KR101032924B1 - Ｅｅｇ 장치 및 ｅｅｇ 분석 방법 - Google Patents

Abstract

EEG 분석장치, 장치, 이를 이용한 뇌-뇌 인터페이스 장치, 거짓말 탐지기 및 EEG 분석 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 EEG 분석장치는 복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 각각 부착되는 전극 캡;상기 단위 EEG 센서로부터의 검출된 아날로그 EEG 신호를 디지탈 신호로 변환하는 복수 개의 디코딩부; 상기 복수 개의 디코딩부에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하며, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 디코딩된 Partial Directed Coherecne (PDC) 데이터 매트릭스를 계산하는 하이퍼 스캔 서버부; 상기 PDC 데이터 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 피험자 상호 간 및 각각의 뇌에서의 동적 PDC를 동시에 연산하는 중앙처리부; 및 상기 계산된 동적 PDC를 표시하는 표시부를 포함하며, 본 발명에 따른 EEG 분석장치는 뇌 내에서만 EEG 신호를 검출하는 종래 기술과 달리, 두 사람 이상의 뇌에서 벌어지는 상호 작용과 각각의 뇌에서의 벌어지는 내부 신호를 동시에 분석, 검출할 수 있다. 따라서, 사람과 사람 사이에 벌어지는 다양한 인터렉션을 뇌 레벨에서의 분석이 가능할 뿐만 아니라, 실질적인 뇌-뇌 인터페이스 장치 및 그 응용예로 사용 가능하다.

Description

ＥＥＧ 장치 및 ＥＥＧ 분석 방법{EEG analysis device, EEG device, brain-brain interface device and lie-detector using the same, and EEG analysis method}

본 발명은 EEG 분석장치, 장치, 이를 이용한 뇌-뇌 인터페이스 장치, 거짓말 탐지기 및 EEG 분석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 뇌 내에서만 EEG 신호를 검출하는 종래 기술과 달리, 두 사람 이상의 뇌에서 벌어지는 상호 작용과 각각의 뇌에서의 벌어지는 내부 신호를 동시에 분석, 검출할 수 있는 EEG 분석장치, 장치, 이를 이용한 뇌-뇌 인터페이스 장치, 거짓말 탐지기 및 EEG 분석 방법에 관한 것이다.

인간의 상호 작용에 따른 의사결정 및 소통 과정은 인간의 일상생활에 일반적인 현상이다. 이러한 인간의 상호 의사소통 및 경쟁적/협동적 의사 결정 과정은 모두 인간 각각의 뇌로부터 비롯된다.

이러한 뇌파를 분석하고자 하는 기술로서, Electroencephalography (EEG) 기술이 현재 의학적, 학술적, 상업적 목적으로 사용되고 있다. EEG는 인간의 뇌 내에서 뉴론의 작용에 따라 생성되는 전기적 신호를 기록하는 기술로서, 의학적인 관점에서 EEG는 짧은 시간 내에서 뇌의 자발적인 전기적 활성을 기록하는 것을 의미한다. 이러한 EEG는 보통 인간의 머리 부분에 접촉하는 복수의 전극으로부터 전기적 신호를 검출한다.

이러한 EEG 기술은 단순히 의학적인 목적 이외에 상업적인 목적으로도 사용된다. 예를 들면, 대한민국 특허 10-0696275호(이하 인용기술)는 EEG에 의하여 검출되는 인간의 뇌파와 기계의 상호 작용을 연구, 응용한다.

하지만, 종래의 모든 EEG 연구는 단일 개체인 인간의 뇌파의 연구에 국한되며, 특히 인간-인간 간의 상호 작용 시 발생하는 뇌파의 변화에 대한 연구는 없는 실정이다.

따라서, 본 발명의 과제는 인간-인간 상호 작용에 따른 뇌파 변화를 연구, 분석할 수 있는 새로운 개념의 EEG 분석 장치 및 이를 이용한 EEG 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 상기 EEG 장치를 응용하여, 인간-인간 상호 작용에 따른 뇌파 변화를 분석하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 본 발명의 EEG 장치를 이용한, 다양한 응용예를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 EEG 분석 장치에 있어서, 복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 각각 부착되는 전극 캡;상기 단위 EEG 센서로부터의 검출된 아날로그 EEG 신호를 디지탈 신호로 변환하는 복수 개의 디코딩부; 상기 복수 개의 디코딩부에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하며, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 PDC(Partial Directed Coherecne) 데이터 매트릭스를 계산하는 하이퍼스캔 서버부; 상기 PDC 데이터 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 피험자 상호 간 및 각각의 뇌에서의 동적 PDC를 연산하는 중앙처리부; 및 상기 계산된 동적 PDC를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 장치를 제공한다.

