KR101540561B1

KR101540561B1 - 능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR101540561B1
Application number: KR1020130134612A
Authority: KR
Inventors: 신정훈
Original assignee: (주)넥스젠
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-07-31
Also published as: KR20150053286A

Abstract

본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 사용자의 뇌파를 측정하는 헤드셋부와, 상기 헤드셋부에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호, 음향신호, 미각신호, 촉각신호, 후각신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 뉴로 피드백 신호발생부를 포함하되, 상기 뉴로 피드백 신호발생부는, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 목적에 따라 사용자의 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법{An Active Neuro-feedback Apparatus and Control method thereof}

본 발명은 사용자의 특정 주파수 대역 뇌파를 목적에 따라 변화(감쇄, 강화, 생성 또는 소멸)시키기 위한 능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 등의 다양한 자극을 사용자에게 제시한 후 사용자의 뇌활동 반응과 관련된 사용자의 뇌파 변화에 대한 정보를 획득하고 이를 이용하여 사용자에게 제시되는 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시켜 사용자를 자극함으로써 목적하는 사용자의 뇌파 변화가 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

최근 인간의 뇌파로부터 나오는 뇌파 신호를 추출하여 이를 현실의 객체에 반영하고자 하는 연구는 발전을 거듭해 오고 있다. 개인용 컴퓨터를 활용하여 프로그램을 설치한 후 집중력 발생시 그래픽으로 처리된 자동차가 달리거나, 화살이 날아가는 등의 동작을 하는 컴퓨터용 게임과 소수의 뇌파 전극만을 장착하여 뇌파 신호를 검출한 후 뇌파 신호의 세기에 따라 팬의 회전 속도를 달리하여 탁구공을 불어 올리거나 장난감 자동차를 앞으로 달리는 등의 게임 및 장치들이 등장한 사례가 있다.

이와 같이 사용자의 뇌에서 발생되는 뇌파 신호의 현재 상태를 사용자에게 영상 및/또는 음향으로 알려준 후 사용자의 노력에 의하여 원하는 대역의 뇌파가 변화되도록 유도하는 장치를 일반적으로 뉴로 피드백(neuro-feedback) 장치라고 하는데, 상기 뉴로 피드백 장치는 집중력 훈련, ADHD 치료, 숙면 유도 등에 널리 이용되고 있다.

이러한 뉴로 피드백 장치의 일예로서 사용자의 뇌파 신호를 주체로 파악하고 전자기기나 물품을 객체로 삼아 객체를 이동하기 위한 기술에 대한 내용이 하기 [문헌 1]과 [문헌 2] 등에 개시되어 있다.

하지만, 상기 종래 기술에 따른 뉴로 피드백 장치들은 단순히 사용자의 뇌파를 측정 및 분석하여 그 결과에 따라 화살이나 자동차와 같은 객체의 움직임을 나타냄으로써 사용자에게 현재 자신의 뇌파 상태를 알려주는 기능만 수행할 뿐 목적하는 주파수 대역의 뇌파 변화는 오로지 사용자의 노력과 의지에 의해서만 이루어지도록 구성되어 있기 때문에 목적하는 주파수 대역의 뇌파 변화가 매우 어렵거나 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

[문헌 1] 한국공개특허 제2000-0006630호(2000. 2. 7. 공개)

[문헌 2] 한국공개특허 제2008-0032782호(2008. 4. 16. 공개)

