KR101006107B1

KR101006107B1 - 피험자 반응 분석 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101006107B1
Application number: KR1020070110089A
Authority: KR
Inventors: 강만희
Original assignee: 강만희
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2011-01-07
Also published as: KR20080039807A

Abstract

본 발명은 피험자 반응 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 이 장치는 각 컨텐츠를 접하는 피험자의 뇌파를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 결과를 기초로, 상기 각 컨텐츠에 대한 상기 피험자의 반응을 분석하는 분석부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 각 컨텐츠에 대한 피험자의 집중도 등의 반응 정보를 뇌파 측정을 통하여 얻을 수 있다.

Description

피험자 반응 분석 장치 및 방법{apparatus and method for analyzing examinee's response}

도 1은 네 가지 파형에 대한 주파수 대역, 예시 파형, 뇌의 상태를 나타내는 테이블을 예시한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피험자 반응 분석 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 피험자 반응 분석 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 피험자 반응 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 컨텐츠에 대한 피험자의 집중도 등의 반응 정보를 뇌파 측정을 통하여 얻을 수 있도록 하는 피험자 반응 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

뇌파(brain wave)란 대뇌 피질을 구성하는 신경 세포 군들의 전기적 활동을 두피에서 측정한 uV 수준의 미세한 신호를 나타내며, EEG(Electro EncephaloGram) 란 뇌신경세포 활동에 수반되어 생성되는 전기적 변화를 측정, 기록하는 것을 의미한다.

뇌파 신호는 뇌의 활동, 측정 시의 상태 및 뇌 기능에 따라 시공간적으로 변화하는데 뇌파의 측정은 뇌 기능과 장애를 진단하기 위한 필수적인 과정이다.

측정된 뇌파는 1~50Hz의 와 약 10~200uV의 진폭을 가지며, 주파수와 전압의 차이에 따라 정상 수면 상태인 델타파(0.2~4Hz, 20~200uV), 정서적으로 안정된 경우의 세타파(4~7Hz, 20~100uV), 긴장이 이완되어 있는 상태인 알파파(8~12Hz, 20~60uV), 깨어 있을 때 나타나는 베타파(12~30Hz, 2~20uV), 흥분할 때 나타나는 감마파(30~50Hz, 2~20uV) 등으로 구분된다.

도 1은 네 가지 파형에 대한 주파수 대역, 예시 파형, 뇌의 상태를 나타내는 테이블을 예시한다. α파형은 8~12Hz 주파수에 20~60uV 크기의 파형으로서, 정상 성인이 안정된 정신 상태에서 발생되고, 특히 후두부 및 두정부에서 잘 관찰된다. β파형은 12~30Hz의 주파수를 가지며, 뇌의 활발한 활동에 의해 빠르고 불규칙한 형태로 나타나며, 특히 어린이의 두정부와 측두부에서 잘 관찰된다. θ파형은 4~7Hz의 주파수를 가지며, 어린이의 두정부와 측두부에서 관찰되고, 성인에게서는 수면 시나 깊은 실망 등의 스트레스가 있을 때 혹은 뇌 질환이 있을 때 관찰된다. δ파형은 4Hz 이하 주파수 신호이고, 유아에게서도 관찰되고, 성인에게서는 깊은 수면 시나 심한 뇌 질환 시에 나타날 수 있다.

특히 알파 리듬은 뇌의 고유한 리듬으로 근원지는 시상(thalamus)으로 알려져 있으며, 대뇌피질이 복잡한 작업을 하지 않고, 휴식을 취하고 있을 때 우세해지 며, 반대로 계산 등의 정보 처리를 할 경우에는 알파 차단 기전(alpha-blocking)에 의해 알파 파가 줄어들게 된다.

보통 눈을 뜬 상태에서 눈을 감게 되면, 후두엽에서 알파파가 증가하다가 다시 눈을 뜨는 알파파가 감소하는 현상이 쉽게 확인된다. 이는 눈을 뜨게 되면 외부 시각 자극에 의해 일차 시각 피질이 있는 후두엽에서 시각 정보 처리가 이루어져 알파 차단 효과에 의해 알파 소실 현상이 일어나기 때문이다.

일반적으로 졸리거나 서서히 의식이 없어질 수록 빠른 리듬은 서서히 사라지고 알파에서 쎄타, 델타 리듬 방향으로 점차 느려진 리듬이 우세해진다. 반대로, 암산, 추리 등의 작업을 수행하거나 정신적으로 지나치게 각성된 경우에는 느린 리듬은 서서히 사라지고 알파에서 베타, 감마 리듬 방향으로 점차 빠른 리듬이 우세해진다. 즉, 대뇌 피질 해당 부위에 있는 신경 세포 군의 전기적 활동이 왕성할 수록 그 부위에 혈류량이 많아지고, 포도당,산소 소모량이 증가하여 베타, 감마와 같은 빠른 뇌파 리듬이 나타나는 경향이 있다.

