KR101638605B1 - 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 - Google Patents
실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101638605B1 KR101638605B1 KR1020140168145A KR20140168145A KR101638605B1 KR 101638605 B1 KR101638605 B1 KR 101638605B1 KR 1020140168145 A KR1020140168145 A KR 1020140168145A KR 20140168145 A KR20140168145 A KR 20140168145A KR 101638605 B1 KR101638605 B1 KR 101638605B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- test
- stimulation
- unit
- compensation
- Prior art date
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 claims abstract description 39
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000003920 cognitive function Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 22
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 claims description 20
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 claims description 13
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims description 6
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 8
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 8
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 3
- 238000009227 behaviour therapy Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000003925 brain function Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 241000282579 Pan Species 0.000 description 1
- 208000018737 Parkinson disease Diseases 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000003050 axon Anatomy 0.000 description 1
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 210000003061 neural cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61D—VETERINARY INSTRUMENTS, IMPLEMENTS, TOOLS, OR METHODS
- A61D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K29/00—Other apparatus for animal husbandry
- A01K29/005—Monitoring or measuring activity, e.g. detecting heat or mating
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K1/00—Housing animals; Equipment therefor
- A01K1/02—Pigsties; Dog-kennels; Rabbit-hutches or the like
- A01K1/03—Housing for domestic or laboratory animals
- A01K1/031—Cages for laboratory animals; Cages for measuring metabolism of animals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
- A01K15/00—Devices for taming animals, e.g. nose-rings or hobbles; Devices for overturning animals in general; Training or exercising equipment; Covering boxes
- A01K15/02—Training or exercising equipment, e.g. mazes or labyrinths for animals ; Electric shock devices ; Toys specially adapted for animals
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/12—Audiometering
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Public Health (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Animal Husbandry (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
Abstract
본 발명은 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 장착되어 실험체에게 신호를 보내는 적어도 하나 이상의 LED, 투입된 실험체의 실험 과정을 촬영하는 카메라가 구비된 행동실험박스; 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 신호를 제공받아 실험자에게 표시해 주는 모니터, 설정된 소프트웨어에 의해 실험 과정에 필요한 프로그램을 구동하는 프로그램 구동부를 포함하는 제어부; 실험체의 위치를 파악하기 위한 위치센서를 구비하며, 실험체가 설정 행위를 충족하거나 또는 설정 영역에 도달할 경우 실험체에게 보상 신호를 부여하는 자극유닛;을 포함한다.
Description
본 발명은 행동실험박스 내에 실험체를 투입하여 설정 행위나 설정 위치에 도달할 경우 실험체에게 보상 신호를 부여하는 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법에 관한 것이다.
전기를 이용한 뇌 자극 기술은 환자의 병을 치료하는 데 사용되며, 동시에 인간 외의 동물들에게 적용하여 뇌의 기능을 밝히는데 사용되고 있다.
전기 자극기는 유선과 무선이 있으며 상용화된 무선 전기 자극기는 침팬지와 같은 대형 동물에게는 물리적인 부담이 되지 않을 정도로 작지만 생쥐와 같은 소형 동물에게 적용되기에는 아직 충분히 작지 않다.
비교적 소형동물인 생쥐에게 적용되는 이식형 전기 자극기 중의 하나는 무게가 28g(Xu et al. 2004 Journal of neuroscience methods) 정도로서 생쥐의 무게가 대략 25g 정도임을 고려하면 생쥐에게는 적용할 수 없다.
따라서 현재는 생쥐의 머리에 이식한 전극을 긴 전선을 이용해 외부의 대형 전기 자극기에 연결하여 전기 자극을 인가하고 있다.
그러나, 이 방식의 문제는 전극에 전선을 연결하기 위해 생쥐를 순응시켜야 하고, 전선이 생쥐의 자유로운 움직임을 제약하며, 생쥐가 전선을 절단하기도 한다는 것이다. 또한 유선 방식은 여러 마리의 생쥐를 한꺼번에 실험하기가 어렵다.
따라서 생쥐와 같은 소동물에게도 이식이 가능한 소형 전기 자극기가 개발된다면 상기한 어려움에서 벗어나서 손쉽게 생쥐를 이용한 연구를 할 수 있을 것이다.
