KR101470588B1 - Apparatus and method for brain-brain interfacing - Google Patents

Apparatus and method for brain-brain interfacing Download PDF

Info

Publication number
KR101470588B1
KR101470588B1 KR1020130059043A KR20130059043A KR101470588B1 KR 101470588 B1 KR101470588 B1 KR 101470588B1 KR 1020130059043 A KR1020130059043 A KR 1020130059043A KR 20130059043 A KR20130059043 A KR 20130059043A KR 101470588 B1 KR101470588 B1 KR 101470588B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
brain
ultrasound
shape
ultrasonic
ultrasonic wave
Prior art date
Application number
KR1020130059043A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140137870A (en
Inventor
민병경
Original Assignee
고려대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고려대학교 산학협력단 filed Critical 고려대학교 산학협력단
Priority to KR1020130059043A priority Critical patent/KR101470588B1/en
Priority to PCT/KR2014/004629 priority patent/WO2014189327A1/en
Publication of KR20140137870A publication Critical patent/KR20140137870A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101470588B1 publication Critical patent/KR101470588B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0077Devices for viewing the surface of the body, e.g. camera, magnifying lens
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/055Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/015Input arrangements based on nervous system activity detection, e.g. brain waves [EEG] detection, electromyograms [EMG] detection, electrodermal response detection
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61NELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00Ultrasound therapy
    • A61N2007/0004Applications of ultrasound therapy
    • A61N2007/0021Neural system treatment
    • A61N2007/0026Stimulation of nerve tissue

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

뇌-뇌 인터페이스 처리시, 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정하고, 뇌파 신호에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하고, 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 및 해당 신경 부위 별로 매칭된 기준 형상 중 추론한 형상에 대응하는 기준 형상을 검출하고, 뇌 신경 기능 및 해당 신경 부위 별로 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합 중 검출된 기준 형상에 매칭된 해당 뇌 신경 기능의 최적 제어를 위한 초음파 자극 매개 변수의 조합을 검출하고, 검출한 초음파 자극 매개 변수의 조합에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌를 포함하는 신경 부위에 비침습적으로 집속 초음파(focused ultrasound)를 조사(照射)한다. 이에 따라, 의도 인지 대상의 의도(intention)에 따른 뇌 신경(또는 인지) 정보를 이용하여, 비침습적이고 공간 정밀도가 높은 초음파 자극을 통해 다른 대상의 뇌 신경 (또는 인지) 기능을 제어할 수 있다. In the brain-brain interface processing, an EEG signal is measured, an EEG signal is inferred based on an EEG signal, and a predetermined plurality of cranial nervous functions and a reference shape matched to the corresponding neuron A reference shape corresponding to the inferred shape is detected and a combination of ultrasonic stimulation parameters matched to the cranial nerve function and the corresponding nerve site is used to determine the ultrasound stimulation parameter for optimal control of the corresponding cranial nerve function matched to the detected reference shape Combination is detected, and focused ultrasound is irradiated non-invasively to the nerve area including the brain to be irradiated on the basis of the combination of the detected ultrasonic stimulation parameters. Accordingly, it is possible to control the cranial nerves (or cognitive functions) of other subjects through non-invasive and highly precise ultrasonic stimulation using cranial nerve (or cognitive) information according to the intention or intention of the subject .

Description

뇌-뇌 인터페이스 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR BRAIN-BRAIN INTERFACING}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR BRAIN-BRAIN INTERFACING [0002]

본 발명은 뇌전도 및 초음파를 이용하여 뇌와 뇌 간의 인터페이스(Brain-Brain Interface, BBI)를 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for processing an interface (Brain-Brain Interface, BBI) between a brain and a brain using an electroencephalogram and an ultrasonic wave.

종래에는 뇌파 신호를 이용하여 사람의 의도(intention)에 따른 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-computer Interface)를 제어하는 방식들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Conventionally, researches on methods for controlling a brain-computer interface according to intention of a person using an EEG signal have been actively conducted.

구체적으로, 뇌파의 인지적 속성(cognitive property)에 따른 매개 변수들을 분석하여 사용하는 방식이 제안되었다. 뇌파의 분석은 크게 시간축 분석과 주파수축 분석으로 나눌 수 있다. 뇌파 신호의 시간축 분석의 일례로, 자극 제시와 관련된 뇌파 신호를 반복적으로 측정하고, 단위 뇌파 조각들을 자극이 제시된 시점을 기준으로 정렬한 후 제시 시점을 기준으로하여 평균 뇌전위를 산출한다. 이에 따라, 제시된 자극이나 사건과 관련되어 평균값에서 누적되어 나타나는 뇌전위인 사건 관련 전위(ERP: event-related potential)를 산출할 수 있다. 이는, 자극과 관련된 뇌파 신호만이 평균값에서 유효하고, 자극과 무관한 임의의 뇌파 신호는 평균에 의해 상쇄된다는 원리를 이용한 것이다.Specifically, a method of analyzing and using parameters according to the cognitive properties of brain waves has been proposed. EEG analysis can be divided into time axis analysis and frequency axis analysis. As an example of temporal analysis of EEG signals, EEG signals related to stimulus presentation are repeatedly measured, and unit EEG fragments are arranged based on the point at which the stimulus is presented, and the average brain potential is calculated based on the presentation time point. Thus, it is possible to calculate event-related potentials (ERPs) that are accumulated in the mean value in relation to the presented stimulus or event. This is based on the principle that only the EEG signals related to stimulation are effective at the mean value and that any EEG signals irrelevant to stimulation are canceled by means.

이와 같은, 뇌파의 시간축 분석에 의해서 얻어진 성분으로는 대표적인 뇌파 성분인 정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)가 있다. 정상상태 시각유발 전위(SSVEP) 성분은 반복적인 시각 자극에 반응하는 뇌파를 이용한 뇌파 신호이다. 예를 들어, 사람이 깜빡이는(flickering) 자극을 보고 있으면 그 자극이 깜빡이는 주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파가 물리적으로 유도되며, 깜빡이는 시각 자극에 의해 유도되되, 자극과 동일한 주파수를 갖는 진동 뇌파가 SSVEP이다.The components obtained by the time-axis analysis of the EEG are the Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP), which is a typical EEG component. The steady-state visual evoked potential (SSVEP) component is an EEG signal that responds to repetitive visual stimuli. For example, if a person is looking at a flickering stimulus, an EEG having the same frequency as the frequency at which the stimulus flickers is physically induced is induced by a blinking visual stimulus, Is SSVEP.

이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2013-0002590호(발명의 명칭: 안정상태 시각유발전위를 이용한 QWERTY 타입의 문자 입력 인터페이스 장치 및 문자 입력 방법)에서는, 복수개의 문자가 QWERTY 스타일로 표시되는 문자 표시부, 표시되는 문자로 인한 시각 자극에 의해 안정상태 시각유발전위가 유발 되는 동안의 사용자의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 신호 측정부, 및 측정된 뇌파 신호를 분석하는 뇌파 신호 분석부 및 상기 분석된 뇌파 신호에 해당하는 문자를 출력하는 문자 출력부를 포함하는 문자 입력 인터페이스 장치를 개시하고 있다.In this connection, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0002590 (titled "QWERTY-type character input interface device and character input method using stable-state visual evoked potential") has a character display portion in which a plurality of characters are displayed in QWERTY style, An EEG signal measuring unit for measuring a user's EEG signal while the stable state visual evoked potential is induced by the visual stimulation due to the displayed character, an EEG signal analyzing unit for analyzing the measured EEG signal, And a character output unit for outputting the corresponding character.

그런데, 이러한 기존의 두뇌-기계 간 인터페이스 장치는 키보드 자판 상에서 피측정자가 공개적으로(overtly) 선택한 키를 확인할 뿐, 이보다 더 고차원적으로 피측정자가 실제 눈동자 움직임이 없이 생각만으로(covertly) 연상한 정보(즉, 의도를 반영한 정보)를 확인할 수 없다는 단점이 있다.However, this conventional brain-machine interface device has a problem in that the user only confirms the key selected overtly on the keyboard, and the higher-level information is not covertly associated with the subject's actual pupil movement (That is, information reflecting the intention) can not be confirmed.

또한, 종래에는 이처럼 뇌-컴퓨터(또는 기계) 간 인터페이스를 처리하거나, 컴퓨터(기계)-뇌 간 인터페이스를 처리하는 기술들은 제안되었으나, 뇌와 뇌 간의 인터페이스(BBI)를 처리하는 기술에 대한 연구는 미비한 실정이다. 더욱이, 컴퓨터(기계)-뇌 간 인터페이스 기술은 침습적인 방법의 위험성으로 인해서, 비침습적이면서 정확성이 높은 기술이 요구되고 있는 상황이다.In the related art, techniques for processing a brain-computer (or a machine) interface or processing a computer-machine-brain interface have been proposed. However, research on techniques for processing a brain-brain interface (BBI) It is not enough. Moreover, computer-to-brain interface technology is in need of non-invasive and accurate techniques due to the risk of invasive methods.

이러한 상황에서, 초음파를 이용하여 뇌 속으로 비침습적이며, 공간 해상도가 정밀하도록 뇌 신경 기능을 제어하는 방법이 등장하였다.In this situation, a method of controlling the cranial nerve function by using ultrasound to be noninvasive into the brain and with a fine spatial resolution has emerged.

이러한 초음파의 신경계 조절 기술에 대한 종래의 연구들에 따르면, 고양이의 시각 유발 전위 (visual evoked potential) 연구(Fry et al., 1958)를 통해 초음파가 피질의 신경 활동성을 감소시킨다는 것이 관측되었고, 초음파가 신경 세포의 접합부인 시냅스를 붕괴시키는 현상도 발견되었으며(Borrelli et al., 1981), 체외에서(in vitro)에서 국부적인 신경 회로의 신경 생리에 초음파가 유의한 영향을 줄 수 있다는 것이 보고되기도 하였다(Rinaldi et al., 1991). 또한, 초음파를 인간의 대뇌 기저 동맥에 조사하여, 피험자가 청각 감각을 경험하는 현상도 발견되었다(Magee and Davies, 1993). 아직까지 초음파가 신경계를 교란시키는 정확한 이유가 보고되지는 않았지만, 초음파에 의한 역학적인 힘이 신경 세포의 막전위(membrane potential)의 변화를 유발했다고 추측된다는 연구도 있다(Gavrilov et al., 1996).Previous research on this neuronal control technique of ultrasound has shown that ultrasound reduces cortical neuronal activity through the study of visual evoked potentials of cats (Fry et al., 1958) (Borrelli et al., 1981) reported that ultrasound may have a significant impact on the neurophysiology of local neuronal circuits in vitro (Rinaldi et al., 1991). It has also been found that subjects experience auditory sensation by irradiating ultrasound to the human cerebral basilar artery (Magee and Davies, 1993). Although ultrasound has not yet been reported to precisely disturb the nervous system, studies have suggested that mechanical forces induced by ultrasound may induce changes in neuronal membrane potential (Gavrilov et al., 1996).

그런데, 상기와 같이 초음파의 신경 기능 교란과 관련된 선행 연구 결과들이 존재하는 상황에서, 기존의 뇌 기능 장애 조절 및 뇌 질환 치료 방법에는 제한이 있었다. 우선, 기존의 약물 투여 방법은 약물 부작용이나 해부학적인 특정 지역의 선택적 치료가 불가능했으며, 침습적(invasive) 치료법(예를 들어, epidural cortical stimulation(EpCS), deep brain stimulation(DBS))은 불가피하게 감염 위험에 노출되고 두개골의 열어야만 하는 치료의 번거로움이 존재하였다.However, in a situation where previous research results related to the disturbance of the nerve function of the ultrasonic wave are present as described above, existing methods of controlling brain dysfunction and treating brain diseases have been limited. For example, epidural cortical stimulation (EpCS) and deep brain stimulation (DBS) are inevitably infectious, and in some cases, There was a hassle of treatment that had to be exposed to danger and opened the skull.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 비침습적(noninvasive) 뇌신경계 치료법(예를 들어, transcranial magnetic stimulation(TMS), transcranial direct current stimulation(tDCS))이 제안되고 있다. 하지만, 이 방법들은 두개골 투과력의 제한과 초점의 모호성으로 인해서, 효율이 떨어지는 제약이 있다. 이에 비해, 초음파에 의한 신경 기능 제어법은 비침습적이면서도, 투과력과 공간 해상도가 높은 장점을 가지고 있다.In order to solve such a problem, a noninvasive cranial nerve therapy (for example, transcranial magnetic stimulation (TMS), transcranial direct current stimulation (tDCS)) has been proposed. However, these methods have limitations in efficiency due to limitations of skull penetration and ambiguity of focus. On the other hand, ultrasound-based control of nerve function is non-invasive and has advantages of high penetration power and spatial resolution.