학습 능력은 경험 또는 연습의 결과로 생기는 영속적인 행동의 변화를 의미한다. 학습 의욕, 학습 동기, 정서적 안정, 성격 등도 학습 능력에 영향을 주지만, 대체적으로는 인지 능력, 집중력, 정보 처리 속도가 학습 능력을 좌우한다.

인지 능력은 공간 지각력, 기억력, 추리력, 어휘/수리력 등으로 구성되며, 다양한 기준의 IQ 테스트로 정량화되기도 한다. 그러나, IQ 검사 방법은 인간 인지의 중요한 일부 능력만을 측정하고, 어휘/ 수리력 등이 문화권 마다 달라질 수 있다는 성질을 크게 고려하지 않기 때문에 아주 객관적인 인지 능력 검사 방법으로 보기는 힘들다. 집중력은 외부 환경이나 개체 내부의 여러 자극 가운데에서 특정한 것을 분명하게 인식하거나 그것에만 반응하도록 정신을 집중시킬 수 있는 힘을 의미하며, 연속 수행 과제(continuous performance test : CPT) 등으로 검사된다.

그러나, 인지 능력, 집중력 등을 검사하는 상술한 종래의 방법들은 검사를 위한 전용 컨텐츠만을 사용해야 하거나, 각 컨텐츠에 대한 인지 능력, 집중력을 실시간으로 관측하기 힘들다는 한계가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 각 컨텐츠에 대한 피험자의 집중도 등의 반응 정보를 뇌파 측정을 통하여 얻을 수 있도록 하는 피험자 반응 분석 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제1 측면은 각 컨텐츠를 접하는 피험자의 뇌파를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 결과를 기초로, 상기 각 컨텐츠에 대한 상기 피험자의 반응을 분석하는 분석부를 포함하는 피험자 반응 분석 장치를 제공한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제2 측면은 (a) 각 컨텐츠를 접하는 피험자의 뇌파를 측정하는 단계; 및 (b) 상기 측정된 결과를 기초로, 상기 각 컨텐츠에 대한 상기 피험자의 반응을 분석하는 단계를 포함하는 피험자 반응 분석 방법을 제공한다.

이하, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피험자 반응 분석 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 측정부(200), 컨텐츠 제공부(210), 분석부(220), 분석 결과 제공부(230), 자극부(240), 및 기록부(250)를 포함하여 이루어진다.

측정부(200)는 각 컨텐츠를 접하는 피험자의 뇌파를 측정한다. 이러한 기능을 수행하는 측정부(210)는 두뇌의 특정 부위에 부착하는 EEG 전극들로 구비하는 뇌파계, 측정된 뇌파를 증폭하는 증폭기 등으로 구성될 수 있음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.

여기서, 각 컨텐츠는 시각적 특성, 청각적 특성, 촉각적 특성, 후각적 특성, 미각적 특성 중 적어도 하나의 특성을 갖는다. 이러한 컨텐츠의 예로서, 시각적, 청각적 특성을 갖는 동영상 컨텐츠, 시각적 특성을 갖는 이미지 컨텐츠, 청각적 특성을 갖는 오디오 컨텐츠, 진동 또는 굴곡 표면의 특성을 가진 접촉성 컨텐츠, 향기를 나타내는 발향성 컨텐츠, 각종 맛을 나타내는 음료 샘플 등의 컨텐츠 등을 들 수 있다.

바람직하게, 피험자 편의를 위해, 피험자 반응 분석 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 시각적 방법 및 청각적 방법 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 컨텐츠를 순차적으로 제공하는 컨텐츠 제공부(210)를 포함한다. 여기서, 컨텐츠 제공부(210)의 구현 예로는, 시각적 제공을 위한 LCD 등의 디스플레이 모듈, 청각적 제공을 위한 헤드폰, 이어폰, 스피커 등을 들 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 피험자 반응 분석 장치는 복수의 동영상, 복수의 이미지, 복수의 오디오 샘플을 컨텐츠 제공부(210)를 통하여 순차적으로 피험자에게 제공함으로써, 측정부(200)에 의해 측정된 뇌파를 통하여 피험자의 각 컨텐츠에 대한 반응을 획득할 수 있다.

분석부(220)는 측정부(200)로부터 측정된 뇌파 정보를 제공받아 피험자의 각 컨텐츠에 대한 반응을 분석한다. 여기서, 피험자의 각 컨텐츠에 대한 반응의 예로는 각 컨텐츠에 대한 집중도, 흥미도, 인지 능력, 학습 능력 등을 들 수 있다.