또한 인지기능 등의 고등 뇌기능 연구에 본 장치를 이용하면 뇌기능에 대한 탁월한 연구를 기획할 수 있다.
본 발명은 측정 대상 실험체의 자유로운 움직임을 보장하고, 작은 실험체에도 적용할 수 있으며 실험체의 인지기능을 실험할 수 있는 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법을 제공한다.
일 실시예에 따른 실험체의 인지기능 실험장치는, 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 장착되어 실험체에게 신호를 보내는 적어도 하나 이상의 LED, 투입된 실험체의 실험 과정을 촬영하는 카메라가 구비된 행동실험박스; 상기 카메라에 의해 촬영된 영상 신호를 제공받아 실험자에게 표시해 주는 모니터, 설정된 소프트웨어에 의해 실험 과정에 필요한 프로그램을 구동하는 프로그램 구동부를 포함하는 제어부; 실험체의 위치를 파악하기 위한 위치센서를 구비하며, 실험체가 설정 행위를 충족하거나 또는 설정 영역에 도달할 경우 실험체에게 보상 신호를 부여하는 자극유닛;을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 행동실험박스는 복수의 영역으로 구획된 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 자극유닛은 광 신호를 조사하는 광원부, 광원부로부터 수신한 광 신호를 제어하는 광원 제어부 및 광원부에서 조사되는 광 신호를 전기 신호로 변환하여 전기 자극을 발생하는 보상자극부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 실험체의 뇌에 투입되는 전극, 상기 전극에 전기적으로 연결되도록 결합되어 신호를 전송받는 헤드셋, 상기 제어부의 설정 결과에 따라 헤드셋에 전기 자극용 펄스 신호를 전송하는 보상자극부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 보상자극부는 상기 제어부의 설정 결과에 따라 전기 자극용 펄스 신호를 실험체에 전송하는 헤드셋을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 보상자극부는 마이크로 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 실험체의 인지기능 실험방법은, 실험체의 뇌에 자극용 전극을 삽입하는 전극 삽입 단계; 상기 자극용 전극에 무선 자극 헤드셋을 장착하는 헤드셋 장착 단계; 상기 헤드셋이 장착된 실험체를 행동실험박스에 투입하는 실험체 투입 단계; 설정된 소프트웨어를 따라 프로그램을 구동하는 프로그램 구동 단계; 실험체의 행동에 따라 실험체에게 설정된 보상 신호를 보내는 보상 신호 전송 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 보상 신호는 펄스파 형태의 전기 자극용 신호인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전기 자극용 펄스 신호는 실험 프로토콜에 따라 자극 시간이 조절되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 보상 신호는 펄스파의 크기와 주파수를 제어하여 상기 전기 자극의 세기와 상기 전기 자극의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략될 수도 있다.
본 발명에 따르면, 무선의 보상자극유닛을 이용함으로써 측정 대상인 실험체의 자유로운 움직임을 보장하고, 작은 실험체에도 적용할 수 있으며, 실험체의 인지기능을 보다 자유롭게 실험할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험체의 인지기능 실험장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 자극유닛을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실험체의 인지기능 실험방법을 나타낸 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 자극유닛을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실험체의 인지기능 실험방법을 나타낸 흐름도.
이하에서는, 본 발명에 의한 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법을 첨부도면을 참고하여 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 의한 실험체의 인지기능 실험장치는 크게 인쇄회로기판(피시비)이 구비된 행동실험박스(100), 제어부, 자극유닛을 포함한다.
행동실험박스(100)는 대략 육면체로 이루어지며, 그 전방에는 내부를 폐쇄할 수 있도록 도어(110)가 개폐 가능하게 결합될 수 있다.
도어(110)는 그 일측이 힌지에 의해 행동실험박스(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있으며, 힌지와 대향되는 타측 외부에는 개폐가 용이하도록 손잡이가 구비될 수 있다.
행동실험박스(100)의 천장에는 실험체의 행동을 후술하는 모니터에서 관찰할 수 있도록 카메라가 설치된다.