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 등의 다양한 자극을 사용자에게 제시한 후 사용자의 뇌활동 반응과 관련된 사용자의 뇌파 변화에 대한 정보를 획득하고 이를 이용하여 사용자에게 제시되는 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시켜 사용자의 뇌파 생성을 직접적으로 자극 및 제어함으로써 사용자의 뇌파를 목적하는 주파수 대역의 특성을 가지는 신호로 용이하고 신속하게 변화시킬 수 있는 능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 사용자의 뇌파를 측정하는 헤드셋부와, 상기 헤드셋부에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호, 음향신호, 미각신호, 촉각신호, 후각신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 뉴로 피드백 신호발생부를 포함하되, 상기 뉴로 피드백 신호발생부는, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 목적에 따라 사용자의 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 뉴로 피드백 신호발생부는 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율, 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나를 각각 순차적으로 변화시켜 사용자에게 제공하면서 상기 신호들의 변화에 따라 유도되는 사용자 뇌파의 변화에 대한 정보인 사용자 뇌파 반응도 정보를 추출하고, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 추출된 사용자 뇌파 반응도 정보를 이용하여 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 사용자로부터 작동모드가 입력되는 입력부를 더 포함하고, 상기 뉴로 피드백 신호발생부는 입력된 작동모드에 대응되는 목적에 따라 사용자의 뇌파가 변화되도록 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 제어방법은 사용자의 뇌파를 측정하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호, 음향신호, 미각신호, 촉각신호, 후각신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 제2단계를 포함하되, 상기 제2단계에서 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 목적에 따라 사용자의 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1단계는 사용자의 뇌파를 측정하기 이전에 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율, 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나를 각각 순차적으로 변화시켜 사용자에게 제공하면서 상기 신호들의 변화에 따라 유도되는 사용자 뇌파의 변화에 대한 정보인 사용자 뇌파 반응도 정보를 추출하는 제1-1단계를 더 포함하고, 상기 제2단계는 뉴로 피드백 신호의 생성시 상기 제1-1단계에서 추출된 사용자 뇌파 반응도 정보를 이용하여 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1단계는 사용자로부터 작동모드를 입력받는 제1-2단계를 더 포함하고, 상기 제2단계는 상기 제1-2단계에서 입력받은 작동모드에 대응되는 목적에 따라 사용자의 뇌파가 변화되도록 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 사용자에게 제시되는 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 등의 변화에 따라 사용자의 뇌파 생성이 변화되고 이러한 변화가 사용자에 따라 달라지는 현상을 이용한 것으로서, 미리 추출된 자극 변화에 대한 사용자의 뇌파 변화에 대한 정보를 이용하여 뉴로 피드백 신호의 특성(영상 색상 또는 활성화율, 음향 주파수 또는 음원, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기 또는 패턴, 후각신호의 종류 또는 농도 등)을 변화시켜 사용자의 뇌파 변화가 용이하도록 자극을 제시한 후 사용자의 훈련을 요구하는 방식이기 때문에 종래 기술과 대비할 때 목적에 따라 사용자의 뇌파를 신속하고 용이하게 변화시킬 수 있다는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 전체 구성을 나타낸 도면,
도2는 도1에 도시한 뉴로 피드백 장치의 동작 구성을 나타낸 블럭도,
도3은 도1에 도시한 뉴로 피드백 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도, 및
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 동작구성을 나타낸 블럭도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 이용하여 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 사용자의 뇌파는 외부 자극에 의하여 특정 주파수로 유도될 수 있는 것으로 알려져 있는데, 이 경우 외부 자극의 변화에 따라 유도되는 뇌파도 변화되는 특성을 나타낸다.

또한, 이러한 외부 자극의 변화에 따른 뇌파의 변화는 사용자에 따라 다르며, 동일한 사람의 경우에도 뇌파 측정 당시의 신체나 감정 상태에 따라 달라지고 좌뇌와 우뇌에서 유도되는 뇌파도 달라지는 경향을 나타낸다.

이와 같이 외부 자극에 따라 달라지는 뇌파의 변화, 이러한 뇌파 변화의 개인별 차이, 및 좌우뇌의 차이 등에 관해서는 본 발명의 출원인 등이 출원한 한국등록특허 제1140507호에 상세히 개시되어 있으며, 본 발명과 명백히 배치되지 않는 한 상기 등록특허의 내용은 본 발명에 편입되는 것으로서 이하에서는 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.

또한, 본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위 전체에서 "(목적에 따라)사용자의 뇌파를 변화시킨다"는 표현은 사용자의 뇌파신호 중 특정 주파수 대역의 뇌파신호를 목적에 따라 감쇄, 강화, 생성 또는 소멸시키는 것을 의미한다.

먼저, 도1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 전체 구성을 나타낸 도면이고, 도2는 도1에 도시한 뉴로 피드백 장치의 동작 구성을 나타낸 블럭도이며, 도3은 도1에 도시한 뉴로 피드백 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 사용자의 뇌파를 측정하기 위한 헤드셋부(100), 상기 헤드셋부(100)에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호와 음향신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 뉴로 피드백 신호발생부(200), 및 상기 헤드셋부(100)와 뉴로 피드백 신호발생부(200)의 작동에 필요한 데이터들이 저장되는 메모리부(300)를 포함하여 구성된다.

상기 헤드셋부(100)는 여러 가지 다양한 형상으로 구현될 수 있으나 본 실시예에서는 도1에 도시한 바와 같이 일예로서 일반적인 헤드폰 형상으로 구성함으로써, 사용자의 뇌파 측정기능과 함께 후술하는 바와 같이 뉴로 피드백 신호발생부(200)에서 생성한 음향신호(또는 청각신호)를 사용자의 양쪽 귀로 출력하여 재생하는 기능도 수행하게 된다.

