KR100743967B1 - Device for brain function analysis/development using evoked potential - Google Patents

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이순혁
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이순혁
손순옥
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Abstract

An apparatus for analyzing and developing brains using evoked potential is provided to improve brain functions to be trained by giving feedback to users. An apparatus for analyzing and developing brains using evoked potential includes a stimulus generation unit(10), a question presentation unit(20), a signal receiving unit(30), a feature point detection unit(40), an analysis unit(50), a brain training unit(60), a control unit(70), and an output unit(80). The stimulus generation unit(10) presents a stimulus. The question presentation unit(20) supplies a perceptive force question. The signal receiving unit(30) measures the evoked potential generated by users by reacting the perceptive force of the question presentation unit(20) and the stimulus of the stimulus generation unit(10). The feature point detection unit(40) extracts a parameter from the perceptive force of the signal receiving unit(30). The analysis unit(50) analyzes the perceptive faculty of the users by using a feature point extracted by the feature point detection unit(40). The brain training unit(60) presents a question for a brain training based on the analyzed data. The control unit(70) controls the whole system to develop brain with the evoked potential. The output unit(80) outputs an image signal or a sound signal according to the control of the control unit(70).

Description

유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치{Device for brain function analysis/development using evoked potential}Device for brain function analysis / development using evoked potential

도 1은 본 발명에 따른 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도,1 is a block diagram illustrating a configuration of a brain analysis / development apparatus using an induced potential according to the present invention;

도 2는 도 1에 적용된 신호 수신부의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a signal receiver applied to FIG. 1.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ****** Explanation of main parts of drawing ***

10 : 자극 발생부 20 : 과제 제시부10: stimulation generating unit 20: task presentation unit

30 : 신호 수신부 40 : 특징점 검출부30: signal receiver 40: feature point detector

50 : 분석부 60 : 두뇌 훈련부50: analysis unit 60: brain training unit

70 : 제어부 80 : 출력부70: control unit 80: output unit

본 발명은 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치에 관한 것이다. 보다 상 세하게는, 유발 전위를 이용하여 암기력, 기억력, 수리력, 이해력, 추론능력, 판단능력, 공간 지각력, 읽기, 말하기, 쓰기와 같은 언어능력 등 사용자의 인지적 학습 능력 등을 각각의 항목에 대해서 분석하고 그 각각의 항목에 대한 사용자의 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a brain analysis / development device using induced potentials. More specifically, using the trigger potential, the user's cognitive learning ability such as memorization, memory, numeracy, comprehension, reasoning ability, judgment ability, spatial perception ability, language ability such as reading, speaking, and writing is applied to each item. And a brain analysis / development device using induced potentials to enable the analysis and improvement of the user's ability for each item.

유발 전위란 인체에 일정한 직·간접적인 자극을 가한 후에 그 자극으로 인하여 인체에서 발생되는 전위를 말한다.An induced potential refers to a potential generated in the human body after applying a certain direct or indirect stimulus to the human body.

그 중에서 사건 유발 전위란 특정한 정보를 내포하고 있는 자극을 제시한 다음, 이 자극 제시와 관련하여 일정 시간동안 일어나는 뇌의 전기적 활동을 의미한다. 사건 관련 전위는 다른 정신 생리적 측정 방법, 예를 들면 fMRI나 PET 등과는 달리 자극을 제시함과 동시에 자극의 처리 과정을 직접적으로 관찰할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 즉 시간 해상도(temporal resolution)가 우수하다는 장점을 갖고 있다. 사건 관련 전위는 양전위(positive potential) 혹은 음전위(negative potential)를 띄는 여러 개의 정점(peak) 혹은 요인(component)들로 구성되어 있으며, 정점은 극(polarity)과 잠재시간(latency)에 따라 이름이 붙여진다. 예를 들면 자극 제시 후 300msec 정도에 나타나고 양전위를 띄는 정점을 P300 이라고 부르는 한편, 자극 제시 후 400msec 정도에 나타나면서 음전위를 띄는 정점을 N400이라고 부른다. P300은 불확실감의 해소, 선택적 주의력, 자극 탐지, 기억 스캐닝 등의 여러 인지 기능을 반영하는 것으로 알려져 있고, N400은 의미적 처리 과정을 반영하는 것으로 알려져 있으며, P600, P800 등의 후기 양전위 정점(late positive component, LPC)은 특유의 심리적 기능을 나타내는 것으로 알려져 있다.Among them, the event-induced potential refers to the electrical activity of the brain that occurs for a certain period of time after presenting a stimulus that contains specific information. Event-related potentials, unlike other psychophysiological measurement methods such as fMRI and PET, have the advantage of presenting a stimulus and directly observing the process of the stimulus. In other words, the temporal resolution is excellent. Event-related potentials consist of several peaks or components with positive or negative potentials, which are named according to polarity and latency. Is pasted. For example, a peak that appears at about 300 msec after showing a stimulus and has a positive potential is called P300, and a peak having a negative potential at about 400 msec after a stimulus is called an N400. P300 is known to reflect various cognitive functions such as resolving uncertainty, selective attention, stimulus detection, memory scanning, etc.N400 is known to reflect semantic processing, and the late positive potential peaks (P600, P800, etc.) Late positive component (LPC) is known to exhibit specific psychological functions.

본 발명은 상기와 같은 단순히 생체 신호를 사용자에게 제시함으로써 뇌파 유도 효과를 추구하는 기존의 바이오피드백(Bio feedback), 뉴로피드백(Neuro feedback) 두뇌 훈련법에서 발전된 발명을 구현하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유발 전위를 이용하여 암기력, 기억력, 수리력, 이해력, 추론능력, 판단능력, 공간 지각력, 읽기, 말하기, 쓰기와 같은 언어능력 등 사용자의 인지적 학습 능력 등을 각각의 항목에 대해서 분석하고, 그 각각의 항목에 대한 사용자의 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치를 제공하는데 있다.The present invention has been made to implement the invention developed in the existing biofeedback, neurofeedback brain training method that seeks an EEG inducing effect by simply presenting the biological signal to the user, the present invention The purpose of this study is to analyze the cognitive learning ability of users such as memorization, memory, numeracy, comprehension, reasoning ability, judgment ability, spatial perception, language ability such as reading, speaking and writing for each item. In addition, the present invention provides a brain analysis / development device using an induced potential to improve a user's ability for each item.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명의 일 실시예는, 자극을 제시하는 자극 발생부; 인지력 과제를 제공하는 과제 제시부; 상기 자극 발생부의 자극 및 상기 과제 제시부의 인지력 과제에 반응하여 사용자에 의해 발생되는 유발 전위를 측정하는 신호 수신부; 상기 신호 수신부의 유발전위에서 파라메터를 추출하는 특징점 검출부; 상기 특징점 검출부에 의해 추출된 특징점을 이용해서 사용자의 인지력을 분석하는 분석부; 상기 분석된 자료를 바탕으로 두뇌 훈련용 과제를 제시하는 두뇌 훈련부; 사용자의 요청에 응하여 유발 전위에 의해 두뇌가 계발될 수 있도록 전체 시스템을 제어하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 영상신호 또는 음향신호를 출력하는 출력부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.One embodiment of the present invention proposed to solve the above technical problem, the stimulus generating unit for presenting a stimulus; A task presenter for providing a cognitive task; A signal receiver for measuring an induced potential generated by a user in response to a stimulus of the stimulus generator and a cognitive task of the task presenter; A feature point detector extracting a parameter from an induced potential of the signal receiver; An analysis unit for analyzing a cognitive ability of the user using the feature points extracted by the feature point detector; A brain training unit for presenting a brain training task based on the analyzed data; A control unit for controlling the entire system so that the brain can be developed by the triggering potential in response to a user's request; And an output unit for outputting a video signal or an audio signal under the control of the controller.

상기 자극 발생부는 시각, 청각, 후각, 그리고 촉각 중 적어도 하나 이상의 감각 기관을 직접 혹은 간접으로 자극하는 영상신호, 음성 신호, 향기 또는 사용자의 손과 발 또는 기타 신체를 이용하는 기구, 도구 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.The stimulus generating unit may be one or two of an image signal, an audio signal, a scent, or an apparatus or tool using the user's hands, feet, or other body to directly or indirectly stimulate at least one or more sensory organs of sight, hearing, smell, and touch. It is characterized by the above.

또한 상기 자극 발생부는 두피를 포함하는 인체 각 부위를 포함하는 체표에서 전기적인 신호, 전자장, 레이저 또는 초음파를 발생시켜 공급하는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the stimulation generating unit is characterized in that consisting of means for generating and supplying an electrical signal, an electromagnetic field, a laser or ultrasonic waves in the body surface including each part of the human body including the scalp.