행동실험박스(100) 내에는 구역이 할당된 구조물(140)이 설치될 수 있다. 예컨대, 구조물(140)에는 일반영역 및 실험체에게 보상 신호를 부여하는 보상영역이 존재할 수 있으며, 각각의 영역에는 그 영역으로 출입할 수 있는 출입구가 구비될 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 실험을 위한 하나의 예시일 뿐이며, 구조물(140)은 상황 변화에 따라 그 형태가 변경되거나 다양해질 수 있다.
인쇄회로기판(120)은 각종 신호 등을 교류할 수 있도록 회로가 형성된 패널로서, 실험체의 행동 반경에 간섭되지 않도록 행동실험박스(100) 내부의 소정 높이에 수평으로 설치된다.
예컨대, 인쇄회로기판(120)에는 실험 진행시 실험체에게 각종 신호를 부여하기 위한 조명등(121), IR LED(122), Blue LED(123) 및 부저(124) 등이 설치될 수 있다.
제어부(200)는 스크린(210), 프로그램 구동부(220), 신호 전송부(230)를 포함한다.
스크린(210)은 카메라에서 송출된 영상신호를 표시함으로써, 실험자로 하여금 실험 과정을 정확하게 확인할 수 있도록 해 준다.
프로그램 구동부(220)는 실험을 위해 설정된 소프트웨어를 구동하기 위한 매개체로서, 통상의 퍼스널 컴퓨터가 적용될 수 있다.
신호 전송부(240)는 프로그램 구동부에 세팅된 소프트웨어에 의해 실험체가 설정된 동작이나 특정 영역에 도달할 경우 등에 자극유닛으로 설정된 자극 신호를 송출하게 된다.
한편, 제어부(200)에는 파일 저장부(230)가 더 포함될 수 있다. 예컨대, 파일 저장부에는 실험이 진행되는 동안 행해진 모든 영상이나 이벤트 등이 저장될 수 있다.
자극유닛(300)은 광 신호를 조사하는 광원부(310), 광원부(310)로부터 수신한 광 신호를 제어하는 광원 제어부(320) 및 실험체에게 보상 신호를 전송하는 보상자극부(330)를 포함한다.
광원부(310)는 보상자극부(330)를 작동시키기 위한 장치로서 광 신호를 조사한다. 본 실시예에서는 적외선을 조사한다. 따라서 적외선 LED를 사용한다. 광원부(310)는 광 신호를 펄스 형태로 방출한다. 이 광 신호의 입력에 따라 보상자극부(330)는 펄스 형태의 전압을 뇌 또는 신경에 인가하게 된다. 입력되는 광 신호 펄스의 조건은 광원 제어부(320)를 통해서 제어 가능하며, 실험체의 신경 세포를 활성화할 수 있는 전압, 전류 조건을 만족하도록 전류를 인가할 수 있다. 따라서 실험체는 이미 설치된 광장범위 안에서 일정한 펄스 전기 자극을 인가 받으며 활동한다.
보상자극부(330)는 실질적으로 전압을 인가하는 장치로서 전극을 통해 실험체의 뇌 또는 신경과 연결되는 것으로, 광원부(310)에서 조사되는 광 신호를 전기 신호로 변환하여 전기 자극을 발생하도록 구성될 수 있다.
보상자극유닛(300)에는 마이크로배터리(micro battery)(340)가 장착되어 있으며, 광원부(310)로부터 조사된 광 신호를 광원 제어부(320)가 수신하면 저항이 감소하면서 보상자극부(330)에 전류가 흐르게 된다. 광 신호의 세기 및 주파수에 따라 보상자극부에 흐르는 전류의 크기 및 주파수를 조정할 수 있다.
이와 같이 광원부(310)를 이용하여 광 신호를 조사하고 이를 상기 보상자극부가 전기 자극 신호로 변환하여 실험체에 인가함으로써, 전선(wire)을 사용하지 않고 실험체의 자유로운 움직임을 보장할 수 있다.