이를 위하여 상기 헤드셋부(100)는 사용자의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정모듈(110), 측정된 뇌파데이터를 뉴로 피드백 신호발생부(200)로 전송하는 뇌파데이터 송신모듈(120), 상기 뉴로 피드백 신호발생부(200)에서 생성된 음향신호를 수신하는 뉴로 피드백 청각신호 수신모듈(130), 및 상기 수신된 뉴로 피드백 청각신호를 재생하는 뉴로 피드백 청각신호 재생모듈(140)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 뇌파 측정모듈(110)은 사용자의 머리에 부착되는 전극을 이용하여 사용자의 뇌파 데이터를 검출하기 위한 구성요소로서, 공지된 통상의 뇌파측정장치 중 어느 하나를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.

본 실시예에서는 일예로서 상기 뇌파 측정모듈(110)이 사용자의 뇌파 데이터를 검출하기 위한 전극을 사용자의 좌우측 머리에 각각 부착하도록 구성되는데, 사람의 집중 정도 상태, 긴장이나 이완 상태 등의 정보는 일반적으로 뇌의 전두전야 부분에서 관장하기 때문에 상기 전극은 각각 전두전야 부분의 좌우측 뇌파를 검출하기 용이한 부분에 부착되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 2개의 채널을 통하여 뇌파를 검출하는 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 뇌파 검출목적이나 응용분야에 따라서는 N개의 채널로 확장 또는 축소될 수도 있다.

또한, 상기 뇌파측정부는 후술하는 바와 같이 뉴로 피드백 신호발생부에서 연속적으로 출력되는 뉴로 피드백 신호에 대한 사용자의 뇌파 데이터를 연속적으로 검출하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 뇌파데이터 송신모듈(120)과 뉴로 피드백 청각신호 수신모듈(130)은 통상의 데이터 송수신 장치를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있으며, 상기 뉴로 피드백 청각신호 재생모듈(140)은 통상의 헤드폰에 구성되는 스피커 등을 이용하여 바람직하게 구현될 수 있다.

이 경우 상기 뉴로 피드백 신호의 음향신호는 사용자의 좌우측 귀에 동일하게 생성될 수도 있으나 필요에 따라서는 사용자의 좌우측 귀에 각각 별도로 생성될 수도 있다.

다만, 이와 같이 상기 뉴로 피드백 신호의 음향신호가 사용자의 좌우측 귀에 별도로 생성된 경우이면 상기 뉴로 피드백 청각신호 재생모듈(140)은 각각의 음향신호를 대응되는 좌우측 스피커를 통하여 재생하도록 구성된다.

한편, 상기 뉴로 피드백 신호발생부(200)는 전술한 바와 같이 헤드셋부(100)를 통해 측정된 사용자의 뇌파를 분석하여 그 결과를 통상의 뉴로 피드백 장치와 마찬가지로 영상 및/또는 음향 신호를 이용한 뉴로 피드백 신호로 사용자에게 제공하는 기능과, 상기 뉴로 피드백 신호를 제공하는 경우 목적하는 주파수 대역의 사용자의 뇌파를 변화시키기 위한 자극을 함께 제공하는 것을 특징으로 한다.

이를 위하여 상기 뉴로 피드백 신호발생부(200)는 사용자로부터 작동모드가 입력되는 작동모드 입력모듈(220), 헤드셋부(100)에서 측정된 사용자 뇌파데이터를 수신하는 뇌파데이터 수신모듈(230), 상기 수신된 뇌파데이터를 분석하는 뇌파데이터 분석모듈(240), 상기 뇌파데이터의 분석결과에 따라 시각신호인 영상신호와 청각신호인 음향신호 중 적어도 어느 하나를 생성하는 뉴로 피드백 청각신호 생성모듈(250)과 뉴로 피드백 시각신호 생성모듈(270), 상기 생성된 뉴로 피드백 청각신호를 헤드셋부(100)로 전송하여 스피커를 통해 재생되도록 하는 뉴로 피드백 청각신호 송신모듈(260), 상기 생성된 뉴로 피드백 시각신호를 재생하는 뉴로 피드백 시각신호 재생모듈(280), 및 상술한 각 모듈들의 동작을 제어하는 제어모듈(210)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 작동모드 입력모듈(220)은 버튼이나 터치패널 방식 등 통상의 입력장치를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있고, 본 시예에서와 같이 뉴로 피드백 신호발생부(200)와 일체로 구성될 수 있으며, 필요에 따라서는 헤드셋부(100)와 일체로 구성되거나 통상의 리모컨과 같이 별도로 분리되어 구성될 수도 있다.

