b, 7a 및 7b에서 각각의 그래프 위에 표시된 막대(601, 602, 701, 702)는 통계적 방법에 의하여 얻어진 분류 정확도의 신뢰 구간을 의미한다. As shown, it can be confirmed that the tinnitus patient group has a statistically significant difference in classification accuracy compared to the normal control group. For example, in the odd ball task, both the normal group and the tinnitus patient group were able to discriminate the target stimulus, but the tinnitus patient showed reduced discrimination accuracy compared to the control group for a time interval of 180 to 680 ms after stimulation, thereby reducing hearing abnormalities. could check In addition, the tinnitus patient group showed lower decoding accuracy than the control group in the time interval of 180 to 610 ms after stimulation even in the case of the response to the standard stimulus in the odd ball task and the manual task. In addition, in FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B, the bars 601, 602, 701, and 702 displayed on the respective graphs mean confidence intervals of classification accuracy obtained by the statistical method.

이상과 같은 분석을 통하여, 정상 상태와 이명 상태를 구분가능한 시점과 이명 상태를 진단 및/또는 예측할 수 있는 활성화 패턴을 뇌파 신호로부터 찾아낼 수 있다. Through the above analysis, it is possible to find a time point at which the normal state and the tinnitus state can be distinguished and an activation pattern for diagnosing and/or predicting the tinnitus state from the EEG signal.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되고 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 실시예들에 따른 뇌파 신호 처리 방법에 의한 동작을 구현하기 위한 프로그램이 기록되고 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.The operation by the EEG signal processing method according to the embodiments described above may be at least partially implemented as a computer program and recorded in a computer-readable recording medium. A computer-readable recording medium in which a program for implementing an operation by the EEG signal processing method according to the embodiments is recorded and includes all types of recording devices in which computer-readable data is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed in network-connected computer systems, and the computer-readable code may be stored and executed in a distributed manner. In addition, functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily understood by those skilled in the art to which the present embodiment belongs.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention as described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, it will be understood that these are merely exemplary, and that various modifications and variations of the embodiments are possible therefrom by those of ordinary skill in the art. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

Claims (14)