즉, 보상자극부는 마이크로 배터리(micro battery)를 전원으로 사용하고 포토 트랜지스터(phototransistor)를 광 스위치로 사용하며, 보상자극부는 실험체의 뇌 또는 신경에 부착된다. 그 위에 보상자극부를 작동하기 위한 광 신호를 조사한다. 예컨대, 적외선(100Hz, 100us)을 조사하여 뇌 또는 신경에 고주파 전기 자극(high frequency electrical stimulation)이 되어 치료 효과, 행동의 변화, 전기 생리학적 변화 등을 일으킬 수 있다.
보상자극부는 소형화 및 경량화하여 생체에 이식할 때의 부담을 최대한 감소시킨 장치로서, 무게는 0.65 내지 0.7g, 부피는 200 내지 290mm3로 제작 가능하다. 작동 전원은 연속 전류를 4uA(load: 300kΩ, 9 내지 10V)로 200시간 이상 작동이 가능하다. 이것을 빛을 통한 포토 트랜지스터를 통해 제어하면 생체에 고주파 전기 자극을 인가할 수 있으며, 생체의 신경 세포를 활성화하여 치료 효과 또는 행동의 변화를 유도할 수 있다. 한편 위의 수치는 본 발명의 범위를 한정하지 않는, 본 발명의 일 실시예에 따른 수치이다.
뇌에 전기 자극을 주었을 때 중요한 것은 주변의 신경 세포들을 활성화 시킬 수 있어야 한다는 것이다. 통상적으로 뇌에는 직류보다는 펄스(pulse) 형태의 전류가 신경세포를 활성화시키며 중요한 변수는 펄스의 세기, 지속시간, 빈도이다. 펄스의 빈도에 대해서는 10Hz 내외로 자극하는 저주파 자극(low frequency stimulation; LFS)과 100Hz 내외의 고주파 자극(high frequency stimulation; HFS)으로 나뉘는데 양자의 생리적인 영향은 확실히 밝혀지지 않았다. 파킨슨 환자에게는 3 내지 4V, 60 내지 450μs, 100Hz 정도의 HFS가 증상 경감을 목적으로 적용된다.
신경세포의 활성화를 일으킬 수 있는 최소 전류량은 기전류(rheobase current)이고, 이것의 2배는 시치 전류(chronaxie current)이다. 펄스의 지속시간에 따른 신경세포 활성화의 문턱 전류(threshold current)를 계산해 보면 대체로 지속 시간이 짧아질수록 문턱 전류가 커지다가 시치 전류를 지나면서 급격히 증가한다.
신경의 유수축삭(myelinated axon)은 30 내지 200㎲의 펄스 지속 시간에서 활성화 되고, 세포(cell body)와 수상돌기(dendrite)는 1 내지 10㎳의 펄스 지속 시간에서 활성화 된다. 또한 신경 세포는 저전압에 짧은 펄스를 인가하면 좁은 영역에서 목표 신경 요소(target neural elements)가 활성화되고, 고전압에 짧은 펄스를 인가하면 넓은 영역이 활성화되어 목표 신경 요소와 비-목표 신경 요소(non-target neural elements)가 함께 활성화되며, 저전압에 긴 펄스를 인가하면 좁은 영역에서 많은 목표 신경 요소가 활성화 된다.
빛을 전류로 바꾸는 기술은 물리적으로 광전 효과를 이용한 것이며 포토 다이오드(photodiode), 포토 트랜지스터(phototransistor), 태양 전지(solar cell) 등의 반도체 소자로 개발되어 사용되고 있으며 태양 전지, 카메라 등을 제작하는데 널리 응용되고 있다. 빛의 파장대에 따라 특이적으로 작동하는 반도체의 제작도 가능하다. 이중에 포토 트랜지스터는 빛을 받으면 저항이 감소하는 성질을 가져 스위치(switch)를 만드는데 사용한다. 포토 트랜지스터에 필터를 씌워 적외선(700 내지 1100㎱)에 특이적으로 반응하는 소자가 있으며 100lx 정도의 빛에도 on/off 스위치로 작동할 수 있다.
반도체에 조사하는 광원으로는 발광 다이오드(LED), 레이저(Laser) 등이 사용되는 데 LED는 저전압, 저전류에서 작동하고 광특성은 일반적으로 생체에 무해하며, 작동 속도가 빨라 수십 ㎑ 정도의 고주파 펄스에도 잘 작동한다.