또한, 상기 입력되는 작동모드의 경우 필요에 따라 여러 가지 다양한 모드로구성될 수 있으나, 본 실시예에서는 일예로서 상기 작동모드가 집중력 훈련모드, 명상모드, 숙면 유도모드의 3가지 종류로 구성하였으며 이들 각각의 작동모드는 사용자에게 특정 주파수 대역의 뇌파가 유도되도록 하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 예를 들어 작동모드가 집중력 훈련모드일 경우에는 초학습 상태나 높은 창의력 상태 등에서 주로 발생되는 뇌파인 12Hz 내지 15Hz 대역의 SMR파가 유도(생성 또는 강화)될 수 있도록 하고, 작동모드가 명상모드일 경우에는 명상(정신적인 안정)이나 휴식 상태(긴장 이완)에서 주로 발생되는 뇌파인 8Hz 내지 14Hz 대역의 알파파가 유도(생성 또는 강화)될 수 있도록 하며, 작동모드가 숙면 유도모드일 경우에는 깊은 수면 상태일때 발생되는 뇌파인 3Hz 이하의 델타파가 유도(생성 또는 강화)될 수 있도록 한다.

또한, 상기 뇌파데이터 수신모듈(230)과 뉴로 피드백 청각신호 송신모듈(260)은 통상의 데이터 송수신 장치를 이용하여 바람직하게 구현될 수 있으며, 상기 뉴로 피드백 시각신호 재생모듈(280)은 영상신호를 재생할 수 있는 통상의 디스플레이 장치로 바람직하게 구현될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 일예로서 상기 뉴로 피드백 청각신호가 헤드셋부(100)에서 재생되도록 구성하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 뉴로 피드백 시각신호 재생모듈(280)에 설치된 스피커 등의 음향 재생장치를 통해 재생되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 뇌파데이터 분석모듈(240)은 수신된 뇌파 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 현재 사용자의 뇌파 상태를 뇌파의 주파수 대역을 기준으로 분석하는 기능을 수행한다.

또한, 상기 뉴로 피드백 청각신호 생성모듈(250)은 뇌파데이터 분석모듈(240)의 분석결과를 토대로 후술하는 제어모듈(210)에서 생성한 제어신호에 따라 사용자의 현재 뇌파 상태를 피드백하기 위한 음향신호를 생성하게 된다.

이때, 종래 기술에 따른 뉴로 피드백 훈련장치는 일예로서 사용자가 집중력 훈련을 하고자 하는 경우 일반적으로 사용자의 뇌파를 측정하여 이미 프로그램 되어져 있는 상태에 따라 훈련모드에서 뇌파 상태를 표시하여 주는데, 예를 들어 집중력 지펴가 높아질수록 로케트와 같은 캐릭터의 움직임을 빨리하거나, 화살이 과녁의 중앙에 명중되도록 하는 등 사용자의 뇌파 신호 중 집중력 지표가 높아지고 있음을 표시하여 준다.

그러나, 상기 종래 기술의 경우 집중력 지표를 높일 수 있는 정확한 방법은 제시되지 않으며 사용자의 노력에 의하여 집중력 지표가 높아졌을 경우 현재의 상태를 유지하라는 의미에서 집중력 지표가 높아진 것을 음향신호 또는 영상신호 캐릭터의 움직임을 통하여 알려주고 있으며, 사용자는 어떠한 방법으로 집중력 지표가 높아졌는지 명확하게 파악하지 못한 상태에서 현재의 상태를 유지하여 노력하게 된다.

이에 반하여, 본 발명에서 제안하는 능동형 뉴로 피드백 장치는 사용자가 선택한 훈련모드가 집중력 훈련모드일 경우 12Hz 내지 15Hz 대역의 SMR파의 강화가 필요함을 고려하여 뇌파데이터 분석모듈(240)에서 분석된 사용자의 뇌파 신호 중 12Hz 내지 15Hz 대역의 신호가 강화될 수 있는 뉴로 피드백 자극을 사용자에게 제시한다.

