KR102113547B1 - Resonating Device and Method of Individual EEG Cognitive Frequency, Recording Medium for Performing the Method - Google Patents

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민병경
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Abstract

The present invention relates to a method for enhancing a cognitive function based on individual cognitive frequency resonance, which can intentionally and selectively enhance a specific cognitive function by stimulating the brain with the current having the same frequency or the same waveform as the individual frequency generated during the performance of a cognitive task. The method comprises the steps of: subjecting a subject to perform a cognitive task; measuring a brain wave of the subject performing the cognitive task; analyzing a power spectrum for each frequency of the measured brain wave of the subject; setting a peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the power spectrum as an individual cognitive frequency of the subject performing the cognitive task; and generating the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the individual cognitive frequency to cause resonance with the subject′s brain wave associated with a specific cognitive function, thereby increasing and decreasing the specific cognitive function.

Description

개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체{Resonating Device and Method of Individual EEG Cognitive Frequency, Recording Medium for Performing the Method}Recognizing Device and Method for Individual EEG Cognitive Frequency, Recording Medium for Performing the Method

본 발명은 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개인별 고유 주파수를 발생시켜 뇌파와 동조시킬 수 있는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, and a recording medium for performing the method, and more specifically, based on individual cognitive frequency tuning that can generate a personalized frequency and synchronize with an EEG. An apparatus and method for improving cognitive function, and a recording medium for performing the method.

뇌파(Electroencephalogram)는, 생체(인간을 포함한 동물)의 뇌에서 발생하는 전기 활동으로서, 뇌 활동 상태에 따라 알파파(α-wave), 서파(slow wave) 또는 수면 방추파(sleep spindle wave) 등의 다양한 파형이 나타난다.Electroencephalogram is an electrical activity that occurs in the brain of a living body (animals, including humans). Alpha waves ( α-wave), slow waves, or sleep spindle waves , depending on the state of brain activity Various waveforms appear.

최근에는 뇌파의 측정뿐만 아니라, 피험자의 머리에 전기 자극을 가함으로써 뇌파를 유발시키는 연구가 진행되고 있는데, 이러한 전기 자극을 경두개 전기 자극(tCS, Transcranial Current Stimulation)이라고 한다.Recently, as well as the measurement of EEG, research has been conducted to induce EEG by applying electrical stimulation to the subject's head. This electrical stimulation is called Transcranial Current Stimulation (tCS).

이러한 뇌파 자극을 통해 특정 뇌파를 교란 혹은 동조시킴으로써, 뇌 활동을 촉진 또는 억제하여 기억 능력 향상 또는 정신 질환의 치료 등과 같은 분야에 활용할 수 있다.By disrupting or tuning a specific brain wave through such brain wave stimulation, brain activity can be promoted or suppressed and used in fields such as memory improvement or mental therapy.

다만, 상술한 바와 같은 종래의 뇌파 자극 방법은, 주파수 밴드 전체를 모호하게 대별(大別)한다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 자극 주파수가 세타파일 경우 4 ~ 8Hz의 주파수 대역 모두를 하나로 평가하여 진행하는 방식으로서, 평균이 가지고 있는 오류를 그대로 가지고 있을 뿐만 아니라, 오히려 개인 고유 주파수의 의미를 희석시킬 수 있다.However, the conventional EEG stimulation method as described above has a problem of obscuring the entire frequency band. For example, when the stimulation frequency is theta file, it is a method of evaluating and processing all the frequency bands of 4 to 8 Hz as one, and not only has the error of the average as it is, but rather can dilute the meaning of the individual natural frequency.

한국등록특허 제10-1469878호Korean Registered Patent No. 10-1469878 한국등록특허 제10-1249069호Korean Registered Patent No. 10-1249069

본 발명의 일 측면은 특정 인지 기능을 수행할 때에 발생되는 인간의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)를 측정하고, 측정된 주파수를 경두개 전류 자극기를 이용하여 발생시킨 후 뇌파와의 동조를 유발시켜 뇌 기능을 증강할 수 있는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치 및 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 기록 매체를 제공한다.One aspect of the present invention is to measure the individual individual cognitive frequency (ICF) generated when performing a specific cognitive function, generate the measured frequency using a transcranial current stimulator, and then synchronize with the EEG Provides an apparatus and method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning that can augment brain function by inducing a recording medium for performing the method.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법은, 피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시키는 단계; 인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정하는 단계; 측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하는 단계; 분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)로 설정하는 단계; 및 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning includes: executing a cognitive task related to a specific cognitive function to a subject; Measuring an EEG of a subject undergoing a cognitive task; Analyzing a power spectrum of each measured brainwave frequency; Setting a peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the analyzed power spectrum as an individual cognitive frequency (ICF) of a subject performing a cognitive task; And generating the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the unique cognitive frequency for each individual to induce resonance with the brain waves of the subject related to a specific cognitive function.

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 갖는 교류 전류를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing the tuning may generate an alternating current having the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the individual personal recognition frequency.

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 경두개 전류 자극기(tCS, transcranial Current Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시킬 수 있다.In an embodiment, the step of causing the tuning may generate the same frequency or the same waveform as the peak frequency using a transcranial current stimulation (tCS).

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 경두개 자기 자극기(TMS, Transcranial Magnetic Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형의 펄스를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing the tuning may generate a pulse having the same frequency or the same waveform as the peak frequency using a transcranial magnetic stimulation (TMS).

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 저강도(low-intensity) 집속 초음파 자극기(FUS, Focused Ultrasound Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형의 초음파를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing the tuning may generate ultrasound having the same frequency or the same waveform as the peak frequency using a Focused Ultrasound Stimulation (FUS) with a low-intensity focused ultrasound stimulator (FUS).

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 특정 인지 기능을 담당하는 피험자의 뇌 부분으로 주파수를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing the tuning may generate a frequency in the brain portion of the subject responsible for a specific cognitive function.

일 실시 예에서, 상기 인지 과제를 시행시키는 단계는, 제1 인지 기능과 관련된 제1 인지 과제와 제1 인지 기능과 다른 인지 기능인 제2 인지 기능과 관련된 제2 인지 과제를 각각 시행시킬 수 있다.In one embodiment, the step of executing the cognitive task may respectively implement a first cognitive task related to the first cognitive function and a second cognitive task related to the second cognitive function that is different from the first cognitive function.

일 실시 예에서, 상기 개인별 고유 인지 주파수로 설정하는 단계는, 제1 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제1 고유 주파수로 설정하고, 제2 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제2 고유 주파수로 설정할 수 있다.In one embodiment, the step of setting the individual cognitive frequency for each individual sets the personal cognitive frequency for each individual set through the implementation of the first cognitive task as the first natural frequency, and the personal cognition for each individual set through the implementation of the second cognitive task. The frequency can be set to the second natural frequency.

일 실시 예에서, 상기 동조를 유발하는 단계는, 서로 다른 주파수를 가지는 제1 고유 주파수와 제2 고유 주파수를 피험자의 뇌파와 동시에 융합 동조시킬 수 있다.In an embodiment, the step of inducing the tuning may fuse and tune the first natural frequency and the second natural frequency having different frequencies simultaneously with the EEG of the subject.