상용화된 적외선 LED 중에는 상승 시간(rise time)이 약 2㎲, 복사속(radiant flux)은 15㎽로서 40cm 이상 떨어진 거리에서 적외선 포토 트랜지스터를 on/off 시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 보상자극부가 전기 자극에 의해 보상 신호를 전송하도록 구현되었으나, 그 이외에도 광 신호에 의해 보상 신호를 전송할 수 있도록 구성될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 의한 실험체의 인지기능 실험방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 의한 인지기능 실험방법은 실험체의 뇌에 자극용 전극을 삽입하는 전극 삽입 단계, 실험체에 무선 전기 자극 헤드셋을 장착하는 헤드셋 장착 단계, 헤드셋이 장착된 실험체를 행동실험박스(100)에 투입하는 실험체 투입 단계, 설정된 소프트웨어에 의해 프로그램을 구동하는 프로그램 구동 단계, 실험체에게 설정된 보상 신호를 보내는 보상 신호 전송 단계를 포함한다.
전극 삽입 단계에서는, 실험체의 뇌 영역들 중 보상 신호(예를 들면, 기쁨)를 받을 수 있는 담당 영역에 자극용 전극을 삽입하는 수술을 진행한다.
헤드셋 장착 단계에서는, 실험 진행시 실험체의 전극에 보상 신호를 전송할 수 있도록 무선 자극 헤드셋을 장착한다. 이때, 전극을 삽입하는 수술을 진행한 이후이므로 실험체에게 충분한 회복 기간(예컨대, 1주일 정도)을 주는 것이 좋다.
실험체 투입 단계에서는, 헤드셋이 장착된 실험체를 설정 영역이 구획된 행동실험박스(100)의 구조물(140) 내에 투입한다. 이때, 헤드셋에는 실험체의 위치를 실시간으로 검출할 수 있는 위치센서가 부착되어 있어야 한다.
프로그램 구동 단계에서는, 행동실험박스(100)의 도어(110)를 닫고, 미리 프로그래밍된 소프트웨어를 구동한다. 이때, 행동실험박스(100)의 비디오 카메라를 통해 실험체의 위치를 실시간으로 검출하며, 각종 IR LED, Blue LED, 부저(buzzer)가 실시간으로 제어된다.
예컨대, 실험자가 설정한 특정 영역에 실험체가 들어가게 되면, 신호 큐로 사용되고 있는 파란색 LED를 켜준다.
보상 신호 전송 단계에서는, 실험자가 설정한 특정 상황에 도달할 때 실험체에게 보상 신호를 전송하게 된다.
예컨대, 파란색 LED가 켜지면 실험체에게 보상용 자극을 부여할 준비가 되고, 실험체가 보상 영역(stimulus area)으로 이동하면 제어부(200)는 인과 관계를 제어한 후 보상자극부로 신호를 전송하고, 보상자극부는 전기 자극 보상 신호를 실험체의 헤드셋에 전송하게 된다.
이때, 전기 자극의 보상의 양은 실험 프로토콜에 따라 자극 시간(초)으로 조절할 수 있다.