상기 신호 수신부는 두피에 10-20 system의 전극 배치법 혹은 전전두엽, 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽의 여러 필요한 위치에 단극자 방식(unipolar) 혹은 쌍극자 방식(bipolar)으로 전극을 부착하는 단채널(single channel) 혹은 다채널(multi channel) 방식의 전극부와, 상기 자극발생부에 의해 발생되어 사용자에게 가해진 자극에 대해 사용자에게서 발생되는 유발 전위를 상기 전극부를 통해 입력받아 측정하는 아날로그 회로부와, 상기 아날로그 회로부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터부와, 상기 A/D 컨버터부의 디지털 신호를 합산하는 합산부와, 상기 합산부에 의해 합산된 신호를 평균화시켜 특징점을 추출할 수 있는 신호를 생성하여 특징점 추출부로 출력하는 평균회로부로 이루어진 것을 특징으로 한다.The signal receiver is a single channel for attaching an electrode in a unipolar or bipolar manner to the electrode placement method of the 10-20 system or frontal lobe, frontal lobe, temporal lobe, parietal lobe, and occipital lobe on the scalp. Or a multi-channel electrode unit, an analog circuit unit for receiving and measuring an induced electric potential generated by the user for the stimulus generated by the stimulus generating unit and applied to the user, and the analog circuit unit. A / D converter unit for converting the analog signal output from the digital signal, a sum unit for summing the digital signal of the A / D converter unit, and the summated signal can be averaged to extract the feature points Characterized in that it consists of an average circuit unit for generating a signal and output to the feature point extraction unit.

상기 과제 제시부는 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각, 수리력, 기억력, 암기력, 추론, 종합 사고력 중 하나 또는 둘 이상의 등을 포함하는 인지력을 측정할 수 있는 과제를 제공하는 것이 바람직하다.The task presenting unit may provide a task capable of measuring cognitive ability including one or more of reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memory, memory, reasoning, comprehensive thinking, and the like.

상기 과제 제시부는 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 게임, 놀이 기구, 도구, 게임 장치, 서적과 같은 프린트된 자료, 영상자료, 음성 자료를 제공할 수 있는 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.The task presentation unit is characterized in that the computer program, a computer game, a ride, a tool, a game device, a means for providing printed materials such as books, video material, audio material.

상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은 여러 번의 자극에 따라서 유발 전위의 합, 평균, 표준편차, 분산 값을 산출하여 통계적 파라미터를 추출하고, 추출된 통계적 파라미터에 의해 검출되는 것이 바람직하다.The feature point using the spontaneous potential or the triggered potential detected by the feature point detector extracts statistical parameters by calculating the sum, mean, standard deviation, and variance of the triggered potentials according to a plurality of stimuli, and detects the extracted statistical parameters. It is desirable to be.

상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은 뇌파의 델타(delta)(0~4Hz), 쎄타(theta)(4~8Hz), 알파(alpha)(8~12Hz), SMR(Sensory Motor Rhythm)(12~15Hz), 베타(beta)(15~30Hz), 감마(gamma)(30~50Hz) 등의 주파수에서의 진폭, 평균, 표준편차와 각각 주파수 대역의 상대적인 비율, 각 주파수 대역 사이의 상관관계, 확률분포, 특정한 파형의 발생 빈도, 좌우 반구의 대칭성(interhemispheric symmetries) 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.The feature points using the spontaneous potential or induced potential detected by the feature point detector are delta (0-4 Hz), theta (4-8 Hz), alpha (8-12 Hz), SMR Sensory Motor Rhythm (12 to 15 Hz), Beta (15 to 30 Hz), Gamma (gamma) (30 to 50 Hz), etc. One or more of the correlation between the frequency bands, the probability distribution, the frequency of occurrence of a particular waveform, the interhemispheric symmetries of the left and right hemispheres.

상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은 뇌파 유발 전위에서 발생되는 양전위(positive potential), 음전위(negative potential)를 띄는 정점(peak), 극성(polarity), 자극 제시 후 신호가 나타나는 데까지 소요되는 시간을 나타내는 잠재시간(latency) 중 하나 또는 둘 이 상인 것을 특징으로 한다.A feature point using the spontaneous potential or the induced potential detected by the feature point detector is a peak, a polarity, and a stimulus after the positive potential, the negative potential generated at the EEG-induced potential. It is characterized in that one or more of the latency (latency) representing the time taken for the signal to appear.

상기 분석부는 뇌파의 전기신호의 자발 전위와 유발 전위를 이용해서 깊은 수면 상태, 얕은 수면 상태, 명상 상태, 집중도, 안정도, 감성도, 각성도, 이완도, 좌우뇌 균형도, 좌뇌 활성도, 우뇌 활성도, 운동 능력 지수 중 하나 또는 둘 이상의 지수를 산출하는 것이 바람직하다.The analysis unit uses a spontaneous potential and an induced potential of an electric signal of an EEG to deep sleep, shallow sleep, meditation, concentration, stability, sensitivity, arousal, relaxation, left and right brain balance, left brain activity, right brain activity It is preferable to calculate one or more indexes of the exercise ability index.

상기 분석부는 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각력, 수리력, 암기력, 기억력, 분석력, 판단력, 제어능력을 포함하는 인지 능력, 인지속도, 작업 부하도 지수를 산출하는 것이 바람직하다.The analysis unit is preferably to calculate the cognitive ability, cognitive speed, workload index including reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memory, memory, analysis, judgment, control.

상기 두뇌 훈련부는 자발 뇌파(EEG)를 이용한 바이오피드백(biofeedback) 훈련 방식, 유발 뇌파(ERP)를 이용한 바이오피드백 훈련 방식을 사용하는 것을 특징으로 한다.The brain training unit uses a biofeedback training method using spontaneous brain waves (EEG), a biofeedback training method using induced brain waves (ERP).

상기 두뇌 훈련부는 훈련을 위한 과제로는 컴퓨터 기반의 영상, 음성 신호, 컴퓨터 게임, 컴퓨터에 직렬 포트로 연결되는 주변장치로 제공되는 소리자극, 빛자극 장치, 컴퓨터를 기반으로 하지 않는 유형의 놀이 기구, 도구, 서적, 프린트된 인쇄물 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.The brain training unit may include computer-based imaging, audio signals, computer games, sound stimulation, light stimulation devices, and non-computer-based type of play equipment provided as a peripheral device connected to a computer through a serial port. , Tools, books, printed materials, and the like.

이하, 본 발명에 따른 인체 유발 전위를 기반으로 하는 두뇌 분석/계발 장치에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a brain analysis / development apparatus based on a human induced potential according to the present invention will be described.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자극을 제시하는 자극 발생부(10)와, 인지력 과제를 제공하는 과제 제시부(20)와, 상기 자극 발생부(10)의 자극 및 상기 과제 제시부(20)의 인지력 과제에 반응하여 사용자에 의해 발생되는 유발 전위를 측정하는 신호 수신부(30)와, 상기 신호 수신부(30)의 유발 전위에서 파라메터를 추출하는 특징점 검출부(40)와, 상기 특징점 검출부(40)에 의해 추출된 특징점을 이용해서 사용자의 인지력을 분석하는 분석부(50)와, 상기 분석된 자료를 바탕으로 두뇌 훈련용 과제를 제시하는 두뇌 훈련부(60)와, 사용자의 요청에 응하여 유발 전위에 의해 두뇌가 계발될 수 있도록 전체 시스템을 제어하는 제어부(70)와, 상기 제어부(70)의 제어에 따라 영상신호를 출력하거나 음향신호를 출력하는 출력부(80)로 구성된다.1 and 2, a stimulus generator 10 for presenting a stimulus, a task presenter 20 for providing a cognitive task, a stimulus and the task presenter 20 of the stimulus generator 10 A signal receiver 30 for measuring an induced potential generated by a user in response to a cognitive task of the user, a feature point detector 40 for extracting a parameter from the induced potential of the signal receiver 30, and the feature point detector 40 Analysis unit 50 for analyzing the user's cognitive ability using the feature points extracted by the), the brain training unit 60 for presenting the brain training task based on the analyzed data, and the induced potential in response to the user's request The control unit 70 for controlling the entire system so that the brain can be developed by, and the output unit 80 for outputting an image signal or output an audio signal under the control of the control unit 70.

상기 자극 발생부(10)는 시각, 청각, 후각, 그리고 촉각 중 적어도 하나 이상의 감각 기관을 직접 혹은 간접으로 자극하는 영상신호, 음성 신호, 향기 또는 사용자의 손과 발, 또는 기타 신체를 이용하는 기구, 도구 등을 포함한다.The stimulus generating unit 10 is an apparatus using an image signal, an audio signal, a scent or a user's hands and feet, or other body that directly or indirectly stimulate at least one or more sensory organs among the visual, auditory, olfactory, and tactile senses; Tools and the like.