일 실시 예에서, 상기 인지 과제를 시행시키는 단계는, 복수 개의 인지 기능이 융합된 인지 과제를 시행시킬 수 있다.In an embodiment, in the step of executing the cognitive task, a cognitive task in which a plurality of cognitive functions are fused may be executed.

일 실시 예에서, 동조를 유발한 주파수를 통해 피험자의 뇌에 비침습적 신경 자극을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the method may further include performing a non-invasive nerve stimulation on the subject's brain through the frequency causing the tuning.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에는, 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있다.In a computer-readable storage medium according to another embodiment of the present invention, a computer program for performing a method for enhancing a cognitive function based on individual cognitive frequency tuning is recorded.

본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치는, 피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시키는 인지 과제 시행부; 인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부; 측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하는 뇌파 스펙트럼 분석부; 분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)로 설정하는 주파수 설정부; 및 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발하는 주파수 동조부를 포함한다.An apparatus for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning according to an embodiment of the present invention includes: a cognitive task execution unit that executes a cognitive task related to a specific cognitive function to a subject; An EEG measuring unit for measuring the EEG of a subject who is performing a cognitive task; EEG spectrum analysis unit for analyzing the power spectrum of the measured subject's EEG by frequency; A frequency setting unit that sets a peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the analyzed power spectrum as an individual cognitive frequency (ICF) of a subject performing a cognitive task; And a frequency tuning unit that generates the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the unique cognitive frequency for each individual to cause resonance with the EEG of a subject related to a specific cognitive function.

상술한 본 발명의 일 측면에 따르면, 비침습적인 방법을 사용하기 때문에 실생활에 바로 활용할 수 있고, 뇌의 비침습적인 자극을 통해 학습과 기억 능력을 향상시키는 등의 교육적, 사회적 또는 경제적 효과를 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, since a non-invasive method is used, it can be directly used in real life and provides educational, social, or economic effects such as improving learning and memory ability through non-invasive stimulation of the brain. can do.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 경두개 전류 자극기의 장착 예시를 설명하는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 디지트 스팬 과제(Digit Span Task) 수행 중 경두개 교류 자극에 의한 효과를 보여주는 주파수별 뇌파 진폭의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 뇌 자극의 전극 위치 및 뇌파 위치를 나타내는 EEG 캡의 모형도다.
도 8은 실험에 적용된 세타-감마 위상-진폭 동조(PAC)-tACS 기반 전류 뇌 자극 패턴 모델의 파형도이다.
도 9는 세타-감마 CFC tACS 자극시간과 자극 개시 구간(ramp-up), 자극 지속 구간 및 자극 종료 구간(ramp-down)의 모식도이다.
도 10은 작업 부하 3 조건 하에서 작업 기억 과제(task)를 시행하는 과정의 예시도 이다.
1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an apparatus for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning according to an embodiment of the present invention.
2 is a flow chart illustrating a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining an example of mounting the transcranial current stimulator.
4 to 6 are graphs showing changes in brain wave amplitude by frequency showing the effect of transcranial alternating stimulation during the execution of the Digit Span Task.
7 is a model diagram of the EEG cap showing the electrode location and the EEG location of brain stimulation.
8 is a waveform diagram of a theta-gamma phase-amplitude tuning (PAC) -tACS-based current brain stimulation pattern model applied to the experiment.
FIG. 9 is a schematic diagram of theta-gamma CFC tACS stimulation time, stimulation initiation period (ramp-up), stimulation duration period, and stimulation termination period (ramp-down).
10 is an exemplary view of a process of executing a task memory task under the workload 3 condition.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.For a detailed description of the present invention, which will be described later, reference is made to the accompanying drawings that illustrate specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in detail enough to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, the specific shapes, structures, and properties described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. In addition, it should be understood that the location or placement of individual components within each disclosed embodiment can be changed without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all ranges equivalent to those claimed. In the drawings, similar reference numerals refer to the same or similar functions throughout several aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an apparatus for enhancing a cognitive function based on individual cognitive frequency tuning according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치는, 인지 과제 시행부(100), 뇌파 측정부(200), 뇌파 스펙트럼 분석부(300), 주파수 설정부(400) 및 주파수 동조부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a device for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, the cognitive task execution unit 100, an EEG measurement unit 200, an EEG spectrum analysis unit 300, a frequency setting unit 400, and frequency tuning Includes wealth 500.

인지 과제 시행부(100)는, 피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시킨다.The cognitive task execution unit 100 executes a cognitive task related to a specific cognitive function to a subject.

여기서, 인지 과제 시행은, 스피커와 같은 음성 수단 또는 LCD 모니터와 같은 표시 수단 등의 출력 수단을 통해 피험자에게 인지 과제의 시행을 요청하거나, 피험자 내부의 자발적인 진행으로 이루어 질 수 있다.Here, the implementation of the cognitive task may be performed by requesting the subject to perform the cognitive task through an output means such as a voice means such as a speaker or a display means such as an LCD monitor, or by voluntary progress inside the subject.

뇌파 측정부(200)는, 인지 과제 시행부(100)에 의한 인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정한다.The EEG measurement unit 200 measures the EEG of the subject who is performing the cognitive task by the cognitive task execution unit 100.

일 실시 예에서, 뇌파 측정부(200)는, 헤드셋 형태 또는 두피 부착형으로 두피와 접촉된 전극으로부터 측정된 전위를 증폭, 필터링 및 주파수 분석 등을 통하여 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명에 의한 뇌파 측정은 상술한 수단에 한정되는 것은 아니며, 인간의 뇌파를 측정할 수 있는 수단이면 그 종류에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the EEG measuring unit 200 may be formed as an EEG measuring device that measures the EEG through amplification, filtering, and frequency analysis of a potential measured from an electrode in contact with the scalp in the form of a headset or a scalp attachment type. have. However, the EEG measurement according to the present invention is not limited to the above-described means, and is not limited to the type if it is a means capable of measuring a human EEG.

뇌파 스펙트럼 분석부(300)는, 뇌파 측정부(200)에서 측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석한다.The EEG spectrum analysis unit 300 analyzes the power spectrum of each subject's EEG measured by the EEG measurement unit 200.

일 실시 예에서, 뇌파 스펙트럼 분석부(300)는, 뇌파의 주파수 분석법(周波數 分析法)에 사용되는 장치로서, 널리 사용되고 있는 FFT(Fast Fourier Transform) 스펙트럼 분석기 또는 웨이블릿 분석기(Wavelet Transformation) 등이 사용될 수 있다.In one embodiment, the EEG spectrum analysis unit 300 is a device used in the frequency analysis method of the EEG, which is a widely used Fast Fourier Transform (FFT) spectrum analyzer or wavelet analyzer (Wavelet Transformation). Can be used.