이와 같이 실험이 진행되는 동안, 모든 실험 과정은 파일 저장부에 저장될 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100; 행동실험박스 110; 도어
120; 인쇄회로기판 130; 카메라
140; 구조물 200; 제어부
210; 모니터 220; 프로그램 구동부
230; 파일 저장부 240; 신호 전송부
300; 보상자극유닛 310; 광원부
320; 광원 제어부 330; 보상 자극부
340; 배터리
120; 인쇄회로기판 130; 카메라
140; 구조물 200; 제어부
210; 모니터 220; 프로그램 구동부
230; 파일 저장부 240; 신호 전송부
300; 보상자극유닛 310; 광원부
320; 광원 제어부 330; 보상 자극부
340; 배터리
Claims (10)
- 인쇄회로기판, 상기 인쇄회로기판에 장착되어 실험체에게 신호를 보내는 적어도 하나 이상의 LED, 투입된 실험체의 실험 과정을 촬영하는 카메라가 구비된 행동실험박스;
상기 카메라에 의해 촬영된 영상 신호를 제공받아 실험자에게 표시해 주는 모니터, 설정된 소프트웨어에 의해 실험 과정에 필요한 프로그램을 구동하는 프로그램 구동부를 포함하는 제어부;
실험체의 위치를 파악하기 위한 위치센서를 구비하며, 보상 신호를 부여하는 자극유닛;을 포함하고,
상기 행동실험박스는 복수의 영역으로 구획된 구조물을 포함하여 상기 구조물 내에서의 실험체의 위치가 상기 위치센서로 감지되고, 상기 자극유닛은 실험체가 설정 행위를 충족하거나 또는 설정 영역에 도달할 경우 실험체에게 상기 보상 신호를 부여하는 것을 특징으로 하는,
실험체의 인지기능 실험장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자극유닛은 광 신호를 조사하는 광원부, 광원부로부터 수신한 광 신호를 제어하는 광원 제어부 및 광원부에서 조사되는 광 신호를 전기 신호로 변환하여 자극 신호를 발생하는 보상자극부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험장치.
- 제3항에 있어서,
상기 보상자극부는 상기 제어부의 설정 결과에 따라 전기 자극용 펄스 신호를 실험체에 전송하는 헤드셋을 포함하는 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험장치.
- 제3항에 있어서,
상기 보상자극부는 마이크로 배터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험장치.
- 소동물인 실험체의 뇌에 자극용 전극을 삽입하는 전극 삽입 단계;
상기 자극용 전극에 무선 전기 자극 헤드셋을 장착하는 헤드셋 장착 단계;
상기 헤드셋이 장착된 실험체를 행동실험박스에 투입하는 실험체 투입 단계;
설정된 소프트웨어를 따라 프로그램을 구동하는 프로그램 구동 단계;
실험체의 행동에 따라 실험체에게 설정된 보상 신호를 보내는 보상 신호 전송 단계;
를 포함하는 실험체의 인지기능 실험방법.
- 제6항에 있어서,
상기 보상 신호는 광 신호인 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험방법.
- 제6항에 있어서,
상기 보상 신호는 펄스파 형태의 전기 자극용 신호인 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험방법.
- 제8항에 있어서,
상기 전기 자극용 펄스 신호는 실험 프로토콜에 따라 자극 시간이 조절되는 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험방법.
- 제 8항에 있어서,
상기 보상 신호는 펄스파의 크기와 주파수를 제어하여 상기 전기 자극의 세기와 상기 전기 자극의 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 실험체의 인지기능 실험방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140168145A KR101638605B1 (ko) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020140168145A KR101638605B1 (ko) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20160064490A KR20160064490A (ko) | 2016-06-08 |
KR101638605B1 true KR101638605B1 (ko) | 2016-07-11 |
Family
ID=56193494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020140168145A KR101638605B1 (ko) | 2014-11-28 | 2014-11-28 | 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101638605B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220133587A (ko) * | 2021-03-25 | 2022-10-05 | 서울대학교산학협력단 | 설치류용 가상환경 행동실험 시스템 및 그 제어 방법 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3480294B1 (en) * | 2016-11-30 | 2023-01-04 | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology | Method for pretreating biological particles-containing sample, method for acquiring image of biological particles, device for pretreating biological particles-containing sample, and device for acquiring image of biological particles |
CN106719007B (zh) * | 2016-12-23 | 2019-04-30 | 浙江大学 | 用于研究啮齿类动物注意力的行为装置 |
KR101887995B1 (ko) * | 2017-01-09 | 2018-08-13 | 연세대학교 산학협력단 | 실험동물 시력 측정 방법 및 장치 |
CN109566428B (zh) * | 2018-11-19 | 2021-04-02 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种动物本能恐惧行为的实验装置和实验方法 |
CN109964844B (zh) * | 2019-01-25 | 2021-05-04 | 宁波云瑞智能科技有限公司 | 动物康健监控装置及其检修方法 |