상기 복수 개의 전극 캡은 상기 하이퍼스캔 서버부에 동시에 연결되며, 본 발명의 일 실시예에서 복수 피험자는 2명이다. 이때 각각의 머리에 부착된 단위 EEG 센서는 N개이며, PDC 데이터 매트릭스는 피험자 각각의 EEG 채널을 행과 열에 나열한 2N X 2N로 매트릭스 중 PDC 값이 계산된 행과 열 만을 표시한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 부착되는 전극 캡; 상기 단위 EEG 센서로부터의 검출된 아날로그 EEG 신호를 디지탈 신호로 변환하는 복수 개의 디코딩부; 상기 복수 개의 디코딩부에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하며, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 디코딩된 PDC 데이터 매트릭스를 계산하는 제 1 하이퍼스캔 서버부; 상기 PDC 데이터 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 피험자 상호 간 및 각각의 뇌에서의 동적 PDC를 동시에 계산하는 중앙처리부; 상기 중앙처리부에 의하여 계산된 동적 PDC 정보를 인코딩하는 제 2 하이퍼스캔 서버부; 및 상기 인코딩된 PDC 정보를 직류 자극(DCS) 신호로 변환시키는 인코딩부; 및 상기 인코딩부에 의하여 변환된 직류 자극 신호를 입력 받아, 상기 피험자에 자극 신호를 제공하는, 상기 복수 개의 전극 캡에 각각 구비된 복수 개의 직류 자극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 장치를 제공한다.

상기 복수 개의 전극 캡은 상기 제 1 및 제 2 하이퍼스캔 서버부에 동시에 연결된다. 본 발명의 일 실시복수 피험자는 2명이며, 각각의 머리에 부착된 단위 EEG 센서는 N개이다.

상기 PDC 데이터 매트릭스는 피험자 각각의 EEG 채널을 행과 열에 나열한 2N X 2N로 매트릭스 중 PDC 값이 계산된 행과 열만을 표시하며, 동적 PDC는 시간 경과 에 따른 PDC 값의 변화를 나타낸다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기 EEG 장치를 이용한 뇌-뇌 인터페이스 장치를 제공하며, 상기 EEG 장치를 이용한 거짓말 탐지장치를 그 일 응용예로 제공한다.

상기 또 다른 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 복수의 피험자의 뇌로부터 복수 개의 EEG 신호를 검출하는 단계; 상기 EEG 신호를 디지털화시키는 단계; 상기 복수의 피험자로부터 검출된 상기 디지털화된 EEG 신호를 이용하여, 하나의 PDC 매트릭스를 계산하는 단계; 시간 경과에 따라 상기 PDC 매트릭스의 변화를 검출하는 단계; 및 상기 PDC 매트릭스의 변화를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 방법을 제공한다. 상기 PDC 매트릭스는 각각의 피험자들의 뇌에서 검출된 EEG 채널을 행과 열에 각각 나열한 매트릭스에서 PDC 값이 계산되지 않은 행과 열을 제거한 형태이며, 상기 EEG 신호는 복수의 피험자로부터 동시에 검출된다.

본 발명은 뇌와 뇌 사이의 인터렉션을 분석하기 위하여, 각각의 피험자에게 연결된 EEG 시스템을 하나의 하이퍼스캔 서버에 연결하고, 이를 동기화시킨 새로운 개념의 EEG 분석 장치 및 EEG 장치를 제공한다. 이를 통하여, 뇌 내에서만 EEG 신호를 검출하는 종래 기술과 달리, 두 사람 이상의 뇌에서 벌어지는 상호 작용과 각각의 뇌에서의 벌어지는 내부 신호를 동시에 분석, 검출할 수 있다. 따라서, 사람과 사람 사이에 벌어지는 다양한 인터렉션을 뇌 레벨에서의 분석이 가능할 뿐만 아 니라, 실질적인 뇌-뇌 인터페이스 장치 및 그 응용예로 사용 가능하다.

이하, 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하지만, 하기의 내용은 모두 본 발명을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 제한되거나, 한정되지 않는다.