예를 들어, 상기 뉴로 피드백 청각신호 생성모듈(250)은 후술하는 바와 같이 사용자의 뇌파 반응도 정보를 고려하여 사용자에게 제시되는 음향신호의 주파수를 사용자의 SMR파 강화가 가능한 주파수 또는 음원으로 변화시켜 생성함으로써, 음향신호의 메시지, 게임 음향효과 등에 의하여 사용자의 집중력 향상을 유도함과 동시에 이들 음향신호의 주파수 변조 또는 음원 변화에 의한 뇌파 자극에 의해서 사용자가 무의식적으로 집중력을 향상시킬 수 있도록 유도하게 된다.

또한, 상기 뉴로 피드백 청각신호 생성모듈(250)은 후술하는 바와 같이 제어모듈(210)의 제어신호에 의하여 사용자의 뇌파 반응도 추출을 위하여 동일한 음향신호의 주파수를 변화시키거나 음원의 종류를 변화시켜가면서 사용자에게 제공하는 기능도 수행하게 되는데, 예를 들어 동일한 음원의 주파수를 20Hz에서 20kHz까지 500Hz씩 증가시켜가면서 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 상기 뉴로 피드백 시각신호 생성모듈(270)은 뇌파데이터 분석모듈(240)의 분석결과를 토대로 후술하는 제어모듈(210)에서 생성한 제어신호에 따라 사용자의 현재 뇌파 상태를 피드백하기 위한 영상신호를 생성하게 된다.

또한, 상기 뉴로 피드백 시각신호 생성모듈(270)은 뇌파데이터 분석모듈(240)에서 분석된 사용자의 뇌파 신호 중 SMR파의 신호가 약할수록 발사되는 화살이 과녁 중앙부를 벗어나는 영상신호를 생성할 수 있으며, 반대로 사용자의 뇌파 신호 중 SMR파의 신호가 강할수록 점점 화살이 과녁의 중앙부에 명중되도록 영상신호를 생성할 수 있다.

이때, 상기 뉴로 피드백 시각신호 생성모듈(270)은 후술하는 바와 같이 사용자의 뇌파 반응도 정보를 고려하여 상기 영상신호를 구성하는 캐릭터 또는 배경화면의 색상 및/또는 영상활성화율(refresh rate)을 사용자의 SMR파가 강화될 수 있는 색상 및/또는 영상활성화율로 자동 변환하여 생성하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 영상신호의 내용(즉, 본 실시예의 경우 과녁에 화살이 명중되는지 여부)에 의하여 사용자의 집중력 향상을 유도함과 동시에 영상신호를 구성하는 과녁, 배경화면 등의 색상 변화, 이들 색상 변화의 조합 또는 영상활성화율 변화 중 적어도 어느 하나로 구성되는 뇌파 자극에 의해서 사용자가 무의식적으로 집중력을 향상시킬 수 있도록 유도하게 된다.

또한, 상기 뉴로 피드백 시각신호 생성모듈(270)은 후술하는 바와 같이 제어모듈(210)의 제어신호에 의하여 사용자의 뇌파 반응도 추출을 위하여 동일한 영상신호의 색상 및/또는 영상활성화율을 변화시켜가면서 사용자에게 제공하는 기능도 수행하게 되는데, 예를 들어 동일한 영상신호의 색상을 빨,주,노,초,파,남,보의 연속적인 무지개 색상으로 순차적으로 변화시켜가면서 사용자에게 제공하거나 영상신호의 활성화율을 30Hz에서 70Hz까지 5Hz씩 증가시켜가면서 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 상기 제어모듈(210)은 헤드셋부(100)를 제어하여 사용자의 뇌파를 측정하거나 뉴로 피드백 신호발생부(200)에서 생성된 음향신호를 재생시키는 기능을 수행하며, 상술한 뉴로 피드백 신호발생부(200)의 각 모듈의 동작을 제어하는 기능을 수행한다.

더욱 구체적으로, 상기 제어모듈(210)은 상기 헤드셋부(100)에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호와 음향신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 기능과, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 사용자가 선택한 해당 작동모드에서 목적하는 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수, 또는 음향신호의 음원 종류 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 기능을 수행한다.

또한, 상기 제어모듈(210)은 뉴로 피드백 신호를 생성하기 이전에 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율, 음향신호의 주파수 또는 음향신호의 음원종류 중 적어도 어느 하나를 각각 순차적으로 변화시켜 사용자에게 제공하면서 상기 신호들의 변화에 따라 유도되는 사용자 뇌파의 변화에 대한 정보인 사용자 뇌파 반응도 정보를 추출하고, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 전술한 바와 같이 추출된 사용자 뇌파 반응도 정보를 이용하여 상기 뉴로 피드백 신호의 특성(즉, 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율, 음향신호의 주파수, 음향신호의 음원 종류 등)을 변화시키게 된다.