상기 자극 발생부(10)는 두피를 포함하는 인체 각 부위를 포함하는 체표에서 전기적인 신호, 전자장, 레이저 또는 초음파를 발생시켜 공급하는 수단으로 이루어진다.The stimulus generator 10 is composed of means for generating and supplying an electrical signal, an electromagnetic field, a laser or an ultrasonic wave in a body surface including each part of the human body including the scalp.

상기 신호 수신부(30)는 두피에 10-20 system의 전극 배치법 혹은 전전두엽, 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽의 여러 필요한 위치에 단극자 방식(unipolar) 혹은 쌍극자 방식(bipolar)으로 전극을 부착하는 단채널(single channel) 혹은 다채널(multi channel) 방식의 전극부(31)와, 상기 자극발생부(10)에 의해 발생되어 사용자에게 가해진 자극에 대해 사용자에게서 발생되는 유발 전위를 상기 전극부(31)를 통해 입력받아 측정하는 아날로그 회로부(32)와, 상기 아날로그 회로부(32)에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터부(33)와, 상기 A/D 컨버터부(33)의 디지털 신호를 합산하는 합산부(34)와, 상기 합산부(34)에 의해 합산된 신호를 평균화시켜 특징점을 추출할 수 있는 신호를 생성하여 특징점 추출부(40)로 출력하는 평균회로부(35)로 구성된다.The signal receiver 30 is a single channel for attaching an electrode in a unipolar or bipolar manner to various necessary positions of 10-20 system electrodes or frontal lobe, frontal lobe, temporal lobe, parietal lobe, and occipital lobe on the scalp. (single channel) or multi-channel (multi-channel) electrode unit 31, and the induced potential generated by the user with respect to the stimulus generated by the stimulus generating unit 10 applied to the electrode unit 31 The analog circuit unit 32 to receive and measure through the A / D converter unit 33 for converting the analog signal output from the analog circuit unit 32 into a digital signal, and the A / D converter unit 33 An averaging section 34 for summing digital signals, and an average circuit section 35 for generating a signal capable of extracting feature points by averaging the summed signals by the summing section 34 and outputting them to the feature point extracting section 40; It consists of.

상기 과제 제시부(20)는 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각, 수리력, 기억력, 암기력, 추론, 종합 사고력 중 하나 또는 둘 이상의 등을 포함하는 인지력을 측정할 수 있는 과제를 제공한다.The task presenter 20 provides a task capable of measuring cognitive power including one or more of reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memory, memorization, reasoning, and comprehensive thinking.

상기 과제 제시부(20)는 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 게임, 놀이 기구, 도구, 게임 장치, 서적과 같은 프린트된 자료, 영상자료, 음성 자료를 제공할 수 있는 수단으로 이루어진다.The task presentation unit 20 is composed of a computer program, a computer game, a play equipment, a tool, a game device, a means for providing printed materials such as books, video data, and audio data.

상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은 여러 번의 자극에 따라서 유발 전위의 합, 평균, 표준편차, 분산값을 산출하여 통계적 파라미터를 추출하고, 추출된 통계적 파라미터에 의해 검출된다.A feature point using the spontaneous potential or induced potential detected by the feature point detector 40 extracts a statistical parameter by calculating a sum, average, standard deviation, and variance of the induced potentials according to a plurality of stimuli, and extracts the statistical parameter. Is detected by.

상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은, 뇌파의 델타(delta)(0~4Hz), 쎄타(theta)(4~8Hz), 알파(alpha)(8~12Hz), SMR(Sensory Motor Rhythm)(12~15Hz), 베타(beta)(15~30Hz), 감마(gamma)(30~50Hz) 등의 주파수에서의 진폭, 평균, 표준편차와 각각 주파수 대역의 상대적인 비율, 각 주파수 대역 사이의 상관관계, 확률분포, 특정한 파형의 발생 빈도, 좌우 반구의 대칭성(interhemispheric symmetries) 등을 포함한다.The feature points using the spontaneous potential or induced potential detected by the feature point detection unit 40 are delta (0 to 4 Hz), theta (4 to 8 Hz), and alpha (8 to 8) of the EEG. 12 Hz), SMR (Sensory Motor Rhythm) (12-15 Hz), beta (15-30 Hz), gamma (gamma) (30-50 Hz), etc. Relative ratios, correlations between frequency bands, probability distributions, frequency of occurrence of specific waveforms, interhemispheric symmetries, and the like.

상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용 한 특징점은 뇌파 유발 전위에서 발생되는 양전위(positive potential), 음전위(negative potential)를 띄는 정점(peak), 극성(polarity), 자극 제시 후 신호가 나타나는 데까지 소요되는 시간을 나타내는 잠재시간(latency) 등을 포함한다.A feature point using the spontaneous potential or the induced potential detected by the feature point detector 40 may be a peak having a positive potential, a negative potential, or a polarity generated at an EEG-induced potential. And latency indicating the time it takes for the signal to appear after stimulus presentation.

상기 분석부(50)는 뇌파의 전기신호의 자발 전위와 유발 전위를 이용해서 깊은 수면 상태, 얕은 수면 상태, 명상 상태, 집중도, 안정도, 감성도, 각성도, 이완도, 좌우뇌 균형도, 좌뇌 활성도, 우뇌 활성도, 운동 능력 지수 등을 포함한다.The analysis unit 50 uses a spontaneous potential and an induced potential of an electric signal of an EEG, to sleep, to sleep, to meditate, to concentrate, to maintain stability, sensitivity, arousal, relaxation, left and right brain balance, and left brain. Activity, right brain activity, motor performance index, and the like.

상기 분석부(50)는 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각력, 수리력, 암기력, 기억력, 분석력, 판단력, 제어능력을 포함하는 인지 능력, 인지속도, 작업 부하도 지수를 산출한다.The analysis unit 50 calculates cognitive ability, cognitive speed, workload index including reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memorization, memory, analysis, judgment, and control.

상기 두뇌 훈련부(60)는 자발뇌파(EEG)를 이용한 바이오피드백(biofeedback) 훈련 방식, 유발 뇌파(ERP)를 이용한 바이오피드백 훈련 방식을 사용한다.The brain training unit 60 uses a biofeedback training method using spontaneous brain waves (EEG), a biofeedback training method using induced EEG (ERP).

상기 두뇌 훈련부(60)는 훈련을 위한 과제로는 컴퓨터 기반의 영상, 음성 신호, 컴퓨터 게임, 컴퓨터에 직렬 포트로 연결되는 주변장치로 제공되는 소리자극, 빛자극 장치, 컴퓨터를 기반으로 하지 않는 유형의 놀이 기구, 도구, 서적, 프린트된 인쇄물 등을 포함한다.The brain training unit 60 is a computer-based image, audio signal, computer games, sound stimulation, light stimulation device provided as a peripheral device connected to the serial port to the computer as a task for training type that is not based on the computer Playground equipment, books, printed materials, and the like.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 두뇌 분석/계발 장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the brain analysis / development apparatus according to the present invention configured as described above are as follows.

먼저 제어부(70)는 사용자에 의해 두뇌 분석/계발 장치 작동 요청신호가 입력되었는지를 판단한다. 판단 결과 두뇌 분석/계발 장치 작동 요청신호가 입력되는 경우 제어부(70)는 미리 설정된 조건에 따라 자극 발생부(10)를 제어한다. 즉, 상기 자극 발생부(10)는 시각, 청각, 후각, 그리고 촉각 중 적어도 하나 이상의 감각 기관을 직접 혹은 간접으로 자극하는 영상신호를 출력하는 장치 또는 음성 신호를 출력하는 장치 또는 향기를 방향시키는 장치, 또는 사용자의 손과 발, 또는 기타 신체를 이용하는 장치로 이루어져 있기 때문에, 제어부(70)는 상기 장치들 중 미리 세팅되어 있는 장치나 사용자의 조작에 따라 선택된 장치를 구동시켜 사용자에게 두뇌 계발이 가능한 영상신호, 음성신호, 향기 또는 그 밖의 자극이 발생될 수 있도록 한다.First, the controller 70 determines whether a brain analysis / development device operation request signal has been input by the user. When the brain analysis / development device operation request signal is input as a result of the determination, the controller 70 controls the stimulus generator 10 according to a preset condition. That is, the stimulus generating unit 10 is a device for outputting an image signal or a device for outputting an audio signal or a scent for directing or indirectly stimulating at least one or more sensory organs among the visual, auditory, olfactory, and tactile senses. Or the device using the user's hands and feet or other body, the control unit 70 is capable of brain development to the user by driving a device that is selected according to a user's manipulation or a preset device among the devices. Video signals, audio signals, fragrances or other stimuli may be generated.