주파수 설정부(400)는, 뇌파 스펙트럼 분석부(300)에서 분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 해당 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)로 설정한다.The frequency setting unit 400, the peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the power spectrum analyzed by the EEG spectrum analysis unit 300, the subject's individual cognitive frequency (Peak frequency) ICF, Individual Cognitive Frequency).

주파수 동조부(500)는, 주파수 설정부(400)에서 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발한다.The frequency tuning unit 500 generates the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the individual unique cognitive frequency in the frequency setting unit 400 to induce resonance with the brainwaves of the subject related to a specific cognitive function.

일 실시 예에서, 주파수 동조부(500)는, 경두개 전류 자극기(tCS, transcranial Current Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the frequency tuning unit 500 may generate the same frequency or the same waveform as the peak frequency using a transcranial current stimulation (tCS).

여기서, 경두개 전류 자극기는, 비침습적 신경 기능 제어기로, 특정 인지 기능과 연관된 주파수 대역을 갖는 전류로 뇌를 자극하여 해당 인지 기능을 의도적으로 제어하는 장치로서, 특히 교류 전류(AC)의 사용이 가능한데 이를 tACS(transcranial Alternating Current Stimulation)라 한다(도 3 참조).Here, the transcranial current stimulator is a non-invasive neurological function controller, which is a device for intentionally controlling the cognitive function by stimulating the brain with a current having a frequency band associated with a specific cognitive function, in particular, the use of alternating current (AC) This is possible, referred to as tACS (transcranial Alternating Current Stimulation) (see FIG. 3).

상술한 바와 같은 구성을 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치는, 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심미안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.The apparatus for enhancing the cognitive function based on individual cognitive frequency tuning having the above-described configuration may execute or manufacture various softwares based on an operating system (OS), that is, a system. The operating system is a system program for enabling the software to use the hardware of the device, such as Android OS, iOS, Windows Mobile OS, Sea OS, Symbian OS, Blackberry OS mobile computer operating system and Windows, Linux, Unix, It can include any computer operating system such as MAC, AIX, HP-UX.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치의 각 구성에 의한 뇌파 동조 방법은 도 2 이하의 방법 설명에서 후술한다.The EEG tuning method according to each configuration of the individual cognitive frequency tuning-based cognitive function enhancement device having the above-described configuration will be described later in the method description of FIG. 2 and below.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 설명하는 순서도이다.2 is a flow chart illustrating a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning according to an embodiment of the present invention.

일반적으로, 뇌파의 각 주파수별 성분은 각각의 해당 인지 기능(Cognitive Function)과 관련이 있다. 예를 들면, 4 ~ 8Hz의 주파수를 갖는 세타(Theta)파의 경우 작업 기억(Working Memory)과 관련이 있고, 8 ~ 13Hz의 주파수를 갖는 알파(Alpha)파의 경우 주의 집중(Attention)이나 억제(Inhibition) 기능과 관련이 있다. 또한, DC ~ 4Hz의 주파수를 갖는 저주파인 델타(Delta)파의 경우 수면 기능과 관련이 있는 등, 인간 뇌파의 주파수별 속성은 특정 인지 기능을 선택적으로 나타낸다고 할 수 있다.In general, each frequency component of the EEG is associated with each corresponding Cognitive Function. For example, theta waves having a frequency of 4 to 8 Hz are related to working memory, and attention is suppressed or suppressed for alpha waves having a frequency of 8 to 13 Hz. (Inhibition) function. In addition, in the case of a delta wave having a frequency of DC to 4 Hz, which is related to sleep function, the frequency-specific properties of the human brain wave can be said to selectively indicate a specific cognitive function.

다만, 동일한 주파수 대역이라고 할지라도, 해당 인지 기능을 나타내는 주파수의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)가 존재한다.However, even in the same frequency band, there is an individual cognitive frequency (ICF) of a frequency indicating a corresponding cognitive function.

도 2를 참조하면, 고유 인지 주파수 동조 방법은, 먼저 피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시킨다(S210).Referring to FIG. 2, in the natural cognitive frequency tuning method, first, a cognitive task related to a specific cognitive function is performed on a subject (S210).

상술한 단계 S210에서 인지 과제 시행은, 스피커와 같은 음성 수단 또는 LCD 모니터와 같은 표시 수단 등의 출력 수단을 통해 피험자에게 인지 과제의 시행을 요청하거나, 피험자 내부의 자발적인 진행으로 이루어 질 수 있다.In the above-described step S210, the cognitive task may be performed by requesting the subject to perform the cognitive task through an output means such as a voice means such as a speaker or a display means such as an LCD monitor, or can be made by voluntary progress inside the subject.

상술한 단계 S210에서 요청될 수 있는 인지 과제로서는, 작업 기억(Working Memory) 과제, 주의 집중(Attention) 과제 또는 억제 제어(Inhibitory Control) 과제 등이 있을 수 있다.As a cognitive task that may be requested in the above-described step S210, there may be a working memory task, an attention task, or an inhibition control task.

예를 들어, 작업 기억의 경우, 실험자가 불특정의 숫자 서너 개를 제시한 후 기억하라고 피험자에게 요구하여 잠시 동안 해당 정보를 피험자가 머릿속에 유지(retention)하도록 한다. 그 다음 실험자가 피험자에게 특정 숫자를 제시하면서 이 숫자가 기존에 제시되었던 숫자에 있었는지를 물어보고, 피험자가 정 반응을 하게 되면, 작업 기억을 제대로 수행한 것으로 평가할 수 있다.For example, in the case of working memory, the experimenter presents three or four unspecified numbers, and then asks the subject to remember, so that the subject retains the information for a while. Then, when the experimenter presents a specific number to the subject and asks if the number was in the previously presented number, and the subject responds positively, it can be evaluated that the working memory is properly performed.

상술한 단계 S210에 의한 인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정한다(S220).The EEG of the subject who is performing the cognitive task according to the above-described step S210 is measured (S220).

일 실시 예에서, 상술한 단계 S220에서의 뇌파의 측정 방법은, 헤드셋 형태 또는 두피 부착형으로 두피와 접촉된 전극으로부터 측정된 전기를 증폭, 필터링 및 주파수 분석 등을 통하여 뇌파를 측정하는 뇌파 측정 장치를 통해 측정할 수 있다. 다만, 본 발명에 의한 뇌파 측정은 상술한 수단에 한정되는 것은 아니며, 인간의 뇌파를 측정할 수 있는 수단이면 그 종류에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the method of measuring brain waves in the above-described step S220 is an EEG measuring device for measuring the EEG through amplification, filtering, and frequency analysis of electricity measured from an electrode in contact with the scalp in the form of a headset or a scalp attachment type. It can be measured through. However, the EEG measurement according to the present invention is not limited to the above-described means, and is not limited to the type if it is a means capable of measuring a human EEG.

상술한 단계 S220에서 측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum, 불규칙하게 분포하는 스펙트럼 밀도)을 분석한다(S230).The power spectrum (power spectrum, irregularly distributed “spectrum” density) of the subject EEG measured in step S220 is analyzed (S230).