또한, 상기 제어모듈(210)은 상기 추출된 사용자 뇌파 반응도 정보를 메모리부(300)에 저장하게 되는데, 상기 메모리부(100)에는 영상신호의 색상 변화에 따른사용자 뇌파 변화에 관한 정보가 저장되는 사용자 색상 반응도 DB(320), 영상신호의 활성화율 변화에 따른 사용자 뇌파 변화에 관한 정보가 저장되는 사용자 활성화율 반응도 DB(330), 및 음향신호의 주파수 또는 음원 변화에 따른 사용자 뇌파 변화에 관한 정보가 저장되는 사용자 음향 반응도 DB(340)가 각각 구비될 수 있다.

또한, 상기 메모리부(300)에는 사용자의 정보가 저장되는 사용자 정보 DB(310)와 상술한 각각의 모듈들의 동작을 제어하기 위한 프로그램 또는 알고리즘이 저장되는 제어 알고리즘 DB(350)가 구비될 수 있다.

이 경우 상기 사용자 정보 DB(310)에는 사용자의 성명이나 아이디, 성별, 나이 등의 정보가 저장될 수 있으며, 상기 사용자 반응도 DB(320,330,340)에는 사용자 DB에 저장된 사용자 각각에 대한 자극 변화에 따른 사용자 뇌파 변화에 관한 정보가 저장될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 방식으로 추출된 사용자의 뇌파 반응도 정보를 이용하여 제어모듈(210)은 임의의 사용자에 대하여 특정 주파수 대역의 뇌파를 유도하기에 가장 적합한 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율, 음향신호의 주파수, 음향신호의 음원종류를 선택할 수 있으며, 따라서 상술한 뉴로 피드백 신호의 생성시 이러한 사용자의 뇌파 반응도 정보를 활용함으로써 목적하는 주파수 대역의 사용자 뇌파가 신속하고 용이하게 변화될 수 있도록 하게 된다.

본 실시예에서는 일예로서 상기 제어모듈(210)이 뉴로 피드백 신호발생부(200)에 설치된 경우를 일예로서 설명하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 상기 헤드셋부(100)에 설치될 수도 있음은 물론이다.

다음으로, 도3을 이용하여 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 제어방법을 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 상기 작동모드 입력모듈(220)을 통해 사용자로부터 희망하는 작동모드와 사용자 정보가 입력되면(S10,S20), 제어모듈(210)은 입력된 사용자 정보가 메모리부(300)에 저장되어 있는 정보인지 여부를 판단한다(S30).

상기 S30 단계의 판단결과 입력된 사용자 정보가 메모리부(300)에 저장된 경우이면 제어모듈(210)은 후술하는 S50 단계를 수행하고, 그렇지 않은 경우이면 자극의 변화에 대한 사용자의 뇌파 변화에 대한 정보인 사용자 뇌파 반응도 정보를 추출하게 된다(S40).

이때, 상기 S40 단계는 전술한 바와 같이 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율, 음향신호의 주파수, 음향신호의 음원 종류 중 적어도 어느 하나를 각각 순차적으로 변화시켜 사용자에게 제공하면서 상기 신호들의 변화에 따라 유도되는 사용자 뇌파의 변화에 대한 정보를 추출하는 방식으로 이루어지며, 이와 같이 추출된 정보는 메모리부(300)에 저장하여 향후 동일한 사용자가 장치를 사용하는 경우 활용할 수 있도록 한다.

한편, 본 실시예에서는 일예로서 사용자가 처음 장치를 사용하는 경우에만 S40 단계를 수행하도록 구성하였으나 이에 한정되지 아니하며, 필요에 따라서는 기존에 DB에 정보가 저장된 사용자의 경우에도 매 사용시마다 S40 단계를 수행하거나 사용자의 선택에 따라 S40 단계를 수행하도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 S40 단계가 완료되면, 제어모듈(210)은 헤드셋부(100)를 통해 사용자의 뇌파를 측정하고(S50), 측정결과를 분석하여 주파수 특성을 기준으로 사용자의 현재 뇌파 상태를 판단하게 된다(S60).

또한, 상기 S60 단계가 완료되면 제어모듈(210)은 해당 작동모드에서 사용자의 현재 뇌파 상태에 대응되는 뉴로 피드백 신호(즉, 영상신호 및/또는 음향신호)를 생성한 후(S70), 이를 각각 뉴로 피드백 청각신호 재생모듈(140)과 뉴로 피드백 시각신호 재생모듈(280)을 통해 사용자에게 제공하게 된다.