또한, 자극 발생부(10)는 두피를 포함하는 인체 각 부위를 포함하는 체표에서 전기적인 신호, 전자장, 레이저 또는 초음파를 발생시켜 공급하는 장치들로 이루어질 수도 있으며, 상기 제어부(70)는 상기 장치들 중 미리 세팅되어 있는 장치나 사용자의 조작에 따라 선택된 장치를 구동시켜 사용자의 두피를 포함하는 인체 각 부위를 포함하는 체표에 전기적인 신호, 전자장, 레이저 또는 초음파를 발생시켜 자극이 이루어질 수 있도록 한다.In addition, the stimulation generating unit 10 may be composed of devices for generating and supplying an electrical signal, an electromagnetic field, a laser or an ultrasonic wave in the body surface including each part of the human body including the scalp, the control unit 70 is the device Among the preset devices or the user's operation, the selected device is driven to generate an electrical signal, an electromagnetic field, a laser, or an ultrasonic wave to the body surface including each part of the human body including the user's scalp so that the stimulation can be made. .

또한, 제어부(70)는 과제 제시부(20)를 제어하여 사용자에게 인지력 과제가 제공될 수 있도록 한다. 즉, 과제 제시부(20)는 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각, 수리력, 기억력, 암기력, 추론, 종합 사고력 중 하나 또는 둘 이상의 등을 포함하는 인지력을 측정할 수 있는 과제이므로, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 게임, 놀이 기구, 도구, 게임 장치, 서적과 같은 프린트된 자료, 영상자료, 음성 자료를 제공할 수 있는 수단을 통해 제공되어 진다. 이에 제어부(70)는 사용자의 요청에 따라 과제 제시부(20)를 통해 사용자가 원하는 인지력 과제가 출력부(80)를 통해 제공되도록 한다.In addition, the controller 70 controls the task presenter 20 so that a cognitive task can be provided to the user. That is, the task presenter 20 is a task capable of measuring cognitive power including one or more of reading, writing, speaking, listening, spatial perception, mathematical ability, memory, memorization, reasoning, comprehensive thinking, and the like. It is provided by means of providing printed, visual and audio materials such as computer games, rides, tools, game devices and books. In response to the request from the user, the control unit 70 allows the user to provide a cognitive task desired by the user through the task presentation unit 20 through the output unit 80.

상기 과제 제시부(20)의 과제들은 훈련, 계발하고자 하는 두뇌의 기능에 따라서 사용자가 컴퓨터 모니터 상에서 제시된 메뉴 방식의 프로그램에서 선택이 가능하며, 선택된 과제는 컴퓨터에 저장되거나 컴퓨터를 이용한 일정한 알고리즘에 의해 만들어진 영상 신호 혹은 음성 신호의 형태로 사용자에게 제시될 수도 있고, 컴퓨터를 매개체로 하지 않는 유형의 형태를 갖춘 어떠한 것도 될 수가 있다. 예를 들어, 읽기 능력을 분석하고 계발하기 위해서 읽기의 과제를 제시하는 방법은, 컴퓨터 모니터 상에서 글자로 된 문장이나 단어를 사용자에게 보여줄 수도 있고, 아니면 서적과 같은 프린트된 읽기 자료를 직접 제공할 수도 있다. 어떠한 경우에도 사용자의 두피에는 자발 뇌파와 유발 뇌파를 측정할 수 있는 다수 채널의 전극이 부착되어 있어서 과제 제시 혹은 과제 수행 시에 실시간으로 뇌파를 측정하고 그 결과를 컴퓨터의 제어부(70)로 전송하고 컴퓨터 모니터 상에서 디스플레이 되어야 한다.The tasks of the task presenter 20 may be selected by a user from a menu-based program presented on a computer monitor according to a function of a brain to be trained and developed, and the selected tasks may be stored in a computer or created by a predetermined algorithm using a computer. It may be presented to the user in the form of a video signal or audio signal, or may be anything in the form of a computer-free type. For example, a method of presenting the task of reading to analyze and develop reading skills may present the user with a textual sentence or word on a computer monitor, or provide a printed reading material such as a book directly. have. In any case, the user's scalp is attached with electrodes of multiple channels capable of measuring spontaneous brain waves and induced brain waves so that the brain waves are measured in real time when the task is presented or performed, and the results are transmitted to the controller 70 of the computer. It should be displayed on the computer monitor.

상기와 같이 자극 발생부(10) 및 과제 제시부(20)에 의해 두뇌 계발을 위한 자극 및 과제가 제공되면, 제어부(70)는 신호 수신부(30)로 하여금 상기 자극 및 과제에 반응하여 발생되는 유발 전위를 측정할 수 있도록 한다.When the stimulus generating unit 10 and the task presenting unit 20 provide the stimulus and the task for brain development as described above, the control unit 70 causes the signal receiving unit 30 to be generated in response to the stimulus and the task. Allow the potential to be measured.

즉, 상기 신호 수신부(30)는 다시 전극부(31)와 아날로그 회로부(32)로 구성되며, 상기 전극부(31)는 다채널의 단극자(unipolar) 방식 혹은 쌍극자(bipolar) 방식으로 모두 측정이 가능하도록 구성되며 전극의 부착 위치는 전전두엽, 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽 등의 두피의 모든 부위가 가능하고 기존의 10-20 시스템의 전극 배치법은 물론이고 기타 다른 부위도 가능하다.That is, the signal receiver 30 is composed of an electrode unit 31 and an analog circuit unit 32 again, and the electrode unit 31 is measured in a multi-channel unipolar method or a bipolar method. It is configured to be possible and the attachment position of the electrode is possible for all parts of the scalp, such as the frontal lobe, frontal lobe, temporal lobe, parietal lobe, occipital lobe, and other areas as well as the electrode placement method of the existing 10-20 system.

아날로그 회로부(32)는 기존의 자발 뇌파(EEG)와 같이 두피에서 나오는 신호를 수동적으로 측정할 수도 있고, 상기 자극발생부(10)에 의해 발생되어 사용자에게 가해진 자극에 대해 사용자에게서 발생되는 유발 전위를 측정할 수도 있다. 그리고, 상기 아날로그 회로부(32)는 자발 전위(EEG)와 유발 전위(ERP) 모두 신호 증폭부, 잡음 제거부(noise cancelation filter), 저역 통과 필터부(low pass filter) 등으로 구성되며, 상기 아날로그 회로부(32)는 전극부(31)를 통해 입력되는 유발 전위를 미리 설정된 레벨까지 증폭시킨 후 증폭된 신호로부터 잡음을 제거한 후 저역 통과 필터부를 통해 필터링 하여 A/D 컨버터(33)로 출력되도록 한다.The analog circuit unit 32 may passively measure a signal from the scalp, such as a conventional spontaneous electroencephalogram (EEG), and induce a potential generated by a user with respect to a stimulus generated by the stimulus generator 10 and applied to the user. Can also be measured. The analog circuit part 32 includes a signal amplifying part, a noise canceling filter, a low pass filter, and the like, for both the spontaneous potential EEG and the induced potential ERP. The circuit part 32 amplifies the induced potential input through the electrode part 31 to a predetermined level, removes noise from the amplified signal, and filters the low-pass filter to output the A / D converter 33. .

그리고, 아날로그 회로부(32)에 의해 측정된 자발 전위와 유발 전위는 A/D 컨버터(33)로 입력되어 디지털 신호로 변환된다. 상기와 같이 디지털 신호로 변환된 유발 전위는 합산부(34)에 의해 합산된 후 다시 평균회로부(35)에 의해 평균화되어 특징점을 검출할 수 있는 신호로 변환되어 특징점 검출부(40)로 입력된다.The spontaneous potential and the induced potential measured by the analog circuit unit 32 are input to the A / D converter 33 and converted into digital signals. The induced potential converted into a digital signal as described above is summed by the adder 34 and then averaged by the average circuit 35 to be converted into a signal capable of detecting the feature point and input to the feature point detector 40.

상기와 같이 신호 수신부(30)에 의해 생성된 특징점 추출신호가 특징점 검출부(40)로 입력되면, 상기 특징점 검출부(40)는 상기 입력된 신호로부터 특징점을 검출할 수 있는 파라메터를 추출한다.When the feature point extraction signal generated by the signal receiver 30 is input to the feature point detector 40, the feature point detector 40 extracts a parameter capable of detecting the feature point from the input signal.

상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은 여러 번의 자극에 따라서 유발 전위의 합, 평균, 표준편차, 분산값을 산출하여 통계적 파라미터를 추출하고, 추출된 통계적 파라미터에 의해 검출된다.A feature point using the spontaneous potential or induced potential detected by the feature point detector 40 extracts a statistical parameter by calculating a sum, average, standard deviation, and variance of the induced potentials according to a plurality of stimuli, and extracts the statistical parameter. Is detected by.