분석부(220)의 기본 원리는 다음과 같다. 컨텐츠를 접하는 피험자의 두뇌는 지각 -> 기억 -> 계산/추리/판단 -> 반응의 순서로 동작하게 되는데, 분석부(220)는 이러한 동작 과정 중에 측정되는 뇌파 정보를 기초로, 정량화된 객관적인 값인 진단 변수를 산출하여, 산출된 결과를 기초로, 각 컨텐츠에 대한 집중도, 흥미도, 인지 능력, 학습 능력 등을 산출한다. 여기서, 진단 변수의 예로는 인지 강도, 인지 속도, 집중도, 좌/우뇌의 활성도, 작업 부하도 등을 들 수 있다.

인지 강도는 인지 유발 파형(cognitive evoked wave)에 나타나는 인지 감마 피크(cognitive gamma-peak)의 진폭 변화량을 기초로 산출되며, 인지 속도는 인지 유발 파형에 나타나는 인지 감마 피크의 출현 시점을 기초로 산출되며, 집중력은 (SMR-베타 파의 전력 세기 + Mid-베타 파의 전력 세기) / 쎄타 파의 전력 세기를 기초로 산출되며, 작업 부하도는 스펙트럴 에지 주파수(spectral edge frequency)를 기초로 산출되며, 좌/우뇌 활성도는 감마 전력의 좌/우뇌 상대 출현 비율을 기초로 산출된다.

분석 결과 제공부(230)는 분석부(220)로부터 분석된 결과를 제공받아, 분석 결과에 대한 정보를 피험자에게 실시간으로 제공한다. 분석 결과의 예로는 상술한 각 컨텐츠에 대한 집중도, 흥미도, 인지 능력, 학습 능력 등을 들 수 있으며, 부가적으로 진단 변수를 포함할 수도 있다. 정보 제공 방법의 예로는 디스플레이 모듈을 이용하는 시각적 제공 방법 및 헤드폰 등을 이용하는 청각적 제공 방법을 들 수 있다. 이러한 제공 방법을 수행하는 분석 결과 제공부(230)의 일례로는 분석 결과 제공부(230)가 분석 결과에 대한 정보를 컨텐츠 제공부(210)에 의해 피험자에게 제공되는 컨텐츠에 중첩시켜 제공하는 것을 들 수 있다.

자극부(240)는 분석부(220)의 분석된 결과를 기초로, 소정의 희망 특성(desired feature)를 가진 뇌파를 발생시키도록 인위적인 자극을 피험자에게 가한다. 여기서, 소정의 희망 특성의 예로는, 분석부(220)의 분석 결과가 집중도 결여 또는 흥미도 결여를 나타내면, 집중도 충족 또는 흥미도 충족시에 발생되는 알파 파, 베타 파, 쎄타 파의 분포 특성을 들 수 있다. 또한, 인위적인 자극의 예로는 시각적 자극(예컨대, 시각적 경고 메시지), 청각적 자극(예컨대, 청각적 경고 메시지)을 들 수 있으며, 자극을 가하는 방법의 예로는 소정의 희망 특성을 가진 뇌파를 발생시키도록 하는 동영상, 이미지 파일, 오디오 샘플을 디스플레이 모듈, 헤드폰 등을 통하여 재생하는 방법을 들 수 있다. 이 방법에 대한 구현 예로는 컨텐츠 제공부(210)가 상기 각 컨텐츠를 시각적 방법 및 청각적 방법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피험자에게 제공하되, 분석부(220)에 의해 분석된 결과가 집중도 결여 또는 흥미도 결여를 나타내면, 집중도 또는 흥미도를 증가되도록 상기 각 컨텐츠를 변형하여 상기 피험자에게 제공하는 방법을 들 수 있다.

바람직하게, 피험자의 훈련에 사용될 컨텐츠를 추후에 선택하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 피험자 반응 분석 장치는 각 컨텐츠의 변형에 따른 피험자의 집중도 변화 또는 흥미도 변화에 대한 정보를 기록하거나, 분석부(220)에 의한 분석 결과를 기록하는 기록부(250)를 더 포함한다. 일례로, 컨텐츠 제공부(210)에 의해 제공되는 컨텐츠들이 이미지 컨텐츠들인 경우, 집중도 또는 흥미도를 증가되도록 각 이미지 컨텐츠를 변형하여 긍정적인 효과를 얻은 이미지 컨텐츠를 선택함으로써, 추후의 뉴로 피드백 기반의 두뇌 훈련에 사용될 수 있게 되어, 두뇌 훈련 효과의 극대화를 얻을 수 있다는 장점이 있다.

도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 피험자 반응 분석 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 3를 참조하면, 본 실시예에 따른 피험자 반응 분석 방법은 도 2에 도시된 피험자 반응 분석 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 피험자 반응 분석 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 피험자 반응 분석 방법에도 적용된다.