상술한 단계 S220에서 측정된 뇌파에는, 단계 S210에 의한 인지 과제의 수행에 따른 특정 인지 기능과 관련된 특징적 뇌파의 변화를 선별적으로 추출하기 위해 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼을 분석하게 된다.In the EEG measured in step S220, the power spectrum for each frequency of the subject's EEG is analyzed in order to selectively extract changes in the characteristic EEG associated with a specific cognitive function according to the performance of the cognitive task in step S210.

상술한 단계 S220에서 측정된 뇌파를 분석하기 위해 다양한 뇌 신호 분석방법을 이용할 수 있다. Various brain signal analysis methods may be used to analyze the EEG measured in step S220 described above.

첫째로, 교차 주파수 간 동조 연구(CFC, Cross-Frequency Coupling)는 저주파 뇌파의 위상이 고주파 뇌파의 진폭을 제어하는 관계를 분석할 수 있다. First, a cross-frequency tuning study (CFC) can analyze a relationship in which the phase of the low-frequency EEG controls the amplitude of the high-frequency EEG.

둘째로, 뇌 신호의 인과적 연결성(Granger causality) 분석은 기능적으로 상호 연결된 뇌 영역 간의 인과적 연결성 분석을 통해 뇌 자극의 효과를 분석할 수 있다.Second, the analysis of causality of brain signals (Granger causality) can analyze the effect of brain stimulation through causal connectivity analysis between functionally interconnected brain regions.

셋째로, 뇌파 시간-주파수축(TF, Time Frequency) 분석은 뇌파 신호의 시간-주파수간의 상호 관계를 실험 조건별로 비교 분석할 수 있고, 각 주파수 성분별로 해당 영역 간 위상을 분석할 수 있다.Third, EEG time-frequency axis (TF, Time Frequency) analysis can compare and analyze the relationship between the time-frequency of the EEG signal for each experimental condition, and analyze the phase between the corresponding regions for each frequency component.

상술한 단계 S230에서 분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수로 설정한다(S240).The peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the power spectrum analyzed in the above-described step S230 is set as a personal recognition frequency of each subject performing a cognitive task (S240).

즉, 본 발명의 경우, 동일한 주파수 대역일지라도, 해당 주파수 대역 전체를 대략적으로 선택하는 대신, 해당 인지 기능을 나타내는 주파수의 개인별 고유 인지 주파수만을 세밀하게 특정하여 활용함으로써, 개인별 뇌파 속성의 차이를 고려한 보다 신뢰도 높은 뇌파 동조를 제공할 수 있다.That is, in the present invention, even in the same frequency band, instead of roughly selecting the entire frequency band, the individual cognitive frequency of the frequency indicating the cognitive function is specified and utilized in detail, thereby taking into account the difference in the individual EEG properties. It can provide reliable EEG tuning.

여기서, 개인별 고유 인지 주파수는, 상술한 단계 S210에서 시행된 인지 과제에 해당하는 인지 기능을 최적으로 반영하는 개인별 뇌파 주파수의 진동수 값이다.Here, the intrinsic cognitive frequency for each individual is a frequency value of the individual EEG frequency that optimally reflects the cognitive function corresponding to the cognitive task performed in step S210 described above.

종래의 기술들은, 주파수 밴드 전체를 모호하게 대별하고 있다. 예를 들어, 세타파 대역이면, 4 ~ 8Hz를 맹목적으로 하나로 평가해서 진행하는 방식으로서, 이는 평균이 가지고 있는 오류를 그대로 안고 있을 뿐만 아니라, 개인 고유 주파수의 의미를 희석시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있다.Conventional techniques obscure the entire frequency band. For example, in the case of the theta wave band, as a method of blindly evaluating 4 to 8 Hz as a method, this not only holds the error of the average, but also has a problem that it can dilute the meaning of the individual natural frequency.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 사람마다 다른 개인별 고유 주파수인 피크(Peak) 주파수를 선택적으로 특정하여 활용함으로써, 종래의 방법보다 진보된 뇌파 측정 방법 및 뇌 자극 방법을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 뇌파 분석 측면에서도 합리적이고 과학적인 방법을 제공할 수 있다.In order to solve this problem, in the present invention, it is possible to provide an advanced EEG measurement method and a brain stimulation method more than the conventional method by selectively specifying and using a peak frequency, which is a unique frequency for each individual, for each person. In addition, it can provide a reasonable and scientific method in terms of EEG analysis.

상술한 단계 S240에서 설정된 특정 인지 기능을 대별하는 개인별 고유 인지 주파수의 확인 방법은 다음과 같다.The method of confirming the unique cognitive frequency for each individual who classifies the specific cognitive function set in the above-described step S240 is as follows.

일반적으로 특정 인지 과제의 시행 중에 발생하는 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼의 분석을 통해서, 해당 인지 과제 수행에 필요한 인지 기능을 가장 잘 나타내는 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 나타내는 피크(peak) 주파수가 해당 인지 과제에서의 개인별 고유 인지 주파수가 된다.In general, through analysis of the power spectrum for each frequency of EEG generated during the execution of a specific cognitive task, the peak frequency indicating the largest amplitude value in the frequency band that best represents the cognitive function required to perform the cognitive task is recognized. It becomes the individual cognitive frequency in the task.

예를 들어, 작업 기억 과제(task)는 실험자가 피험자에게 불특정 숫자 서너 개를 제시한 후 기억하라고 요구하여 잠시 동안 해당 정보를 피험자가 머릿속에 유지하도록 한 다음에 실험자가 피험자에게 특정 숫자를 제시하면서 이 숫자가 기존에 제시되었던 숫자에 있었는지를 평가하는 것이다. 이러한 작업 기억 과제(task)의 경우에 있어서, 피험자가 제대로 수행했다면 해당 정보를 머릿속에 유지하는 동안 측정된 뇌파는 4 ~ 8Hz 사이의 세타파 영역이 우세하게 측정될 것이다. 이는, 여러 뇌파 중 세타파가 작업 기억(Working Memory)과 밀접하게 관련이 있기 때문이다.For example, a task memory task requires an experimenter to present to a subject three or four unspecified numbers, and then remembers that information for a while, and then the experimenter presents a specific number to the subject. It is to evaluate whether this number was in the previously presented number. In the case of such a task memory task, if the subject performed properly, the EEG measured while maintaining the corresponding information in the head will predominantly measure the theta wave region between 4 and 8 Hz. This is because theta waves among several brain waves are closely related to working memory.

다만, 측정된 4 ~ 8Hz 사이의 세타파라고 할지라도, 피험자별로 과제 수행 중에 측정된 뇌파의 경우 어떤 이는 5Hz가 강렬하고, 어떤 이는 7Hz가 강렬한 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 보이는 등 개인별로 차이점을 보이게 된다.However, even for the measured theta waves between 4 and 8 Hz, in the case of brain waves measured during task execution by subjects, some showed a difference in each individual, such as 5 Hz being intense and 7 Hz showing an intense power spectrum. do.