그리고, 상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은, 우선 자발 전위에서, 일정 시간 동안 아날로그 필터 혹은 디지털 필터를 사용하여 뇌파의 델타(0~4Hz), 쎄타(4~8Hz), 알파(8~12Hz), SMR(12~15Hz), 베타(15~30Hz), 감마(30~50Hz) 등의 주파수 성분으로 구분하여 메모리에 저장하거나, 원시 데이터(Raw Data)를 0.5초 혹은 1초 등의 일정 시간 간격(time epoc)으로 나누어 FFT(Fast Fourier Transform) 알고리즘을 이용해서 주파수 성분을 추출하여 메모리(90)에 저장한다.The characteristic point using the spontaneous potential or the induced potential detected by the feature point detection unit 40 is, first, at the spontaneous potential, using an analog filter or a digital filter for a predetermined time, delta (0 to 4 Hz), theta ( 4 ~ 8Hz), alpha (8 ~ 12Hz), SMR (12 ~ 15Hz), beta (15 ~ 30Hz), gamma (30 ~ 50Hz), etc., divided into frequency components and stored in memory or raw data (Raw Data) Is divided into time epocs, such as 0.5 seconds or 1 second, and frequency components are extracted using a Fast Fourier Transform (FFT) algorithm and stored in the memory 90.

메모리(90)에 저장된 데이터에서 각 채널별 대역별 주파수 성분들의 전위값(amplitude)을 일정 시간 동안 추출하여 각각을 별도의 메모리(90)에 저장한 후에 평균, 표준편차, 분산 등의 확률 통계값을 계산한다. 하나의 채널에서 각 주파수 대역의 상대적인 비율 즉, 좌반구와 우반구 각각의 알파와 쎄타의 비율, 알파와 베타의 비율, SMR과 쎄타의 비율, 베타와 쎄타의 비율 등을 계산한다.Probability statistical values such as mean, standard deviation, and variance after extracting the amplitude values of the frequency components of the respective bands from the data stored in the memory 90 for a predetermined time and storing each in a separate memory 90 Calculate The relative ratio of each frequency band in one channel, that is, the ratio of alpha and theta, the ratio of alpha and beta, the ratio of SMR and theta, and the ratio of beta and theta, are calculated.

channel 1: Alpha_Left(1)/Theta_Left(1), Alpha_Right(1)/Theta_Right(1)channel 1: Alpha_Left (1) / Theta_Left (1), Alpha_Right (1) / Theta_Right (1)

Alpha_Left(1)/Beta_Left(1), Alpha_Right(1)/Beta_Right(1)Alpha_Left (1) / Beta_Left (1), Alpha_Right (1) / Beta_Right (1)

SMR_Left(1)/Theta_Left(1), SMR_Right(1)/Theta_Right(1)SMR_Left (1) / Theta_Left (1), SMR_Right (1) / Theta_Right (1)

Beta_Left(1)/Theta_Left(1), Beta_Right(1)/Theta_Right(1)Beta_Left (1) / Theta_Left (1), Beta_Right (1) / Theta_Right (1)

channel 2: Alpha_Left(2)/Theta_Left(2), Alpha_Right(2)/Theta_Right(2)channel 2: Alpha_Left (2) / Theta_Left (2), Alpha_Right (2) / Theta_Right (2)

Alpha_Left(2)/Beta_Left(2), Alpha_Right(2)/Beta_Right(2)Alpha_Left (2) / Beta_Left (2), Alpha_Right (2) / Beta_Right (2)

SMR_Left(2)/Theta_Left(2), SMR_Right(2)/Theta_Right(2)SMR_Left (2) / Theta_Left (2), SMR_Right (2) / Theta_Right (2)

Beta_Left(2)/Theta_Left(2), Beta_Right(2)/Theta_Right(2)Beta_Left (2) / Theta_Left (2), Beta_Right (2) / Theta_Right (2)

. .. .

. .. .

. .. .

channel N: Alpha_Left(N)/Theta_Left(N), Alpha_Right(N)/Theta_Right(N)channel N: Alpha_Left (N) / Theta_Left (N), Alpha_Right (N) / Theta_Right (N)

Alpha_Left(N)/Beta_Left(N), Alpha_Right(N)/Beta_Right(N)Alpha_Left (N) / Beta_Left (N), Alpha_Right (N) / Beta_Right (N)

SMR_Left(N)/Theta_Left(N), SMR_Right(N)/Theta_Right(N)SMR_Left (N) / Theta_Left (N), SMR_Right (N) / Theta_Right (N)

Beta_Left(N)/Theta_Left(N), Beta_Right(N)/Theta_Right(N)Beta_Left (N) / Theta_Left (N), Beta_Right (N) / Theta_Right (N)

메모리(90)에 저장된 원시 뇌파(Raw Data)를 각 채널별로 일정한 시간 간격(time epoc)으로 나누고 각 채널 간(inter-channel) 시간 축 상에서의 상관관계(correlation)와 한 채널 내에서의 대역별 데이터 간의 상관관계(correlation)를 구한다.Raw EEG data stored in the memory 90 is divided into regular time epocs for each channel, and the correlation on the inter-channel time axis and each band within one channel Find the correlation between the data.

일정 시간 혹은 각 주파수 대역별로 나눈 데이터에서 좌반구(left hemisphere)와 우반구(right hemisphere) 데이터 사이, 혹은 전반구(anterior)와 후반구(posterior) 사이의 대칭성(symmetry)을 구한다. 대칭성(symmetry)은 전압 대칭성(amplitude symmetry)과 위상 대칭성(phase symmetry)으로 나눌 수 있다.The symmetry between the left hemisphere and the right hemisphere data, or between the anterior and the posterior sphere is obtained from the data divided by each time or frequency band. Symmetry (symmetry) can be divided into voltage symmetry (amplitude symmetry) and phase symmetry (phase symmetry).

다(多)채널의 데이터 중에서 임의의 두 채널의 시간 축 데이터에 있어서의 코히어런스(coherence)를 구한다.Coherence in time axis data of any two channels is obtained from multichannel data.

x(t), y(t)를 시간 축에서의 두 EEG 데이터라고 하고, X(w), Y(w)를 두 데이 터의 푸리에 변환값(fourier transform)이라고 한다면, 임의 주파수 w에 대하여 코히어런스(coherence) Rxy는,If x (t) and y (t) are the two EEG data on the time axis, and X (w) and Y (w) are the Fourier transforms of the two data, then code for any frequency w. The coherence Rxy is

Figure 112006025480627-pat00001
Figure 112006025480627-pat00001

여기서, H(w)는 상기 기술한 각 뇌파 주파수 밴드별 전달함수(transfer function),Here, H (w) is a transfer function for each EEG frequency band described above,

Ex = |H(w)|2X(w)2dw, Ey = |H(w)|2Y(w)2dwEx = | H (w) | 2 X (w) 2 dw, Ey = | H (w) | 2 Y (w) 2 dw

또한, 각 채널별 일정 시간(time epoc)에 따른 각 주파수 대역별 뇌파 즉, 델타, 쎄타, 알파, SMR, 베타 성분의 시간과 주파수에 대한 확률분포와 왜곡도(skewness), 첨도(sharpness) 등을 계산한다.In addition, probability distributions, skewness, sharpness, etc. of time and frequency of EG, delta, theta, alpha, SMR, and beta components of each frequency band according to a time epoc of each channel, etc. Calculate

또한, 상기 특징점 검출부(40)에 의해 검출되는 유발 전위를 이용한 특징점은 뇌파 유발 전위에서 발생되는 양전위(positive potential), 음전위(negative potential)를 띄는 정점(peak), 극성(polarity), 자극 제시 후 신호가 나타나는 데 까지 소요되는 시간을 나타내는 잠재시간(latency) 등을 포함한다.In addition, a feature point using the induced potential detected by the feature point detector 40 may present a peak, polarity, and stimulus having a positive potential and a negative potential generated at an EEG-induced potential. Latency, etc., which represents the time taken for the post-signal to appear.