본 발명은 사람(피험자)의 머리에 부착된 EEG 센서를 통하여, 사람의 뇌에서 발생한 뇌파 신호를 아날로그 형태로 검출한다. 본 발명은 EEG 센서를 통하여 단수 피험자가 아닌 복수 피험자의 뇌로부터 뇌파를 동시에 검출하고, 이를 동기화시킨 후, 하나의 동적 Partial Directed Coherence (PDC) 매트릭스 구성을 통하여, 시간의 변화에 따른 뇌파 변화와 사람간의 인터렉션에 따른 뇌파 변화를 동시에 분석, 검출한다. 이를 통하여, 피험자 복수의 상호작용 시 발생하는 EEG 신호 변화를 각각의 뇌 영역 수준에서 분석가능하다.

본 발명의 일 실시예는 복수의 피험자로부터의 EEG 신호를 동기화시킨 새로운 개념의 EEG 분석장치를 제공한다. 이하 도면을 이용하여 이를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEG 분석장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 EEG 분석 장치는 복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 각각 부착되는 전극 캡(110a, 110b)을 포함한다. 상기 전극 캡(110a, 110b)에 구비된 단위 EEG 센서는 피험자의 뇌로부터 발생하는 뇌파를 아날로그 형태로 검출한다. 만약, 상기 단위 EEG 센서의 수가 N개 인 경우, 한 사람의 피험자로부터 검출되는 EEG 신호 채널은 N개가 되며, 사람의 수가 M인 경우, 동일 시간대에 검출되는 전체 EEG 신호 채널은 M × N이 된다.

본 발명에 따른 EEG 분석 장치는 상기 EEG 신호, 즉, 단위 EEG 센서에 의하여 검출된 아날로그 형태의 EEG 신호를 디지털 신호로 변환시키는 디코딩부(120a, 120b)를 포함한다. 상기 디코딩부(120)는 아날로그 형태의 EEG 신호를 디지털 신호로 변환함으로써, 이후 동적 및 공간적인 뇌파 분석을 위한 매트릭스 형태의 PDC 데이터로 구성하게 된다.

본 발명에 따른 EEG 분석장치는 디코딩부(120)에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하고, 입력된 디지털 신호에 기초하여 디코딩된 PDC 데이터 매트릭스를 계산하는 하이퍼스캔 서버부(130)를 포함한다. 상기 하이퍼스캔 서버부(130)는 복수의 피험자로부터 검출된 EEG 신호를 동시에 저장, 입력받으며, 이를 위하여, 상기 하이퍼스캔 서버부(130)에 피험자 각각에 부착된 전극캡이 동시에 연결되며, 상기 전극캡으로부터의 모든 EEG 신호는 하이퍼스캔 서버부(130)로 입력, 저장된다. 본 발명은 더 나아가 두 개의 독립적인 전극 캡(110)으로부터 검출된(동시에 검출된) 신호를 시간적, 공간적 관점에서 분석하기 위하여 이를 하나의 매트릭스 형태로 구성한다.

본 발명은 뇌 내에서의 정보 전달 흐름을 분석하기 위하여, PDC이라는 개념을 사용한다. PDC는 Baccal 등에 의해서 제안된 개념으로 (Baccal and Sameshima, 2001; Kaminski et al., 2001 참조) 복수의 채널로부터 검출된 신호에 기반하여, 뇌에서의 인터렉션 및 정보 전달을 분석한다. 예를 들면, EEG 채널 X로부터 나온 시계열데이터 X(t)와 EEG 채널 Y로부터 나온 시계열데이터 Y(t) 가 있을 경우, 채널 X의 i 시간만큼 이전 데이터 X(t-i)의 정보로부터 채널 Y의 현재 데이터 Y(t) 가 잘 예측된다면, X(t)와 Y(t) 사이에 인과관계(causality)가 존재하고, 이 결과는 X(t)에서 Y(t) 방향으로 PDC값이 증가하는 것으로 정량화된다. 다시 말해 X(t)에서 Y(t)로 정보전달이 존재하는 것으로 예측되며, 이러한 정보 전달의 흐름(즉, 각 채널 간의 정보 전달 흐름)을 정량화한 수치가 PDC 값(정보)라 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 EEG 센서가 구비된 전극 캡(electrode cap)을 각자 부착한, 가격 제안자와 가격 수락자 사이의 가격 협상 과정에서 나타나는 각 당사자의 뇌파 변화를 측정하는 게임인 소위 "Ultimatum Game"을 수행하였으며, 이때 당사자 각각의 뇌파 변화와 함께 당사자 간의 유의미한 정보 전달 흐름을 뇌 수준에서 분석하였으며, 이를 위하여 본 발명은 공지된 방식에 따라 EEG 채널 간의 PDC 값을 계산하였다.