이것은, 동일한 인지 과제를 수행하고 있는 피험자라고 할지라도, 피험자별로 해당 인지 과제 수행에서의 개인별 고유 인지 주파수는 다를 수 있기 때문이다.This is because, even if a subject is performing the same cognitive task, the individual cognitive frequency of each individual in performing the cognitive task may be different for each subject.

서로 다른 개인별 고유 인지 주파수를 가지는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수는, 피험자별 뇌파를 FFT(Fast Fourier Transform)와 같은 파워 스펙트럼 분석을 실시함으로 용이하게 측정할 수 있다.The subject's individual cognitive frequency with different individual cognitive frequencies can be easily measured by performing power spectrum analysis such as Fast Fourier Transform (FFT) on each subject's EEG.

상술한 단계 S230에서는, 일 실시 예로 Sternberg task(피험자가 특정 항목 목록을 잠시 동안 머릿속에 유지하게 한 후에 특정 항목이 목록에 있는지를 확인하여, 피험자의 작업 기억 능력을 평가하는 과제) 또는 N-back task(자극을 연속적으로 보여주고, 제시된 자극 들의 목록에서 특정 자극의 N번째 자극 이후에 등장한 자극이 N번째 전에 나온 자극과 동일한 지를 피험자에게 물어서 작업 기억(Working Memory) 평가하는 과제) 등과 같은 작업 기억 평가 방법을 활용하여 피험자의 특정 인지 기능(이 경우 작업 기억)과 측정된 개인별 고유 인지 주파수 간의 연관성을 실시간으로 확인할 수 있다.In the above-described step S230, in one embodiment, a Sternberg task (a task for evaluating a work memory ability of a subject by checking whether a specific item is in the list after allowing the subject to keep a specific item list in the head for a while) or an N-back Tasks (tasks that continuously show stimuli and ask the subject if the stimuli that appeared after the Nth stimulus of a particular stimulus are the same as the stimuli that appeared before the Nth stimulus in the list of presented stimuli). The evaluation method can be used to check in real time the association between the subject's specific cognitive function (in this case, work memory) and the measured individual cognitive frequency.

예를 들어, 3-back task라면, 줄줄이 숫자나 문자 자극이 피험자에게 제시될 때에, 현재 제시된 자극이 3번째 전에 제시된 자극과 동일한 자극인지를 판별하는 과제로, 이 역시 해당 정보를 특정 시간 동안 피험자가 머릿속에 유지하고 있어야 하므로, 작업 기억 평가에 활용될 수 있다.For example, in the case of a 3-back task, when a line or number stimulus is presented to a subject, it is a task of determining whether the currently presented stimulus is the same stimulus as the one presented before the third time, and this information is also subject to the subject for a specific time. Can be used for evaluating working memory, as it must be kept in mind.

이 밖에, 주의 집중(Attention) 관련 과제 또는 억제 제어(Inhibitory Control) 과제 등을 활용할 수 있다.In addition, an Attention-related task or an Inhibitory Control task may be used.

본 발명에 의한 개인별 고유 인지 주파수는, 시간에 따라 크게 변하지 않는데, 이는 인간의 뇌는 해부학적 구조 및 뇌 지역 간의 연결이 개인별로 특화되어 있기 때문이다. 이로 인해, 해당 뇌 구조에서 발생시키는 특정 뇌파의 주파수에 고유성이 존재하며, 이는 시간에 따라 비교적 안정적이다.The intrinsic cognitive frequency of each person according to the present invention does not change significantly with time, because the human brain is specialized for each person with an anatomical structure and a connection between brain regions. Due to this, uniqueness exists in the frequency of a specific brain wave generated by the corresponding brain structure, which is relatively stable with time.

다만, 인지 과제의 종류나 난이도에 따라서 개인 안에서도 해당 주파수 대역의 고유 주파수가 이동될 수 있으나, 일정한 인지 과제 안에서는 안정적으로 개인별 해당 고유 주파수가 존재한다.However, depending on the type or difficulty of the cognitive task, the natural frequency of the corresponding frequency band may be moved within the individual, but the specific natural frequency of each individual is stably present within a certain cognitive task.

상술한 단계 S240에서 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발한다(S250).In the above-described step S240, the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the unique cognitive frequency for each individual is generated to induce resonance with the EEG of the subject related to the specific cognitive function (S250).

일 실시 예에서, 동조를 유발하는 단계(S250)는, 개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 갖는 교류 전류를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing tuning (S250) may generate an alternating current having the same frequency or the same waveform as the peak frequency set as the individual unique recognition frequency.

후술하는 바와 같은 경두개 전류 자극기는, 교류 주파수와 직류 주파수의 교차 사용이 가능하다. 즉, 직류로 해당 뇌파 전위를 특정 위치까지 올린 다음에, 교류로 변화를 주거나 하는 방법이 그 예가 될 수 있다. 다만, 이 경우에도, 뇌파는 일반적으로 진동파(교류 성분)이기 때문에 교류 주파수를 사용함이 바람직하다.The transcranial current stimulator as described later can be used interchangeably between alternating and direct current frequencies. That is, a method of raising the corresponding brain wave potential to a specific position with DC and then changing with AC may be an example. However, even in this case, since the EEG is generally a vibration wave (AC component), it is preferable to use an AC frequency.

일 실시 예에서, 동조를 유발하는 단계(S250)는, 경두개 전류 자극기(tCS, transcranial Current Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing tuning (S250) may generate the same frequency or the same waveform as the peak frequency using a transcranial current stimulation (tCS).

여기서, 경두개 전류 자극기는, 비침습적 신경 기능 제어기로, 특정 인지 기능과 연관된 주파수 대역을 갖는 전류로 뇌를 자극하여 해당 인지 기능을 의도적으로 제어하는 장치로서, 특히 교류 전류(AC)의 사용이 가능한데 이를 경두개 교류 전류 자극기(tACS, transcranial Alternating Current Stimulation)라 한다.Here, the transcranial current stimulator is a non-invasive neurological function controller, which is a device for intentionally controlling the cognitive function by stimulating the brain with a current having a frequency band associated with a specific cognitive function, in particular, the use of alternating current (AC) It is possible, which is called transcranial alternating current stimulation (tACS).

실생활에서 활용할 수 있는 비침습적 신경 기능 제어 기기 중에는, 상술한 경두개 전류 자극기가 있다. 경두개 전류 자극기는, 직류(DC)뿐 아니라, 교류(AC)를 사용해서도 비침습적으로 뇌 속을 자극할 수 있고, 직류(DC)와 교류(AC)를 결합한 전류(otDCS, oscillatory tDCS)를 이용할 수 있다. 다만, 뇌파가 진동파라는 점을 고려하면, 교류를 사용하여 특정 인지 기능과 연관이 있는 주파수 대역을 자극함으로써, 해당 인지 기능을 선택적이고 의도적으로 제어함이 바람직하다.Among the non-invasive nerve function control devices that can be utilized in real life, the transcranial current stimulator described above is used. Transcranial current stimulator can stimulate the brain non-invasively using DC (DC) as well as alternating current (AC), and combines direct current (DC) and alternating current (AC) (otDCS, oscillatory tDCS) Can be used. However, considering that the EEG is a vibration wave, it is preferable to selectively and intentionally control the corresponding cognitive function by stimulating a frequency band associated with a specific cognitive function using alternating current.