분석 또는 훈련하고자 하는 인지력 과제, 예를 들어 공간 지각력의 경우 공간 지각력을 측정할 수 있는 도형 그림과 같은 문제를 컴퓨터 화면 혹은 프린트된 인쇄물의 형태로 사용자에게 제시하고 회전 혹은 이동된 형태의 같은 도형을 찾게 하는 과제를 준다. 사용자는 과제를 해결하기 위해서 공간 지각력과 관련된 두뇌의 기능과 영역을 사용하게 되고 이때에 전전두엽, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽 등에서 발생되는 뇌파를 뇌파 측정용 회로를 통하여 측정한다. 측정된 뇌파 데이터는 제어부(70)의 제어에 따라 메모리(90)에 저장되고, 여러 번의 자극 혹은 과제를 제시하여 발생되는 뇌파 신호를 메모리(90)에 각각 저장하고 일련의 과제 제시 수행이 끝나면, 메모리(90)에 저장된 뇌파 데이터들의 합산을 취한 후 평균을 취함으로써 잡음(noise)을 제거한다.In the case of the cognitive task to be analyzed or trained, for example, spatial perception, a problem such as a figure drawing to measure the spatial perception is presented to the user in the form of a computer screen or printed print, and then rotated or moved. Give them assignments to find. In order to solve the task, the user uses the functions and regions of the brain related to spatial perception, and at this time, the brain waves generated in the frontal lobe, frontal lobe, parietal lobe, temporal lobe, and occipital lobe are measured through the EEG measurement circuit. The measured EEG data is stored in the memory 90 under the control of the controller 70, and after storing the EEG signals generated by presenting a plurality of stimuli or tasks in the memory 90 and performing a series of tasks, Noise is removed by taking the sum of the EEG data stored in the memory 90 and taking the average.

뇌전위 = EEG(자발 전위) + ERP(유발 전위)Brain potential = EEG (voluntary potential) + ERP (cause potential)

첫 번째 자극 혹은 과제에 의한 뇌전위 = EEG(1) + ERP(1)Brain potential due to the first stimulus or task = EEG (1) + ERP (1)

+ + ++ + +

두 번째 자극 혹은 과제에 의한 뇌전위 = EEG(2) + ERP(2)Brain potential due to second stimulus or task = EEG (2) + ERP (2)

. . .. . .

. . .. . .

+ + ++ + +

N 번째 자극 혹은 과제에 의한 뇌전위 = EEG(N) + ERP(N)Brain potential due to Nth stimulus or task = EEG (N) + ERP (N)

뇌전위 =

Figure 112006025480627-pat00002
{EEG(N) + ERP(N)}Brain potential =
Figure 112006025480627-pat00002
{EEG (N) + ERP (N)}

여기서 EEG는 ERP 신호에 비해 비주기적(non-periodic)하고 랜덤(random)하며 신호간 유사성(uncorrelated)이 적으므로 계속해서 평균을 취하게 되면 ERP 성분만 강조되어 ERP를 제외한 나머지 성분들은 줄어들게 되어 잡음(noise)을 제거하는 효과를 갖는다.Here, since EEG is non-periodic, random, and less signal-related than the ERP signal, if it is averaged continuously, only the ERP component is emphasized, and the rest of the components except ERP are reduced. It has the effect of removing noise.

평균이 취해진 유발 전위에 있어서, 그 진폭의 크기를 측정하여 정적정점 (positive peak), 부적정점(negative peak), 즉 P1(첫 번째 positive peak), P2(두 번째 positive peak), N1(첫 번째 negative peak), N2(두 번째 negative peak) 등을 구한다. 자극 혹은 과제 제시 후 각 정점(peak)까지 걸린 시간 즉, 약 100msec, 200msec, 300msec, 400msec 등의 시간을 측정하여 그 극성과 시간의 정도에 따라서 N100(negative 100msec), P300(positive 300msec), N400(negative 400msec) 등을 측정한다.For the averaged induced potential, measure the magnitude of the amplitude to determine the positive and negative peaks, that is, P1 (first positive peak), P2 (second positive peak), and N1 (first negative peak), N2 (second negative peak), and so on. After presentation of the stimulus or task, the time taken to each peak, that is, about 100msec, 200msec, 300msec, 400msec, etc. is measured and N100 (negative 100msec), P300 (positive 300msec), N400 depending on the polarity and the degree of time. (negative 400 msec) and the like are measured.

전전두엽, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽의 각종 위치에 쌍극자 방식(bipolar), 혹은 단극자 방식(unipolar)으로 부착된 전극의 수만큼 상기의 특징점들을 측정 혹은 계산하여 메모리(90)에 저장한다.The feature points are measured or calculated by the number of electrodes attached to the frontal lobe, the frontal lobe, the parietal lobe, the temporal lobe, and the occipital lobe in a bipolar or unipolar manner, and are stored in the memory 90.

제어부(70)는 상기와 같이 상기 특징점 검출부(40)에 의해 특징점이 검출되면, 상기 특징점이 분석부(50)로 출력되도록 하고, 분석부(50)는 상기 특징점을 이용하여 사용자의 인지력을 분석한다. 즉, 분석부(50)는 뇌파의 전기신호의 자발 전위와 유발 전위를 이용해서 깊은 수면 상태, 얕은 수면 상태, 명상 상태, 집중도, 안정도, 감성도, 각성도, 이완도, 좌우뇌 균형도, 좌뇌 활성도, 우뇌 활성도, 운동 능력 지수 등을 산출한다.When the feature point is detected by the feature point detector 40 as described above, the controller 70 outputs the feature point to the analyzer 50, and the analyzer 50 analyzes the cognitive power of the user using the feature point. do. That is, the analysis unit 50 uses a spontaneous potential and an induced potential of an electric signal of an EEG, to sleep, to sleep, to meditate, to concentrate, to stability, to sensitivity, to arousal, to relaxation, to left and right brain balance, Left brain activity, right brain activity, exercise ability index, etc. are calculated.

그리고, 상기 분석부(50)는 자발 전위에서 추출된 특징점들 과제 제시부(20)에서 제시하는 과제에 따라 일정 시간의 잠재시간(latency)후에 발생되는 P300, N400, N100, N200과 같은 양전위(positive potential)를 띄는 정점(peak) 혹은 음전위(negative potential)를 띄는 정점(peak)의 크기(amplitude)와 과제 제시 시작 후부터 정점(peak)이 발생되는 데까지 걸리는 시간, 여러 번의 동일한 과제 제시 후 발생되는 생체 신호들의 평균, 분산, 상관관계 등을 이용해서 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각력, 수리력, 암기력, 기억력, 분석력, 판단력, 제어능력에 관련된 과제에 따른 인지 능력, 인지속도, 작업 부하도 등의 지수를 산출한다.And, the analysis unit 50 is a positive potential such as P300, N400, N100, N200 generated after a certain period of time (latency) in accordance with the task presented by the feature point task presentation unit 20 extracted from the spontaneous potential ( Amplitude of the peak with positive potential or negative potential, the time it takes from the start of the assignment to the peak, and after several presentations of the same Cognitive, cognitive speed, and workload based on tasks related to reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memorization, memory, analysis, judgment, and control by using average, variance, and correlation of biological signals Calculate an index such as

분석부(50)에서는 분석하고자 하는 두뇌의 기능에 따라 과제 제시부에서 해당되는 과제가 제시되고 제시된 과제에 따라 사용자가 일정한 문제 풀이 형식의 작업을 수행한다. 제시된 과제를 숙지하고 문제를 해결해 나감으로써, 사용자의 두뇌는 해당되는 영역 혹은 기능들이 활성화된다. 이 때 활성화 되는 영역의 기능에 따라서 발생되는 유발 전위는 각 과제의 종류 또는 과제를 수행하는 사용자의 두뇌 계발 정도에 따라서 유의적으로 구분 가능한 전위값(amplitude), 시간 지연 값(latency), 평균, 분산과 같은 확률 통계 값이 달라지게 된다. 이러한 값들을 가지고 사용자의 현재 상태를 나타내는 지표, 즉 해당 과제를 해결하는 당시의 집중력, 각성도, 안정도, 문제 해결 시간, 반응 시간, 정답을 맞추는 빈도인 정답률, 오답을 맞추는 빈도인 오답률, 과제를 수행하는 동안에 사용되는 두뇌의 영역, 두뇌의 활용 정도, 두뇌의 부하 정도 등을 측정 혹은 계산하고 이를 데이터베이스화 한다. 이때의 특징점 혹은 지수들은 나중에 훈련을 위한 threshold로 활용한다.In the analysis unit 50, a task corresponding to the task presenting unit is presented according to the function of the brain to be analyzed, and the user performs a predetermined problem solving format according to the proposed task. By knowing the task presented and solving the problem, the user's brain activates the corresponding area or function. At this time, the induced potential generated according to the function of the activated area can be distinguished according to the kinds of tasks or the degree of brain development of the user who performs the task. Probability statistics, such as variance, will be different. Using these values, you can find an indicator of the user's current status: concentration, arousal, stability, problem solving time, response time, correct answer rate for correct answer, incorrect answer rate for correct answer, and task for correct answer. The area of the brain used during the execution, the utilization of the brain, the load of the brain, etc. are measured or calculated and the database is calculated. The feature points or indices at this point are used as a threshold for training later.