이 경우 상기 제어모듈은 상술한 바와 같이 사용자에 따라 해당 작동모드에서 목적하는 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기에 가장 적합하도록 상기 뉴로 피드백 신호의 특성(즉, 영상신호의 색상, 영상신호의 활성화율, 음향신호의 주파수, 음향신호의 음원 종류 등)을 변화시키게 된다.

또한, 상기 S90 단계가 완료되면 제어모듈(210)은 사용자의 뇌파가 해당 작동모드에서 목적하는 주파수 대역의 뇌파가 유도(또는 변화)되었는지 여부를 판단하고(S90), 판단결과 유도(또는 변화)된 경우이면 제어를 종료하고 그렇지 않은 경우이면 상기 S50 단계를 반복하여 수행하게 된다.

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치의 동작구성을 나타낸 블럭도이며, 설명의 편의를 위하여 앞서 설명한 실시예에 추가되는 구성요소만 표시하고 중복되는 구성요소의 경우에는 도면상의 도시 및 설명을 생략하기로 한다.

앞서 설명한 실시예에서는 사용자의 뇌파 신호를 목적에 따라 변화(즉, 특정 주파수 대역의 뇌파 신호를 강화, 감쇄, 생성 또는 소멸)시키기 위한 능동형 뉴로 피드백 신호로서 시각신호와 청각신호를 이용하는 경우를 일예로서 설명하였으나, 본 실시예에서는 필요에 따라 상기 뉴로 피드백 신호가 미각신호, 촉각신호 및 후각신호를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이를 위해서, 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치는 도4에 도시한 바와 같이 뉴로피드백 미각신호 생성모듈(410), 뉴로피드백 촉각신호 생성모듈(420), 뉴로피드백 후각신호 생성모듈(430)과, 생성된 이들 뉴로 피드백 신호를 사용자에게 제공하기 위한 뉴로피드백 미각신호 제공모듈(460), 뉴로피드백 촉각신호 제공모듈(470), 뉴로피드백 후각신호 제공모듈(480)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

이 경우 상기 뉴로피드백 미각신호 생성모듈(410)은 미리 정해진 다양한 종류의 미각신호를 순차적으로 변화시켜(일예로서, 사용자에게 제공되는 음료 등의 맛의 종류 또는 세기를 변화시키는 경우 등) 사용자에게 제공하면서 그에 따른 사용자의 뇌파 반응도 정보를 추출한 후, 이를 이용하여 사용자의 뇌파 신호를 목적에 따라 변화시키기 위한 뉴로피드백 미각신호를 생성한다.

또한, 상기 뉴로피드백 촉각신호 생성모듈(420)은 미리 정해진 다양한 종류의 촉각신호를 순차적으로 변화시켜(일예로서, 진동의 세기, 패턴, 또는 위치를 변화시키는 경우 등) 사용자에게 제공하면서 그에 따른 사용자의 뇌파 반응도 정보를 추출한 후, 이를 이용하여 사용자의 뇌파 신호를 목적에 따라 변화시키기 위한 뉴로피드백 촉각신호를 생성한다.

또한, 상기 뉴로피드백 후각신호 생성모듈(430)은 미리 정해진 다양한 종류의 후각신호를 순차적으로 변화시켜(즉, 사용자에게 제공되는 향기 또는 냄새의 종류 또는 농도를 변화시키는 경우 등) 사용자에게 제공하면서 그에 따른 사용자의 뇌파 반응도 정보를 추출한 후, 이를 이용하여 사용자의 뇌파 신호를 목적에 따라 변화시키기 위한 뉴로피드백 후각신호를 생성한다.