뇌를 자극하는 다른 방법으로, 경두개 자기 자극법(TMS, Transcranial Magnetic Stimulation)이 있다. 경두개 자기 자극기(TMS)는 정확한 시점에 단일 펄스를 가하거나 반복적인 경두개 자기 자극법(rTMS, repetitive transcranial magnetic stimulation)과 같이 패턴화된 프로토콜로 자기장 펄스를 가할 수 있다.Another method of stimulating the brain is transcranial magnetic stimulation (TMS). The transcranial magnetic stimulator (TMS) can apply a single pulse at the correct time point or a magnetic field pulse with a patterned protocol such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS).

뇌를 자극하는 또 다른 방법으로, 저강도(low-intensity) 집속 초음파 자극법(FUS, Focused Ultrasound Stimulation)이 있다. 저강도(low-intensity) 집속 초음파 자극법(FUS, Focused Ultrasound Stimulation)은 기존의 경두개 자기 자극법(TMS)과 경두개 전류 자극법(tCS)과 비교해, 보다 초점이 정확하고 세밀하여 뇌의 깊은 부분까지 밀리미터(mm) 스케일의 공간 정확도로 자극을 가할 수 있다.Another way to stimulate the brain is low-intensity focused ultrasound stimulation (FUS). Low-intensity focused ultrasound stimulation (FUS) compared to the conventional transcranial magnetic stimulation method (TMS) and transcranial current stimulation method (tCS) provides more accurate and detailed focus to the deeper parts of the brain. Stimuli can be applied with spatial accuracy on a millimeter (mm) scale.

다만, 경두개 전류 자극법(tCS)이 뇌파 모양과 가장 흡사하게 뇌파를 동조시킬 수 있어 가장 효율적인 방법이다.However, transcranial current stimulation (tCS) is the most efficient method because it can tune the EEG to most closely match the EEG shape.

본 발명에서는 비침습적인 경두개 전류 자극기의 교류 성분을 이용해서(tACS), 해당 인지 기능을 대별하는 개인별 고유 인지 주파수와 동일한 교류 주파수를 발생시켜 뇌 속의 해당 고유 인지 주파수의 동조(Resonance)를 유발함으로써, 해당 뇌(인지 혹은 신경) 기능의 증강이나 감퇴를 선택적이고 의도적으로 제어할 수 있다.In the present invention, by using the alternating current component of the non-invasive transcranial current stimulator (tACS), it generates an alternating frequency that is the same as the individual cognitive frequency for each individual cognitive function, thereby causing resonance of the corresponding cognitive frequency in the brain. By doing so, it is possible to selectively and intentionally control the enhancement or decay of the brain (cognitive or nerve) function.

도 3은 경두개 전류 자극기의 장착 예시를 나타낸 것이다. 3 shows an example of mounting the transcranial current stimulator.

도 3을 참조하면, 피험자의 머리에 경두개 전류 자극기를 장착한 상태에서 해당 인지 과제를 수행하도록 하여 뇌파를 측정할 수 있고, 동시에 해당 인지 과제 수행 중에 발생하는 피크 주파수와 동일한 주파수 또는 동일한 파형을 발생시켜서 비침습적인 방법으로 뇌를 자극할 수 있다.Referring to FIG. 3, an EEG can be measured by performing a corresponding cognitive task in a state in which a subject's head is equipped with a transcranial current stimulator, and at the same time, the same frequency or the same waveform as the peak frequency generated during the corresponding cognitive task is performed. Can generate and stimulate the brain in a non-invasive way.

도 4 내지 도 6은 Christoph S. Herrmann et al.(2015, "Increase in short-term memory capacity induced by down-regulating individual theta frequency via transcranial alternating current stimulation")에 의해 측정된 경두개 교류 자극 전/후의 디지트 스팬 과제(Digit Span Task)에 의한 과제 관련 뇌파(Task-Related EEG)의 진폭 변화를 나타낸 그래프이다.Figures 4-6 are before and after transcranial alternating stimulation measured by Christoph S. Herrmann et al. (2015, "Increase in short-term memory capacity induced by down-regulating individual theta frequency via transcranial alternating current stimulation"). It is a graph showing the amplitude change of task-related EEG by the digit span task.

도 4 내지 도 6의 그래프의 점선은 tACS에 의한 진폭 그래프이고, 실선은 sham control protocol에 의한 주파수별 뇌파의 진폭 그래프이다.The dotted lines in the graphs of FIGS. 4 to 6 are amplitude graphs by tACS, and the solid lines are amplitude graphs of brain waves by frequency by sham control protocol.

도 4는 사전 자극에 의한 뇌파의 진폭, 도 5는 사후 자극에 의한 뇌파의 진폭이고, 도 6은 사전 자극으로부터 사후 자극까지의 상대적인 뇌파 진폭의 증가 비율을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is the amplitude of the brain wave by the pre-stimulation, Figure 5 is the amplitude of the brain wave by the post-stimulation, Figure 6 is a graph showing the increase ratio of the relative brain wave amplitude from pre-stimulation to post-stimulation.

도 4 내지 6에 있어서, 회색 영역은 통계적으로 분석된 4Hz와 8Hz 사이의 관심 주파수 영역이며, 오차 막대는 평균으로부터 ±1 표준 오차를 나타내며, 별표는 그룹 간의 유의미한(p < 0.05) 차이를 나타낸다.4 to 6, the gray area is a statistically analyzed frequency region of interest between 4 Hz and 8 Hz, error bars represent ± 1 standard error from the mean, and asterisks represent significant (p <0.05) differences between groups.

도 4 내지 6을 참조하면, 사전 자극(도 4)에 비례한 주파수 특이 진폭 증가뿐만 아니라, 사전 자극(도 4) 및 사후 자극(도 5)의 디지트 스팬 과제로부터의 주파수 스펙트럼이 도시되어 있으며, 6.7Hz에서 두 그룹 간의 눈에 띄는 차이점을 확인할 수 있다.4 to 6, the frequency spectrum from the digit span task of the pre-stimulation (FIG. 4) and the post-stimulation (FIG. 5) as well as the frequency-specific amplitude increase proportional to the pre-stimulation (FIG. 4) is shown, Noticeable differences between the two groups at 6.7 Hz.

일 실시 예에서, 동조를 유발하는 단계(S250)는, 특정 인지 기능을 담당하는 피험자의 뇌 부분에서 해당 고유 인지 주파수의 동조를 발생시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing tuning (S250) may generate tuning of the corresponding cognitive frequency in the brain part of the subject responsible for a specific cognitive function.