예를 들어, 사용자의 기억력 능력을 분석하기 위해서는 먼저 기억력을 측정할 수 있는 과제 즉, 숫자, 문자, 그림, 도안, 도형 등의 시각 정보를 사용자에게 보여주거나 소리, 음악, 단어, 문장과 같은 청각 정보 등을 사용자에게 들려주고 그 문제에 해당되는 해결책을 찾음으로써 사용자의 뇌는 기억력과 관련된 영역과 기능이 활성화된다. 이때에 발생되는 뇌파에서 상기 기술한 특징점들 즉, Alpha_Left/Beta_Left, Alpha_Right/Theta_Right와 같은 각 대역별 비율을 추출하여 기억력 과제 수행시의 안정도(relaxation), 주의도(attention), 집중도(concentration)와 같은 뇌파 지수를 계산하고, P300, N400, N100과 같이 기억력 과제 제시 후 나타나는 유발 전위의 전위(amplitude)와 시간 지연(latency)을 이용해서 문제 해결 시간, 반응 강도, 두뇌의 활용 정도, 두뇌의 부하 정도 등의 분석값들을 계산하고 주어진 과제의 정답률과 오답률을 구하고 메모리에 저장한다.For example, in order to analyze a user's memory ability, a task that can measure memory, that is, a visual information such as numbers, letters, pictures, drawings, and figures, is shown to the user, or sounds such as sounds, music, words, and sentences are heard. By presenting information to the user and finding a solution to the problem, the user's brain activates areas and functions related to memory. From the EEG generated at this time, the above-mentioned feature points, that is, the ratio of each band such as Alpha_Left / Beta_Left and Alpha_Right / Theta_Right, are extracted to provide stability, attention, concentration, and concentration when performing memory tasks. Calculate the same EEG indices and solve problem time, response intensity, brain utilization, and brain load by using the amplitude and time lag of the triggering potential that appears after presentation of memory tasks such as P300, N400, and N100. Calculate the analytical values, such as degree, and calculate the correct and incorrect rates for a given task and store them in memory.

저장된 분석값들의 100%, 70%, 혹은 50% 정도를 훈련을 위한 threshold로 삼고 훈련시에 계산되는 분석값들과의 비교를 위한 기준값으로 삼는다. Use 100%, 70%, or 50% of the stored assays as the threshold for training and the reference for comparison with the analysis calculated during training.

마지막으로, 제어부(70)는 두뇌 훈련부(60)를 제어하여 상기 분석부(50)에 의해 분석된 자료나 산출된 지수를 바탕으로 두뇌 훈련용 과제를 선택하여 사용자에게 제공될 수 있도록 한다.Finally, the control unit 70 controls the brain training unit 60 to select a task for brain training based on the data analyzed by the analysis unit 50 or the calculated index to be provided to the user.

두뇌 훈련부(60)에서는 먼저, 훈련하고자 하는 두뇌의 기능에 대한 상기 분석부에서와 같은 기본 지수 분석이 완료된 후에, 분석 시에 사용되던 과제 혹은 문제와 유사한 훈련용 과제를 제시하고, 그 때에 발생되는 뇌파를 가지고 상기 특징점 추출부와 분석부와 같은 방식으로 특징점을 추출 분석하고, 분석부에서 결정된 threshold 값을 기준으로 threshold 값보다 높으면 제시된 훈련용 과제가 쉽게 해결될 수 있도록 사용자에게 다시 제시된다. 이러한 방식으로 사용자에게 피드백을 줌으로써 사용자의 인식 체계는 훈련하고자 하는 뇌기능을 활성화시키고 향상시키게 된다.In the brain training unit 60, first, after completing the basic exponential analysis as in the analysis unit for the function of the brain to be trained, it presents a task for training similar to the task or problem used in the analysis and is generated. With the EEG, the feature points are extracted and analyzed in the same way as the feature point extractor and the analyzer, and if the value is higher than the threshold value based on the threshold value determined by the analyzer, the proposed training task is presented to the user so that it can be easily solved. By giving feedback to the user in this manner, the user's cognitive system activates and improves the brain function to be trained.

예를 들어, 공간 지각력을 훈련하기 위해서는, 우선 2차원 혹은 3차원의 공간 도형을 컴퓨터 화면이나 프린트된 문서를 통해서 사용자에게 보여주거나 실제로 만들어진 2차원 혹은 3차원의 도구 등을 사용자에게 주고 일정한 과제를 주어 실행하게 하면, 시각 혹은 촉각 등의 감각 기관을 통해서 두뇌가 과제를 인식하고 주어진 해당 과제를 해결하려고 함으로써 공간 지각 능력과 관련된 뇌의 영역과 기능들이 활성화되고 그에 따라 뇌파가 변하게 된다. 이 때 발생되는 유발 뇌파에서 상기 기술한 동일한 특징점들을 추출하여 상기 분석부에서 설정된 threshold와 비교하여 threshold 보다 일정 이상 높은 값을 가지면 연결된 컴퓨터 모니터 상에서 긍정적인 영상 혹은 사운드를 통하여 사용자에게 알려주고, 주어진 훈련용 과제가 쉽게 해결되도록 하는 방향으로 과제가 새롭게 진행된다. threshold 보다 낮은 값을 갖게 되면 컴퓨터 모니터 상에서 부정적인 영상 혹은 사운드를 사용자에게 제시하고 과제의 난이도나 문제 해결이 어려운 쪽으로 진행시켜서 사용자의 인식 체계로 하여금 긍정적인 신호를 보다 많이 발생시키도록 유도하는 것이 훈련의 방식이다.For example, in order to train spatial perceptual power, first, users can present two-dimensional or three-dimensional spatial figures to users through computer screens or printed documents, or give users two-dimensional or three-dimensional tools that are actually created, and perform certain tasks. In this case, the brain recognizes a task through sensory organs such as visual or tactile and attempts to solve a given task, thereby activating the brain regions and functions related to spatial perception ability and changing brain waves accordingly. In this case, the same feature points described above are extracted from the triggered EEG, and when compared with the threshold set by the analysis unit, if the value is higher than a certain threshold, the user is informed through a positive image or sound on the connected computer monitor, and given training. In order to solve the problem easily, the task is newly progressed. When the value is lower than the threshold, it is recommended to present negative images or sounds to the user on the computer monitor and to proceed to the difficulty or problem solving of the task to induce the user's recognition system to generate more positive signals. That's the way.

이상의 본 발명은 상기 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 포함되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention included in the appended claims.

상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명은 유발 전위를 이용하여 암기력, 기억력, 수리력, 이해력, 추론능력, 판단능력, 공간 지각력, 읽기, 말하기, 쓰기와 같은 언어능력 등의 사용자의 인지적 학습 능력 등을 각각의 항목에 대해서 분석하고 그 각각의 항목에 대한 사용자의 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.The present invention having the configuration and operation and the preferred embodiment as described above uses the triggering potential to memorize, memory, numeracy, comprehension, reasoning ability, judgment ability, spatial perception, language ability such as reading, speaking, writing and the like of the user It is effective to analyze cognitive learning ability for each item and to improve the user's ability for each item.

이에, 본 발명은 기존의 Bio Feedback, Neuro Feedback 두뇌 훈련법에서 발전된 두뇌 훈련법을 제공할 수 있도록 한다.Accordingly, the present invention can provide a brain training method developed from the existing Bio Feedback, Neuro Feedback brain training method.

Claims (13)