이와 관련하여, 대한 민국 등록특허 제1143645호(발명의 명칭: 경두개 저강도 초음파 전달장치 및 이를 이용한 비침습적 뇌기능 조절방법)는, 초음파를 발생하는 초음파발생부, 뇌의 특정영역에 비침습적으로 피험자의 두개골을 통과하여 조영하는 저강도 초음파를 발생하는 공명회로부, 저강도 초음파를 뇌의 특정영역을 조영하기 위해 저강도 초음파의 초점거리를 조절하는 초음파변환기, 피험자의 두피에 고정되는 원통형상의 애플리케이터, 초음파발생부에서 제공된 초음파의 공급량과 초음파변환기에서 조영된 저강도 초음파의 반사량을 측정하는 단자, 및 단자에 제공된 각각의 측정량을 출력하는 출력측정기를 포함하는 초음파 전달 장치를 개시하고 있다.In this regard, the Korean National Registered Patent No. 1143645 (entitled "Light Intensity Low Intensity Ultrasound Transmission Device and Noninvasive Brain Function Control Method Using the Same)" includes an ultrasonic generator for generating ultrasonic waves, a noninvasive An ultrasound transducer that adjusts the focal distance of the low intensity ultrasound to image a specific region of the brain, a cylindrical ultrasound transducer that is fixed to the subject's scalp, Discloses an ultrasonic transmitter including an applicator, a supply amount of the ultrasonic wave provided by the ultrasonic wave generator, a terminal for measuring the reflection amount of the low-intensity ultrasonic wave imaged by the ultrasonic wave converter, and an output meter for outputting each measurement amount provided to the terminal.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 뇌전도 및 초음파를 이용하여 뇌와 뇌 간의 인터페이스를 제공하는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for providing an interface between a brain and a brain using an EEG and an ultrasonic wave.

구체적으로, 비침습적으로 두개골을 투과하면서도 공간 해상도가 뛰어난 집속 초음파(focused ultrasound)를 이용하여, 공간적으로 정밀한(mm 단위) 목표 지점에 초음파 에너지를 조사하여 뇌 신경을 자극시킬 수 있는 기술을 컴퓨터-두뇌 인터페이스에 적용하고, 뇌전도를 사용한 두뇌-컴퓨터 인터페이스를 이에 융합하여 뇌전도-초음파 기반의 두뇌-두뇌 인터페이스를 제공하고자 한다.Specifically, the technology that stimulates the cranial nerves by irradiating the ultrasound energy to the spatially precise (mm unit) target point using the focused ultrasound, which passes the skull noninvasively and has excellent spatial resolution, We apply this method to the brain interface, and combine the brain-computer interface using the electroencephalogram to provide an electroencephalogram-ultrasound-based brain-brain interface.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.It should be understood, however, that the technical scope of the present invention is not limited to the above-described technical problems, and other technical problems may exist.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치는, 의도 인지 대상의 뇌파 신호에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 형상 추론부; 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 및 상기 뇌 신경 기능에 매칭된 해당 신경 부위 별로 기준 형상 및 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭되어 저장된 신경 기능 정보 저장부; 및 상기 추론한 형상에 대응하는 상기 기준 형상을 검출하고, 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 상기 뇌 신경 기능, 해당 신경 부위 및 초음파 자극 매개 변수의 조합에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌에 집속 초음파(focused ultrasound)를 조사(照射)하는 초음파 출력부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a brain-brain interface apparatus including a shape speculation unit for speculating a shape associated with an intention-aware object based on an EEG signal; A neural function information storage unit in which a plurality of predetermined cranial nerve functions and a combination of a reference shape and an ultrasound stimulation parameter are matched and stored for each corresponding nerve site matched to the cranial nerve function; And a controller configured to detect the reference shape corresponding to the inferred shape and detect a focused ultrasound wave on the brain to be irradiated based on the combination of the cranial nerve function, the nerve portion, and the ultrasonic stimulation parameter matched to the detected reference shape and an ultrasound output unit for irradiating a focused ultrasound.

그리고, 본 발명의 다른 측면에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치를 통한 뇌-뇌 인터페이스 방법은, (a) 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정하는 단계; (b) 상기 뇌파 신호에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 단계; (c) 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 별로 매칭된 기준 형상 중 상기 추론한 형상에 대응하는 기준 형상을 검출하는 단계; (d) 기설정된 상기 복수의 뇌 신경 기능 및 상기 뇌 신경 기능에 대응된 해당 신경 부위 별로 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합 중 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합을 검출하는 단계; 및 (e) 상기 검출한 초음파 자극 매개 변수의 조합에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌에 집속 초음파(focused ultrasound)를 조사(照射)하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a brain-brain interface method using a brain-brain interface device, comprising the steps of: (a) measuring an EEG signal; (b) deducing a shape reminiscent of the intention or object based on the EEG signal; (c) detecting a reference shape corresponding to the inferred shape among reference shapes matched to a predetermined plurality of cranial nerve functions; (d) detecting a combination of ultrasonic stimulation parameters matched to the detected reference shape among combinations of the predetermined plurality of cranial nerve functions and ultrasound stimulation parameters matched to corresponding nerve sites corresponding to the cranial nerve function ; And (e) irradiating a focused ultrasound to the brain to be irradiated based on the combination of the detected ultrasonic stimulation parameters.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 복수의 주파수로 나뉘어 점멸(點滅)하는 자극을 주시하는 의도 인지 대상의 뇌로부터 측정된 뇌파 신호만으로 의도 인지 대상이 연상한 형상을 간편하고 정확하게 재구성할 수 있는 효과가 있다.According to any one of the above-described tasks of the present invention, a shape reminiscent of an intentional object can be easily obtained only by an EEG signal measured from an intended brain that is intended to watch a stimulus blinking at a plurality of frequencies There is an effect that can be accurately reconstructed.

그리고, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 의도 인지 대상이 의도한 바에 따라 뇌 신경 제어 대상(즉, 초음파 조사 대상)의 특정 뇌 신경 기능을 조절 및 제어할 수 있어 뇌와 뇌 간의 인터페이스가 가능한 효과가 있다.According to any one of the tasks of the present invention, it is possible to control and control the specific cranial nerve function of the cranial nerve control object (that is, the subject to be irradiated with ultrasonic waves) There is a possible effect.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 뇌 신경 기능 별로 최적화된 초음파 자극 매개 변수의 조합을 적용할 수 있어, 다양한 뇌 인지 기능 및 신경 기능에 대한 의도 방향(신경 흥분 혹은 신경 억제) 및 그 제어 정도를 조절할 수 있는 효과가 있다. 또한, 낮은 강도(intensity)에서 펄스(pulse) 형태의 초음파를 조사함으로써, 세포 조직에 열적으로나 물리적으로 손상을 주지 않는 상태에서 뇌 신경 기능을 가역적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to any one of the tasks of the present invention, it is possible to apply a combination of ultrasound stimulation parameters optimized for each of the cranial nervous functions, so that various brain cognitive functions and intention directions (nerve excitation or nerve suppression) And the degree of control thereof can be controlled. In addition, by irradiating ultrasonic waves in the form of pulses at a low intensity, it is possible to reversibly control the cranial nerve function without thermally or physically damaging the cell tissue.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 뇌 신경 기능 별로 해당하는 뇌의 신경 부위가 설정되고, fMRI(기능성 자기공명영상)와 같은 뇌영상법을 통해서 초음파 조사의 타겟에 대한 정확한 뇌 상의 자극 위치를 검출할 수 있다. 그리고 초음파 발생기에 적외선 마커(marker)를 부착하여 적외선 카메라를 통해 추적함으로써, 3차원 공간 상에서 초음파 발생기의 초점 좌표를 추적하여 파악할 수 있고, 초음파 초점 좌표와 뇌 이미지를 이용하여 생성한 초음파 타겟이 될 생체 부위에 대한 위치 좌표를 정합(align)함으로써, 초음파 출력 시 목표하는 뇌의 위치에 대한 출력 정확도 및 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있다.Further, according to any one of the tasks of the present invention, the nerve area of the brain corresponding to the cranial nerve function is set, and an accurate brain for the target of the ultrasound irradiation through a brain imaging method such as fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) It is possible to detect the position of the magnetic pole on the surface. By attaching an infrared marker to the ultrasound generator and tracking it through an infrared camera, it is possible to track the focus coordinates of the ultrasound generator in a three-dimensional space and to be an ultrasound target generated using ultrasound focal coordinates and brain images By aligning the positional coordinates with respect to the living body part, there is an effect that the output accuracy and accuracy with respect to the target brain position at the time of ultrasonic output can be enhanced.

또한, 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 시간의 함수로 발생되는 뇌의 정신 작용을 뇌파 신호라는 객관적 지표로 바꾸어 표현할 수 있어, 뇌파 신호를 디지털 또는 아날로그 형태의 데이터 신호로 변환하여 유/무선으로 송출이 가능하다. 더 나아가, 뇌에서 발생된 정보를 다른 뇌에 작용하는 송신기(본 발명의 일 실시예에서는 ‘초음파 출력부’)가 수신하여 디코딩할 수 있음으로써, 향후 뇌의 정신 작용에 따른 데이터가 다른 뇌의 정신 작용으로 전환되어 궁극적으로 ‘정신 데이터’ 전송이 성립할 수 있도록 하는 근간이 될 수 있다.Further, according to any one of the tasks of the present invention, the brain mental function generated as a function of time can be expressed as an objective index called an EEG signal, and the EEG signal can be converted into a digital or analog type data signal / Can be transmitted wirelessly. Further, since the information generated in the brain can be received and decoded by a transmitter (i.e., an 'ultrasound output unit' in one embodiment of the present invention) acting on another brain, Mental function, and ultimately the transmission of 'mental data'.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 추론부의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 배열부의 제어 방식 및 발광 소자 배열부를 이용한 연상 형상 추론 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 뇌 신경 기능 별 초음파 조사 위치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 출력부의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
1 is a view for explaining the concept of a brain-brain interface according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a configuration of a brain-brain interface apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a shape inference unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining an example of an associative shape inference method using a control method of a light emitting device array unit and a light emitting device array unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining ultrasonic irradiation positions according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a detailed configuration of an ultrasonic wave output unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining a brain-brain interface method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스의 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the concept of a brain-brain interface according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 상이한 대상의 두뇌 간의 인터페이스를 처리하는 장치이다.As shown in FIG. 1, the brain-brain interface device 100 according to an embodiment of the present invention is an apparatus that processes an interface between the brains of different objects.