일반적으로, 일반 지능 및 그것과 관련이 있는 작업 기억이나 추론 같은 인지 능력에 일관되게 관여하는 뇌 부위는 주로 뇌의 바깥쪽(또는 옆쪽) 표면에 위치하는 반면, 타인과 자신에 대한 사고는 주로 뇌의 중앙 주위를 사용하게 되는 바, 해당 인지 기능을 담당하고 있는 부위를 특정하여 주파수를 발생시킴으로써 뇌파와의 동조를 보다 효율적으로 수행할 수 있다.In general, parts of the brain that are consistently involved in general intelligence and cognitive abilities such as work memory or reasoning associated with them are usually located on the outer (or lateral) surface of the brain, while thinking about others and themselves is mainly the brain. Since it is used around the center of the bar, it is possible to more efficiently perform synchronization with the EEG by generating a frequency by specifying a region in charge of the corresponding cognitive function.

도 7은 뇌 자극의 전극 위치 및 뇌파 측정 위치를 나타내는 EEG 캡의 모형도다.7 is a model diagram of the EEG cap showing the electrode location and the EEG measurement location of brain stimulation.

도 7을 참조하면, 두피에 접촉되는 32개의 전극이 부착된 EEG 캡으로 전극의 위치는 국제 규격인 10-10 시스템에 의해 두부에 고르게 배치됨을 알 수 있다. 전극과 두피 사이에는 전해질 젤(electrode gel)을 주입하여 입력 임피던스를 조절할 수 있다. 전극에서 계측된 뇌파 신호는 증폭기를 거쳐 일정한 간격으로 정량화될 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that the position of the electrode is uniformly arranged on the head by an international standard 10-10 system with an EEG cap with 32 electrodes attached to the scalp. The input impedance can be controlled by injecting an electrolyte gel between the electrode and the scalp. The EEG signal measured at the electrode can be quantified at regular intervals via an amplifier.

일 실시 예에서, 작업 기억 과제(task) 수행 과정에서 주로 자극이 되는 뇌의 주요 위치는 좌측 전전두엽(prefrontal cortex)이다. 경두개 교류 전류 자극기(tACS)에 의해 자극이 되는 전극은 도 7의 좌측 상단에 굵은 원으로 표시된 전극(F3)이며, 자극 전류를 반환받는 전극은 자극이 되는 전극(F3)을 중심으로 상하좌우에 굵은 네모로 표시된 전극(Fp1, Fz, F7, C3)이다. 다만, 이러한 위치는 선행 연구 결과에 따라 임의적으로 정한 것으로 해당 위치에 한정되는 것은 아니다.In one embodiment, the main location of the brain that is primarily stimulated in the process of performing a task memory task is the left prefrontal cortex. The electrode stimulated by the transcranial alternating current stimulator (tACS) is an electrode (F3) indicated by a thick circle in the upper left of FIG. 7, and the electrode receiving the stimulation current is centered up, down, left, and right around the electrode (F3) to be stimulated. The electrodes (Fp1, Fz, F7, C3) indicated by bold squares. However, these locations are arbitrarily determined according to the results of previous studies, and are not limited to those locations.

일 실시 예에서, 인지 과제를 시행하는 단계(S210)는, 제1 인지 기능과 관련된 제1 인지 과제와 제1 인지 기능과 다른 인지 기능인 제2 인지 기능과 관련된 제2 인지 과제를 각각 시행할 수 있다.In one embodiment, the step of executing the cognitive task (S210), the first cognitive task related to the first cognitive function and the second cognitive function related to the second cognitive function different from the first cognitive function, respectively, may be performed. have.

다만, 제1 인지 과제와 제2 인지 과제의 시행의 순서는 문제되지 아니하며, 제1 인지 과제와 제2 인지 과제의 시행이 서로 관여 없이 독립적으로 시행된다면, 과제의 시행은 동시 또는 이시에 시행되어도 무방하다.However, the order of implementation of the first cognitive task and the second cognitive task is not a problem, and if the first cognitive task and the second cognitive task are independently executed without intervening, the task may be executed simultaneously or simultaneously. It is okay.

일 실시 예에서, 개인별 고유 인지 주파수로 설정하는 단계(S240)는, 제1 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제1 고유 주파수로 설정하고, 제2 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제2 고유 주파수로 설정할 수 있다.In one embodiment, the step (S240) of setting the individual cognitive frequency for each individual sets the personal cognitive frequency for each individual set through the implementation of the first cognitive task as the first natural frequency, and sets the individual cognitive frequency for each individual through the implementation of the second cognitive task. The natural recognition frequency can be set as the second natural frequency.

일 실시 예에서, 동조를 유발하는 단계(S250)는, 서로 다른 주파수를 가지는 제1 고유 주파수와 제2 고유 주파수를 피험자의 뇌파와 동시에 융합 동조(즉, 제1 고유 주파수 및 제2 고유 주파수를 포함하고 있는 주파수를 이용한 동조)시킬 수 있다.In one embodiment, the step of inducing tuning (S250), the first natural frequency and the second natural frequency having different frequencies are simultaneously fused to the brain waves of the subject (ie, the first natural frequency and the second natural frequency) Tuning using the included frequency).

본 발명에 의한 뇌파 동조는, 서로 다른 주파수를 가지는 제1 고유 주파수와 제2 고유 주파수를 개별적으로 동조(예를 들어, 제1 고유 주파수의 동조가 완료된 후, 제2 고유 주파수를 동조시키거나, 또는 그 역순)시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상술한 바와 같이 동시에 피험자의 뇌파와 융합 동조시켜도 무방하다.The EEG tuning according to the present invention separately tunes the first natural frequency and the second natural frequency having different frequencies (for example, after the tuning of the first natural frequency is completed, the second natural frequency is tuned, Or vice versa), as described above, at the same time, the subject's brain waves may be fused and synchronized.

일 실시 예에서, 인지 과제를 시행하는 단계(S210)는, 복수 개의 인지 기능이 융합된 인지 과제를 시행할 수 있다. 예를 들어, A 인지 기능과 B 인지 기능이 융합된 형태의 복합적 성격의 C 인지 기능과 관련된 인지 과제를 시행할 수 있다.In an embodiment, in the step of executing a cognitive task (S210), a cognitive task in which a plurality of cognitive functions are fused may be executed. For example, a cognitive task related to C cognitive function of a complex personality in which A cognitive function and B cognitive function are fused can be implemented.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법은, 동조를 유발한 주파수를 통해 피험자의 뇌에 비침습적 신경 자극을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning having the above-described steps may further include performing non-invasive nerve stimulation on the subject's brain through the frequency causing the tuning.

본 발명에 따른 비침습적 신경 자극은, 상술한 바와 같은 경두개 전류 자극기를 통해서 수행될 수 있다. 즉, 경두개 전류 자극기를 통해 특정 인지 기능과 연관된 주파수 대역을 갖는 전류로 뇌를 자극함으로써, 해당 인지 기능의 증강이나 감퇴를 의도적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 해당 제어의 정확도 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다.The non-invasive nerve stimulation according to the present invention can be performed through the transcranial current stimulator as described above. That is, by stimulating the brain with a current having a frequency band associated with a specific cognitive function through the transcranial current stimulator, it is possible not only to intentionally control the enhancement or decrease of the cognitive function, but also to improve the accuracy and reliability of the control. Can be.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법은 전두엽의 집행기능, 의사결정 기능, 학습 기능, 지능, 창의성, 수면의 질 및 기억 고착화와 같은 뇌 기능을 개선할 수 있다.The method for enhancing the cognitive function based on individual cognitive frequency tuning having the above-described steps may improve brain functions such as the executive function, decision making function, learning function, intelligence, creativity, sleep quality, and memory fixation of the frontal lobe.