한편, 상기 뉴로피드백 미각신호 제공모듈(460)은 상술한 바와 같이 생성된 뉴로피드백 미각신호를 사용자에게 제공하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 일예로서 이를 음료 등을 제공할 수 있는 빨대 또는 스프레이(미도시)와 같은 형상으로 헤드셋부에 설치되도록 구성하였으나 동일한 기능을 수행하는 범위 내에서는 여러 가지 다른 형상으로 독립적으로 구성되거나 다른 구성요소에 설치될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 뉴로피드백 촉각신호 제공모듈(470)은 상술한 바와 같이 생성된 뉴로피드백 촉각신호를 사용자에게 제공하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 일예로서 이를 내부에 설치된 진동수단에 의하여 사용자의 손에 촉각신호를 제공할 수 있는 진동마우스(미도시)의 형태로 독립적으로 구성하였으나 동일한 기능을 수행하는 범위 내에서는 여러 가지 다른 형상으로 독립적으로 구성되거나 다른 구성요소에 설치될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 뉴로피드백 후각신호 제공모듈(480)은 상술한 바와 같이 생성된 뉴로피드백 후각신호를 사용자에게 제공하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 일예로서 이를 사용자를 향해 향기를 분사할 수 있는 스프레이 장치로 헤드셋부에 설치되도록 구성하였으나 동일한 기능을 수행하는 범위 내에서는 여러 가지 다른 형상으로 독립적으로 구성되거나 다른 구성요소에 설치될 수도 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에 따른 능동형 뉴로 피드백 장치 및 그 제어방법에서 상기 미각신호, 촉각신호, 및 후각신호의 생성모듈(410,420,430)과 제공모듈(460,470,480)의 동작 및 기능, 그리고 그에 따른 뉴로피드백 미각신호, 촉각신호, 후각신호를 활용하는 방식은 앞서 설명한 시각신호(즉, 영상신호) 및 청각신호(즉, 음향신호)와 동일한 방식으로 이루어지기 때문에 이하에서는 이와 관련된 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

100 : 헤드셋부 200 : 뉴로 피드백 신호발생부
300 : 메모리부

Claims

사용자의 뇌파를 측정하는 헤드셋부;와
상기 헤드셋부에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호, 음향신호, 미각신호, 촉각신호, 후각신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 뉴로 피드백 신호발생부를 포함하되,
상기 뉴로 피드백 신호발생부는, 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 목적에 따라 사용자의 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키고
상기 헤드셋부는 상기 뉴로 피드백 신호발생부에서 연속적으로 출력되는 뉴로 피드백 신호에 대한 사용자의 뇌파 데이터를 연속적으로 검출하고,
상기 뉴로 피드백 신호발생부는, 상기 헤드셋부에서 연속적으로 검출된 뉴로 피드백 신호에 대한 사용자의 뇌파 데이터로부터 사용자의 현재 뇌파 상태에 판단하고, 사용자의 현재 뇌파 상태에 대응하는 뉴로 피드백 신호를 사용자에게 제공하는 것을 특징으로 하는 능동형 뉴로 피드백 장치.
삭제
제1항에 있어서,
사용자로부터 작동모드가 입력되는 입력부를 더 포함하고,
상기 뉴로 피드백 신호발생부는 입력된 작동모드에 대응되는 목적에 따라 사용자의 뇌파가 변화되도록 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 능동형 뉴로 피드백 장치.
사용자의 뇌파를 측정하는 제1단계;와
상기 제1단계에서 측정된 뇌파를 분석하여 그 결과에 따라 영상신호, 음향신호, 미각신호, 촉각신호, 후각신호 중 적어도 어느 하나로 이루어진 뉴로 피드백 신호를 생성하여 사용자에게 제공하는 제2단계;와
상기 제2단에서 연속적으로 출력되는 뉴로 피드백 신호에 대한 사용자의 뇌파 데이터를 연속적으로 검출하는 제3단계;와
상기 제3단계에서 연속적으로 검출된 뉴로 피드백 신호에 대한 사용자의 뇌파 데이터로부터 사용자의 현재 뇌파 상태에 판단하고, 사용자의 현재 뇌파 상태에 대응하는 뉴로 피드백 신호를 사용자에게 제공하는 제4단계를 포함하되,
상기 제2단계 및 제4단계는 상기 뉴로 피드백 신호의 생성시 목적에 따라 사용자의 특정 주파수 대역의 뇌파를 변화시키기 위하여 상기 영상신호의 색상 또는 활성화율(refresh rate), 음향신호의 주파수 또는 음원 종류, 미각신호의 종류 또는 세기, 촉각신호의 세기, 패턴 또는 발생위치, 후각신호의 종류 또는 농도 중 적어도 어느 하나인 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 능동형 뉴로 피드백 장치의 제어방법.
삭제
제4항에 있어서,
상기 제1단계는 사용자로부터 작동모드를 입력받는 제1-2단계를 더 포함하고,
상기 제2단계는 상기 제1-2단계에서 입력받은 작동모드에 대응되는 목적에 따라 사용자의 뇌파가 변화되도록 상기 뉴로 피드백 신호의 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 능동형 뉴로 피드백 장치의 제어방법.