도 2를 참조하여 도 3에 도시된 흐름도를 설명하면 다음과 같다.

피험자는 컨텐츠 제공부(210)에 의해 복수의 컨텐츠를 순차적으로 제공받거나, 자신이 직접 복수의 컨텐츠를 순차적으로 접한다(S300).

측정부(200)는 각 컨텐츠를 접하는 피험자의 뇌파를 측정한다(S310). S310 단계의 구체적인 동작은 도 2에서 상술한 측정부(200)의 동작과 동일하므로 이하 설명은 생략한다.

분석부(220)는 측정부(200)로부터 측정된 뇌파 정보를 제공받아 피험자의 각 컨텐츠에 대한 반응을 분석한다(S320).

분석 결과 제공부(230)는 분석부(220)로부터 분석된 결과를 제공받아, 분석 결과에 대한 정보를 피험자에게 실시간으로 제공하고, 자극부(240)는 분석부(220)의 분석된 결과를 기초로, 소정의 희망 특성(desired feature)를 가진 뇌파를 발생시키도록 인위적인 자극을 피험자에게 가하고, 기록부(250)는 분석부(220)에 의한 분석 결과를 기록한다(S330).

이러한 S300, S310, S320 단계로 이루어지는 과정은 각 컨텐츠 단위 또는 각 컨텐츠의 일부 재생 구간 단위로 반복되다가 소정의 종료 조건(예컨대, 미리 설정된 시간의 경과, 미리 설정된 반복 회수 돌파)에 의해 자동적으로 종료되거나 피훈련자에 의해 종료된다.

본 발명은 또한 컴퓨터 등의 머신이 읽을 수 있는 기록매체에 머신이 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 머신이 읽을 수 있는 기록매체는 머신에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 머 신이 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 머신이 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 여러 머신에 분산되어, 분산방식으로 머신이 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 각 컨텐츠에 대한 피험자의 집중도 등의 반응 정보를 뇌파 측정을 통하여 얻을 수 있다.

Claims

시각적 방법 및 청각적 방법 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 컨텐츠를 순차적으로 피험자에게 제공하는 컨텐츠 제공부;

상기 복수의 컨텐츠 각각을 접하는 상기 피험자의 뇌파를 측정하는 측정부; 및

상기 측정된 뇌파를 기초로, 상기 각 컨텐츠에 대한 상기 피험자의 반응을 분석하는 분석부를 포함하고,

상기 분석부는, 상기 측정된 뇌파의 인지 유발 파형에 포함된 인지 감마 피크의 진폭 변화량 및 출현 시점을 기초로 인지 강도 및 인지 속도를 산출하고, 상기 산출된 인지 강도 및 인지 속도를 기초로, 인지 능력을 분석하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
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제1항에 있어서,

상기 분석부에서 분석된 결과에 대한 정보를 상기 피험자에게 실시간으로 제공하는 분석 결과 제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
제5항에 있어서, 상기 분석 결과 제공부는,

상기 정보를 시각적 방법 및 청각적 방법 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피험자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 분석부에서 분석된 결과를 기초로, 소정의 희망 특성(desired feature)을 가진 뇌파를 발생시키도록 인위적인 자극을 상기 피험자에게 가하는 자극부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
제1항에 있어서,

상기 분석부는, 상기 피험자의 각 컨텐츠에 대한 집중도 및 흥미도를 분석하고,

상기 컨텐츠 제공부는, 상기 분석부에서 분석된 결과가 집중도 결여 또는 흥미도 결여를 나타내면, 집중도 또는 흥미도를 증가되도록 상기 각 컨텐츠를 변형하여 상기 피험자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
제8항에 있어서,

상기 피험자의 훈련에 사용될 컨텐츠를 선택하기 위해, 상기 각 컨텐츠의 변형에 따른 상기 피험자의 집중도 변화 또는 흥미도 변화에 대한 정보를 기록하는 기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 장치.
(a) 시각적 방법 및 청각적 방법 중 적어도 하나를 이용하여 복수의 컨텐츠를 순차적으로 피험자에게 제공하는 단계;

(b) 상기 복수의 컨텐츠 각각을 접하는 상기 피험자의 뇌파를 측정하는 단계; 및

(c) 상기 측정된 뇌파를 기초로, 상기 각 컨텐츠에 대한 상기 피험자의 반응을 분석하는 단계를 포함하고,

상기 (c) 단계는,

(c1) 상기 측정된 뇌파의 인지 유발 파형에 포함된 인지 감마 피크의 진폭 변화량 및 출현 시점을 기초로 인지 강도 및 인지 속도를 산출하는 단계; 및

(c2) 상기 산출된 인지 강도 및 인지 속도를 기초로, 인지 능력을 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피험자 반응 분석 방법.
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제10항에 기재된 방법을 컴퓨터 상에서 실행시키기 위한 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.