특히 본 발명은 복수의 피험자로부터 검출된 복수 채널의 EEG 신호를 하나의 매트릭스 형태로 구성하여, 피험자 각각의 뇌 영역 내에서의 정보 전달을 분석함과 동시에, 피험자 상호 간의 작용에 따른 정보 전달 흐름을 뇌 수준에서 분석할 수 있다. 상기 PDC 데이터 매트릭스는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 EEG 분석 장치는 상기 계산된 EEG 신호 매트릭스를 이용하여, 시간 경과에 따라 변화되는 동적 PDC 정보를 계산하는 중앙처리부(140)를 포함한다. 상기 중앙처리부(140)는 시간 경과에 따른 변화되는 PDC 정보(즉, EEG 채널 간의 인과관계 정도)를 계산하고, 이를 별도의 표시부(150) 를 통하여 표시하게 된다.

도면을 이용하여 본 발명에 따른 PDC 데이터 매트릭스 및 동적 PDC 정보를 보다 상세히 설명한다.

도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 두 명의 피험자(A, B)에 N개의 EEG 센서가 구비된 전극캡을 부착한 후, 검출된 독립된 피험자들의 EEG 신호를 매트릭스 형태로 구성한 개념도이고, 도 3a 내지 3c는 EEG 채널 매트릭스 정보를 PDC 데이터 매트릭스로 변환한 후, 시간 경과에 따른 상기 PDC 데이터 매트릭스의 변화를 검출한 동적 PDC 정보를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 두 명의 피험자로부터 N개의 EEG 신호가 검출되므로, 전체 검출된 EEG 채널 수는 2 × N개가 된다.

각각의 피험자로부터 입력받은 EEG 채널은 피험자 각각의 뇌에서의 정보 전달(예를 들면, 외부 정보를 입력받은 후, 발생하는 뇌 내에서의 정보 전달 및 형성과정)과 관련되지만, 각각의 피험자 사이의 상호 작용을 독립된 EEG 신호(즉, 독립된 피험자 뇌로부터의 EEG 신호)만으로는 분석할 수 없다는 점에 본 발명자는 주목하였다.

이를 위하여, 본 발명자는 피험자 각각의 EEG 채널을 그룹화한 후, 이를 각각의 열과 행으로 구성하는 매트릭스방식을 제공하며, 특히 매트릭스의 각 행과 열은 복수의 피험자로부터의 EEG 채널을 열과 행으로 나열하게 된다.

예를 들면, 행의 피험자 A EEG 채널과 열의 피험자 A EEG 채널은 결국 피험자 A의 뇌 내에서 이루어지는 뇌파 현상과 관련된다. 하지만, 행의 피험자 B EEG 채널과 열의 피험자 A EEG 채널 간의 신호 전달은 피험자 A와 피험자 B의 뇌 사이의 상호 작용에 따른 뇌파 현상과 관련된다.

도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 PDC 데이터 매트릭스 및 시간 경과에 따른 다이어그램을 나타내는 도면이다.

도 2b를 참조하면, 각각의 노드는 EEG 채널에 해당하고, 노드의 아래 첨자는 채널 식별부호를 나타낸다. 상기 PDC 매트릭스는 EEG 채널 매트릭스 중 중복되거나, 무의미한 EEG 채널의 행과 열을 모두 제거하고, 피험자 A와 피험자 B 사이의 연관성 있는 채널 사이의 정보 전달 흐름을 나타내는 행과 열만을 남긴 형태의 매트릭스이다. 즉, 본 발명은 각 EEG 채널 사이의 유의미한 연관성만을 나타내기 위하여, PDC 정보를 매트릭스 형태로 구성하여, 표시하였으며, 본 발명에서 상기 매트릭스는 이하 PDC 데이터 매트릭스 또는 PDC 매트릭스로 지칭된다.