표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 출력하도록 구성된 자극 제시부;
휴식 상태 또는 상기 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하도록 구성된 측정부; 및
측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하고, 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류함으로써 피검자의 이명 증상 유무를 결정하도록 구성된 분석부를 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
a stimulus presentation unit configured to output an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus;
a measuring unit configured to measure an EEG signal of a subject in a resting state or in an information processing state listening to the auditory stimulus signal; and
EEG-based tinnitus diagnosis and prediction device comprising an analysis unit configured to extract one or more features of the measured EEG signal and classify the EEG signal by multivariate pattern recognition using the one or more features to determine the presence or absence of tinnitus symptoms in a subject .
제1항에 있어서,
상기 자극 제시부는, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하도록 더 구성된 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
The stimulus presentation unit is further configured to generate the auditory stimulus signal by randomly mixing a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency.
제1항에 있어서,
상기 분석부는,
상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하도록 구성된 특징 추출부;
피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하도록 구성된 패턴 생성부; 및
상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용한 학습을 수행하고, 상기 평가 세트를 이용하여 학습 결과를 평가함으로써 피검자의 증상을 결정하도록 구성된 분류기를 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
The analysis unit,
a feature extraction unit configured to generate a pattern vector corresponding to the one or more features by using the EEG signal;
a pattern generating unit configured to generate a pattern signal including a learning set and an evaluation set by using the plurality of pattern vectors corresponding to the symptoms of the subject; and
and a classifier configured to perform learning using the learning set of the pattern signal and to determine a symptom of a subject by evaluating a learning result using the evaluation set.
제3항에 있어서,
상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵 분석 방법, 사건 유발 전위 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조 분석 방법 중 하나 이상의 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
4. The method of claim 3,
The pattern vector is EEG-based tinnitus diagnosis including feature values extracted by at least one of a time axis analysis method, a frequency axis analysis method, a time-frequency map analysis method, an event evoked potential analysis method, and a cross frequency tuning analysis method and predictive devices.
제3항에 있어서,
상기 패턴 생성부는, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하도록 더 구성된 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
4. The method of claim 3,
The pattern generator, EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus further configured to generate the pattern signal using an average value of the pattern vectors generated from the plurality of EEG signals.
제1항에 있어서,
상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하도록 구성된 입력부를 더 포함하는 뇌파 기반 이명 진단 및 예측 장치.
According to claim 1,
EEG-based tinnitus diagnosis and prediction apparatus further comprising an input unit configured to receive an input signal input by a subject listening to the auditory stimulation signal in response to the stimulation signal.
신호 처리 장치가, 휴식 상태 또는 표준 자극 및 목표 자극을 포함하는 청각 자극 신호를 듣는 정보 처리 상태의 피검자의 뇌파 신호를 측정하는 단계;
상기 신호 처리 장치가 측정된 상기 뇌파 신호의 하나 이상의 특징을 추출하는 단계; 및
상기 신호 처리 장치가 피검자의 이명 증상 유무를 결정하기 위하여 상기 하나 이상의 특징을 이용한 다변량 패턴 인식에 의하여 상기 뇌파 신호를 분류하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
measuring, by the signal processing device, an EEG signal of a subject in a resting state or an information processing state listening to an auditory stimulus signal including a standard stimulus and a target stimulus;
extracting, by the signal processing device, one or more features of the measured EEG signal; and
and classifying, by the signal processing device, the EEG signal by multivariate pattern recognition using the one or more features to determine whether the subject has tinnitus symptoms.
제7항에 있어서,
상기 뇌파 신호를 측정하는 단계 전에, 상기 신호 처리 징치가 상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
Before measuring the EEG signal, the EEG signal processing method further comprising the step of outputting the auditory stimulus signal by the signal processing device.
제8항에 있어서,
상기 청각 자극 신호를 출력하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 제1 주파수를 갖는 표준 자극 및 상기 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 목표 자극을 무작위로 혼합하여 상기 청각 자극 신호를 생성하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
9. The method of claim 8,
The step of outputting the auditory stimulus signal may include: generating, by the signal processing device, a standard stimulus having a first frequency and a target stimulus having a second frequency different from the first frequency to generate the auditory stimulus signal EEG signal processing method comprising a.
제7항에 있어서,
상기 뇌파 신호를 분류하는 단계는,
상기 신호 처리 장치가, 상기 뇌파 신호를 이용하여 상기 하나 이상의 특징에 상응하는 패턴 벡터를 생성하는 단계;
상기 신호 처리 장치가, 피검자의 증상에 상응하는 복수 개의 상기 패턴 백터를 이용하여 학습 세트 및 평가 세트를 포함하는 패턴 신호를 생성하는 단계;
상기 신호 처리 장치가, 상기 패턴 신호의 상기 학습 세트를 이용하여 분류기의 학습을 수행하는 단계; 및
상기 신호 처리 장치가, 상기 분류기의 학습 결과를 이용하여 피검자의 증상을 결정하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
Classifying the EEG signal includes:
generating, by the signal processing device, a pattern vector corresponding to the one or more features by using the EEG signal;
generating, by the signal processing device, a pattern signal including a learning set and an evaluation set using a plurality of the pattern vectors corresponding to the symptoms of the subject;
performing, by the signal processing device, learning of the classifier using the training set of the pattern signal; and
and determining, by the signal processing device, a symptom of the subject by using the learning result of the classifier.
제10항에 있어서,
상기 패턴 벡터는, 시간축 분석 방법, 주파수축 분석 방법, 시간-주파수맵 분석 방법, 사건 유발 전위 분석 방법, 또는 교차 주파수 동조 분석 방법 중 하나 이상의 방법에 의하여 추출된 특징값들을 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
11. The method of claim 10,
The pattern vector is an EEG signal processing method including feature values extracted by at least one of a time axis analysis method, a frequency axis analysis method, a time-frequency map analysis method, an event evoked potential analysis method, and a cross-frequency tuning analysis method .
제10항에 있어서,
상기 패턴 신호를 생성하는 단계는, 상기 신호 처리 장치가, 복수 개의 상기 뇌파 신호로부터 생성된 상기 패턴 백터들의 평균값을 이용하여 상기 패턴 신호를 생성하는 단계를 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
11. The method of claim 10,
The generating of the pattern signal includes, by the signal processing device, generating the pattern signal by using an average value of the pattern vectors generated from a plurality of the EEG signals.
제7항에 있어서,
상기 신호 처리 장치가, 상기 청각 자극 신호를 듣는 피검자가 상기 자극 신호에 대한 응답으로 입력한 입력 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 뇌파 신호 처리 방법.
8. The method of claim 7,
The EEG signal processing method further comprising the step of receiving, by the signal processing device, an input signal input by a subject listening to the auditory stimulation signal in response to the stimulation signal.
하드웨어와 결합되어 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 뇌파 신호 처리 방법을 실행하도록 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a computer-readable recording medium in combination with hardware to execute the EEG signal processing method according to any one of claims 7 to 13.
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