인체 유발 전위를 기반으로 하는 두뇌 분석/계발 장치에 있어서,In the brain analysis / development device based on human induced potential, 자극을 제시하는 자극 발생부;A stimulus generator for presenting a stimulus; 인지력 과제를 제공하는 과제 제시부;A task presenter for providing a cognitive task; 상기 자극 발생부의 자극 및 상기 과제 제시부의 인지력 과제에 반응하여 사용자에 의해 발생되는 유발 전위를 측정하는 신호 수신부;A signal receiver for measuring an induced potential generated by a user in response to a stimulus of the stimulus generator and a cognitive task of the task presenter; 상기 신호 수신부의 유발전위에서 파라메터를 추출하는 특징점 검출부;A feature point detector extracting a parameter from an induced potential of the signal receiver; 상기 특징점 검출부에 의해 추출된 특징점을 이용해서 사용자의 인지력을 분석하는 분석부;An analysis unit for analyzing a cognitive ability of the user using the feature points extracted by the feature point detector; 상기 분석된 자료를 바탕으로 두뇌 훈련용 과제를 제시하는 두뇌 훈련부;A brain training unit for presenting a brain training task based on the analyzed data; 디지털 변환부에 변환된 사용자의 유발 전위 데이터를 저장하는 메모리부;A memory unit for storing the triggered potential data of the user converted into the digital converter; 사용자의 요청에 응하여 유발 전위에 의해 두뇌가 계발될 수 있도록 전체 시스템을 제어하는 제어부; 및A control unit for controlling the entire system so that the brain can be developed by the triggering potential in response to a user's request; And 상기 제어부의 제어에 따라 영상신호 또는 음향신호를 출력하는 출력부;An output unit which outputs a video signal or an audio signal under the control of the controller; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis / development device using the induced potential, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 자극 발생부는, The method of claim 1, wherein the stimulus generating unit, 시각, 청각, 후각, 그리고 촉각 중 적어도 하나 이상의 감각 기관을 직접 혹은 간접으로 자극하는 영상신호, 음성 신호, 향기 또는 사용자의 손과 발 또는 기타 신체를 이용하는 기구, 도구 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.At least one of visual, auditory, olfactory, and tactile visual signals, audio signals, scents, or instruments or tools that use the user's hands and feet or other bodies to directly or indirectly stimulate at least one sensory organ. Brain analysis / development device using induced potentials. 제 1 항에 있어서, 상기 자극 발생부는,The method of claim 1, wherein the stimulus generating unit, 두피를 포함하는 인체 각 부위를 포함하는 체표에서 전기적인 신호, 전자장, 레이저 또는 초음파를 발생시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis / development device using induced potential, characterized in that to generate and supply an electrical signal, an electromagnetic field, a laser or an ultrasonic wave in the body surface including each part of the human body including the scalp. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 수신부는,The method of claim 1, wherein the signal receiving unit, 두피에 10-20 시스템의 전극 배치법 혹은 전전두엽, 전두엽, 측두엽, 두정엽, 후두엽의 필요한 위치에 단극자 방식(unipolar) 혹은 쌍극자 방식(bipolar)으로 전극을 부착하는 단채널(single channel) 혹은 다채널(multi channel) 방식의 전극부와,Single or multi-channel (10 or 20) system of electrode placement on the scalp or unipolar or bipolar to attach electrodes to the required locations of the frontal, frontal, temporal, parietal and occipital lobes. multi-channel electrode unit, 상기 자극 발생부에 의해 발생되어 사용자에게 가해진 자극에 대해 사용자에게서 발생되는 유발 전위를 상기 전극부를 통해 입력받아 측정하는 아날로그 회로부와,An analog circuit unit configured to receive and measure an induced potential generated by the user through the electrode unit with respect to the stimulus generated by the stimulus generator and applied to the user; 상기 아날로그 회로부에서 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 A/D 컨버터부와, An A / D converter unit for converting an analog signal output from the analog circuit unit into a digital signal; 상기 A/D 컨버터부의 디지털 신호를 합산하는 합산부와,An adder for adding up digital signals of the A / D converter; 상기 합산부에 의해 합산된 신호를 평균화시켜 특징점을 추출할 수 있는 신호를 생성하여 특징점 추출부로 출력하는 평균회로부로,An average circuit unit for generating a signal capable of extracting feature points by averaging the signal summed by the adder and outputting the signal to the feature point extracting unit; 이루어진 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis / development device using the induced potential, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 상기 과제 제시부는,According to claim 1, The problem presentation unit, 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각, 수리력, 기억력, 암기력, 추론, 종합 사고력 중 하나 또는 둘 이상을 포함하는 인지력을 측정할 수 있는 과제를 제공하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis using induced potentials that provides the task of measuring cognitive skills including one or more of reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memory, memorization, reasoning, and comprehensive thinking Enlightenment devices. 제 1 항에 있어서, 상기 과제 제시부는,According to claim 1, The problem presentation unit, 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 게임, 놀이 기구, 도구, 게임 장치, 서적과 같은 프린트된 자료, 영상자료, 음성 자료를 제공할 수 있는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis / development devices with triggered potentials that can provide computer programs, computer games, rides, tools, game devices, printed materials such as books, video and audio data. 제 1 항에 있어서, 상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은,The method of claim 1, wherein the feature point using the self-generated potential or the induced potential detected by the feature point detector, 여러 번의 자극에 따라서 유발 전위의 합, 평균, 표준편차, 분산 값을 산출하여 통계적 파라미터를 추출하고, 추출된 통계적 파라미터에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.A brain analysis / development apparatus using induced potentials, wherein statistical parameters are extracted by calculating the sum, mean, standard deviation, and variance of induced potentials according to multiple stimuli, and detected by the extracted statistical parameters. 제 7 항에 있어서, 상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발 전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은,The method of claim 7, wherein the feature point using the spontaneous potential or the induced potential detected by the feature point detection unit, 뇌파의 델타(delta)(0~4Hz), 쎄타(theta)(4~8Hz), 알파(alpha)(8~12Hz), SMR(Sensory Motor Rhythm)(12~15Hz), 베타(beta)(15~30Hz), 감마(gamma)(30~50Hz) 등의 주파수에서의 진폭, 평균, 표준편차와 각각 주파수 대역의 상대적인 비율, 각 주파수 대역 사이의 상관관계(correlation), 코히어런스(coherence), 확률분포, 특정한 파형의 발생 빈도, 좌우 반구의 대칭성(interhemispheric symmetries) 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치Delta (0 ~ 4Hz), Theta (4 ~ 8Hz), Alpha (8 ~ 12Hz), Sensory Motor Rhythm (SMR) (12-15Hz), Beta (15) 30 Hz), gamma (30-50 Hz), amplitude, mean, standard deviation and relative ratio of each frequency band, correlation between each frequency band, coherence, Brain analysis / development devices using induced potentials characterized by one or more of probability distribution, frequency of occurrence of specific waveforms, interhemispheric symmetries 제 8 항에 있어서, 상기 특징점 검출부에 의해 검출되는 자발전위, 또는 유발 전위를 이용한 특징점은,The method of claim 8, wherein the feature point using the self-generating potential or the induced potential detected by the feature point detector, 뇌파 유발 전위에서 발생되는 양전위(positive potential), 음전위(negative potential)를 띄는 정점(peak), 극성(polarity), 자극 제시 후 신호가 나타나는 데까지 소요되는 시간을 나타내는 잠재시간(latency) 중 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.One of the positive potential, the peak with negative potential, the polarity, and the latency that represents the time it takes for a signal to appear after stimulation. Brain analysis / development device using induced potentials, characterized in that more than one. 제 1 항에 있어서, 상기 분석부는,The method of claim 1, wherein the analysis unit, 뇌파의 자발 전위와 유발 전위를 이용해서 깊은 수면 상태, 얕은 수면 상태, 명상 상태, 집중도, 안정도, 감성도, 각성도, 이완도, 좌우뇌 균형도, 좌뇌 활성도, 우뇌 활성도, 운동 능력 지수 중 하나 또는 둘 이상의 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.One of deep sleep, shallow sleep, meditation, concentration, stability, sensitivity, arousal, relaxation, left and right brain balance, left brain activity, right brain activity, and exercise ability index Or a brain analysis / development device using induced potentials, characterized in that calculating two or more indices. 제 10 항에 있어서, 상기 분석부는,The method of claim 10, wherein the analysis unit, 읽기, 쓰기, 말하기, 듣기, 공간지각력, 수리력, 암기력, 기억력, 분석력, 판단력, 제어능력을 포함하는 인지 능력, 인지속도, 작업 부하도 지수를 산출하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis using induced potentials, which includes reading, writing, speaking, listening, spatial perception, numeracy, memorization, memory, analytic, judgment, control including cognitive ability, cognitive speed, and workload index Enlightenment devices. 제 1 항에 있어서, 상기 두뇌 훈련부는,The method of claim 1, wherein the brain training unit, 자발뇌파(EEG)를 이용한 바이오피드백 훈련 방식(biofeedback), 유발 뇌파 (ERP)를 이용한 바이오피드백 훈련 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Brain analysis / development apparatus using induced potential, characterized in that using the biofeedback training method using the spontaneous EEG (EEG), the biofeedback training method using the induced EEG (ERP). 제 12 항에 있어서, 상기 두뇌 훈련부는,The method of claim 12, wherein the brain training unit, 훈련을 위한 과제로는 컴퓨터 기반의 영상, 음성 신호, 컴퓨터 게임, 컴퓨터에 직렬 포트로 연결되는 주변장치로 제공되는 소리자극, 빛자극 장치, 컴퓨터를 기반으로 하지 않는 유형의 놀이 기구, 도구, 서적, 프린트된 인쇄물 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 유발 전위를 이용한 두뇌 분석/계발 장치.Tasks for training include computer-based imaging, audio signals, computer games, sound stimuli provided by a serial port connected to the computer, light stimulation devices, non-computer-based rides, tools, books Brain analysis / development device using the induced potential, characterized in that it comprises a printed matter.
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