도 3a의 PDC 데이터 매트릭스에서 피험자 A 영역에서 채널간의 연관성을 나타내는 화살표(이는 피험자 A의 EEG 채널 내에서의 검출된 신호를 바탕으로 한 PDC 값)가 표시되는 것을 알 수 있다. 또한, 피험자 A와 피험자 B 사이에도 채널간의 연관성에 대한 유의미한 정보 흐름, 즉, 화살표가 존재하는 것을 알 수 있다. 이로써, 분석자는 피험자 A의 EEG 채널 간의 정보 전달 흐름과 피험자 A와 피험자 B 사이의 상호 작용에 따른 정보 전달 흐름을 동시에 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 뇌 내에서의 뇌파 정보와 뇌와 뇌 사이의 뇌파 정보를 동기화하고, 이를 하나의 다이어그램으로 한꺼번에 표시할 수 있다.

본 발명은 이후 시간 경과에 따라 얻어지는 PDC 값의 변화를 통하여, 정보 전달의 흐름을 피험자 각각의 두뇌 단위에서 분석할 수 있을 뿐만 아니라, 피험자들의 두뇌 간의 인터렉션 단위에서 정보 전달 흐름 등을 분석할 수 있다.

본 발명은 상기 구성을 보다 발전시킨 형태로서, 사람들 사이의 상호 작용 및 의사결정 과정에서의 뇌파 변화를 분석할 뿐만 아니라, 이를 자극 신호로 활용하는 또 다른 EEG 장치를 제공한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 EEG 장치의 모식도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 EEG 장치는 상기 도 1의 EEG 분석 장치의 구성요소를 모두 포함한다. 따라서, 도 1에서 설명된 각 구성요소의 기능과 기술적 의미에 대한 설명은 이하 생략한다.

본 발명의 상기 EEG 장치에서, 상기 하이퍼스캔 서버부(130)는 디코딩부(120a, 120b)에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하고, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 디코딩된 PDC(partial directed coherecne) 데이터 매트릭스를 계산하는 기능을 수행한다. 하지만, 이외에도 상기 하이퍼스캔 서버부는 상기 중앙처리부에 의하여 계산된 PDC 값(정보)을 별도의 인코딩부(410a, 410b)에 전달하는 기능을 수행한다. 상기 하이퍼스캔 서버부는 물리적으로 하나의 서버 형태일 수 있으나, 기능상 이를 두 개의 서버부로 구분하여, 제 1 하이퍼스캔 서버부, 제 2 하이퍼스캔 서버부로 지칭한다.

하이퍼스캔 서버부와 연결된 상기 인코딩부(410a, 410b)는 하이퍼스캔 서버부(제 2 하이퍼스캔 서버부)로부터의 입력되는 PDC값에 따라 연관성이 있는 타인의 특정 EEG 채널에 전기적 신호, 즉, 직류 자극 신호를 인가하며, 이로부터 타인은 전기적 신호를 느끼게 된다. 상기 구성을 통하여, 피험자 상호작용에 따라 변화되는 EEG 신호에 따라 별도의 통신 수단 없이 전기적인 형태로 상호 간에 커뮤니케이션할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 상기 EEG 장치는 상기 직류 자극 신호를 피험자의 두뇌에 전달할 수 있는 복수의 직류 자극부를 포함하는 전극 캡(110a, 110b)을 포함한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 캡의 모식도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서 전극 캡(110)은 직류 자극부(520) 및 EEG 센서(510)가 동시에 포함한다. 본 발명에서 상기 EEG 센서(510)는 뇌에서의 전류 변화를 수동적으로 측정하고, 직류 자극부(520)는 뇌에 능동적으로 전류를 인가하게 된다. 본 발명은 이와 같이 각 피험자의 EEG 정보를 단순히 분석하는 분석 장치 이외에, 각 피험자들의 연결된 EEG 정보를 PDC 값으로 변환하고, 이를 기초로 서로에게 일정한 전기적 자극을 줄 수 있는 뇌-뇌 인터페이스 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 상기 장치를 이용하여, 다양한 응용예가 가능한데, 그 중 하나는 조사자와 피조사자간의 상호 작용에 기반한 거짓말 탐지기이다.

본 발명에 따른 거짓말 탐지기는 조사자와 피조사자의 EEG 정보를 하나의 중앙 서버에 연결하고, 조사 과정에 따른 시계열적인 EEG 정보를 동기화시킨다. 이를 하나의 PDC 매트릭스로 변환함으로써 조사자의 질문에 따른 피조사자의 뇌파 변화를 검출함으로써, 거짓말의 유무를 탐지할 수 있다.

군사적인 목적으로, 작전시 각 군인들의 현재상태를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 군인들 사이의 실시간 위험상황 경고 및 효율적인 작전정보교환이 가능하다.

본 발명의 의도 모니터링(intention monitoring)과 행동예측(behavior prediction) 기능을 이용하여, 바둑경기가 진행되는 동안의 바둑기사들의 뇌, 게임경기가 진행되는 동안의 게임선수들의 뇌를 본 발명을 이용하여 측정, 분석하면, 각 선수들의 심리적 상호작용 정보를 바탕으로 보다 재미있고 박진감 넘치는 해설과 중계가 가능하다. 이는 축구, 농구, 야구 등의 스포츠경기가 진행되는 동안 양팀 감독에게도 적용될 수 있다.

본 발명은 즉각적, 지속적, 사회적 상호작용을 가능하게 하여, 새로운 개념의 게임 콘솔 및 게임인터페이스 개발에 적용될 수 있다.

이외에도 본 발명에 따른 상호작용 기반의 EEG 장치는 새로운 개념의 커뮤니케이션 패러다임을 제시하여 다양한 응용 분야에 활용 가능하다.

본 발명은 복수의 피험자로부터의 EEG 신호를 하나의 PDC 매트릭스로 변환한 후, 이를 통하여 사용자들간의 상호 작용을 분석, 검출하는 새로운 EEG 분석 방법을 제공한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEG 분석 방법의 단계도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 EEG 분석 방법은 복수의 피험자의 뇌로부터 각각 N 채널의 EEG 신호를 검출하는 단계(S100)로 시작된다. 이후 상기 EEG 신호는 디지털화되는데, 이를 기초로 공지된 방법에 따라 PDC 값(정보)를 계산하게 된다. 특히, 본 발명자는 상기 복수의 피험자로부터 검출된 상기 디지털화된 EEG 신호를 모두 취합하여, 이를 하나의 매트릭스로 변환한 후, 다시 PDC 값을 계산하고, 채널간의 연관성이 드러난 PDC 데이터 매트릭스로 재구성하는 방식의 EEG 분석 방법을 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 PDC 데이터 매트릭스의 행과 열 각각은 피험자들의 EEG 채널을 그룹화하여, 나열한 것이 된다. 즉, PDC 데이터 매트릭스는 피험자 A, B의 각각의 EEG 채널들을 그룹화하여, 이를 매트릭스의 행과 열로 나열한 매트릭스 중 무의미한 EEG 채널을 생략한 형태의 매트릭스이다. 이 경우에도 뇌와 뇌 사이의 정보 흐름이 나타나기 위해서는, 상기 PDC 데이터 매트릭스의 행과 열 각각은 피험자 각각의 EEG 채널이 그룹형태로 나열된 것이어야 하며, 본 발명은 상기 구성을 통하여 피험자 각각의 뇌에서의 PDC 연결성(connectivity)을 찾을 수 있을 뿐만 아니라, 피험자들의 뇌 상호 간의 PDC 연결성(connectivity)을 찾을 수 있다. 이후 시간 경과에 따라 변화되는 PDC 정보(동적 PDC)를 통하여, 뇌와 뇌 사이의 상호 작용 및 뇌 내에서의 작용을 분석, 예측한다.

도 7은 시간 경과에 따라 변화되는 PDC 데이터 매트릭스를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 뇌 내에서의 정보 전달 흐름(피험자 각각의 PDC 데이터 매트릭스 내에서의 화살표)과 함께, 뇌와 뇌 사이에서의 정보 전달 흐름(피험자들의 매트릭스를 연결하는 화살표)을 분석할 수 있다.

이를 위하여, 시간 경과에 따른 PDC 데이터 매트릭스를 검출하고(S300); 이후 상기 PDC 데이터 매트릭스의 변화를 화면상에 표시하여(S400) 분석자로 하여금 실시간으로 복수 피험자들간의 뇌파 변화를 분석, 검출할 수 있게 한다. 상기 PDC 데이터 매트릭스의 표시 형태는 무의미한 매트릭스의 채널들이 모두 생략된 형태가 가능하며, 이는 상술한 바와 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEG 분석장치의 모식도이다.

도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 두 명의 피험자(A, B)에 N개의 EEG 센서가 구비된 전극캡을 부착한 후, 검출된 독립된 피험자들의 EEG 신호를 매트릭스 형태로 구성한 개념도이다.