CN112022091A (zh) * | 2019-06-04 | 2020-12-04 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种动物行为学测试系统 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000055906A (ja) * | 1998-08-04 | 2000-02-25 | Zanryu Noyaku Kenkyusho | すくみ反応の測定方法及び測定装置、並びに化学物質が学習又は記憶に与える影響の評価方法 |
KR101403363B1 (ko) | 2012-12-26 | 2014-06-05 | 한국해양과학기술원 | 성게 실험을 위한 휴대용 장치 |
KR101409844B1 (ko) * | 2012-11-26 | 2014-06-19 | 전자부품연구원 | 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치, 시스템 및 방법 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101051026B1 (ko) | 2009-02-23 | 2011-07-26 | 한국과학기술연구원 | 생체 자극 장치 |
KR101032269B1 (ko) * | 2009-02-23 | 2011-05-06 | 한국과학기술연구원 | 생체 무선 전기 자극 장치 |
-
2014
- 2014-11-28 KR KR1020140168145A patent/KR101638605B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000055906A (ja) * | 1998-08-04 | 2000-02-25 | Zanryu Noyaku Kenkyusho | すくみ反応の測定方法及び測定装置、並びに化学物質が学習又は記憶に与える影響の評価方法 |
KR101409844B1 (ko) * | 2012-11-26 | 2014-06-19 | 전자부품연구원 | 실험용 동물의 생체 신호 획득 장치, 시스템 및 방법 |
KR101403363B1 (ko) | 2012-12-26 | 2014-06-05 | 한국해양과학기술원 | 성게 실험을 위한 휴대용 장치 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220133587A (ko) * | 2021-03-25 | 2022-10-05 | 서울대학교산학협력단 | 설치류용 가상환경 행동실험 시스템 및 그 제어 방법 |
KR102612720B1 (ko) | 2021-03-25 | 2023-12-12 | 서울대학교산학협력단 | 설치류용 가상환경 행동실험 시스템 및 그 제어 방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20160064490A (ko) | 2016-06-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101638605B1 (ko) | 실험체의 인지기능 실험장치 및 실험방법 | |
KR101638596B1 (ko) | 실험체의 사회성 실험장치 및 실험방법 | |
US8498699B2 (en) | Method and nerve stimulator using simultaneous electrical and optical signals | |
KR101051026B1 (ko) | 생체 자극 장치 | |
AU2007243164B2 (en) | Visual prosthesis fitting | |
KR101032269B1 (ko) | 생체 무선 전기 자극 장치 | |
Semprini et al. | A parametric study of intracortical microstimulation in behaving rats for the development of artificial sensory channels | |
US20230100414A1 (en) | Providing sensory stimulations via photoacoustic, piezo-based, thermal, and/or electrical effects | |
ES2936329T3 (es) | Dispositivo de estimulación implantable activo para estimulación bajo demanda de un nervio vago | |
KR101864017B1 (ko) | 동물 행동 제어 장치 | |
CN105467107B (zh) | 一种分析系统 | |
US8554327B2 (en) | Method and apparatus for predicting and controlling the percepts induced by a visual prosthesis | |
Song et al. | An implantable wireless optogenetic stimulation system for peripheral nerve control | |
KR101552446B1 (ko) | 무선 생체 광 자극기 | |
US20220161055A1 (en) | System for long-term modulation of peripheral nerve activity with light | |
US10434328B2 (en) | Non-invasive in vivo deep nerve cell stimulation system and method | |
Yousefi et al. | A Biologically-Informed Computational Framework for Pathway-Specific Spiking Patterns Generation and Efficacy Evaluation in Retinal Neurostimulators | |
JP5436479B2 (ja) | 神経細胞光刺激装置 | |
US20200406057A1 (en) | Modulating neural activity in brainstem circuitry with light | |
CN203988056U (zh) | 一种小鼠光热甩尾测痛仪 | |
Loudin et al. | Photovoltaic retinal prosthesis | |
Grossman et al. | The neurophotonic interface: stimulating neurons with light | |
Edward et al. | Portable closed-loop optogenetic stimulation device | |
Edward et al. | In-vitro validation of a closed-loop optogenetic stimulation device | |
KR20180107521A (ko) | 2광자 흡수를 이용해 동물 행동 제어를 위한 광학적 신경자극 장치 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |