KR101919907B1 - Apparatus and method for monitoring interpersonal interaction based on multiple neurophysiological signals - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 서로 다른 사용자의 다중생리신호를 측정하여 이들 간의 상관성을 통해 사용자 간의 상호작용 정도를 관찰할 수 있는 장치 및 방법 개시한다. 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치는 복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받는 신호획득부; 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 전처리하는 전처리부 및 이벤트 발생 시점 또는 구간에 대한 정보 신호를 수신하는 관심구간추출부를 가진 신호처리부; 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산하는 신호분석부; 및 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장하는 결과생성부;를 포함할 수 있다.The present invention discloses an apparatus and method for measuring multiple physiological signals of different users and observing the degree of interaction between users through correlation between them. The interaction monitoring apparatus according to the present invention includes a signal acquiring unit receiving multiple physiological signals of a plurality of users; A signal processing unit having a preprocessor for preprocessing the signal output from the signal acquiring unit and an interest interval extracting unit for receiving an information signal about an event occurrence time or an interval; A signal analyzer for calculating a correlation between multiple physiological signals of a plurality of users which are preprocessed and output from the signal processor; And a result generating unit for storing the correlation analysis between the signals of the two persons in the data matrix using the signal output to the signal analyzing unit.

Description

다중 신경생리신호 기반 사용자 간 상호작용 모니터링 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING INTERPERSONAL INTERACTION BASED ON MULTIPLE NEUROPHYSIOLOGICAL SIGNALS}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR MONITORING INTERPERSONAL INTERACTION BASED ON MULTIPLE NEUROPHYSIOLOGICAL SIGNALS [0002]

본 발명은 복수의 생체신호 측정, 상호작용 분석 장치와 관련한 것으로, 한 사람의 생체신호를 검출하는 종래 기술과 달리 복수 사용자의 뇌 및 자율신경계의 활동을 측정하여 생체신호 간 상호작용 정도를 관찰할 수 있는 장치 및 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plurality of bio-signal measurement and interaction analyzing apparatuses. Unlike the prior art in which a person's bio-signal is detected, the activity of the brain and autonomic nervous system of a plurality of users is measured to observe the degree of interaction between bio- And to a method of analyzing the same.

인간이나 동물은 외부 자극에 대해 중추신경계 및 자율신경계의 생체 반응을 나타낸다. 생체반응을 관찰하기 위한 기술로는, 중추신경계 뇌 활동으로 생성되는 전기적 신호를 기록하는 뇌파, 혈류활동을 측정하는 기능적 자기공명영상, 양전자 단층촬영, 기능성 근적외선분광법 (fNIRS, functional near-infrared spectroscopy) 등이 있고, 자율신경계 활동을 관찰할 수 있는 기술로는 피부전기활동(GSR, galvanic skin response), 광혈류량 (PPG, photo-plethysmograph), 피부체온 (SKT, skin temperature), 안구움직임 및 동공크기 측정방법 등이 있다.Humans or animals exhibit the biological responses of the central nervous system and the autonomic nervous system to external stimuli. Techniques for observing the vital response include brain waves recording electrical signals generated by central nervous system brain activity, functional magnetic resonance imaging (MRI) measuring blood flow activity, positron emission tomography, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) (PPG), photo-plethysmograph, skin temperature (SKT), eye movement, and pupil size And measurement methods.

2001년 이후, 인간-인간 간의 사회적 상호작용 시 발생하는 뇌파 간의 기능적 연결성에 대한 하이퍼스캐닝 연구가 이루어지고 있다. 그러나 종래의 하이퍼스캐닝 연구는 사람 간의 사회적 상호작용 시 뇌-뇌 간 기능적 연결성 연구에 국한된다. 이외 특정 사람과 2명 이상 다수 집단 간의 상호작용 연구, 뇌파-자율신경계 신호 등 서로 다른 생체신호 간의 상호작용 정도를 관찰한 연구는 전무한 실정이다.Since 2001, hyper-scanning research has been conducted on functional connectivity between EEGs in human-human social interaction. However, conventional hyper-scanning research is limited to studying brain-brain functional connectivity in human interaction. In addition, there are no studies to observe the interaction between different individuals, such as the study of interaction between a specific person and a group of two or more persons, and EEG - autonomic nervous system signals.

따라서 생리신호에 기반을 둔 상호작용 분석 방법에 있어 기존에 제시된 뇌-뇌 생리신호 간 상호작용 분석을 넘어서서 새로운 뇌-자율신경계 신호 간 상호작용 분석방법이 필요하다.Therefore, it is necessary to analyze the interaction between new brain - autonomic nervous system signals beyond analysis of existing brain - brain physiological interactions in physiological signal - based interaction analysis methods.

대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0052280호Korean Patent Publication No. 10-2013-0052280

본 명세서는 서로 다른 사용자의 다중생리신호를 측정하여 이들 간의 상관성을 통해 사용자 간의 상호작용 정도를 관찰할 수 있는 장치 및 방법 제공하고자 한다.The present invention provides an apparatus and method for measuring multiple physiological signals of different users and observing the degree of interaction between users through correlation between them.

본 명세서에 기재된 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The solutions described herein are not limited to those mentioned above, and other solutions not mentioned may be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술된 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치는 복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받는 신호획득부; 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 전처리하는 전처리부 및 이벤트 발생 시점 또는 구간에 대한 정보 신호를 수신하는 관심구간추출부를 가진 신호처리부; 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산하는 신호분석부; 및 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장하는 결과생성부;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an interaction monitoring apparatus including: a signal acquisition unit receiving a plurality of physiological signals of a plurality of users; A signal processing unit having a preprocessor for preprocessing the signal output from the signal acquiring unit and an interest interval extracting unit for receiving an information signal about an event occurrence time or an interval; A signal analyzer for calculating a correlation between multiple physiological signals of a plurality of users which are preprocessed and output from the signal processor; And a result generating unit for storing the correlation analysis between the signals of the two persons in the data matrix using the signal output to the signal analyzing unit.

본 명세서의 일 실시예에 따른 상기 신호획득부는, 제1 사용자의 뇌 신호를 입력받는 뇌활동신호획득부; 및 제2 사용자의 자율 신경계 신호를 입력받는 자율신경계신호획득부;를 포함할 수 있다.The signal acquisition unit according to an embodiment of the present invention includes a brain activity signal acquisition unit receiving a brain signal of a first user; And an autonomic nervous system signal acquisition unit that receives the autonomic nervous system signal of the second user.

본 명세서의 일 실시예에 따른 상기 신호분석부는, 한 사람의 뇌파 신호와 다른 사람의 자율신경계 신호를 하나의 쌍으로 선택하는 신호조합선택부; 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호 간의 상관성을 계산하는 기능적연결성계산부; 및 상기 기능적연결성계산부에서 출력된 값이 유의한 상관성을 나타내는지 판단하는 기능적연결성유의성판단부;를 포함할 수 있다.The signal analyzer according to an embodiment of the present invention may include a signal combination selector for selecting one pair of an EEG signal and another autonomic nervous system signal; A functional connectivity calculator for calculating a correlation between two signals selected by the signal combination selector; And a functional connectivity significance determiner for determining whether the value output from the functional connectivity calculator indicates a significant correlation.

본 명세서의 일 실시예에 따른 상기 기능적연결성계산부는, 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 특성 값을 추출한 후 특성 값 간의 상관관계를 추출하는 특성값계산부; 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 시계열신호간상관성계산부; 상기 특성값계산부에서 출력된 신호의 피어슨(Pearson) 상관관계 분석을 통해 각 특성 값 간의 선형 상관계수를 계산하는 특성값간상관성계산부; 및 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 한 사람의 신호를 레퍼런스로 그 외 사람의 신호를 입력하고, 레퍼런스 신호에서 특징점을 사건으로 하여 관심 구간 추출하고 사건 관련 변화가 나타난 정도를 정량화하는 사건관련특성계산부;를 포함할 수 있다.The functional connectivity calculator according to an embodiment of the present invention may include a feature value calculator that extracts a feature value from each signal of two signals selected by the signal combination selection unit and extracts a correlation between the feature values; A time-series-to-signal correlation calculator for analyzing a correlation between the signal output from the characteristic value calculator and the time-series signal; A characteristic-value correlation calculator for calculating a linear correlation coefficient between each characteristic value through a Pearson correlation analysis of the signal output from the characteristic-value calculator; And a signal selector for selecting one of the two signals selected by the signal combination selector as a reference, inputting a signal of the other person, extracting the interest interval from the reference signal as the event, and quantifying the degree of the event- And an event-related characteristic calculation unit.

일 실시예에 따르면, 상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 시간지연을 고려한 시간지연 안정성 분석을 수행할 수 있다.According to an embodiment, the time series correlation calculator may perform a time delay stability analysis considering a time delay between a plurality of users.

본 명세서의 다른 실시예에 따르면, 상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 부분 지향성 일관성 분석을 수행할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the time series correlation calculator may perform partial directionality consistency analysis between a plurality of users.

본 명세서의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 위상-진폭 동기화 분석을 수행할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the time-series correlation calculator may perform phase-amplitude synchronization analysis between a plurality of users.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 방법은, (a) 신호획득부가 복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받는 단계; (b) 전처리부가 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 전처리하는 단계; (c) 관심구간추출부가 상기 전처리된 신호의 이벤트 발생 시점 또는 구간에 대한 정보 신호를 수신하는 단계; (d) 신호분석부가 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산하는 단계; 및 (e) 결과생성부가 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided an interaction monitoring method comprising: (a) receiving a plurality of user's multiple physiological signals by a signal acquisition unit; (b) preprocessing the signal output from the signal acquisition unit by the preprocessing unit; (c) receiving an information signal of an event occurrence time or an interval of the preprocessed signal; (d) calculating a correlation between multiple physiological signals of a plurality of users, which are pre-processed by the signal analysis unit and output in the signal processing unit; And (e) storing the correlation analysis between the signals of the two persons in the data matrix using the signal output by the result generating unit to the signal analyzing unit.

상술한 상호작용 모니터링 방법은 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램으로 구현될 수 있다.The above-described interaction monitoring method may be implemented by a computer program written in a computer-readable recording medium so as to perform each step.

본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The interaction monitoring apparatus and method according to the present invention has the following effects.

첫째, 자율신경계 신호는 중추신경계인 뇌로부터 영향을 받아 자율신경계의 흥분으로 나타나는 생리 활동을 측정한 신호로서 뇌 활동에 의한 정보뿐만 아니라 뇌에서 추출할 수 없는 생리활동의 정보를 포함하고 있다. 따라서 뇌-뇌 신호 간 상호작용을 넘어서서 뇌-자율신경계 신호 간 상호작용 정도를 포함하여 관찰함으로써 기존 뇌-뇌 신호 간 기능적 연결성만으로 설명할 수 없는 정보를 반영하는 사용자 간 상호작용을 정량화 할 수 있다.First, the autonomic nervous system signal is a signal that measures the physiological activity of the autonomic nervous system, which is influenced by the central nervous system brain, and includes not only brain activity information but also physiological activity that can not be extracted from the brain. Thus, by observing the interaction between brain-autonomic nervous system signals beyond the brain-brain signal interactions, we can quantify interactions between users that reflect information that can not be explained solely by the functional connectivity of existing brain-brain signals .

둘째, 다수의 사용자 간 상호작용 정도를 측정할 시 소수의 사용자는 뇌파, 다수의 사용자는 자율신경계 신호를 측정하여 상호작용 분석도 가능하므로 경제적인 이점이 있다.Second, when measuring the degree of interaction between a large number of users, a small number of users can measure the autonomic nervous system signals and a plurality of users can analyze the interaction and thus it is economically advantageous.

셋째, 뇌파 측정을 위한 보편적인 몽타주나 절차가 없고, 마취를 하지 않으면 움직임이나 아티팩트가 심하여 좋은 품질의 (quality) 뇌파 신호 수집이 어려울 것으로 판단되는 동물의 경우 뇌파를 측정하지 않아도 자율신경계 신호 측정을 통해 사람과의 상호작용 정도를 관찰할 수 있다.Third, if there is no universal montage or procedure for EEG measurement, and if it is judged that it is difficult to collect good quality EEG signals due to excessive motion or artifacts without anesthesia, autonomic nervous system signal measurement The degree of interaction with a person can be observed.

본 명세서에 기재된 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects described in the present specification are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치 및 방법의 기본 사상에 대한 개념도이다.
도 2는 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 본 명세서에 따른 전처리부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 신호분석부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 신호분석부에 포함된 기능적연결성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 본 명세서에 따른 시계열신호간상관성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 사건관련특성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 사건관련특성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 9는 도 7에 도시된 예시의 분석 과정의 예시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 예시의 분석 과정의 예시도이다.
도 11은 본 명세서에 따른 결과매트릭스생성부에 의해 생성된 데이터 매트릭스의 예시도이다.
1 is a conceptual diagram of a basic idea of an interaction monitoring apparatus and method according to the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an interaction monitoring apparatus according to the present invention;
3 is a block diagram schematically showing a configuration of a preprocessing unit according to the present invention.
4 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a signal analysis unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram schematically showing the configuration of the functional connectivity calculation unit included in the signal analysis unit.
6 is a block diagram schematically showing a configuration of a time-series-signal correlation calculator according to the present invention.
7 is a block diagram schematically showing the configuration of an event-related characteristic calculation unit according to an embodiment of the present invention.
8 is a block diagram schematically showing the configuration of an event-related characteristic calculation unit according to another embodiment of the present invention.
9 is an exemplary view of the analysis process of the example shown in FIG.
10 is an illustration of an example of the analysis process shown in FIG.
11 is an exemplary diagram of a data matrix generated by a result matrix generator according to the present specification.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / It does not exclude the existence or addition of a group.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

이하에서는 도면을 중심으로 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치 및 방법을 설명하고자 한다. Hereinafter, an interaction monitoring apparatus and method according to the present specification will be described with reference to the drawings.

본 명세서는 한 사람의 뇌 신호와 다른 사람의 자율신경계 신호 간 상관성을 분석함으로써 상호작용을 모니터링하기 위한 장치 및 방법을 제시한다.This specification provides an apparatus and method for monitoring interactions by analyzing the correlation between one person's brain signal and another person's autonomic nervous system signal.

기존의 피험자 간 뇌-뇌 신호 간 상호작용은 중추신경계에서 대뇌에서 측정된 신호의 영역 간 기능적 연결성을 관찰하는 것으로 배외측 전전두피질 (Dorsolateral prefrontal cortex)이 상호작용과 관련성이 높은 영역으로 알려져 있다. 하지만 피험자 간 상호작용을 일으킬 때 중추신경계와 자율신경계 간 상호작용의 기전은 알려진 바가 없다. 개인 내에서 뇌-자율신경계 상호작용에 관한 연구로는 감정이 유발되거나 본인의 내장 장기 인식, 무의식적인 내수용성 감각 처리를 할 때의 뇌파 동기화(참조: E Kroupi et al., 2013;S Shao et al., 2011), 레이저(laser) 자극을 가할 때 발생하는 개인 내 피부전기활동 신호의 진폭 값에 따른 fMRI 혈류산소수준 (BOLD) 신호와 피부전기활동 간 연관성(참조: Mobascher A et al., 2008) 등이 보고된 바 있다. 위 연구 결과들을 통하여 뇌와 자율신경계 간 상호작용을 관찰하는 것이 의미가 있으며 이를 통해 사람과 사람 간의 상호작용을 관찰할 때 기존의 뇌-뇌 신호 간 상관성 분석을 통한 결과와는 다른 상호작용 정보를 제공할 것이라고 볼 수 있다. The interaction between brain-brain signals in existing subjects is a function of the inter-domain functional connectivity of signals measured in the cerebrum in the central nervous system, and the dorsolateral prefrontal cortex is known to be highly related to the interaction . However, the mechanisms of interaction between the central nervous system and the autonomic nervous system are unknown when they cause interaction between subjects. Studies on the brain-autonomic nervous system interactions within individuals have shown that EEG synchronization (see E Kroupi et al., 2013; S Shao et al. al., 2011), association between fMRI blood-oxygen level (BOLD) signal and dermal electrical activity according to the amplitude value of an individual's dermal electrical activity signal when laser stimulation is applied (Mobascher A et al. 2008) have been reported. It is important to observe the interaction between the brain and the autonomic nervous system through the above research results. In this way, when observing the interaction between human and human, I will provide you with.

도 1은 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치 및 방법의 기본 사상에 대한 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a basic idea of an interaction monitoring apparatus and method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 예를 들어, 한 사람에서 뇌파를 측정하고 다른 사람에서 자율신경계 신호를 측정하고 뇌파와 자율신경계 신호 간 상관성을 분석하여 상호작용을 모니터링할 수 있다. 이 때, 뇌파나 자율신경계 모두 측정 또한 가능하고 이 경우, 두 사람에서 뇌와 자율신경계 신호 간 상호작용, 자율신경계와 뇌 신호 간 상호작용을 모두 분석 가능하다.Referring to FIG. 1, for example, an interaction can be monitored by measuring an EEG in one person, measuring an autonomic nervous system signal in another person, and analyzing a correlation between an EEG signal and an autonomic nervous system signal. At this time, both EEG and autonomic nervous system can be measured. In this case, the interaction between the brain and the autonomic nervous system signal and the interaction between the autonomic nervous system and the brain signal can be analyzed.

도 2는 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an interaction monitoring apparatus according to the present invention;

도 2를 참조하면, 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치는 신호획득부, 신호처리부, 신호분석부 및 결과생성부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, an interaction monitoring apparatus according to the present invention may include a signal acquiring unit, a signal processing unit, a signal analyzing unit, and a result generating unit.

상기 신호획득부는 복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받을 수 있다. 상기 다중생리신호로는 뇌 활동 신호와 자율신경계 활동 신호가 있으며 뇌 활동 신호로는 뇌파 신호가 있으며 이외에도 기능적 자기공명영상 신호, 기능성 근적외선 분광 신호 등을 입력 가능하다. 자율신경계 활동 신호는 눈 움직임 신호 (Eye movement)와, 동공크기 신호 (Pupil size), 광혈류량 신호 (Photoplethysmogram, PPG), 피부전기활동 신호 (Galvanic skin response, GSR), 피부표면온도 신호 (Skin temperature, SKT) 등이 있다. 상기 다중생리신호를 측정할 수 있는 장비 및 기술에 대해서는 본 명세서가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자')에게 널리 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하도록 하겠다.The signal acquisition unit may receive multiple physiological signals of a plurality of users. The multiple physiological signals include a brain activity signal and an autonomic nervous system activity signal. A brain activity signal includes an EEG signal. In addition, a functional magnetic resonance imaging signal, a functional near infrared ray spectroscopy signal, and the like can be input. The autonomic nervous system activity signals include eye movement, pupil size, photoplethysmogram, PPG, galvanic skin response (GSR), skin temperature , SKT). Equipment and techniques capable of measuring the multiple physiological signals are well known to those skilled in the art (hereinafter referred to as " a person skilled in the art "), and a detailed description thereof will be omitted.

보다 구체적으로 상기 신호획득부는 제1 사용자의 뇌 신호를 입력받는 뇌활동신호획득부와 제2 사용자의 자율 신경계 신호를 입력받는 자율신경계신호획득부를 포함할 수 있다.More specifically, the signal acquisition unit may include a brain activity signal acquisition unit for receiving the brain signal of the first user and an autonomic nervous system signal acquisition unit for receiving the autonomic nervous system signal of the second user.

상기 신호처리부는 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 수신하여, 분석이 용이하도록 처리할 수 있다. 이를 위해 상기 신호처리부는 전처리부 및 관심구간추출부를 포함할 수 있다.The signal processor may receive the signal output from the signal acquisition unit and process the signal to facilitate analysis. For this, the signal processing unit may include a pre-processing unit and an interest interval extracting unit.

도 3은 본 명세서에 따른 전처리부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.3 is a block diagram schematically showing a configuration of a preprocessing unit according to the present invention.

도 3을 참조하면, 뇌파 신호 전처리와 자율신경계 신호 전처리가 구분된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the EEG signal pre-processing and the autonomic nervous system signal preprocessing are distinguished.

먼저 뇌파 신호의 경우, 대뇌의 각 영역에서 자극에 따라 나타나는 반응을 높은 시간해상도로 관찰할 수 있다. 대뇌는 각 감각기로부터 신호를 받아 판단하고 명령을 내리는 고위 인지기능을 처리하는 기관으로 다양한 인지 기능을 관찰할 수 있다. 먼저 신호 대 잡음비를 높이기 위해 증폭을 시켜준다. 이후 눈 깜빡임, 심전도 등에 의한 아티팩트(artifact)들을 독립성분분석(Independent component analysis, ICA)으로 제거해 준다. 이후 뇌파를 각 주파수 대역 별로 필터링한다. 주파수 대역은 크게 Delta (1-4Hz), Theta (4-8Hz), Alpha (8-13Hz), Beta (13-30Hz), Gamma (30Hz~) 5개의 대역으로 구분하여 필터링한 신호를 얻을 수 있다. 주파수 대역을 구분하지 않고 50Hz 이하의 저주파수 대역 필터링 (LPF) 만을 하여 신호를 얻을 수도 있다.First, in the case of EEG signals, we can observe the response of stimulus in each region of cerebrum with high temporal resolution. The cerebrum is an organ that handles high-level cognitive functions that receive signals from each sensory and judge and issue commands. Various cognitive functions can be observed. First, amplify to increase the signal-to-noise ratio. Then, the artifacts caused by eye flicker, electrocardiogram, etc. are removed by independent component analysis (ICA). Then, EEG is filtered for each frequency band. The frequency band can be divided into five bands by Delta (1-4Hz), Theta (4-8Hz), Alpha (8-13Hz), Beta (13-30Hz) and Gamma . It is possible to obtain a signal by performing low-frequency band filtering (LPF) of 50 Hz or less without discriminating the frequency band.

상기 뇌영상신호를 전처리하는 다른 실시예로서, 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0016357호(명칭: 기능적 자기 공명 영상의 패턴 분류 장치 및 방법(Pattern Classification Apparatus and Method for fMRI))에 기재된 전처리 방법에 의해 뇌 영상 신호의 수집이 사용될 수 있다. As another embodiment for pre-processing the brain image signal, a preprocessing method disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0016357 (name: Pattern Classification Apparatus and Method for fMRI) The collection of brain image signals may be used.

다음 자율신경계 신호의 경우, 신호 대 잡음비를 높이기 위해 증폭을 한다. 자율신경계 신호는 느리게 변화하는 신호이므로 샘플링 주파수를 약 4 Hz 정도로 다운 샘플링을 한 후 각 신호 종류 별로 전처리를 수행한다.For the next autonomic nervous system signal, amplify to increase the signal-to-noise ratio. Since the autonomic nervous system signal is a slowly changing signal, the sampling frequency is downsampled to about 4 Hz and preprocessing is performed for each signal type.

피부전기활동 반응은 미량으로 피부에 가해지는 전류의 전도성 정도를 뜻한다. 이는 피부 표면의 땀의 분비 수준을 나타내는 것으로 피부 표면에서의 미세한 전기적 변화를 측정함으로써 교감 신경계의 활성을 관찰할 수 있다. 따라서 피부전기활동 신호는 교감신경계의 각성 정도를 측정할 수 있고 스트레스나 업무, 흥미에 관한 지표를 얻는 데 이용된다. 감정적인 각성은 주로 땀샘 외분비선이 많이 분포되어있는 손바닥이나 손가락, 발가락에서의 땀 발생을 유발한다.The skin electrical activity response is the degree of conductivity of the current applied to the skin in a trace amount. This indicates the level of secretion of sweat on the surface of the skin. By measuring the minute electrical changes on the surface of the skin, the activity of the sympathetic nervous system can be observed. Thus, the dermal electrical activity signal can be used to measure the degree of arousal of the sympathetic nervous system and to obtain an indication of stress, work, or interest. Emotional awakening causes sweating in the palms, fingers and toes, which are mainly distributed in the outer glands of the glands.

피부전기활동 신호는 skin conductance level (SCL)로 일컫는 천천히 변화하는 기저 수준과 skin conductance responses (SCR)로 일컫는 상 변화 수준인 2개의 주된 성분으로 이루어져있다. SCL로 일컫는 피부전기활동 신호의 직류 (DC) 성분은 체온이나 외부 온도에 영향을 받은 땀샘의 일반적인 활동을 반영한다. SCR은 피부전기활동 신호에서 독특한 형태로 나타나는 짧은 파형으로써 피부전기활동 신호로부터 미분을 하여 얻고 특정 자극에 의해 유발되는 반응을 관찰할 수 있다.The dermal electrical activity signal consists of two main components, a slowly changing basal level referred to as skin conductance level (SCL) and a phase change level referred to as skin conductance responses (SCR). The direct current (DC) component of the dermal electrical activity signal, referred to as SCL, reflects the general activity of sweat glands affected by body temperature or external temperature. SCR is a short waveform that appears in a unique form in the dermal electrical activity signal, which can be obtained from the dermal electrical activity signal and observed by the specific stimulus.

Photoplethysmography (PPG)는 광혈류량 용적 맥파로서 기관의 부피 측정치이다. PPG는 피부에 파장대가 다른 2개의 빛을 방출한 후 투과하거나 반사된 빛을 측정하여 빛의 흡수 정도(산소 농도)를 측정하는 산소 포화도 측정기로 신호를 얻는다. 빛은 다양한 조직에 의해 흡수되는데, 이에 따른 PPG 파형에서 변화하지 않는 조직이나 뼈, 정맥혈, 일정량의 고정된 동맥혈에 의한 흡수는 직류 (DC) 성분으로 나타나고, 혈 용적 변화는 교류 (AC) 성분으로 나타난다. PPG를 통하여 blood volume pulse (BVP) 신호를 얻을 수 있으며 이는 주로 센서를 부착하고 있는 사용자의 심박수 (heart rate)를 식별하는 데 사용된다. 심박수는 PPG로부터 정점 (peak)을 검출한 후, 정점 수를 계산하고 인접한 정점 간의 구간 길이를 계산함으로써 얻을 수 있다. 정점 사이의 구간 길이 (peak to peak interval, PPI)는 다수의 정점을 통해 구하는 평균 심박수 외에도 일시적인 심박수를 구할 수 있다. 심박수는 다양한 매커니즘에 의해 통제되는데 그 중에서도 자율신경계와 호르몬의 영향을 받는다. 심박수와 심박 변이도 (Heart rate variability, HRV)는 자율신경계의 교감 신경계와 부교감 신경계 모두의 영향을 받는다. 교감 신경계 활성은 심박수를 증가시키며 반대로 부교감 신경계의 활성은 심박수를 낮춘다. 부교감 신경계는 전체 주파수 대역에서 관찰되고, 교감 신경계에 의한 조절은 0.15 Hz 이하의 저주파수 대역에서 관찰된다.Photoplethysmography (PPG) is a measure of the volume of an organ as a photodynamic pulse wave. PPG emits two beams of light with different wavelengths to the skin, and then measures the amount of light (oxygen concentration) by measuring the transmitted or reflected light and obtaining the signal with an oxygen saturation meter. Light is absorbed by various tissues, and absorption by tissue, bones, venous blood, and fixed arterial blood, which do not change in the PPG waveform, appears as a direct current (DC) component. appear. PPG can be used to obtain the blood volume pulse (BVP) signal, which is mainly used to identify the heart rate of the user attaching the sensor. The heart rate can be obtained by detecting the peak from the PPG, calculating the number of vertices, and calculating the interval length between adjacent vertices. The peak-to-peak interval (PPI) can be used to obtain a temporary heart rate in addition to the average heart rate obtained through a plurality of vertices. Heart rate is controlled by various mechanisms, among which autonomic nervous system and hormones are influenced. Heart rate variability (HRV) is influenced by both the sympathetic and parasympathetic nervous system of the autonomic nervous system. The sympathetic nervous system activity increases the heart rate, while the activity of the parasympathetic nervous system lowers the heart rate. Parasympathetic nervous system is observed in the entire frequency band, and sympathetic modulation is observed in the low frequency band below 0.15 Hz.

피부표면온도는 사람의 온도 반응을 반영하는 생리적인 지표이다. 피부는 생체 온도를 일정하게 유지하기 위해 외부의 온도 환경 요인에 따라서 피부 온도를 변화시킨다. 피부표면 온도 또한 자율신경계 활동의 결과로 나타나는 것으로 외부 환경뿐만 아니라 내적인 요소에 의해서도 변화한다. 사람들에게 부정적인 사진 자극을 제시하였을 때 긍정적이었을 때 보다 높은 피부 표면온도를 보이는 등 감정 상태를 반영하기도 한다(Vos P et al., 2012).Skin surface temperature is a physiological indicator that reflects human temperature response. The skin changes the skin temperature according to the external temperature environmental factors to keep the living body temperature constant. Skin surface temperature is also the result of autonomic nervous system activity, which changes not only by the external environment but also by internal factors. When negative photographic stimuli are presented to people, they may reflect a higher emotional state such as a higher skin surface temperature when positive (Vos P et al., 2012).

동공 반응은 시신경과 뇌신경을 통해 동공의 크기가 변화하는 생리적인 반응이다. 동공의 확장은 홍채확대근육 (radial muscle) 세포들이 교감신경계의 통제를 받아 수축함으로써 발생한다. 반대로 동공 축소는 환상근 (circular muscle)이 부교감 신경계의 통제를 받아 수축함으로써 발생한다. 동공 크기는 다양한 요인에 의해 변화하며 주의에 따른 흥미를 반영한다. 눈 움직임이나 동공 크기 신호는 눈을 깜빡이거나 시선이 측정하는 영역을 벗어날 경우에 신호의 결측치 또는 왜곡이 발생한다. 이에 따라 눈을 깜빡이거나 감는 등으로 인한 신호 왜곡을 스플라인 보간법 (spline interpolation)을 이용하여 보정해준다. 이외에도 다양한 보간법을 적용할 수 있다. The pupil reaction is a physiological response that changes the size of the pupil through the optic nerve and cranial nerves. The dilation of the pupil is caused by contraction of radial muscle cells under the control of the sympathetic nervous system. Conversely, pupil contraction occurs when the circular muscle contracts under the control of the parasympathetic nervous system. Pupil size varies with various factors and reflects interest in attention. Eye movements or pupil size signals can cause missing or distorted signals if the eye blinks or goes out of sight. Thus, the signal distortion caused by blinking or winding eyes is corrected using spline interpolation. In addition, various interpolation methods can be applied.

다시 도 2를 참조하면, 상기 신호처리부는 관심구간추출부를 가질 수 있다. 상기 관심구간추출부는 신호 구간에서 특정 이벤트가 발생한 구간을 추출하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 상기 관심구간추출부는 이벤트가 발생한 지점 또는 구간을 나타내는 신호를 외부 장비로부터 수신할 수 있다.Referring back to FIG. 2, the signal processing unit may have an interest interval extracting unit. The interest section extracting section may extract a section in which a specific event occurs in the signal section. To this end, the interest interval extracting unit may receive a signal indicating an event occurrence point or an interval from the external equipment.

상기 관심구간추출부는 외부 장비와 신호측정 장비를 동기화하여 외부 장비로부터 이벤트 마커(생리신호 측정 장비에서 특정 시간에 이벤트 정보를 입력)를 측정된 생리신호 데이터에 기록할 수 있다. 예를 들어 학교에서 수업을 진행하는 경우, 카메라로 영상을 촬영하여 수업 시간과 쉬는 시간으로 이벤트를 기록하거나 마이크로 학교 수업 종소리를 인식하였을 때 이벤트 마커를 기록할 수 있다. 이후 기록된 이벤트 마커를 바탕으로 쉬는 시간에서의 상호작용과 수업 시간의 상호작용을 모니터링할 수 있다.The interest section extractor may record an event marker (input event information at a specific time in the physiological signal measuring device) from the external equipment in the measured physiological signal data by synchronizing the external equipment and the signal measuring equipment. For example, if you are in school, you can take an image with a camera, record an event with class time and break time, or record an event marker when you recognize the bell at the micro school. Based on the recorded event markers, we can monitor the interaction of class time and the interaction at break time.

상기 예시 외에도, 외부 장비에 의한 관심구간 추출 방법은, 카메라 장비를 통해 실제 상호작용이 발생할 때의 시간을 선택하거나, 마이크 장비를 통해 상호작용이 발생할 때의 음성 시간을 선택하거나, 제3자가 누르는 버튼을 통해서 버튼을 누를 때 이벤트 마커가 측정 장치에 입력할 수 있다. 즉, 상기 관심구간추출부는 외부 장비 신호와 신호 측정 장치가 동기화되어 있어서 외부 장비에서 특정 시간을 선택하면 해당 시간의 측정된 신호를 추출할 수 있다.In addition to the above example, a method of extracting a region of interest by an external device may include selecting a time when an actual interaction occurs through camera equipment, selecting a voice time when an interaction occurs through a microphone device, An event marker can be input to the measuring device when the button is pressed. That is, if the external equipment signal and the signal measuring device are synchronized with each other, the interest section extractor can extract the measured signal of the time when the external equipment selects a specific time.

다시 도2를 참조하면, 상기 신호분석부는 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산할 수 있다. Referring again to FIG. 2, the signal analyzer may calculate the correlation between multiple physiological signals of a plurality of users, which are preprocessed and output in the signal processor.

도 4는 본 명세서의 일 실시예에 따른 신호분석부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.4 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a signal analysis unit according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 신호분석부는 신호조합선택부, 기능적연결성계산부 및 기능적연결성유의성판단부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the signal analyzer may include a signal combination selector, a functional connectivity calculator, and a functional connectivity significance determiner.

도 4에 도시된 예시는 한 사람에서 감마 주파수 대역의 64채널의 뇌파신호와 다른 사람에서 자율신경계 신호를 입력으로 하는 경우를 기준으로 설명을 하고자 한다. 상기 신호조합선택부는 뇌파 신호 중 좌 전전두엽 FP1 채널의 감마대역 뇌파와 자율신경계의 피부전기활동 신호를 하나의 쌍으로 선택할 수 있다. 이후 상기 기능적연결성계산부는 두 신호 간의 상관성을 계산한다. 위 과정을 두 사람 간의 조합 가능한 모든 신호 쌍에 대하여 반복 수행한다. 상기 기능적연결성유의성판단부는 상기 기능적연결성계산부에서 출력된 값이 유의한 상관성을 나타내는 결과인지 판단한다. 이를 위해 상기 기능적연결성유의성판단부는 surrogation 기법을 이용할 수 있다. 예를 들어 FP1 채널의 감마대역 뇌파의 시계열 신호와 피부전기활동 시계열 신호의 시간 순서를 무작위로 뒤섞어서 인공 신호를 만들어 낼 수 있다. 인공 신호는 이외에도 다양한 방법으로 만들 수 있고 통계적인 방법 또한 surrogation 외에 permutation, bootstrapping 등 다양한 방법을 적용할 수 있다. 무작위로 섞인 신호 간의 상관성을 계산하여 상관성 값들의 귀무분포 (null distribution)를 얻는다. 실제 두 신호 간 상관성을 계산한 결과가 인공 신호 간 상관성을 계산한 결과 값 분포에서 미리 설정된 유의도보다 높은 값을 가지면 두 신호 간 유의한 연결성이 있는 것으로 판단한다. 바람직한 유의도 기준으로 95% 또는 99%를 적용 가능하다.The example shown in FIG. 4 will be described on the basis of a case in which an EEG signal of 64 channels in a gamma frequency band and an autonomic nervous system signal in another person are input. The signal combination selection unit may select one pair of the electrocardiographic signals of the gamma band of the left prefrontal FP1 channel and the autonomic nervous system among the EEG signals. The functional connectivity calculator then calculates the correlation between the two signals. The above procedure is repeated for every possible combination of signals between two people. The functional connectivity significance determiner determines whether the value output from the functional connectivity calculator is a result indicating a significant correlation. For this, the functional connectivity significance determiner may use a surrogation technique. For example, an artificial signal can be generated by randomly mixing the time sequence of the gamma band EEG signal of the FP1 channel and the time sequence of the skin electrokinetic time series signal. Artificial signals can be created by various methods. Statistical methods, surrogation, permutation, bootstrapping, etc. can be applied. The correlation between randomly mixed signals is calculated to obtain a null distribution of correlation values. It is judged that there is a significant connection between the two signals if the correlation between the two signals is higher than the predetermined value in the distribution of the result of the correlation between the artificial signals. 95% or 99% can be applied on a preferred significance basis.

도 4의 우측에 도시된 이미지는 기능적 연결성 패턴 결과를 보여주는 이미지이다. 인공 신호로부터 상관성 결과를 계산하여 통계적 유의성을 가지는 연결성 결과만을 제공한다.The image shown on the right side of FIG. 4 is an image showing the result of the functional connectivity pattern. The correlation results from the artificial signals are calculated to provide only the connectivity results with statistical significance.

도 5는 신호분석부에 포함된 기능적연결성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.5 is a block diagram schematically showing the configuration of the functional connectivity calculation unit included in the signal analysis unit.

도 5를 참조하면, 상기 기능적연결성계산부는 특성값계산부, 시계열신호간상관성계산부, 특성값간상관성계산부 및 사건관련특성계산부를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5, the functional connectivity calculator may include a feature value calculator, a time-series signal correlation calculator, a feature value correlation calculator, and an event-related feature calculator.

상기 기능적연결성계산부는 신호 조합 쌍에서 특성 값을 추출하여 상관성을 계산하는 방법과 사건 관련 특성을 계산하는 방법을 이용할 수 있다.The functional connectivity calculator may use a method of calculating a correlation value by extracting a characteristic value from a signal combination pair and a method of calculating an event-related characteristic.

특성 값을 추출하여 상관성을 분석하는 방법을 위한 구성이 상기 특성값계산부이다. 상기 특성값계산부는 단순히 두 신호의 유사성을 관찰하는 것뿐만 아니라 각 신호에서 특성 값을 추출한 후 특성 값 간의 상관관계를 관찰할 수 있다. 예를 들어, 우뇌와 좌뇌의 대칭적인 영역에서 추출한 뇌파의 비대칭성을 계산한 asymmetry 값은 감정과 관련이 있다고 알려져 있다. 본 예에서는 선택된 FP1, FP2 알파 대역 뇌파 신호를 30초의 슬라이딩 윈도우 (sliding window)를 매 초마다 시간을 옮겨가면서 푸리에 변환을 하여 알파파 파워 값의 변화를 시계열 신호 형태로 추출할 수 있다. 여기서 우측과 좌측 파워 값의 자연로그를 취한 후 차이를 구해 전두엽 비대칭성 (frontal asymmetry) 신호를 얻는다. 이외에도 주파수 대역 파워 값 변화, 전체 영역의 주파수 대역 파워 값 변화 등을 특성 값으로 추출할 수 있다. 자율신경계의 피부전기활동 신호에서는 SCR 신호의 peak 수를 검출한다. 30초의 sliding window를 매 초마다 시간을 옮겨가면서 30초 동안의 발생한 SCR peak 수의 변화를 시계열 신호 형태로 추출할 수 있다. 이외에도 심박수 신호에서 푸리에 변환을 하여 심박 변이도(Heart rate variability, HRV)를 얻고 여기서 저주파수 대역의 파워 값, 고주파수 대비 저주파수 대역 파워 비율의 변화나 시선 움직임 신호에서 시선 움직임이 일어나지 않고 고정되어 있는 시간의 비율 등 다양한 특성 값들을 추출할 수 있다.And a characteristic value calculation unit for extracting a characteristic value and analyzing the correlation. The characteristic value calculation unit can not only observe the similarity of the two signals, but also can extract a characteristic value from each signal and observe the correlation between the characteristic values. For example, the asymmetry value calculated from the asymmetry of EEG extracted from the symmetric region of right brain and left brain is known to be related to emotion. In this example, the selected FP1 and FP2 alpha-EEG brainwave signals are subjected to Fourier transform while shifting the sliding window for 30 seconds every second, thereby extracting a change in the alpha wave power value in the form of a time series signal. Here, the natural logarithm of the right and left power values is taken and a difference is obtained to obtain a frontal asymmetry signal. In addition, it is possible to extract the change of the frequency band power value, the change of the frequency band power value of the entire region, and the like as characteristic values. The peak number of the SCR signal is detected in the skin electrical activity signal of the autonomic nervous system. We can extract the change of SCR peak number for 30 seconds as a time series signal while moving the sliding window every 30 seconds for 30 seconds. In addition, heart rate variability (HRV) is obtained by performing Fourier transform on the heart rate signal. Here, the ratio of the power value of the low frequency band, the power ratio of the low frequency band to the high frequency, and the fixed time And so on.

상기 시계열신호간상관성계산부는 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석할 수 있다.The time-series correlation calculator may analyze the correlation between the time-series signal and the signal output from the characteristic-value calculator.

상기 특성값간상관성계산부는 피어슨(Pearson) 상관관계 분석을 통해 각 특성 값 간의 선형 상관계수를 계산할 수 있다.The correlation calculator may calculate a linear correlation coefficient between each characteristic value through a Pearson correlation analysis.

본 분석은 실제로 의미를 가지는 두 특성 값 간의 상관성을 관찰한다는 측면에서 기능적 연결성 패턴의 의미에 더 가까운 결과를 도출한다는 장점이 있다.This analysis has the advantage of deriving a result that is closer to the meaning of the functional connectivity pattern in terms of observing the correlation between two characteristic values having meaning.

상기 사건관련특성계산부는 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 한 사람의 신호를 레퍼런스로 그 외 사람의 신호를 입력하고, 레퍼런스 신호에서 특징점을 사건으로 하여 관심 구간 추출하고 사건 관련 변화가 나타난 정도를 정량화할 수 있다. 이에 대해서는 이후 보다 자세히 설명될 것이다.The event-related characteristic calculation unit receives a signal of a person from a signal of one of the two signals selected by the signal combination selection unit as a reference, extracts an interest interval from the reference signal by using the characteristic point as an event, Can be quantified. This will be described in more detail below.

도 6은 본 명세서에 따른 시계열신호간상관성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.6 is a block diagram schematically showing a configuration of a time-series-signal correlation calculator according to the present invention.

도 6을 참조하면, 상기 시계열신호간상관성계산부에서 수행되는 시계열 신호 간 상관성 분석 방법을 크게 3가지를 예로 들어 제시하고 있다. 한 사람의 뇌와 다른 사람의 자율신경계 신호 간 상관성을 분석하기 위해 뇌에서 자율신경계로 정보가 전달되어 자율신경계 신호로 나타나거나 자율신경계에서 뇌로 정보가 전달되어 뇌파 신호로 나타나는 경우 모두에서 뇌와 자율신경계 간의 시간 지연을 고려하여야 한다.Referring to FIG. 6, there are three methods for analyzing the correlation between time-series signals in the time-series signal correlation calculator. In order to analyze the correlation between the autonomic nervous system signals of one person's brain and others, information is transmitted from the brain to the autonomic nervous system and appears as an autonomic nervous system signal, or information is transmitted from the autonomic nervous system to the brain, Time delay between the nervous system should be considered.

시간지연 안정성 분석 (Time-delay stability, TDS)은 이 두 사람의 신호에서 나타나는 시간지연 (delay)의 일정한 정도를 보고자 하는 분석방법이다. 예를 들어서, 입력 신호의 길이가 총 30분이라고 할 때, 10초 길이의 sliding window를 매 1초씩 시간을 이동시키면서 매 10초 동안의 두 신호의 시간지연을 얻을 수 있다. 먼저 10초동안의 한 사람의 뇌파 신호와 다른 사람의 자율신경계 피부전기활동 신호를 분석할 때, 먼저 두 시계열 신호의 교차상관 분석 (cross-correlation)을 하여 시간지연 값을 얻는다. 이러한 과정을 전체 시간에 대해서 반복 수행하면 전 시간에서 매 초마다의 시간지연 값을 얻게 된다. 3개의 시간지연 값에 대하여 특정 시간의 시간지연 값과 바로 다음 시간의 시간지연 값과의 차이가 1초미만으로 유지될 경우 안정 상태(1), 그렇지 않을 경우 불안정 상태(0)로 판정한다 (delay(t)-delay(t-τ)<1s). 이후 특정 시간 30초 동안에 얻은 시간지연 샘플 수 중 안정 상태로 판정된 샘플 수의 비율을 안정화 비율로 계산하게 된다. 최종적으로 전체 시간에서 얻은 안정화 비율 값들의 평균을 안정화 비율 값으로 얻는다. (기존의 시간지연 안정성 분석은 전체 시간(30분)에 대해 안정화 샘플 수의 비율을 구하여 하나의 안정화 비율 값을 얻지만, 본 분석에서는 30분 전체 시간에서 하나의 안정화 비율 값이 아닌 매 30초마다 안정화 비율 값을 구함으로써 안정화 비율의 변화를 관찰 가능하다. 결과적으로 상관성 값은 이렇게 얻은 안정화 비율 값들의 분포 중 이상점 (outlier)들을 제거한 값들의 평균을 구하여 얻는다.)Time-delay stability (TDS) is an analytical method that seeks to see a certain degree of delay in the signals of these two people. For example, if the length of the input signal is 30 minutes in total, the time delay of two signals in every 10 seconds can be obtained while moving the time of 1 second every 10 seconds. First, when analyzing a person's EEG signal for 10 seconds and the other person's autonomic nervous system dermal electrical activity signal, the time delay value is first obtained by cross-correlation of two time series signals. If this process is repeated for the whole time, the time delay value is obtained every second from the whole time. When the difference between the time delay value of the specific time and the time delay value of the next time is maintained for only one second for the three time delay values, it is determined to be the stable state (1), otherwise, the unstable state (0) (t) -delay (t-tau) &lt; 1s). Then, the ratio of the number of samples determined to be stable among the number of delayed samples obtained during a specific time of 30 seconds is calculated as a stabilization ratio. Finally, the average of the stabilization ratio values obtained from the whole time is obtained as the stabilization ratio value. (In the conventional time delay stability analysis, one stabilization ratio value is obtained by calculating the ratio of the number of stabilization samples to the total time (30 minutes), but in this analysis, every 30 seconds The change of the stabilization ratio can be observed by obtaining the stabilization ratio value every time. As a result, the correlation value is obtained by averaging the values of the stabilization ratio values obtained by removing the outliers.

다른 분석 방법의 경우 신호 간 지연을 관찰하는 것이 아니라 신호 간 유사성으로부터 상관관계를 관찰하므로 뇌 신호와 자율신경계 신호 간 지연을 보정해 주어야 하는 단계가 필요하다. 전체 시간이 30분이라고 할 때, 30초마다 두 신호 간 교차상관 분석을 통해 시간지연 값을 얻을 수 있다. 얻어진 시간지연 값들의 평균을 구하여 평균적인 시간지연 값 τ (tau)를 얻는다. 시간지연 값을 얻기 위해 교차상관 분석뿐만 아니라 다양한 분석을 이용할 수 있다. 이후 자율신경계의 피부전도도 시계열 신호를 y(t)에서 y(t+τ)로 보정을 한다.Other analytical methods require a step to compensate for delay between the brain signal and the autonomic nervous system signal, not by observing the delay between signals, but by observing the correlation from signal similarity. Assuming that the total time is 30 minutes, the time delay value can be obtained by cross-correlation analysis between the two signals every 30 seconds. An average of the obtained time delay values is obtained to obtain an average time delay value tau (tau). Various analyzes as well as cross-correlation analysis can be used to obtain time delay values. Then, the skin conductivity time series signal of the autonomic nervous system is corrected from y (t) to y (t + τ).

부분 지향성 일관성(Partial diected coherence, PDC) 분석은 Baccal 등에 의해서 제안된 개념으로 (Baccal and Sameshima, 2001) 복수의 채널로부터 검출된 신호에 기반하여, 뇌에서의 상호작용 및 정보 전달을 분석하는 데 주로 이용된다. PDC는 그랜저 인과관계 (Spectral granger-causality)개념과 다변량 자기회귀 시계열 모델링 (multivariate autoregressive modeling)에 기반한 것으로 기능적 연결성을 계산하기위한 주파수 영역 상의 접근방법이다. 예를 들면, 뇌파 시계열신호 x(t)와 자율신경계의 SCR 신호 y(t) 가 있을 경우, 현재 시간에서 i 이전 시간에 해당하는 x(t-i) 값의 정보로부터 채널 y의 현재 y(t) 값을 잘 예측할 수 있다면 x(t)와 y(t) 사이에 인과관계(causality)가 존재한다고 할 수 있고 이는 x(t)에서 y(t) 방향으로 PDC값이 증가하는 것으로 정량화할 수 있다. 즉 이는, x(t)에서 y(t)로의 정보전달이 존재하는 것으로 예측하고, 이러한 정보전달 흐름을 정량화한 수치를 PDC 값으로 얻는다. PDC 분석 이외에도 주파수 대역 상에서의 그랜저 인과관계, DTF (Directed transfer function) 등을 이용하여 정보 전달의 흐름을 정량화 할 수 있다. PDC 결과는 0에서 1 사이의 값을 가진다.Partial di- eected coherence (PDC) analysis is a concept proposed by Baccal et al. (Baccal and Sameshima, 2001), which analyzes the interaction and information transfer in the brain, based on signals detected from multiple channels . PDC is based on the concept of spectral granger-causality and multivariate autoregressive modeling, and is a frequency-domain approach to calculating functional connectivity. For example, if there is an EEG time series signal x (t) and an autonomic nervous system SCR signal y (t), the current y (t) of the channel y from the information of x (ti) If we can predict the value well, we can say that there is a causality between x (t) and y (t), which can be quantified as increasing the PDC value from x (t) to y (t) . That is, it is predicted that there is information transfer from x (t) to y (t), and a value obtained by quantifying this information transfer flow is obtained as a PDC value. In addition to the PDC analysis, the flow of information transfer can be quantified by using the Grandeur causality on the frequency band, the DTF (Directed Transfer Function), and the like. The PDC result has a value between 0 and 1.

위상-진폭 동기화 분석 (Phase-amplitude coupling, PAC)은 저주파 성분의 신호와 고주파 성분 신호의 위상 간 동기화 정도를 관찰하는 방법이다. 저주파수 대역의 위상이 이와 결합된 고주파수 대역의 파워와 연동되어 빠른 주파수 대역 신호의 진폭 엔빌로프 (envelope)와 느린 주파수 대역 신호의 위상 간의 동기화로 나타난다. 한 사람의 뇌파신호로부터 뇌 영역 내의 서로 다른 주파수 대역의 신호 간 관계를 보는데 주로 이용되며, 어떤 임무 (behavioral task)가 주어질 때 위상-진폭 간 결합이 변화할 수 있다는 사실이 알려져 있다 (Voytek et al., 2010). 또한 이는 잠재적으로 감각 통합, 기억처리, 주의 선택과 관련이 있음이 알려져 있다 (Lisman and Idiart et al., 1995). 이 방법은 빠르게 변화하는 뇌파 신호와 다소 느리게 변화하는 자율신경계 신호 간 상관성을 관찰하는데 적용될 수 있다. 먼저 한 사람은 고주파수 대역의 뇌파 신호, 다른 사람은 자율신경계 피부전기활동 저주파수 대역 신호를 입력으로 할 수 있다. 이로부터 힐버트 변환을 통해 뇌파 신호는 엔빌로프 (envelope)를 얻어 진폭 값을 추출하고, 자율신경계 피부전기활동 신호는 위상을 추출한다. 예를 들어 10초 길이의 시간을 분석 구간으로 정하여 두 신호 간 결합을 관찰하고 매 1초마다 시간을 증가시키면서 분석을 수행할 수 있다. 진폭 값과 위상 값의 지수 곱으로 복소 신호를 계산할 수 있다 (

Figure 112017020258177-pat00001
). 각 시간에서 뇌파 신호의 순간 진폭 값은 복소 벡터의 길이로 표현할 수 있는 반면, 같은 시간 자율신경계 피부전기활동 신호의 위상 값은 복소 벡터의 각도로 표현된다. 전체 시간에 대해 복소 벡터 값들의 분포를 관찰하면, 위상-진폭 결합이 없을 때는 벡터 값이 대략적으로 균일한 원형 분포를 가지므로 총합은 0에 근사하게 된다. 두 신호간의 결합이 있을 경우, 뇌파 신호의 진폭은 자율신경계 피부전기활동 신호의 특정 위상에서 높게 된다. 즉, 특정 각도에서 복소 벡터의 길이가 크게 나타나고 이는 비대칭적 분포를 갖게 되어 복소 평면 상에서의 전체 벡터 값의 합으로부터 벡터 길이를 얻을 수 있다. 이후 전체 시간에서 얻은 벡터 길이 값들의 평균값을 구하여 평균 벡터길이를 두 신호 간 조절 지수 (modulation index)로 얻는다.Phase-amplitude coupling (PAC) is a method of observing the degree of synchronization between the low-frequency component signal and the high-frequency component signal. The phase of the low frequency band is synchronized with the power of the high frequency band associated therewith, resulting in the synchronization between the amplitude envelope of the fast frequency band signal and the phase of the slow frequency band signal. It is known that from one person's EEG signal, it is mainly used to see the relationship between signals in different frequency bands in the brain region, and it is known that the phase-amplitude coupling can change when a behavioral task is given (Voytek et al ., 2010). It is also known to potentially involve sensory integration, memory processing, and attention selection (Lisman and Idiart et al., 1995). This method can be applied to observe the correlation between the rapidly changing EEG signal and the rather slowly changing autonomic nervous system signal. First, one can input EEG signals in the high frequency band, and the other can input the low frequency band signals in the autonomic nervous system dermatophyte activity. From this, the EEG signal extracts the envelope and extracts the amplitude value through the Hilbert transform, and the autonomic nervous system electric activity signal extracts the phase. For example, a time of 10 seconds can be defined as an analysis interval, and the analysis can be performed while observing the coupling between two signals and increasing the time every 1 second. The complex signal can be computed from the exponent product of the amplitude value and the phase value (
Figure 112017020258177-pat00001
). At each time, the instantaneous amplitude value of the EEG signal can be expressed as the length of the complex vector, while the phase value of the EEG signal at the same time is expressed as the angle of the complex vector. Observing the distribution of the complex vector values over the whole time, the sum is approximated to zero because the vector values have a roughly uniform circular distribution in the absence of phase-amplitude coupling. When there is a coupling between the two signals, the amplitude of the EEG signal becomes high at a specific phase of the autonomic nervous system dermal electrical activity signal. That is, the length of the complex vector is large at a certain angle, and it has an asymmetric distribution, so that the vector length can be obtained from the sum of all the vector values on the complex plane. Then, the mean value of the vector length values obtained from the whole time is obtained, and the average vector length is obtained as a modulation index between two signals.

다시 도 5에 도시된 상기 사건관련특성계산부에 대해서 설명하도록 하겠다.The event-related characteristic calculation unit shown in FIG. 5 will be described.

도 7은 본 명세서의 일 실시예에 따른 사건관련특성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.7 is a block diagram schematically showing the configuration of an event-related characteristic calculation unit according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 사용자 A가 측정한 신호를 기준 신호로 삼는다. 만약에 A가 뇌와 자율신경계 신호를 모두 측정하였다면 두 신호가 입력으로 들어가게 되고, 어떤 신호를 사건으로 할 지 선택 가능하다. 뇌신호의 경우 특정 주파수 대역으로 필터링 된 신호 하나를 선택하여 시간-주파수 파워 추출부에서 파워 값을 시간에 따라 얻은 후 주파수 파워 피크 값들을 추출하여 상위 I%의 피크 값들의 시간 위치를 사건으로 정한다. 혹은 필터링 된 신호 중 하나를 선택하여 이 신호의 최대 진폭 값이 신호 진폭 값들의 표준편차 대비 상위 J% (예. 약 15%) 이상 인 지점의 시간 위치를 사건으로 정할 수 있다. 자율신경계 신호의 경우 특정 자율신경계 신호를 선택하여 뇌신호와 마찬가지로 최대 진폭/파워 값 중 상위 K% 이상인 값들의 시간 위치를 사건으로 정할 수 있다. 자율신경계 신호 중 눈움직임 신호의 경우 시선추적 장비 (eye tracker)로부터 사용자 B의 얼굴을 검출 후 시선이 사용자 B에 있되 움직임이 없고 고정 (fixation)이 되어있는 상태의 길이가 상위 P% 이상인 것 들에서 중간 시간 위치를 사건으로 정할 수 있다. 사용자 B의 신호에서 해당 시간을 사건으로 하여 각 사건 시간 전후의 구간을 추출한다. 이후 추출한 구간에서 얻은 파형을 평균을 낸다. 평균 파형으로부터 사건 기점 이전을 관찰하고 싶은 경우 사건 기점 이후를 기저 수준으로 두고 기저 값 보정을 하고, 사건 기점 이후를 관찰하고 싶은 경우 사건 기점 이전을 기저 수준으로 두고 기저 값 보정을 한다(기저 값 보정: 기저 수준의 파형의 평균 값을 구한 후 전체 파형 값에서 기저 평균 값을 뺌). 이후 변화 정도를 그대로 출력할 수 있고, 변화량이 일정 수준 이상 높은 시간의 비율을 정량화하여 변화 비율 값을 출력할 수도 있다.Referring to FIG. 7, a signal measured by the user A is used as a reference signal. If A measures both the brain and autonomic nervous system signals, both signals go into the input, and it is possible to select which signal is the event. In the case of the brain signal, one of the signals filtered in a specific frequency band is selected, and the power value is obtained from the time-frequency power extracting unit according to time, and then the frequency power peak values are extracted to determine the time position of the peak values of the upper I% . Alternatively, you can select one of the filtered signals and determine the time position of the point where the maximum amplitude value of the signal is above the upper J% (eg, about 15%) of the standard deviation of the signal amplitude values. For the autonomic nervous system signal, you can select a specific autonomic nervous system signal and set the time position of the values above the upper K% of the maximum amplitude / power value as the brain signal. In the case of the eye movement signal among the autonomic nervous system signals, the eye is detected from the eye tracker and the eye is located in the user B but there is no movement, and the length of the state in which the fixation is performed is higher than P% An intermediate time position can be defined as an event. In the signal of user B, the corresponding time is taken as an event, and the section before and after each event time is extracted. The waveforms obtained from the extracted sections are then averaged. If you want to observe before the event origin from the average waveform, make the base value correction after the base point of the event, and if you want to observe after the event point, correct the base value by setting the baseline level before the event point : The mean value of the waveform at the base level is obtained and the base average value is obtained from the whole waveform value. The degree of change can be outputted as it is, and the rate of change can be outputted by quantifying the ratio of the time when the amount of change is higher than a certain level.

도 8은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 사건관련특성계산부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.8 is a block diagram schematically showing the configuration of an event-related characteristic calculation unit according to another embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 실시예와 거의 비슷하고 기준 신호가 사용자 A가 측정한 신호에서 사용자 B가 측정한 자율신경계 신호로 바뀐 것을 확인할 수 있다. 기준 신호로 사용자 B의 자율신경계 신호로 피부전기활동, 심박수, 피부표면체온, 동공 크기 등의 신호를 이용할 수 있다. 예를 들어 심박수 신호의 경우, 이벤트 검출기에서 심박수가 높은 구간을 사건으로 할 수 있다. 최고 심박 수의 15%를 역치로 하여 역치 값보다 높은 심박 수 정점에 해당하는 시간을 사건으로 검출할 수 있다. 이후 사건을 기준점으로 하여 사용자 A의 뇌파 신호로부터 분석 구간을 추출하고 평균 파형을 구하여 관찰하고자 하는 변화에서 변화 비율 값을 얻는 과정은 도면 7에서의 설명과 동일하다. 따라서 상기 차이점을 제외하고 나머지는 동일하기 때문에 반복적인 설명은 생략하도록 하겠다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the reference signal is almost the same as the embodiment shown in FIG. 7, and the reference signal is changed to the autonomic nervous system signal measured by the user B in the signal measured by the user A. As a reference signal, signals such as skin electrical activity, heart rate, skin surface temperature, and pupil size can be used as the autonomic nervous system signal of the user B. For example, in the case of a heart rate signal, an event detector may be an event with a high heart rate. The time corresponding to the peak of the heart rate higher than the threshold value can be detected as an event with a threshold of 15% of the maximum heart rate as a threshold value. The process of extracting the analysis interval from the EEG signal of the user A with the event as a reference point and obtaining the average waveform and obtaining the change rate value from the change to be observed is the same as that of FIG. Therefore, the remainder of the description is the same except for the difference, so that repetitive description will be omitted.

도 9는 도 7에 도시된 예시의 분석 과정의 예시도이다.9 is an exemplary view of the analysis process of the example shown in FIG.

도 9를 참조하면, 사용자 A의 피부전기활동 신호, 사용자 B의 FP1의 뇌파 신호가 한 쌍으로 입력된 경우를 보여준다. 사용자 A의 피부전기활동 신호에서 정점을 사건으로 검출하고자 신호를 미분하여 정점을 검출한 후 진폭을 구한다. 최고 정점의 10%를 역치 값으로 정하고 역치 값보다 높은 정점을 사건으로 정한다. 사용자 B의 뇌파 신호를 시간-주파수 스펙트럼으로 변환한다. 이후 시간-주파수 스펙트럼에서 사건을 기준점으로 하여 전후 5초 구간을 추출한다. 추출된 구간들의 스펙트럼을 평균을 구한다. 도면에서는 [-800ms~1800ms] 구간만을 표시하였다. 사건 기점 이후를 관심 구간으로 정하여 사건 기점 이전을 기저선으로 두고 보정하였다. 전체 주파수 대역의 파워 변화량이 일정 수준보다 큰 구간을 검출한다. 본 도면에서는 사건 기점 이후 전체 5초 구간 중 검출된 구간이 0.5초이므로 변화 비율은 10%를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 9, a skin electrical activity signal of user A and a brain wave signal of FP1 of user B are input as a pair. In order to detect the vertex as an event in the skin electrical activity signal of the user A, the signal is differentiated to detect the peak, and the amplitude is obtained. 10% of the highest vertex is set as the threshold value and the vertex higher than the threshold value is set as the event. And converts the EEG signal of the user B into a time-frequency spectrum. Then, the time-frequency spectrum is used to extract the 5 second interval before and after the event as a reference point. The average of the spectra of the extracted regions is obtained. In the figure, only [-800 ms to 1800 ms] sections are displayed. After the event, we set the period of interest as the period of interest and corrected the event as the baseline. And detects a section in which the amount of power change in the entire frequency band is larger than a certain level. In this figure, since the interval detected during the entire 5-second interval after the start of the event is 0.5 second, the change rate is 10%.

도 10은 도 8에 도시된 예시의 분석 과정의 예시도이다.10 is an illustration of an example of the analysis process shown in FIG.

도 10을 참조하면, 사용자 A는 P3의 알파 대역 신호, 사용자 B의 피부전기활동 신호가 한 쌍으로 입력된 경우를 보여준다. 사용자 A의 알파 주파수 대역으로 필터링 된 신호로부터 알파파 파워의 시계열 신호를 구한다. 여기서는 알파 파워 값이 낮아지는 시점을 사건으로 검출하고자 알파파 파워 신호를 스무딩 (smoothing)한 후 미분하여 알파파 파워가 크게 감소하는 시점을 검출한다. 이후, 사용자 B의 피부전기활동 신호에서 사건을 기준점으로 하여 전후 10초 구간을 추출한다. 추출된 구간들의 신호를 평균을 구한다. 사건 기점 이전을 관심 구간으로 정하여 사건 기점 이후를 기저선으로 두고 보정하였다. 신호 진폭 값으로 변화량이 일정 수준보다 큰 구간을 검출한다. 본 도면에서는 사건 기점 이전의 전체 5초 구간 중 검출된 구간이 3초이므로 변화 비율은 30%를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 10, the user A shows a case in which the alpha-band signal of P3 and the skin electrical activity signal of the user B are input as a pair. A time series signal of the alpha wave power is obtained from the signal filtered by the alpha frequency band of the user A. Here, in order to detect the time when the alpha power value is lowered, the alpha wave power signal is smoothed and then differentiated to detect a time point at which the alpha power is greatly reduced. Then, a 10 second interval is extracted from the skin electrical activity signal of the user B based on the event as a reference point. The average of the signals of the extracted intervals is obtained. The pre - event point was defined as the interval of interest and the post - event point was set as the baseline. And detects a section where the amount of change is larger than a certain level by the signal amplitude value. In this figure, since the detected interval of the entire 5-second interval before the start of the event is 3 seconds, the change rate is 30%.

다시 도 2에 도시된 결과매트릭스생성부에 대해서 설명하도록 하겠다.The result matrix generator shown in FIG. 2 will be described.

상기 결과매트릭스생성부는 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장할 수 있다.The result matrix generator may store the correlation analysis between the signals of the two persons in the data matrix using the signal output to the signal analyzer.

도 11은 본 명세서에 따른 결과매트릭스생성부에 의해 생성된 데이터 매트릭스의 예시도이다.11 is an exemplary diagram of a data matrix generated by a result matrix generator according to the present specification.

도 11을 참조하면, 행과 열은 각 사용자의 번호로 두 사용자 간의 상호작용을 계산하여 매트릭스에 저장한다. 대각행렬성분은 피험자 내의 뇌와 자율신경계 상호작용 결과를 의미한다. 시계열 신호 간 상관성 분석에서 PDC 분석을 수행하였을 경우 인과관계의 의미를 가지므로 행렬 (1,2) 성분과 행렬 (2,1) 성분이 서로 다른 값과 다른 의미를 가진다. 예컨대 행렬 (1,2) 성분은 사용자 1에서 사용자 2로 정보의 흐름이 전달되는 양을 나타낸다. 사건관련 특성 분석을 수행하였을 경우 사용자 1을 기준으로 할 때 사용자 2의 특성을 본 것은 사용자 1로부터 사용자 2가 변화한 특성을 나타내고 행렬 (1,2) 성분에 저장될 수 있다. 사용자 2를 기준으로 할 때 사용자 1의 특성을 보는 것은 사용자 2로부터 사용자 1이 변화하는 특성을 관찰한 것으로 행렬 (2,1) 성분에 저장이 되므로 행렬 (1,2) 성분과 행렬 (2,1) 성분이 서로 다른 값과 다른 의미를 가진다. 방향성의 의미를 가지지 않는 다른 분석의 경우 행렬 (1,2) 성분과 행렬 (2,1) 성분의 값과 의미는 동일하다.Referring to FIG. 11, rows and columns are calculated for each user's number and stored in a matrix. The diagonal matrix components represent the results of the brain and autonomic nervous system interaction in the subject. (1, 2) and matrix (2, 1) components have different meanings from each other, because PDC analysis is performed in correlation analysis between time series signals. For example, the matrix (1, 2) component represents the amount of information flow from user 1 to user 2. When the event-related characteristics analysis is performed, it is seen that the characteristics of the user 2 in the case of the user 1 are shown from the user 1 to the user 2 and stored in the matrix (1, 2) component. (2, 1) component and the matrix (2, 1) are stored in the matrix (2, 1) 1) The components have different meanings from each other. For other analyzes that do not have directionality, the meanings of the matrix (1,2) and matrix (2,1) components are the same.

종래 뇌-뇌 하이퍼스캐닝 시스템은 실제 산업적 측면에서 현장에서 상호작용 분석을 위해 다수 사람들의 뇌파를 측정하는 데 통제 어려움에 따른 아티팩트 발생, 높은 비용이 요구되는 점에서 한계가 있다. 본 명세서에 따른 상호작용 모니터링 장치 및 방법은 다수 사람들에서 자율신경계를 측정하여도 상호작용 분석이 가능하므로 비용, 상용화 측면에서 종래 기술에 비해 진보된 효과가 있다.Conventional brain-brain hyper-scanning systems have limitations in that artifacts and high costs are required due to difficulty in controlling brain waves of a large number of people for interaction analysis in the field in actual industrial aspects. The apparatus and method for monitoring an interaction according to the present invention are capable of performing an interaction analysis even when the autonomic nervous system is measured by a plurality of people.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments and the accompanying drawings described in the present specification are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed herein are for the purpose of describing rather than limiting the technical spirit of the present invention, and it is apparent that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (17)

복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받는 신호획득부; 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 전처리하는 전처리부 및 이벤트 발생 시점 또는 구간에 대한 정보 신호를 수신하는 관심구간추출부를 가진 신호처리부; 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산하는 신호분석부; 및 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장하는 결과생성부를 포함하며,
상기 신호분석부는, 한 사람의 뇌파 신호와 다른 사람의 자율신경계 신호를 하나의 쌍으로 선택하는 신호조합선택부; 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호 간의 상관성을 계산하는 기능적연결성계산부; 및 상기 기능적연결성계산부에서 출력된 값이 유의한 상관성을 나타내는지 판단하는 기능적연결성유의성판단부를 포함하며,
상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 한 사람의 신호를 레퍼런스로 그 외 사람의 신호를 입력하고, 레퍼런스 신호에서 특징점을 사건으로 하여 관심 구간 추출하고 사건 관련 변화가 나타난 정도를 정량화하는 사건관련특성계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
A signal acquiring unit receiving multiple physiological signals of a plurality of users; A signal processing unit having a preprocessor for preprocessing the signal output from the signal acquiring unit and an interest interval extracting unit for receiving an information signal about an event occurrence time or an interval; A signal analyzer for calculating a correlation between multiple physiological signals of a plurality of users which are preprocessed and output from the signal processor; And a result generation unit for storing correlation analysis between signals of two persons in a data matrix using signals output to the signal analysis unit,
Wherein the signal analyzer comprises: a signal combination selector for selecting one pair of an EEG signal and another autonomic nervous system signal; A functional connectivity calculator for calculating a correlation between two signals selected by the signal combination selector; And a functional connectivity significance determiner for determining whether the value output from the functional connectivity calculator indicates a significant correlation,
A signal of one person is inputted to each signal of the two signals selected by the signal combination selection unit as a reference, the interest signal is extracted from the reference signal by using the feature point as an event, and the degree of occurrence of the event related change is quantified And an event-related characteristic calculation unit.
청구항 1에 있어서,
상기 신호획득부는,
제1 사용자의 뇌 신호를 입력받는 뇌활동신호획득부; 및
제2 사용자의 자율신경계 신호를 입력받는 자율신경계신호획득부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the signal obtaining unit comprises:
A brain activity signal acquisition unit receiving a brain signal of a first user; And
And an autonomic nervous system signal acquisition unit that receives the autonomic nervous system signal of the second user.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 기능적연결성계산부는,
상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 특성 값을 추출한 후 특성 값 간의 상관관계를 추출하는 특성값계산부;
상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 시계열신호간상관성계산부; 및
상기 특성값계산부에서 출력된 신호의 피어슨(Pearson) 상관관계 분석을 통해 각 특성 값 간의 선형 상관계수를 계산하는 특성값간상관성계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the functional connectivity calculation unit comprises:
A characteristic value calculation unit for extracting a characteristic value from each signal of the two signals selected by the signal combination selection unit and extracting a correlation between the characteristic values;
A time-series-to-signal correlation calculator for analyzing a correlation between the signal output from the characteristic value calculator and the time-series signal; And
And a characteristic-value correlation calculator for calculating a linear correlation coefficient between each characteristic value through a Pearson correlation analysis of the signal output from the characteristic value calculator.
청구항 4에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 시간지연을 고려한 시간지연 안정성 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
The method of claim 4,
Wherein the time series correlation calculator performs a time delay stability analysis considering a time delay between a plurality of users.
청구항 4에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 부분 지향성 일관성 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
The method of claim 4,
Wherein the time series signal correlation calculation unit performs a partial directionality consistency analysis between a plurality of users.
청구항 4에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부는, 복수 사용자 사이에 나타나는 위상-진폭 동기화 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 장치.
The method of claim 4,
Wherein the time-series correlation calculator performs phase-amplitude synchronization analysis between a plurality of users.
(a) 신호획득부가 복수 사용자의 다중생리신호를 입력 받는 단계; (b) 신호처리부의 전처리부가 상기 신호획득부에서 출력된 신호를 전처리하는 단계; (c) 신호처리부의 관심구간추출부가 상기 전처리된 신호의 이벤트 발생 시점 또는 구간에 대한 정보 신호를 수신하는 단계; (d) 신호분석부가 상기 신호처리부에서 전처리되어 출력된 복수 사용자의 다중생리신호간의 상관성을 계산하는 단계; 및 (e) 결과생성부가 상기 신호분석부에 출력된 신호를 이용하여 두 사람의 신호 간 상관성 분석을 데이터 매트릭스에 저장하는 단계를 포함하며,
상기 (d) 단계는, (d-1) 신호조합선택부가 한 사람의 뇌파 신호와 다른 사람의 자율신경계 신호를 하나의 쌍으로 선택하는 단계; (d-2) 기능적연결성계산부가 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호 간의 상관성을 계산하는 단계; 및 (d-3) 기능적연결성유의성판단부가 상기 기능적연결성계산부에서 출력된 값이 유의한 상관성을 나타내는지 판단하는 단계를 포함하며,
상기 (d-2) 단계는, 사건관련특성계산부가 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 한 사람의 신호를 레퍼런스로 그 외 사람의 신호를 입력하고, 레퍼런스 신호에서 특징점을 사건으로 하여 관심 구간 추출하고 사건 관련 변화가 나타난 정도를 정량화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
(a) receiving a plurality of user's multiple physiological signals by a signal acquisition unit; (b) preprocessing the signal output from the signal acquisition unit by the preprocessing unit of the signal processing unit; (c) receiving an information signal of an event occurrence time or an interval of the preprocessed signal; (d) calculating a correlation between multiple physiological signals of a plurality of users, which are pre-processed by the signal analysis unit and output in the signal processing unit; And (e) a result generating unit, using the signal output to the signal analyzing unit, storing correlation analysis between signals of two persons in a data matrix,
The step (d) includes the steps of: (d-1) selecting the signal combination selecting unit as a pair of an EEG signal of one person and an autonomic nervous system signal of another person; (d-2) calculating a correlation between the two signals selected by the signal combination selection unit; And (d-3) determining whether the value of the functional connectivity determiner is indicative of a significant correlation between the value output from the functional connectivity calculator,
In the step (d-2), the event-related characteristic calculation unit inputs a signal of one person in each signal of the two signals selected by the signal combination selection unit as a reference, and a feature point in the reference signal as an event Extracting interest intervals and quantifying the degree of occurrence of event related changes.
청구항 8에 있어서,
상기 (a) 단계는,
(a-1) 뇌활동신호획득부가 제1 사용자의 뇌 신호를 입력받는 단계; 및
(a-2) 자율신경계신호획득부가 제2 사용자의 자율 신경계 신호를 입력받는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 8,
The step (a)
(a-1) a brain activity signal acquisition unit receiving a brain signal of a first user; And
(a-2) the autonomic nervous system signal acquisition unit receiving the autonomic nervous system signal of the second user.
삭제delete 청구항 8에 있어서,
상기 (d-2) 단계는,
특성값계산부가 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 특성 값을 추출한 후 특성 값 간의 상관관계를 추출하는 단계; 및
시계열신호간상관성계산부가 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 8,
The step (d-2)
Extracting a characteristic value from each signal of the two signals selected by the signal combination selection unit and extracting a correlation between the characteristic values; And
And analyzing the correlation between the time-series signals and the signals output from the characteristic-value calculating unit.
청구항 11에 있어서,
상기 (d-2) 단계는,
특성값계산부가 상기 신호조합선택부에서 선택된 두 신호의 각 신호에서 특성 값을 추출한 후 특성 값 간의 상관관계를 추출하는 단계; 및
특성값간상관성계산부가 상기 특성값계산부에서 출력된 신호의 피어슨(Pearson) 상관관계 분석을 통해 각 특성 값 간의 선형 상관계수를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 11,
The step (d-2)
Extracting a characteristic value from each signal of the two signals selected by the signal combination selection unit and extracting a correlation between the characteristic values; And
And calculating a linear correlation coefficient between each characteristic value through a Pearson correlation analysis of the signal output from the characteristic value calculation unit.
삭제delete 청구항 11에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부가 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 단계는, 복수 사용자 사이에 나타나는 시간지연을 고려한 시간지연 안정성 분석을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 11,
Wherein the step of analyzing the correlation between the signals output from the characteristic value calculating unit and the time series signals is a step of performing a time delay stability analysis considering a time delay appearing among a plurality of users. Method of Monitoring Activity.
청구항 11에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부가 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 단계는, 복수 사용자 사이에 나타나는 부분 지향성 일관성 분석을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 11,
Wherein the step of analyzing the correlation between the signals output from the characteristic value calculation unit and the time series signal is a step of performing a partial directionality consistency analysis among a plurality of users.
청구항 11에 있어서,
상기 시계열신호간상관성계산부가 상기 특성값계산부에서 출력된 신호를 시계열 신호의 상관성을 분석하는 단계는, 복수 사용자 사이에 나타나는 위상-진폭 동기화 분석을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 상호작용 모니터링 방법.
The method of claim 11,
Wherein the step of analyzing the correlation between the signals output from the characteristic value calculation unit and the time series signals is a step of performing phase-amplitude synchronization analysis between the plurality of users. .
컴퓨터에서 청구항 8, 청구항 9, 청구항 11, 청구항 12 및 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 청구항에 따른 상호작용 모니터링 방법의 각 단계들을 수행하도록 작성되어 컴퓨터로 독출 가능한 기록 매체에 기록된 컴퓨터프로그램.A computer program recorded on a computer-readable recording medium, the computer program being written in the computer to perform the steps of the interaction monitoring method according to any one of claims 8, 9, 11, 12 and 14 to 16.
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