도 3a 내지 3c는 EEG 채널 매트릭스 정보를 PDC 데이터 매트릭스로 변환한 후, 시간 경과에 따른 상기 PDC 데이터 매트릭스의 변화를 검출한 동적 PDC 정보를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 EEG 장치의 모식도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 캡의 모식도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEG 분석 방법의 단계도이다.

도 7은 시간 경과에 따라 변화되는 PDC 데이터 매트릭스를 나타내는 도면이다.

Claims (14)

1. EEG 분석 장치에 있어서,

   복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 각각 부착되는 전극 캡;

   상기 단위 EEG 센서로부터의 검출된 아날로그 EEG 신호를 디지탈 신호로 변환하는 복수 개의 디코딩부;

   상기 복수 개의 디코딩부에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하며, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 PDC(Partial Directed Coherecne) 데이터 매트릭스를 계산하는 하이퍼스캔 서버부;

   상기 PDC 데이터 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 피험자 상호 간 및 각각의 뇌에서의 동적 PDC를 연산하는 중앙처리부; 및

   상기 계산된 동적 PDC를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수 개의 전극 캡은 상기 하이퍼스캔 서버부에 동시에 연결된 것을 특징으로 하는 EEG 분석 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   복수 피험자는 2명인 것을 특징으로 하는 EEG 분석 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   각각의 머리에 부착된 단위 EEG 센서는 N개이며, 이때 PDC 데이터 매트릭스는 피험자 각각의 EEG 채널을 행과 열에 나열한 2N X 2N로 매트릭스 중 PDC 값이 계산된 행과 열 만을 표시하는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 장치.
5. EEG 장치에 있어서,

   복수 개의 단위 EEG 센서를 각각 구비하며, 복수의 피험자 머리에 부착되는 전극 캡;

   상기 단위 EEG 센서로부터의 검출된 아날로그 EEG 신호를 디지탈 신호로 변환하는 복수 개의 디코딩부;

   상기 복수 개의 디코딩부에 의하여 변환된 디지털 신호를 동시에 입력, 저장하며, 상기 입력된 디지털 신호에 기초하여 디코딩된 PDC 데이터 매트릭스를 계산하는 제 1 하이퍼스캔 서버부;

   상기 PDC 데이터 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 피험자 상호 간 및 각각 의 뇌에서의 동적 PDC를 동시에 계산하는 중앙처리부;

   상기 중앙처리부에 의하여 계산된 동적 PDC 정보를 인코딩하는 제 2 하이퍼스캔 서버부; 및

   상기 인코딩된 PDC 정보를 직류 자극(DCS) 신호로 변환시키는 인코딩부; 및

   상기 인코딩부에 의하여 변환된 직류 자극 신호를 입력받아, 상기 피험자에 자극 신호를 제공하며, 상기 복수 개의 전극 캡에 각각 구비된 복수 개의 직류 자극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 복수 개의 전극 캡은 상기 제 1 및 제 2 하이퍼스캔 서버부에 동시에 연결된 것을 특징으로 하는 EEG 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   복수 피험자는 2명이며, 각각의 머리에 부착된 단위 EEG 센서는 N개인 것을 특징으로 하는 EEG 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 PDC 데이터 매트릭스는 피험자 각각의 EEG 채널을 행과 열에 나열한 2N X 2N로 매트릭스 중 PDC 값이 계산된 행과 열만을 표시하는 것을 특징으로 하는 EEG 장치.
9. 제 5항에 있어서,

   상기 동적 PDC는 시간 경과에 따른 PDC 값의 변화인 것을 특징으로 하는 EEG 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 복수의 피험자의 뇌로부터 복수 개의 EEG 신호를 검출하는 단계;

    상기 EEG 신호를 디지털화시키는 단계;

    상기 복수의 피험자로부터 검출된 상기 디지털화된 EEG 신호를 이용하여, 하나의 PDC 매트릭스를 계산하는 단계;

    시간 경과에 따라 상기 PDC 매트릭스의 변화를 검출하는 단계; 및

    상기 PDC 매트릭스의 변화를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 PDC 매트릭스는 각각의 피험자들의 뇌에서 검출된 EEG 채널을 행과 열에 각각 나열한 매트릭스에서 PDC 값이 계산되지 않은 행과 열을 제거한 형태인 것을 특징으로 하는 EEG 분석 방법.
14. 제 12항에 있어서,

    상기 EEG 신호는 복수의 피험자로부터 동시에 검출되는 것을 특징으로 하는 EEG 분석 방법.

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