구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 의도(intention) 인지 대상의 뇌로부터 뇌파 신호를 측정하고, 측정된 뇌파 신호에 따른 뇌전도(electroencephalogram, EEG)에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 특정 형상을 추론한다. 그리고, 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 추론한 형상에 매칭된, 다른 뇌(이하, ‘초음파 조사 대상의 뇌’라고 지칭함)의 특정 신경 기능을 제어할 최적의 초음파 자극 변수의 조합을 검출하고, 검출한 정보에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌의 특정 부위에 집속 초음파(focused ultrasound)를 조사하여 자극함으로써, 해당 신경 기능의 조절을 제어한다. 이때, 초음파 조사 대상의 뇌의 부위 중 상기 특정 신경 기능에 해당하는 신경 부위가 초음파를 조사할 타겟 신경 부위로 설정된다.Specifically, as shown in FIG. 1, the brain-brain interface device 100 measures an EEG signal from a brain of an intention or target, and based on the measured EEG signal, A specific shape associated with an intentional object is inferred. Then, the brain-brain interface device 100 detects a combination of optimal ultrasonic stimulation parameters to control specific neural functions of other brain (hereinafter referred to as " brain to be irradiated with ultrasonic waves " And irradiates focused ultrasound on a specific region of the brain subject to the ultrasound irradiation based on the detected information, thereby controlling the control of the nerve function. At this time, the nerve region corresponding to the specific nerve function among the brain regions to be irradiated with ultrasound is set as a target nerve region to be irradiated with ultrasound.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는, 뇌전도에 기반한 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface, BCI)와, 초음파에 기반한 컴퓨터-뇌 인터페이스(Computer-Brain Interface, CBI)를 융합한 뇌전도-초음파 기반의 뇌-뇌 인터페이스(Brain-Brain Interface, BBI)를 처리한다.As described above, the brain-brain interface device 100 according to an embodiment of the present invention includes a brain-computer interface (BCI) based on an electroencephalogram, a computer-based brain interface CBI) - Ultrasound-based Brain-Brain Interface (BBI).

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는, 도 1에서와 같이 사람(즉, 의도 인지 대상) 대 동물(즉, 초음파 조사 대상) 뿐만 아니라, 사람 대 사람 및 동물 대 동물 등 다양한 생물체의 뇌 간에 인터페이스 처리가 가능하다.1, the brain-brain interface device 100 according to an embodiment of the present invention can be used not only for a person (i.e., an intended or an intended subject) Interfaces between brain of various organisms such as large animals are possible.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 다른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a brain-brain interface device 100 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a configuration of a brain-brain interface apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 발광 소자 배열부(110), 형상 추론부(120), 신경 기능 정보 저장부(130), 초음파 출력부(140) 및 MRI 촬영부(150)를 포함하여 구성된다.2, the brain-brain interface device 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a light emitting device arrangement unit 110, a shape speculation unit 120, a neural function information storage unit 130, An output unit 140 and an MRI photographing unit 150.

발광 소자 배열부(110)는 복수의 발광 소자(light-emitting element)가 일정 간격 서로 이격되어 배열되어 있다. 참고로, 복수의 발광 소자가 이격된 간격은 정신물리학적으로 의미가 있는 간격으로서, 사전에 실험을 통한 결과에 기초하여 설정될 수 있다. 즉, 각 발광 소자 배열 간에 충분한 시각적 구분 분해능을 가질 수 있도록 배열된다.In the light emitting device array 110, a plurality of light emitting elements are arranged at a predetermined interval. For reference, the intervals in which the plurality of light emitting elements are spaced apart may be set based on the result of the experiment previously, which is a psychophysically meaningful interval. That is, it is arranged so as to have a sufficient visual resolution resolution between the respective light emitting device arrays.

한편, 하기에서 설명할 도 4에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 배열부(110)는 복수의 발광 소자가 행렬 형태로 배열되되, 각 행 및 열이 교차하는 위치마다 둘 이상의 발광 소자가 배치될 수 있다. 이에 따라, 각 행 및 열은 교차 위치에서 발광 소자를 공유하지 않고 각각 독립적으로 발광 소자가 구성됨으로써, 행과 열이 각각 고유의 독립적인 주파수로 깜박(즉, 점멸)일 수 있다.4, a light emitting device array 110 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of light emitting devices arranged in a matrix, and each of the light emitting devices includes two or more A light emitting element can be arranged. Accordingly, each row and column does not share the light emitting element at the intersection, and the light emitting element is configured independently of each other, so that the row and column can be flickered (i.e., blink) at their own independent frequency.

이때, 하기에서 설명할 형상 추론부(120)에 포함된 발광 소자 제어 모듈(121)의 제어에 따라, 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들은 각각 배열 위치 별로 상이한 주파수로 점멸하게 되고, 의도 인지 대상이 이러한 발광 소자 배열부(110)를 주시하게 된다.At this time, according to the control of the light emitting element control module 121 included in the shape reasoning unit 120 described below, the light emitting elements of the light emitting element array unit 110 are flickered at different frequencies according to their arrangement positions, So that the object to be watched will see the light emitting device array 110.

하기 도 4에서는 행의 발광 소자(RD1 내지 RD25)와 열의 발광 소자(CD1 내지 CD25)의 기호를 상이하게 나타내었으나, 이는 행과 열의 구별을 용이하게 하기 위한 것으로, 행렬의 발광 소자들은 동일한 종류로 구성될 수 있다. 참고로 본 발명의 일실시예에서 발광 소자는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있으며, 발광 다이오드 중 적색, 녹색 및 백색의 발광 다이오드 중 어느 하나일 수 있다.In FIG. 4, the light emitting elements RD1 to RD25 and the light emitting elements CD1 to CD25 of the row are shown differently from each other, but this is for facilitating the distinction between rows and columns. Lt; / RTI > For reference, in one embodiment of the present invention, the light emitting device may be a light emitting diode (LED), and may be any one of red, green, and white light emitting diodes among the light emitting diodes.

다시 도 2로 돌아가서, 형상 추론부(120)는 의도 인지 대상의 뇌파 신호에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론한다.Referring back to FIG. 2, the shape inferring unit 120 deduces a shape associated with the intentional or cognitive object based on an EEG signal.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 형상 추론부(120)의 구성 및 동작에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the shape speculation unit 120 will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 추론부의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자 배열부의 제어 방식 및 발광 소자 배열부를 이용한 연상 형상 추론 방식의 일례를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a shape inference unit according to an embodiment of the present invention. 4 is a view for explaining an example of an associative shape inference method using a control method of a light emitting device array unit and a light emitting device array unit according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 형상 추론부(120)는 발광 소자 제어 모듈(121), 뇌파 측정 모듈(122) 및 형상 분석 모듈(123)을 포함하여 구성된다.3, the shape inferring unit 120 includes a light emitting device control module 121, an EEG measurement module 122, and a shape analysis module 123. As shown in FIG.

발광 소자 제어 모듈(121)은 발광 소자 배열부(110)에 배열된 복수의 발광 소자를 배열 위치 별로 상이한 주파수로 점멸하도록 제어한다. 또한, 발광 소자 제어 모듈(121)은 점멸하는 총 시간이나 점멸의 밝기, 점멸의 대상이 되는 발광 소자 선택 등의 다양한 점멸 동작 조건을 제어할 수 있다.The light emitting element control module 121 controls the plurality of light emitting elements arranged in the light emitting element array 110 to flicker at different frequencies according to their arrangement positions. In addition, the light emitting element control module 121 can control various blinking operation conditions such as the total time of blinking, the brightness of blinking, and the selection of the light emitting element to be blinked.

이때, 발광 소자 제어 모듈(121)은 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자들을 복수의 그룹으로 구분하고, 각 그룹 별로 상이하게 설정한 주파수에 따라 발광 소자가 점멸하도록 제어할 수 있다. 참고로, 발광 소자 제어 모듈(121)은 의도 인지 대상이 주시할 발광 소자들이 고주파로 점멸하도록 설정함으로써 눈의 피로를 감소시킬 수 있다.At this time, the light emitting element control module 121 divides the light emitting elements of the light emitting element array 110 into a plurality of groups, and controls the light emitting elements to blink according to different frequencies set for the respective groups. For reference, the light emitting element control module 121 can reduce the fatigue of eyes by setting the light emitting elements to be watched by the intent or object to be blinked at a high frequency.

구체적으로, 발광 소자 제어 모듈(121)은 복수의 발광 소자를 기설정된 복수의 배열 위치 범위 별로 나누어 그룹화하되, 도 4의 (a)에서와 같이 행렬 형태로 배열된 전체 발광 소자 중 하나의 행 또는 열의 배열 위치 상에 배치된 복수의 발광 소자를 하나의 그룹으로 그룹화할 수 있다.Specifically, the light-emitting element control module 121 divides a plurality of light-emitting elements into a plurality of groups according to a plurality of predetermined arrangement ranges, and groups the light-emitting elements as one row or all of the light-emitting elements arranged in a matrix form as shown in FIG. The plurality of light emitting elements arranged on the array position of the column can be grouped into one group.

그리고, 발광 소자 제어 모듈(121)은 복수의 그룹 별로 상이한 주파수를 설정하고, 각 그룹에 속한 발광 소자들이 동일한 주파수로 점멸하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 4에서는 발광 소자 배열부(110)의 5개의 행에 각각 35Hz, 15Hz, 5Hz, 25Hz 및 45Hz가 설정되고, 5개의 열에 각각 49Hz, 28Hz, 7Hz, 21Hz 및 14Hz가 설정된 것을 나타내었다.The light emitting element control module 121 sets different frequencies for a plurality of groups, and controls the light emitting elements belonging to each group to flicker at the same frequency. For example, in FIG. 4, 35Hz, 15Hz, 5Hz, 25Hz, and 45Hz are set in five rows of the light emitting device array 110, and 49Hz, 28Hz, 7Hz, 21Hz, and 14Hz are set in five columns, respectively .

발광 소자 제어 모듈(121)은 행 별 또는 열 별로 주파수 간의 대역폭 차를 기설정된 임계값 이상 차이가 나도록 설정할 수 있다. 그리고, 발광 소자 제어 모듈(121)은 둘 이상의 행 및/또는 열 간의 주파수 합이 다른 둘 이상의 행 및/또는 열 간의 주파수 합과 상이하도록 각 행 및 열에 주파수를 할당할 수 있다.The light emitting element control module 121 may set the difference in bandwidth between the frequencies for each row or column to be greater than or equal to a predetermined threshold value. The light emitting element control module 121 may assign frequencies to each row and column so that the frequency sum of two or more rows and / or columns is different from the sum of frequencies between two or more rows and / or columns having different frequencies.

이는, 이후 설명할 뇌파 측정 모듈(122)을 통해 측정된 의도 인지 대상의 뇌파 신호로부터 주파수 검출시 측정 값의 분해능과 신뢰도를 높이기 위해서이다. 또한, 하기 뇌파 측정 모듈(122)이 측정한 정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)를 통해 검출되는 뇌파 신호 중에는 특정 행 및 열 간의 점멸 주파수의 조합 성분도 검출되므로, 이것을 역추론하는데 용이하게 이용하기 위함이다.This is to increase the resolution and reliability of the measured values when detecting the frequency from the EEG signals measured by the EEG measurement module 122 to be described later. In addition, a combination component of the blinking frequency between a specific row and a column is also detected in an EEG signal detected through the Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) measured by the EEG measurement module 122, It is for easy use.

예를 들어, 도 4의 (b)를 참조하면, 의도 인지 대상이 문자 “T”를 연상하면서 상기 모든 행렬이 각각 고유의 주파수로 점멸하고 있는 발광 소자 배열부(110)를 응시할 경우, 검출이 예상되는 SSVEP는 7Hz(열), 35Hz(행), 및 상기 두 주파수의 합인 42Hz이다. 이와 비교하여, 의도 인지 대상이 문자 “+”를 연상하면서 상기 점멸하고 있는 발광 소자 배열부를 응시할 경우, 검출이 예상되는 SSVEP는 7Hz(열), 5Hz(행), 및상기 두 주파수의 합인 12Hz이다. 이처럼, 각각 상이한 형상에 대응하는 주파수들의 합(즉, 앞서 설명한 42Hz 및 12Hz)이 서로 상이하도록 각각의 행과 열에 주파수를 설정할 수 있다.For example, referring to FIG. 4 (b), when the intended object looks at the light emitting device array 110 where all of the matrices are flickering at a specific frequency while reminding the letter "T" The expected SSVEP is 7 Hz (row), 35 Hz (row), and 42 Hz which is the sum of the two frequencies. In contrast, when the intended object looks at the flashing light emitting device array while remembers the character " + ", the expected SSVEP is 7 Hz (column), 5 Hz (row) . As such, frequencies can be set for each row and column so that the sum of the frequencies corresponding to the different shapes (i.e., 42 Hz and 12 Hz described above) are different from each other.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에서, 도 2의 발광 소자 배열부(110)와 도 3의 발광 소자 제어 모듈(121)을 별도의 구성으로 구분하여 설명하였으나, 또 다른 예로서 발광 소자 배열부(110) 및 발광 소자 제어 모듈(121)은 하나의 구성으로 결합되어 구현될 수 있다. 이때, 결합된 발광 소자 배열부(110) 및 발광 소자 제어 모듈(121)은 하기 설명할 뇌파 측정 모듈(124) 및 형상 분석 모듈(123)과 연결되어 발광 소자 별로 설정된 주파수 정보 및 발광 소자의 제어 정보(예를 들어, 점멸 제어의 시작 및 종료 등의 정보)를 제공할 수 있다.Meanwhile, in the brain-brain interface device 100 according to the embodiment of the present invention, the light emitting device arrangement unit 110 of FIG. 2 and the light emitting device control module 121 of FIG. 3 are separately described The light emitting device arrangement unit 110 and the light emitting device control module 121 may be combined into one structure. The combined light emitting device arrangement 110 and the light emitting device control module 121 are connected to the EEG measurement module 124 and the shape analysis module 123 to be described below, Information (e.g., information such as the start and end of the flicker control).

뇌파 측정 모듈(122)은 발광 소자 배열부(110)를 주시하는 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정한다. 참고로, 뇌파 측정 모듈(122)은 뇌파 측정 장비(미도시)와 연결되어 뇌파 신호를 측정하도록 제어할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)의 구성 중 뇌파 측정 모듈(122)을 포함한 적어도 하나의 구성이 뇌파 측정 장비 내 일구성으로서 포함될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서는 의도 인지 대상의 안전 및 편의를 위해 비침습적(noninvasive)으로 뇌파를 측정하는 헤드셋이나 밴드 형태 등의 뇌파 측정 장비(미도시)를 적용할 수 있다.The EEG measurement module 122 measures an EEP signal of the intention-aware subject to watch the light emitter array 110. For reference, the EEG measurement module 122 may be connected to the EEG measurement device (not shown) to measure the EEG signal. The EEG measurement module 122 may be configured to measure the EEG signal of the EEG 100 according to an embodiment of the present invention. At least one configuration including the measurement module 122 may be included as a configuration in the EEG device. For example, in an embodiment of the present invention, a brain wave measuring device (not shown) such as a headset or a band type measuring non-invasive non-invasive EEG may be applied for safety and convenience of an object of interest.

이때, 뇌파 측정 모듈(122)은 다양한 방식으로 뇌파 신호를 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 점멸하고 있는 발광 소자 배열부(110)를 응시한 의도 인지 대상의 인지적 주의(cognitive attention)에 따라 후두엽(occipital lobe)의 시각 피질(visual cortex)에서 물리적으로 유도되는 정상상태 시각유발 전위(SSVEP)를 측정할 수 있다.At this time, the EEG measurement module 122 can measure EEG signals in various ways. In one embodiment of the present invention, the visual cortex of the occipital lobe is physically induced by the cognitive attention of the intended or perceived luminescent device arrangement 110, (SSVEP) can be measured.

형상 분석 모듈(123)은 측정된 뇌파 신호에 포함된 적어도 하나의 주파수를 검출하고, 검출한 적어도 하나의 주파수에 대응된 주파수로 점멸하는 발광 소자의 배열 형태에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론한다.The shape analyzing module 123 detects at least one frequency included in the measured EEG signal and determines the shape of the intended or target object based on the arrangement of the light emitting elements that blinks at a frequency corresponding to the detected at least one frequency .

구체적으로, 의도 인지 대상이 발광 소자 배열부(110)의 발광 소자를 주시한 상태에서 특정한 형상(문자, 숫자 및 기호 등)을 의도(intention)에 따라 연상할 경우, 의도 인지 대상이 연상한 형상에 매칭된 발광 소자 배열부(110) 상의 발광 소자가 점멸하는 주파수와 동일한 주파수가 뇌파 신호에서 검출된다. Specifically, when a specific shape (letter, number, symbol, or the like) is associated with an intention in a state in which the intended object is looking at the light emitting element of the light emitting element array 110, A frequency equal to the frequency at which the light emitting element on the light emitting element array 110 matched to the light emitting element 110 blinks is detected in the EEG signal.

이때, 형상 분석 모듈(123)을 통해 검출된 뇌파 신호의 주파수는 피측정자가 의도한 특정한 형상의 모양(예를 들어, 기하학 구조(geometry))에 매칭되는 해당 발광 소자 그룹의 점멸 주파수를 반영한다. 즉, 발광 소자 배열부(110) 상의 그룹 중 의도 인지 대상의 형상 연상에 대응하는 그룹의 주파수와, 상기 대응하는 그룹 별 주파수를 합한 주파수가 검출된다.At this time, the frequency of the EEG signal detected through the shape analysis module 123 reflects the blink frequency of the corresponding light emitting element group matched to the shape (for example, a geometry) of a specific shape intended by the subject . That is, the frequency of the group corresponding to the shape association of the object on the light-emitting element array 110 and the corresponding group-specific frequency is detected.

예를 들어, 형상 분석 모듈(123)은 검출한 주파수 중 발광 소자 제어 모듈(121)을 통해 설정된 그룹 별 주파수와 완벽히 일치하는 주파수와 그 공진 주파수(harmonic frequency)에 기초하여 정확한 주파수를 선택할 수 있다. 또한, 형상 분석 모듈(123)은 검출된 주파수 주변의 유사 주파수가 포함된 경우, 발광 소자 배열부(110) 상에 설정된 주파수 중 의도 인지 대상자의 의도와 관련된 주파수 및 그 주파수들을 합한 주파수를 참고하여 정확한 주파수를 선택할 수 있다.For example, the shape analyzing module 123 can select an accurate frequency based on a frequency perfectly matching the group-specific frequency set through the light-emitting element control module 121 and the harmonic frequency of the detected frequency . When the similar frequency around the detected frequency is included, the shape analysis module 123 refers to the frequency related to the intention of the target person or the frequency related to the intention of the target person, which is set on the light emitting device arrangement unit 110, You can select the correct frequency.

그런 다음, 형상 분석 모듈(123)은 발광 소자 배열부(110) 상의 복수의 그룹 중 상기 검출한 적어도 하나의 주파수와 대응하는 주파수로 설정된 그룹을 검출한다. 그리고, 형상 분석 모듈(123)은 상기 검출한 그룹의 발광 소자들의 배열 형태에 의한 형상에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론한다.Then, the shape analysis module 123 detects a group set to a frequency corresponding to the detected at least one frequency among the plurality of groups on the light emitting device array 110. [ The shape analysis module 123 deduces a shape reminiscent of an intended object based on the shape of the detected group of the light emitting elements.

이때, 형상 분석 모듈(123)은 측정된 뇌파 신호로부터 둘 이상의 주파수가 검출된 경우, 검출된 둘 이상의 주파수에 대응되는 발광 소자 배열부(110)의 그룹 별 발광 소자의 배열 형태를 조합하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론할 수 있다.In this case, when two or more frequencies are detected from the measured EEG signal, the shape analysis module 123 combines the arrangement form of the light emitting devices of each group of the light emitting device array units 110 corresponding to the detected two or more frequencies, It is possible to deduce the shape of the object.

예를 들어, 의도 인지 대상이 문자 “T”를 연상한 경우, 도 4의 (b)에서와 같이 형상 분석 모듈(123)은 발광 소자 배열부(110) 상의 행 및 열 중 문자 “T”의 형상에 대응되는 35Hz 및 7Hz의 주파수와, 35Hz 및 7Hz를 합한 42Hz를 검출할 수 있다.4 (b), the shape analyzing module 123 determines that the character " T " among the rows and columns on the light emitting device array 110, It is possible to detect frequencies of 35 Hz and 7 Hz corresponding to the shape and 42 Hz including 35 Hz and 7 Hz.

이때, 형상 분석 모듈(123)은 뇌파 신호로부터 검출된 35Hz 및 7Hz 및 42Hz에 대응하는 발광 소자 배열부(110) 상의 행 및 열을 판단하고, 판단한 행 및 열에 해당하는 발광 소자의 배열 형태에 따른 형상(즉, 문자 “T”에 대응하는 형상)을 추론하여 판단한다.At this time, the shape analysis module 123 determines the rows and columns on the light emitting device array 110 corresponding to 35 Hz, 7 Hz, and 42 Hz detected from the EEG signals, and determines the row and column according to the arrangement of the light emitting devices corresponding to the determined rows and columns (I.e., the shape corresponding to the letter " T ").

본 발명의 일 실시예에 따른 형상 분석 모듈(123)은 기저장된 복수의 기준 형상과 상기 검출한 그룹에 의한 형상 간의 유사도를 산출하여, 유사도가 가장 높은 형상을 의도 인지 대상이 연상한 형상으로 추론하는 것도 가능하다. 이때, 형상 분석 모듈(123)은 사전에 글자(문자), 숫자, 및 기호 등의 다양한 종류의 형상을 포함하는 기준 형상과 각 기준 형상에 대응되는 발광 소자 배열부(110) 상의 발광 소자 그룹들의 정보를 매칭하여 저장해둘 수 있다.The shape analysis module 123 according to an embodiment of the present invention calculates the similarity between a plurality of reference shapes stored in advance and the shapes of the detected groups to deduce the shape having the highest degree of similarity as a shape reminiscent of an intention or an object It is also possible to do. At this time, the shape analysis module 123 may calculate the shapes of the reference shapes including various types of shapes such as letters (characters), numbers, and symbols, and the shapes of the light emitting element groups on the light emitting element arrays 110 corresponding to the reference shapes The information can be matched and stored.

다시 도 2로 돌아가서, 신경 기능 정보 저장부(130)는 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 및 각 뇌 신경 기능에 해당하는 신경 부위 별로 기준 형상 및 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭되어 저장되어 있다. 이때, 초음파 자극 매개 변수의 조합은 해당 뇌 신경 기능을 최적으로 제어할 수 있도록 하는 조합으로서, 사전에 실험 등을 통해 설정될 수 있다.Referring back to FIG. 2, the neural function information storage unit 130 stores combinations of a reference shape and ultrasonic stimulation parameters for a predetermined plurality of cranial nerve functions and nerve regions corresponding to each cranial nerve function. At this time, the combination of the ultrasonic stimulation parameters is a combination that enables optimal control of the cranial nerve function, and can be set through experiment or the like in advance.

구체적으로, 초음파 조사 대상의 뇌의 신경 부위 중 특정 신경 기능(또는 인지 기능 등)을 담당하는 각각의 부위가 설정되며, 각 뇌 신경 기능의 구분 및 조절 정도를 결정할 수 있는 기준 형상과, 해당 뇌 신경 기능의 조절에 적합한 초음파의 출력을 제어할 수 있는 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭된다. 참고로, 초음파를 조사할 부위로서 뇌를 포함한 중추 신경계 및 말초 신경계를 포괄하는 신경계 모두가 포함될 수 있다.Specifically, each part of the nerve area of the brain to be irradiated with ultrasound is set to be responsible for a specific nerve function (or cognitive function), and a reference shape capable of determining the degree of division and control of each cranial nerve function, A combination of ultrasonic stimulation parameters capable of controlling the output of the ultrasonic wave suitable for controlling the nerve function is matched. For reference, the site to be irradiated with ultrasound may include both the central nervous system including the brain and the nervous system including the peripheral nervous system.

구체적으로, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 뇌 신경 기능 별 초음파 조사 위치를 설명하기 위한 개념도이다.Specifically, FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an ultrasonic wave irradiation position according to a cranial nerve function in an embodiment of the present invention.

예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 두뇌의 여러 부위 중 브로카(Broca) 영역은 언어의 생성을 담당하고, 베르니케(Wernicke) 영역은 언어의 이해를 담당하고, 전두엽(frontal lobe)은 의사 결정을 담당하며, 해마체(hippocampus)는 학습과 기억을 담당하고, 주의 집중력을 담당하는 신경망이 존재한다. 그 외에도, 감정 조절을 담당하는 편도체(amygdala) 및 생체 시계를 담당하는 시교차상핵(suprachiasmatic nucleus) 등 여러 부위가 사전에 설정될 수 있다. 참고로, 두뇌의 신경 기능 별 부위는 3차원 공간 상의 위치 좌표 값으로서 설정될 수 있다.For example, as shown in FIG. 5, among the various parts of the brain, the Broca area is responsible for language production, the Wernicke area is for language understanding, and the frontal lobe The hippocampus is responsible for learning and memory, and there is a neural network for attention. In addition, various sites such as the amygdala for emotion regulation and the suprachiasmatic nucleus for the biological clock can be preset. For reference, the region of the neural function of the brain can be set as the position coordinate value on the three-dimensional space.

이에 따라, 하기에서 설명할 초음파 출력부(140)를 통해 초음파 초점을 원하는 뇌의 특정 부위에 조사하게 되면, 그 부위와 관련이 있는 신경 기능(또는 인지 기능 등)의 변화가 발생한다.Accordingly, when the ultrasound focus is irradiated to a specific region of a desired brain through the ultrasound output unit 140 to be described later, a change in nerve function (or cognitive function, etc.) related to the region occurs.

한편, 신경 기능 정보 저장부(130)에는 어느 하나의 뇌 신경 기능 별로 둘 이상의 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭되어 저장될 수 있으며, 이에 따라 초음파 자극 매개 변수의 조합 별로 하나의 뇌 신경 기능이 상이하게 제어될 수 있다.Meanwhile, in the neural function information storage unit 130, combinations of two or more ultrasound stimulation parameters may be stored for each of the cranial nerve functions, and thus, one brain nerve function may be different for each combination of ultrasound stimulation parameters Lt; / RTI >

참고로, 초음파 자극 매개 변수는, 하기에서 설명할 초음파 출력부(140)를 통해 출력되는 집속 초음파에 대한 초음파 중심 주파수, 초음파 자극이 중단없이 진행되는 단위 시간, 초음파 자극 단위(예를 들어, ‘pulse’)의 단위 시간당(예를 들어, 1초) 반복 횟수, 단위 시간에 투여된 초음파 시간이 차지하는 백분율, 초음파 조사 단위 면적 당 초음파 강도, 및 초음파 총 조사 시간 중 적어도 하나를 포함한다. 이때, 뇌에 조사될 집속 초음파의 강도, 횟수, 시간 등의 매개 변수의 조합은 뇌의 생체 조직에 손상을 입히지 않으면서도, 해당 뇌 신경 기능을 목적에 따라 조절할 수 있는 최적의 조합으로 설정될 수 있다.For reference, the ultrasound stimulation parameter includes an ultrasound center frequency for the focused ultrasound output through the ultrasound output unit 140, a unit time during which the ultrasound stimulation progresses uninterrupted, an ultrasound stimulation unit (for example, the number of repetitions per unit time (e.g., 1 second) of the pulse '), the percentage occupied by the ultrasound time applied per unit time, the ultrasound intensity per unit area of the ultrasound irradiation, and the ultrasound total irradiation time. At this time, the combination of parameters such as the intensity, frequency, and time of the focused ultrasound to be irradiated to the brain can be set as an optimum combination that can control the cranial nerve function for the purpose without damaging the living tissue of the brain have.

이러한, 초음파 자극 매개 변수를 조절하면 해당 신경 기능을 강화 또는 약화시킬 수 있다.Such modulation of ultrasound stimulation parameters may enhance or weaken the nerve function.

예를 들어, 특정 뇌 신경 기능을 선택한 후, 특정 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 초음파를 조사할 경우 학습 능력을 향상시킬 수도 있고, 동일 뇌 부위에 대해 다른 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 초음파를 조사할 경우 학습 능력을 약화 시킬 수 있다. 이처럼, 인지 혹은 신경 기능을 목적하는 바에 따라 특정한 정도로 조절하여 제어할 수 있다.For example, after selecting a specific cranial nerve function, examining ultrasound according to a combination of specific ultrasound stimulation parameters may improve learning ability, or may be able to improve the learning ability of ultrasound according to the combination of different ultrasound stimulation parameters for the same brain region Examination can weaken learning ability. As such, the cognitive or neural function can be controlled and controlled to a certain degree as desired.

이외에도, 뇌의 중추 신경 기능을 자극하여 초음파 조사 대상이 따뜻함, 차가움, 통증 등의 촉감각(tactile sensation, proprioception, thermal sensation, pain perception, sensation of movement)을 가상으로 느낄 수 있게 하는 것도 가능하며, 뇌의 특정 신경 기능을 자극하여 말초 신경 제어를 통한 운동 능력의 조절도 가능하다.In addition, it is possible to stimulate the central nervous function of the brain so that the subject to be irradiated with ultrasound can feel the tactile sensation (tactile sensation, proprioception, thermal sensation, pain perception, sensation of movement) It is also possible to control the motor ability through peripheral nerve control by stimulating the specific nerve function of the brain.

다시 도 2로 돌아가서, 초음파 출력부(140)는 형상 추론부(120)가 추론한 형상을 획득하고, 신경 기능 정보 저장부(130)에 저장된 복수의 기준 형상을 참조하여 상기 추론한 형상과 대응된 기준 형상을 검출한다. 그리고, 초음파 출력부(140)는 신경 기능 정보 저장부(130)에 저장된 기준 형상 별 초음파 자극 매개 변수의 조합을 참조하여, 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 뇌 신경 기능 및 초음파 자극 매개 변수의 조합을 검출한다.2, the ultrasound output unit 140 acquires a shape inferred by the shape inferring unit 120, and refers to a plurality of reference shapes stored in the neural function information storage unit 130 to correspond to the inferred shape Thereby detecting the reference shape. The ultrasound output unit 140 refers to a combination of ultrasound stimulation parameters by reference shape stored in the neural function information storage unit 130 and determines a combination of cranial nerve function and ultrasound stimulation parameters matched to the detected reference shape .

그런 후, 초음파 출력부(140)는 3차원 공간 상에서 초음파 초점과 타겟(즉, 초음파를 조사할 타겟 부위) 좌표 간의 정합처리를 수행한다. 그리고, 초음파 출력부(140)는 상기 정합 처리의 결과를 적용하여 초음파 조사 대상의 뇌에 상기 검출한 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 집속 초음파(focused ultrasound)를 비침습적으로 조사(照射)한다.Then, the ultrasound output unit 140 performs a matching process between the ultrasound focus and the target (that is, the target site to which the ultrasound is to be irradiated) on the three-dimensional space. The ultrasound output unit 140 non-invasively irradiates the focused ultrasound according to the combination of the detected ultrasound stimulation parameters to the brain to be irradiated by applying the result of the matching processing.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는, 뇌전도 기반 두뇌-기계(또는 컴퓨터) 인터페이스 장치와 초음파 기반 기계(또는 컴퓨터)-두뇌 인터페이스 장치로 분리되어 구성될 수 있으며, 상기 두 인터페이스 장치는 각각 서로 간에 무선으로 정보를 송수신하는 무선 송/수신부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the brain-brain interface device 100 according to another embodiment of the present invention may be configured separately from an electroencephalogram-based brain-machine (or computer) interface device and an ultrasound-based machine (or computer) The two interface devices may further include a wireless transmission / reception unit (not shown) for wirelessly transmitting / receiving information to / from each other.

구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에서 뇌전도 기반 두뇌-기계(또는 컴퓨터) 인터페이스 장치는, 형상 추론부(120)를 통해 추론된 연상 형상의 정보를 무선 통신을 통해 초음파 출력부(140) 측으로 전송하는 무선 송신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에서 초음파 기반 기계(또는 컴퓨터)-두뇌 인터페이스 장치는, 상기 무선 송신부로부터 연상 형상의 정보를 무선 수신하여 초음파 출력부(140)로 전달하는 무선 수신부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 도 2에서 나타낸 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에서 형상 추론부(120)와 초음파 출력부(140) 사이에 무선 송/수신부(미도시)가 더 추가 구성될 수 있다.Specifically, in a brain-brain interface apparatus 100 according to another embodiment of the present invention, an electroencephalogram-based brain-mechanical (or computer) interface apparatus transmits information of an associative shape deduced through the shape reasoning unit 120 to a wireless communication To the ultrasound output unit 140 through a wireless transmission unit (not shown). In the brain-brain interface device 100 according to another embodiment of the present invention, the ultrasound-based machine (or computer) -brain interface device wirelessly receives the information of the shape from the wireless transmitter, (Not shown) for transmitting the radio signal to the base station. That is, a wireless transmission / reception unit (not shown) may be additionally provided between the shape reasoning unit 120 and the ultrasonic output unit 140 in the brain-brain interface device 100 shown in FIG.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 출력부의 구성 및 동작에 대해서 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the ultrasonic wave output unit according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 출력부의 상세 구성을 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a detailed configuration of an ultrasonic wave output unit according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 초음파 출력부(140)는 뇌 위치 좌표 저장 모듈(141), 3차원 위치 추적 모듈(142), 위치 좌표 정합 모듈(143) 및 초음파 출력 제어 모듈(144)을 포함하여 구성된다.6, the ultrasound output unit 140 includes a brain position coordinate storage module 141, a 3D position tracking module 142, a position coordinate matching module 143, and an ultrasonic output control module 144 .

뇌 위치 좌표 저장 모듈(141)은 초음파 조사 대상의 뇌를 자기공명영상(Magnetic Resonance Image) 촬영한 뇌 이미지를 이용하여 3차원 위치 좌표를 생성하고, 복수의 뇌 신경 기능 별로 기설정된 뇌 상의 위치와 상기 생성된 3차원 위치 좌표를 매칭하여 저장한다. 참고로, 정확한 3차원 좌표 추적 및 접근을 위해 해당 뇌(즉, 초음파 조사 대상의 뇌)를 고정시킨 후 MRI촬영 또는 초음파 초점 좌표 설정을 수행할 수 있다.The brain position coordinate storage module 141 generates a three-dimensional position coordinate using a brain image obtained by imaging a brain to be irradiated with an ultrasonic wave, The generated three-dimensional position coordinates are matched and stored. For reference, MRI or ultrasound focal point setting can be performed after fixing the brain (that is, the brain to be irradiated) for accurate three-dimensional coordinate tracking and access.

이때, 상기 도 2에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 초음파 조사 대상의 뇌를 MRI 촬영하는 MRI 촬영부(150)를 자체적으로 포함할 수 있으며, 뇌 위치 좌표 저장 모듈(141)은 MRI 촬영부(150)로부터 뇌 이미지를 획득할 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 MRI 촬영부(150)가 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)와 별도의 외부 장비로 구성될 수 있으며, MRI 촬영부(150)와 뇌 위치 좌표 저장 모듈(141)이 연동되어 MRI 촬영부(150)로부터 뇌 이미지를 획득하는 것도 가능하다.As shown in FIG. 2, the brain-brain interface device 100 may include an MRI imaging unit 150 for performing MRI imaging of the brain to be irradiated with ultrasound, The coordinate storage module 141 may acquire a brain image from the MRI photographing unit 150. [ In another embodiment of the present invention, the MRI photographing unit 150 may be configured as an external device separate from the brain-brain interface device 100, and may include an MRI photographing unit 150 and a brain position coordinate storing module 141. [ It is also possible to acquire a brain image from the MRI photographing unit 150.

다시 도 6으로 돌아가서, 3차원 위치 추적 모듈(142)은 초음파 발생기(transducer)(미도시)로부터 출력될 초음파의 초점에 대한 3차원 공간 상의 좌표 값을 추적한다. 즉, 초음파 조사 대상 뇌의 3차원 공간 상에 조사될 초음파 초점에 대한 가상 좌표 값을 산출한다. 이러한 초음파 초점의 가상 좌표 값을 이용하여 초음파가 조사될 위치를 추적 및 확인함으로써, 초음파 조사 대상 뇌의 부위 중 설정된 특정 위치에 초음파를 정확하게 조사할 수 있다.Referring back to FIG. 6, the 3D position tracking module 142 tracks coordinate values on the 3D space with respect to the focus of the ultrasonic wave to be output from an ultrasonic transducer (not shown). That is, virtual coordinate values for the ultrasonic focus to be irradiated on the three-dimensional space of the brain to be irradiated with the ultrasonic waves are calculated. By tracking and confirming the position of the ultrasonic wave to be irradiated by using the imaginary coordinate value of the ultrasonic focus, ultrasonic waves can be accurately irradiated to a specific position set in the region of the brain to be irradiated with the ultrasonic wave.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)는 초음파 발생기를 지지하는 홀더(holder)부(미도시)에 고정 설치된 적외선 마커(marker)(미도시) 및 연동된 적외선 추적 카메라(미도시)를 사용하여 초음파 발생기가 출력할 초음파 초점에 대한 3차원 공간 상의 가상 좌표 값을 산출할 수 있다. 참고로, 초음파 발생기는 하기에서 설명할 초음파 출력 제어 모듈(144)의 제어에 따라 초음파를 발생시키는 기기이고, 적외선 추적 카메라는 적외선 마커의 3차원 공간 상의 위치 좌표(즉, 초음파 출력기의 위치 좌표)를 추적하여 제공한다. 또한, 초음파 발생기 및 적외선 추적 카메라 중 적어도 하나의 구성은 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)에 일체형으로 포함되거나, 별개로 분리되어 포함되되 뇌-뇌 인터페이스 장치(100)와 연동될 수 있다.For example, the brain-brain interface device 100 according to an embodiment of the present invention includes an infrared marker (not shown) fixed to a holder (not shown) for supporting the ultrasonic generator, The virtual coordinate value on the three-dimensional space with respect to the ultrasonic focus to be output by the ultrasonic generator can be calculated using an infrared ray tracking camera (not shown). For example, the ultrasound generator is a device that generates ultrasonic waves under the control of the ultrasound output control module 144, which will be described later. The infrared ray tracking camera measures the position coordinates (i.e., the position coordinates of the ultrasound output device) . Also, the configuration of at least one of the ultrasound generator and the infrared ray tracking camera may be integrally included in the brain-brain interface device 100, or may be separately included and interlocked with the brain-brain interface device 100.

구체적으로, 3차원 위치 추적 모듈(142)은 적외선 추적 카메라로부터 제공된 적외선 마커의 3차원 공간 상 위치 좌표를 획득하고, 적외선 마커의 위치 좌표 및 적외선 마커로부터 초음파 초점까지의 상대적 거리 정보를 이용하여 초음파 초점의 3차원 공간 상의 가상 좌표 값을 산출한다. 참고로, 초음파 발생기가 출력할 집속 초음파의 초점 거리는 사전에 설정되어 있는 상태이다.Specifically, the three-dimensional position tracking module 142 obtains the three-dimensional spatial position coordinates of the infrared marker provided from the infrared tracking camera, and obtains the position information of the infrared marker using the position coordinates of the infrared marker and the relative distance information from the infrared marker to the ultrasonic focal point. The imaginary coordinate value on the three-dimensional space of the focus is calculated. For reference, the focal distance of the focused ultrasound to be output by the ultrasonic generator is preset.

위치 좌표 정합 모듈(143)은 상기 뇌 이미지를 이용하여 생성한 초음파 조사 대상의 뇌에 대한 3차원 위치 좌표와 상기 초음파 초점의 가상 좌표를 정합(align)하여 초음파의 3차원 공간 상의 출력 좌표를 산출한다. 이에 따라, 초음파 발생기의 초음파 출력 위치가 이동함에 따라 초음파 조사 대상의 두부(頭部) 내부의 3차원 공간 상에 초음파가 출력될 가상 위치가 실시간으로 연동되어 추적된다.The position coordinate matching module 143 calculates the output coordinates on the three-dimensional space of the ultrasonic waves by aligning the three-dimensional position coordinates of the brain to be ultrasonic irradiated using the brain image with the virtual coordinates of the ultrasonic focus do. Accordingly, as the position of the ultrasonic wave output of the ultrasonic wave generator moves, the virtual position at which the ultrasonic wave is output on the three-dimensional space inside the head of the object to be ultrasonically irradiated is tracked in real time.

초음파 출력 제어 모듈(144)은 상기 도 2의 형상 추론부(120)가 추론한 형상에 기초하여 제어하고자 하는 뇌 신경 기능을 검출하고, 상기 뇌 이미지를 이용하여 생성된 신경 부위 별 3차원 위치 좌표 중 상기 검출된 뇌 신경 기능에 따른 해당 신경 부위의 3차원 위치 좌표를 검출한다.The ultrasound output control module 144 detects the cranial nerve function to be controlled based on the shape inferred by the shape inferring unit 120 of FIG. 2, and generates three-dimensional position coordinates The three-dimensional position coordinates of the corresponding nerve region according to the detected cranial nerve function are detected.

그리고, 초음파 출력 제어 모듈(144)은 실시간으로 산출된 초음파 초점의 출력 좌표가 상기 검출된 해당 신경 부위의 3차원 위치 좌표에 대응되면, 해당 초음파 초점의 출력 좌표를 목표 좌표로 설정한다. 그런 후, 초음파 출력 제어 모듈(144)은 설정된 목표 좌표 상의 뇌의 위치에 상기 검출한 뇌 신경 기능에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 집속 초음파가 출력되도록 제어한다.When the output coordinates of the ultrasonic focal point calculated in real time correspond to the three-dimensional position coordinates of the detected neural part, the ultrasonic output control module 144 sets the output coordinates of the corresponding ultrasonic focus as the target coordinates. Then, the ultrasound output control module 144 controls the focused ultrasonic wave according to the combination of the ultrasound stimulation parameter matched to the detected cranial nerve function to be output to the brain position on the set target coordinate.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 초음파 출력부(140)는 초음파 발생기(미도시)를 통해 집속 초음파를 출력하되, 초음파 발생기의 출력단에 비유동성의 초음파 투과 매질(예를 들어, 젤(gel) 타입 및 특수 고무 재질)을 장착할 수 있다. 이러한 비유동성의 매질을 통해 상기 출력된 집속 초음파를 초음파 조사 대상의 접촉 부위(표면)에 전달시킬 수 있다. 이에 따라, 비침습적으로 초음파 에너지를 뇌 신경 부위 깊숙히 전달할 수 있다. 참고로, 초음파 에너지 전달의 매질로서 ‘탈-기체 물(degassed water)’을 사용할 수도 있으나, 휴대용 초음파 발생기 등에는 유동성 액체가 적합하지 않아 비유동성 초음파 매질을 사용할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the ultrasound output unit 140 outputs focused ultrasound through an ultrasound generator (not shown), and a non-fluid ultrasound transmission medium (for example, a gel) Type and special rubber material). The output focused focused ultrasonic waves can be transmitted to the contact portion (surface) of the object to be irradiated through the non-fluid medium. Thus, ultrasound energy can be delivered non-invasively deeply into the cranial nerve. For reference, 'degassed water' may be used as a medium of ultrasonic energy transfer, but a fluidic liquid is not suitable for a portable ultrasonic generator, so that a non-fluid ultrasonic medium can be used.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 방법을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the brain-brain interface method according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌-뇌 인터페이스 방법을 설명하기 위한 순서도이다.FIG. 7 is a flowchart for explaining a brain-brain interface method according to an embodiment of the present invention.

먼저, 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정한다(S710).First, an EEG signal of the subject is measured (S710).

이때, 상기 단계 (S710) 이전에, 발광 소자 배열부(110)에 배열된 복수의 발광 소자를 배열 위치 별로 상이한 주파수로 점멸하도록 제어하고, 이와 같은 발광 소자 배열부(110)를 주시하는 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정한다. 이에 따라, 의도 인지 대상의 의도에 따른 주의 집중 형상을 반영하는 정상상태 시각유발 전위(SSVEP)가 측정될 수 있다.At this time, before the step S710, the plurality of light emitting devices arranged in the light emitting device array 110 are controlled to blink at different frequencies according to the arrangement positions, and the intention of watching the light emitting device array 110 Measure the EEG signal of the subject. Accordingly, the steady state visual evoked potential (SSVEP) reflecting the attention-focused shape according to the intention or intention of the subject can be measured.

다음으로, 측정된 뇌파 신호에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론한다(S720).Next, based on the measured EEG signal, a shape reminiscent of an intentional object is inferred (S720).

구체적으로, 측정된 뇌파 신호에 포함된 적어도 하나의 주파수를 검출하고, 검출한 적어도 하나의 주파수에 대응된 주파수로 점멸하는 발광 소자의 배열 형태에 기초하여 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론한다. 이때, 기설정된 기준 형상 중 어느 하나와 발광 소자의 배열 형태에 기초한 형상 간의 유사도를 산출하여, 유사도가 가장 높은 형상을 의도 인지 대상이 연상한 형상으로 추론할 수 있다.Specifically, at least one frequency included in the measured EEG signal is detected, and a shape reminiscent of an intended or an object is inferred based on the arrangement of the light emitting elements that flickers at a frequency corresponding to at least one detected frequency. At this time, the degree of similarity between any one of the predetermined reference shapes and the shape based on the arrangement form of the light emitting device is calculated, and the shape having the highest degree of similarity can be inferred as a shape reminiscent of an intent or an object.

그런 후, 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 별로 매칭된 기준 형상 중 상기 추론된 형상에 대응하는 기준 형상을 검출한다(S730).Then, a reference shape corresponding to the inferred shape among the reference shapes matched to a predetermined plurality of cranial nerve functions is detected (S730).

그리고, 검출된 기준 형상에 매칭된 제어 대상 뇌 신경 기능의 종류 및 해당 신경 부위의 3차원 위치 좌표 정보와, 해당 신경 기능의 최적 제어 조건으로서 매칭된 초음파 매개 변수의 조합을 검출한다(S740).In operation S740, the type of the cognitive control cognitive function matched to the detected reference shape and the combination of the three-dimensional position coordinate information of the nerve portion and the ultrasound parameter matched as the optimal control condition of the corresponding nerve function are detected.

이때, 초음파 매개 변수는 초음파 중심 주파수, 초음파 자극이 중단없이 지속된 최소 단위 시간, 초음파 자극 단위의 단위 시간당 반복 횟수, 단위 시간에 조사된 초음파 시간이 차지하는 백분율, 초음파 조사 단위 면적 당 초음파 강도, 및 초음파 총 조사 시간 중 적어도 하나를 포함한다. 또한, 상기 단계 (S740) 이전에 어느 하나의 뇌 신경 기능 별로 둘 이상의 초음파 자극 매개 변수의 조합을 매칭하여 저장할 수 있으며, 초음파 매개 변수의 조합에 따라 뇌 신경 기능이 상이하게 조절 및 제어될 수 있다.At this time, the ultrasonic parameters include the ultrasonic center frequency, the minimum unit time in which the ultrasonic stimulation is continued without interruption, the number of repetitions per unit time of the ultrasonic stimulation unit, the percentage occupied by the ultrasonic time per unit time, And an ultrasound total irradiation time. In addition, before the step S740, a combination of two or more ultrasonic stimulation parameters may be matched and stored for any one of the cranial nerve functions, and the cranial nerve functions may be controlled and controlled differently depending on the combination of the ultrasonic parameters .

그런 후, 검출된 초음파 매개 변수의 조합에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌에 집속 초음파를 비침습적으로 조사한다(S750).Then, focused ultrasonic waves are non-invasively inspected to the brain to be irradiated on the basis of the combination of the detected ultrasonic parameters (S750).

구체적으로, 상기 단계 (S750)는 다음과 같은 단계들을 수행하여 처리될 수 있다.Specifically, the step S750 may be performed by performing the following steps.

먼저, 초음파 조사 대상의 뇌를 MRI 촬영한 뇌 이미지를 이용하여 3차원 위치 좌표를 생성하고, 복수의 뇌 신경 기능 별로 기설정된 뇌 상의 위치(즉, 신경 부위)와 상기 생성된 3차원 위치 좌표를 매칭한다.First, a three-dimensional position coordinate is generated using a brain image obtained by MRI of a brain to be irradiated with an ultrasonic wave, and a predetermined position (i.e., a nerve region) of each brain nerve function and a generated three- Match.

그런 다음, 초음파 발생기에 부착된 적외선 마커의 3차원 공간 상의 위치 좌표 정보를 연동된 적외선 추적 카메라로부터 획득한다.Then, the position coordinate information on the three-dimensional space of the infrared marker attached to the ultrasonic generator is obtained from the linked infrared tracking camera.

그리고, 적외선 마커의 위치 정보 및 적외선 마커로부터의 초음파 초점의 상대적 거리 정보를 이용하여 초음파 초점의 3차원 공간 상의 가상 위치 좌표 값을 산출한다.The virtual position coordinate value of the ultrasonic focal point on the three-dimensional space is calculated using the information of the position of the infrared marker and the relative distance information of the ultrasonic focus from the infrared marker.

그런 후, 뇌 이미지를 이용하여 생성한 뇌 신경 기능 별 신경 부위의 3차원 위치 좌표와 상기 초음파 초점의 가상 위치 좌표를 정합(algin)하여 초음파 초점의 3차원 공간(즉, 초음파 조사 대상의 뇌) 상 출력 좌표를 산출한다.Then, the three-dimensional space of the ultrasonic focus (that is, the brain to be irradiated with ultrasonic waves) is aligned by aligning the three-dimensional position coordinate of the nerve region of the cranial nerve function generated using the brain image with the virtual position coordinate of the ultrasonic focus, And calculates phase output coordinates.

다음으로, 상기 단계 (S730)에서 검출된 추론 형상에 대응된 기준 형상에 기초하여 목적하는 뇌 신경 기능을 검출하고, 목적하는 뇌 신경 기능에 매칭된 뇌 신경 부위의 3차원 위치 좌표를 검출한다.Next, the desired cranial nerve function is detected based on the reference shape corresponding to the reasoning shape detected in step S730, and the three-dimensional position coordinate of the cranial nerve corresponding to the desired cranial nerve function is detected.

그런 후, 상기 산출된 초음파 초점의 출력 좌표가 상기 검출한 뇌 신경 부위의 3차원 위치 좌표에 대응되면, 목적하는 뇌 신경 기능에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 집속 초음파를 초음파 조사 대상의 뇌에 비침습적으로 조사한다.Then, when the output coordinates of the calculated ultrasound focus corresponds to the three-dimensional position coordinates of the detected cranial nerve region, focused ultrasound according to a combination of parameters of the ultrasound stimulation matched to the desired cranial nerve function is obtained Non-invasive examination of the brain.

본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.One embodiment of the present invention may also be embodied in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as program modules, being executed by a computer. Computer readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. In addition, the computer-readable medium may include both computer storage media and communication media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data. Communication media typically includes any information delivery media, including computer readable instructions, data structures, program modules, or other data in a modulated data signal such as a carrier wave, or other transport mechanism.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

100: 뇌-뇌 인터페이스 장치
110: 발광 소자 배열부
120: 형상 추론부
130: 신경 기능 정보 저장부
140: 초음파 출력부
150: MRI 촬영부
100: Brain-brain interface device
110:
120:
130: nerve function information storage unit
140: Ultrasonic output unit
150: MRI photographing unit

Claims (15)

뇌-뇌 인터페이스 장치에 있어서,
의도 인지 대상의 뇌파 신호에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 형상 추론부;
기설정된 복수의 뇌 신경 기능 및 상기 뇌 신경 기능에 매칭된 해당 신경 부위 별로 기준 형상 및 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭되어 저장된 신경 기능 정보 저장부; 및
상기 추론한 형상에 대응하는 상기 기준 형상을 검출하고, 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 상기 뇌 신경 기능, 해당 신경 부위 및 초음파 자극 매개 변수의 조합에 기초하여 초음파 조사 대상의 뇌에 집속 초음파(focused ultrasound)를 조사(照射)하는 초음파 출력부를 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
In a brain-brain interface device,
A shape inferring unit for inferring a shape reminiscent of the intentional cognitive object based on an EEG signal of an intentional subject;
A neural function information storage unit in which a plurality of predetermined cranial nerve functions and a combination of a reference shape and an ultrasound stimulation parameter are matched and stored for each of the corresponding nerve sites matching the cranial nerve function; And
Detecting a reference shape corresponding to the speculated shape; detecting a focused ultrasonic focused on the brain to be irradiated based on the combination of the cranial nerve function, the nerve region and the ultrasonic stimulation parameter matched to the detected reference shape; an ultrasound output unit for irradiating ultrasound to the brain.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 출력부는,
상기 초음파 조사 대상의 뇌를 자기공명영상(Magnetic Resonance Image) 촬영한 뇌 이미지를 이용하여 3차원 위치 좌표를 생성하고, 상기 복수의 뇌 신경 기능 별로 기설정된 상기 해당 신경 부위의 위치와 상기 3차원 위치 좌표를 매칭하여 저장하는 뇌 위치 좌표 저장 모듈;
연동된 적외선 카메라로부터 상기 집속 초음파를 출력하는 초음파 발생기에 부착된 적외선 마커의 위치를 추적한 초음파 출력 위치 좌표를 획득하고, 상기 초음파 출력 위치 좌표와 기설정된 상기 집속 초음파의 출력 거리에 기초하여 상기 집속 초음파의 초점에 대한 3차원 공간 상의 가상 좌표를 산출하는 3차원 위치 추적 모듈;
상기 뇌 이미지를 이용하여 생성한 3차원 위치 좌표와 상기 집속 초음파의 초점에 대한 가상 좌표를 정합(align)하여 상기 집속 초음파의 초점에 대한 출력 좌표를 산출하는 위치 좌표 정합 모듈; 및
상기 검출한 기준 형상에 매칭된 뇌 신경 기능에 대응하는 상기 3차원 위치 좌표를 검출하고, 상기 출력 좌표가 상기 검출한 3차원 위치 좌표에 대응되면 상기 검출한 뇌 신경 기능에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 상기 집속 초음파를 출력하도록 제어하는 초음파 출력 제어 모듈을 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave output unit comprises:
Generating three-dimensional positional coordinates using a brain image obtained by imaging the brain to be irradiated with the ultrasonic wave by Magnetic Resonance Image, calculating a position of the corresponding neural region predetermined for each of the plurality of cranial nerve functions, A brain position coordinate storage module for storing coordinates for matching;
And a controller for acquiring an ultrasonic output position coordinate obtained by tracking the position of an infrared marker attached to the ultrasonic generator outputting the focused ultrasonic wave from the interlaced infrared camera and calculating an ultrasonic output position coordinate based on the output distance of the focused ultrasonic wave, A three-dimensional position tracking module for calculating virtual coordinates on a three-dimensional space with respect to a focus of an ultrasonic wave;
A position coordinate matching module for aligning the three-dimensional position coordinates generated using the brain image with virtual coordinates for the focus of the focused ultrasonic wave to calculate output coordinates for the focus of the focused ultrasonic wave; And
Dimensional position coordinate corresponding to a cranial nerve function matched with the detected reference shape is detected, and when the output coordinate corresponds to the detected three-dimensional position coordinate, an ultrasonic stimulation parameter And outputting the focused ultrasonic wave according to a combination of the ultrasound output control module and the ultrasound output control module.
제 1 항에 있어서,
상기 형상 추론부는,
발광 소자 배열부에 배열된 복수의 발광 소자를 배열 위치 별로 상이한 주파수로 점멸하도록 제어하는 발광 소자 제어 모듈;
상기 발광 소자 배열부를 주시하는 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정하는 뇌파 측정 모듈; 및
상기 측정한 뇌파 신호에 포함된 적어도 하나의 주파수를 검출하고, 상기 검출한 적어도 하나의 주파수에 대응된 주파수로 점멸하는 상기 발광 소자의 배열 형태에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 형상 분석 모듈을 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
The shape-
A light emitting element control module for controlling the plurality of light emitting elements arranged in the light emitting element array portion to flicker at different frequencies according to the arrangement positions;
An EEG measurement module for measuring an EEP signal of an intent to watch the light emitter array; And
Detecting at least one frequency included in the measured EEG signal and deducing a shape reminiscent of the intention or object based on the arrangement of the light emitting elements that flickers at a frequency corresponding to the detected at least one frequency A brain-brain interface device comprising a shape analysis module.
제 3 항에 있어서,
상기 형상 분석 모듈은,
상기 기준 형상 중 어느 하나와 상기 발광 소자의 배열 형태에 기초한 형상 간의 유사도를 산출하여, 상기 유사도가 가장 높은 형상을 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상으로 추론하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method of claim 3,
The shape analysis module includes:
Calculating a degree of similarity between any one of the reference shapes and a shape based on the arrangement of the light emitting elements and deducing the shape having the highest degree of similarity as a shape reminiscent of the intention or object.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 자극 매개 변수는,
초음파 중심 주파수, 초음파 자극이 중단없이 지속되는 최소 단위 시간, 초음파 자극 단위의 단위 시간당 반복 횟수, 단위 시간에 투여된 초음파 시간이 차지하는 백분율, 초음파 조사 단위 면적 당 초음파 강도, 및 초음파 총 조사 시간 중 적어도 하나를 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
The ultrasound stimulation parameter may be,
The ultrasound center frequency, the minimum unit time in which the ultrasound stimulation continues uninterrupted, the repetition frequency per unit time of the ultrasound stimulation unit, the percentage occupied by the ultrasound time per unit time, the ultrasound intensity per unit area of the ultrasound irradiation, A brain-brain interface device comprising one.
제 1 항에 있어서,
상기 신경 기능 정보 저장부는,
어느 하나의 상기 뇌 신경 기능 별로 둘 이상의 초음파 자극 매개 변수의 조합이 매칭되고,
상기 초음파 자극 매개 변수의 조합 별로 상기 하나의 뇌 신경 기능이 상이하게 제어되는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
The neural function information storage unit stores,
A combination of two or more ultrasound stimulation parameters is matched for any one of the cranial nerve functions,
Wherein the one cranial nerve function is controlled differently according to the combination of the ultrasonic stimulation parameters.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 출력부는,
비유동성의 초음파 투과 매질을 통해 상기 출력된 집속 초음파를 상기 초음파 조사 대상의 표면에 전달시켜 상기 초음파 조사 대상의 뇌에 집속 초음파를 비침습적으로 조사하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the ultrasonic wave output unit comprises:
Wherein the focused ultrasonic wave is transmitted to the surface of the object to be irradiated through the non-fluid ultrasonic transmission medium to non-invasively irradiate the focused ultrasonic wave to the object to be irradiated with the ultrasonic wave.
제 1 항에 있어서,
상기 형상 추론부는,
상기 의도 인지 대상의 정상상태 시각유발 전위(Steady State Visual Evoked Potential, SSVEP)를 측정하고, 상기 정상상태 시각 유발 전위에 기초하여 상기 형상을 추론하는 뇌-뇌 인터페이스 장치.
The method according to claim 1,
The shape-
Brain-brain interface device for measuring the steady state visual evoked potential (SSVEP) of the object of interest, and deducing the shape based on the steady state visual evoked potential.
뇌-뇌 인터페이스 장치를 통한 뇌-뇌 인터페이스 방법에 있어서,
(a) 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정하는 단계;
(b) 상기 뇌파 신호에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 단계;
(c) 기설정된 복수의 뇌 신경 기능 별로 매칭된 기준 형상 중 상기 추론한 형상에 대응하는 기준 형상을 검출하는 단계;
(d) 기설정된 상기 복수의 뇌 신경 기능 및 상기 뇌 신경 기능에 대응된 해당 신경 부위 별로 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합 중 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합을 검출하는 단계; 및
(e) 상기 검출한 초음파 자극 매개 변수의 조합에 기초하여 집속 초음파(focused ultrasound)를 출력하는 단계를 포함하되,
상기 집속 초음파를 출력하는 단계는,
상기 집속 초음파를 초음파 조사 대상의 뇌에 조사(照射)되도록 초음파 투과 매질을 통해 출력하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
A brain-brain interface method through a brain-brain interface device,
(a) measuring an EEG signal of an intended or perceived subject;
(b) deducing a shape reminiscent of the intention or object based on the EEG signal;
(c) detecting a reference shape corresponding to the inferred shape among reference shapes matched to a predetermined plurality of cranial nerve functions;
(d) detecting a combination of ultrasonic stimulation parameters matched to the detected reference shape among combinations of the predetermined plurality of cranial nerve functions and ultrasound stimulation parameters matched to corresponding nerve sites corresponding to the cranial nerve function ; And
(e) outputting a focused ultrasound based on a combination of the detected ultrasonic stimulation parameters,
Wherein the step of outputting the focused ultrasonic waves comprises:
And outputting the focused ultrasound through an ultrasound transmission medium so as to be irradiated to a brain to be irradiated with ultrasound.
제 9 항에 있어서,
상기 (e) 단계는,
(e-1) 초음파 조사 대상의 뇌를 자기공명영상(Magnetic Resonance Image) 촬영한 뇌 이미지를 이용하여 3차원 위치 좌표를 생성하는 단계;
(e-2) 상기 복수의 뇌 신경 기능 별로 기설정된 상기 해당 신경 부위의 위치와 상기 3차원 위치 좌표를 매칭하는 단계;
(e-3) 연동된 적외선 카메라로부터 상기 집속 초음파를 출력하는 초음파 발생기에 부착된 적외선 마커의 위치를 추적한 초음파 출력 위치 좌표를 획득하는 단계;
(e-4) 상기 초음파 출력 위치 좌표와 기설정된 상기 집속 초음파의 출력 거리에 기초하여 상기 집속 초음파의 초점에 대한 3차원 공간 상의 가상 좌표를 산출하는 단계;
(e-5) 상기 뇌 이미지를 이용하여 생성한 3차원 위치 좌표와 상기 집속 초음파의 초점에 대한 가상 좌표를 정합(align)하여 상기 집속 초음파의 초점에 대한 출력 좌표를 산출하는 단계;
(e-6) 상기 검출한 기준 형상에 매칭된 뇌 신경 기능에 대응하는 상기 3차원 위치 좌표를 검출하는 단계;
(e-7) 상기 집속 초음파의 초점에 대한 출력 좌표가 상기 검출한 3차원 위치 좌표에 대응되면, 상기 검출한 뇌 신경 기능에 매칭된 초음파 자극 매개 변수의 조합에 따른 상기 집속 초음파를 출력하는 단계를 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
10. The method of claim 9,
The step (e)
(e-1) generating three-dimensional position coordinates using a brain image obtained by imaging a brain to be irradiated with ultrasound with a magnetic resonance image;
(e-2) matching the position of the corresponding neural region predetermined for each of the plurality of cranial nerve functions with the three-dimensional position coordinate;
(e-3) obtaining an ultrasonic output position coordinate tracking the position of an infrared marker attached to the ultrasonic generator outputting the focused ultrasonic wave from the interfaced infrared camera;
(e-4) calculating imaginary coordinates on the three-dimensional space with respect to the focal point of the focused ultrasonic wave on the basis of the ultrasonic output position coordinate and the output distance of the focused ultrasonic wave set in advance;
(e-5) calculating an output coordinate of the focused ultrasonic wave by aligning the three-dimensional position coordinate generated using the brain image with the virtual coordinate of the focus of the focused ultrasonic wave;
(e-6) detecting the three-dimensional position coordinate corresponding to the cranial nerve function matched with the detected reference shape;
(e-7) outputting the focused ultrasonic wave according to a combination of ultrasonic stimulation parameters matched with the detected cranial nerve function when the output coordinate of the focused ultrasonic wave corresponds to the detected three-dimensional position coordinate / RTI > The method of claim 1,
제 9 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
발광 소자 배열부에 배열된 복수의 발광 소자를 배열 위치 별로 상이한 주파수로 점멸하도록 제어하는 단계를 더 포함하되,
상기 (a) 단계는,
상기 발광 소자 배열부를 주시하는 의도 인지 대상의 뇌파 신호를 측정하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
10. The method of claim 9,
Before the step (a)
Further comprising controlling the plurality of light emitting devices arranged in the light emitting device array to flicker at different frequencies according to the arrangement positions,
The step (a)
And a brain-brain interface method for measuring an intracellular signal of the intention to watch the light-emitting device array.
제 11 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 측정한 뇌파 신호에 포함된 적어도 하나의 주파수를 검출하고, 상기 검출한 적어도 하나의 주파수에 대응된 주파수로 점멸하는 상기 발광 소자의 배열 형태에 기초하여 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상을 추론하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
12. The method of claim 11,
The step (b)
Detecting at least one frequency included in the measured EEG signal and deducing a shape reminiscent of the intention or object based on the arrangement of the light emitting elements that flickers at a frequency corresponding to the detected at least one frequency Brain-brain interface method.
제 12 항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 기준 형상 중 어느 하나와 상기 발광 소자의 배열 형태에 기초한 형상 간의 유사도를 산출하여, 상기 유사도가 가장 높은 형상을 상기 의도 인지 대상이 연상한 형상으로 추론하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
13. The method of claim 12,
The step (b)
Calculating a degree of similarity between any one of the reference shapes and the shape based on the arrangement of the light emitting devices and deducing the shape having the highest degree of similarity as a shape reminiscent of the intention or object.
제 9 항에 있어서,
상기 초음파 자극 매개 변수는,
초음파 중심 주파수, 초음파 자극의 중단없는 최소 단위 시간, 초음파 자극 단위의 단위 시간당 반복 횟수, 단위 시간에 투여된 초음파 시간이 차지하는 백분율, 초음파 조사 단위 면적 당 초음파 강도, 및 초음파 총 조사 시간 중 적어도 하나를 포함하는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
10. The method of claim 9,
The ultrasound stimulation parameter may be,
At least one of the ultrasound center frequency, the minimum unit time without interruption of the ultrasound stimulation, the number of repetitions per unit time of the ultrasound stimulation unit, the percentage occupied by the ultrasound time per unit time, the ultrasound intensity per unit area of the ultrasound irradiation, Comprising a brain-brain interface method.
제 9 항에 있어서,
상기 (d) 단계 이전에,
어느 하나의 상기 뇌 신경 기능 별로 둘 이상의 초음파 자극 매개 변수의 조합을 매칭하여 저장하는 단계를 더 포함하되,
상기 초음파 자극 매개 변수의 조합 별로 상기 하나의 뇌 신경 기능이 상이하게 제어되는 뇌-뇌 인터페이스 방법.
10. The method of claim 9,
Prior to step (d)
Further comprising the step of matching and storing a combination of two or more ultrasonic stimulation parameters according to any one of the cranial nerve functions,
Wherein the one cranial nerve function is controlled differently according to the combination of the ultrasonic stimulation parameters.
KR1020130059043A 2013-05-24 2013-05-24 Apparatus and method for brain-brain interfacing KR101470588B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130059043A KR101470588B1 (en) 2013-05-24 2013-05-24 Apparatus and method for brain-brain interfacing
PCT/KR2014/004629 WO2014189327A1 (en) 2013-05-24 2014-05-23 Ultrasonic wave output system for treating brain-brain interface and method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130059043A KR101470588B1 (en) 2013-05-24 2013-05-24 Apparatus and method for brain-brain interfacing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140137870A KR20140137870A (en) 2014-12-03
KR101470588B1 true KR101470588B1 (en) 2014-12-10

Family

ID=52457545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130059043A KR101470588B1 (en) 2013-05-24 2013-05-24 Apparatus and method for brain-brain interfacing

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101470588B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210026331A (en) 2019-08-29 2021-03-10 김양희 An EEG induction device and a method therefor

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10524683B2 (en) 2013-04-16 2020-01-07 Korea University Research And Business Foundation EEG-based brain-machine interface apparatus and method for recognizing human-intention using flickering visual stimulus
KR102031958B1 (en) * 2017-04-06 2019-10-14 고려대학교 산학협력단 Prefrontal based cognitive brain-machine interfacing apparatus and method thereof
CN110377049B (en) * 2019-06-29 2022-05-17 天津大学 Brain-computer interface-based unmanned aerial vehicle cluster formation reconfiguration control method
EP4096527A4 (en) * 2020-01-27 2024-01-24 Cordance Medical Inc. Ultrasound transducer assembly
CN111938628B (en) * 2020-09-01 2024-01-23 天津大学 Brain power supply signal detection device based on transcranial focusing ultrasonic stimulation
CN115344122B (en) * 2022-08-15 2024-06-18 中国科学院深圳先进技术研究院 Acoustic non-invasive brain-computer interface and control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005500117A (en) * 2001-08-24 2005-01-06 ザ ブライハム アンド ウイミンズ ホスピタル, インコーポレイテッド Ultrasound treatment
KR20100010714A (en) * 2008-07-23 2010-02-02 재단법인서울대학교산학협력재단 Method and device for neural user interface and brain activity measuring device for the same
US20110112603A1 (en) * 2009-10-05 2011-05-12 The Regents Of The University Of California Extracranial implantable devices, systems and methods for the treatment of neuropsychiatric disorders

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005500117A (en) * 2001-08-24 2005-01-06 ザ ブライハム アンド ウイミンズ ホスピタル, インコーポレイテッド Ultrasound treatment
KR20100010714A (en) * 2008-07-23 2010-02-02 재단법인서울대학교산학협력재단 Method and device for neural user interface and brain activity measuring device for the same
US20110112603A1 (en) * 2009-10-05 2011-05-12 The Regents Of The University Of California Extracranial implantable devices, systems and methods for the treatment of neuropsychiatric disorders

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210026331A (en) 2019-08-29 2021-03-10 김양희 An EEG induction device and a method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140137870A (en) 2014-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101470588B1 (en) Apparatus and method for brain-brain interfacing
US12119120B2 (en) Optimal multi-electrode transcutaneous stimulation with high focality and intensity
Sandrini et al. The use of transcranial magnetic stimulation in cognitive neuroscience: a new synthesis of methodological issues
US20210290155A1 (en) Neuromodulation method and system for sleep disorders
US9486389B2 (en) Apparatus and method for calibrating non-invasive desynchronizing neurostimulation
US20150174418A1 (en) Device and Methods for Noninvasive Neuromodulation Using Targeted Transcranial Electrical Stimulation
US20170246481A1 (en) Devices and methods for optimized neuromodulation and their application
Shafi et al. Physiological consequences of abnormal connectivity in a developmental epilepsy
Ohara et al. Cutaneous painful laser stimuli evoke responses recorded directly from primary somatosensory cortex in awake humans
US8396561B2 (en) Visual prosthesis and methods of creating visual perceptions
Herwig et al. Spatial congruence of neuronavigated transcranial magnetic stimulation and functional neuroimaging
US20160001096A1 (en) Devices and methods for optimized neuromodulation and their application
US11241187B2 (en) Electromagnetic wave sensing and modulating of neuronal activities
Krings et al. Representation of cortical motor function as revealed by stereotactic transcranial magnetic stimulation
Kraus et al. Neuromuscular plasticity: disentangling stable and variable motor maps in the human sensorimotor cortex
JP2015533526A (en) Ultrasound diagnosis and therapy management system and related methods
US20160030762A1 (en) Device and method for transcranial magnetic stimulation coil positioning with data integration
Rosanova et al. Combining transcranial magnetic stimulation with electroencephalography to study human cortical excitability and effective connectivity
US9339642B1 (en) System and method for conducting multi-electrode electrical stimulation
Fried et al. Characterization of visual percepts evoked by noninvasive stimulation of the human posterior parietal cortex
JP2018505735A (en) Devices and methods for calibrating non-invasive mechanical tactile and / or thermal neural stimulation
KR102646182B1 (en) EEG detection and nerve stimulation system including a wearable EEG headset and 3D glasses wearing a patient
US20190239794A1 (en) Electroencephalogram detecting device and program
Breveglieri et al. Transcranial magnetic stimulation over the human medial posterior parietal cortex disrupts depth encoding during reach planning
US20220379142A1 (en) Systems and methods for brain imaging and stimulation using super-resolution ultrasound

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171030

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181025

Year of fee payment: 5