도 8은 실험에 적용된 세타-감마 위상-진폭 동조(PAC)-tACS 기반 전류 뇌 자극 패턴 모델의 파형도이다.8 is a waveform diagram of a theta-gamma phase-amplitude tuning (PAC) -tACS-based current brain stimulation pattern model applied to the experiment.

도 8을 참조하면, X축은 시간(second, sec), Y축은 진폭(Amplitude, μA)을 나타내며, 파형은 시간의 흐름에 따른 5개의 전극(F3, Fp1, Fz, F7, C3)에서 나타나는 진폭(Amplitude)의 변화를 나타낸다.Referring to FIG. 8, the X-axis represents time (second, sec), the Y-axis represents amplitude (μA), and the waveform is the amplitude that appears at the five electrodes F3, Fp1, Fz, F7, and C3 over time. (Amplitude).

경두개 교류 전류 자극기(tACS, transcranial Alternating Current Stimulation)는 위상-진폭 동조(PAC, Phase-Amplitude Coupling)를 기반으로 하여 개인별 중심 주파수(IDF, Individual Dominant Frequency) (예를 들면, 개인별 세타 주파수(ITF, Individual Theta Frequency)) 중심의 자극 패턴을 적용하여 뇌 자극 신호를 형성할 수 있다. 경두개 교류 전류 자극기(tACS)는 형성된 자극 신호를 이용하여 주파수 변화가 포함된 전류 자극 신호를 제시할 수 있다. 전류 자극 신호는 자극 개시 구간, 자극 지속 구간, 자극 종료 구간으로 나뉜다.Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is based on Phase-Amplitude Coupling (PAC) and individual dominant frequencies (IDFs) (e.g., individual theta frequencies (ITFs) , Individual Theta Frequency)) A brain stimulation signal can be formed by applying a central stimulation pattern. The transcranial alternating current stimulator (tACS) may present a current stimulation signal including a frequency change using the formed stimulation signal. The current stimulation signal is divided into a stimulation start section, a stimulus duration section, and a stimulus end section.

도 9는 세타-감마 CFC tACS 자극시간 및 자극 개시 구간(ramp-up), 자극 지속 구간 및 자극 종료 구간(ramp-down)의 모식도이다.9 is a schematic diagram of theta-gamma CFC tACS stimulation time and stimulation initiation period (ramp-up), stimulation duration period, and stimulation termination period (ramp-down).

일 실시 예에서, 경두개 교류 전류 자극기(tACS)는 자극 개시 구간(ramp-up)과, 자극 종료 구간(ramp-down)은 각각 10초이며, 뇌 자극 지속 구간인 20분을 포함하여 총 20분 20초간 피험자의 뇌를 자극할 수 있다.In one embodiment, the transcranial alternating current stimulator (tACS) is a stimulation start section (ramp-up) and a stimulation end section (ramp-down) is 10 seconds each, and includes a total of 20 minutes including a duration of brain stimulation 20 minutes. It can stimulate the subject's brain for 20 minutes.

이때, 뇌 자극을 가하는 그룹(stim 그룹, Real stimulation)에게는 20분 20초 동안 자극이 가해지고, 뇌 자극을 가하지 않는 그룹(sham 그룹, Sham stimulation)에게는 자극 개시 구간(ramp-up)과 자극 종료 구간(ramp-down)만 자극이 제공된다. 대조군(sham 그룹)과 실험군(stim 그룹)을 구분함으로써 자극에 따른 뇌 기능 향상 여부를 알 수 있다.At this time, stimulation is applied to the group that applies brain stimulation (stim group, Real stimulation) for 20 minutes and 20 seconds, and to the group that does not apply brain stimulation (sham group, sham stimulation), the stimulation start period and end of stimulation Stimulation is provided only for ramp-down. By distinguishing the control group (sham group) from the experimental group (stim group), it can be seen whether brain function is improved according to stimulation.

도 10은 작업 부하 3 조건 하에서 작업 기억 과제(task)를 시행하는 과정의 예시도이다.10 is an exemplary view of a process of executing a task memory task under the workload 3 condition.

작업 부하는 작업 기억 과제에서 제시되는 자극의 개수를 의미한다. 즉, 피험자가 잠시 동안 기억해야 할 자극의 개수가 많으면 많을수록 피험자 작업 기억의 부하가 높게 걸리게 된다. 작업 부하 3(W3)은 3개, 작업 부하 5(W5)는 5개, 작업 부하 7(W7)은 7개의 목록을 피험자의 작업 기억 상에 기억하고 있어야 한다. 작업 기억 과제에서 제시되어 기억해야 할 자극의 개수에 따른 작업 기억 부하를 달리함으로써 뇌 자극에 의한 뇌 기능의 개선 효과를 점진적으로 알 수 있다.The workload refers to the number of stimuli presented in the task memory task. That is, the greater the number of stimuli to be memorized for a while, the higher the workload of the subject's working memory. The list of 3 workloads 3 (W3), 5 workloads 5 (W5), and 7 workloads 7 (W7) should be stored in the subject's work memory. By improving the work memory load according to the number of stimuli suggested and memorized in the work memory task, it is possible to gradually see the effect of improving brain function by brain stimulation.

첫 번째 단계는 기억해야 할 자극 목록을 제시하여 피험자가 제시된 자극 목록을 작업 기억에 저장하는 단계이다. 이때, 자극은 L1 - F2 - Y3와 같이 영문과 숫자가 혼용된 형태로 제시될 수 있다.The first step is to present a list of stimuli to be remembered and store the list of stimuli presented by the subject in working memory. At this time, the stimulus may be presented in a mixed form of English and numbers, such as L1-F2-Y3.

두 번째 단계는 기억을 보유(retention)하는 단계이다. 일 실시 예에서, 실험에서는 약 2초간 대기하나, 이와 같은 작업 기억 보유 시간은 2초로 한정되는 것은 아니다.The second step is to retain memory. In one embodiment, the experiment waits for about 2 seconds, but such a working memory retention time is not limited to 2 seconds.

세 번째 단계는 정답과 오답을 판단하는 단계이다. 즉, 일정한 작업 기억 보유 시간이 지난 후, 임의의 테스트 자극을 제시하고, 그 자극이 사전에 제시된 자극 목록에 있었던 것인지 아닌지를 통해 작업 기억을 테스트할 수 있다.The third step is to judge the correct and incorrect answers. That is, after a certain working memory retention time has elapsed, an arbitrary test stimulus can be presented, and the working memory can be tested through whether or not the stimulus was in a previously presented stimulus list.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 뇌 자극 방법에 의해 제공되는 작업 기억 증강은 반응 시간(reaction time)과 정답률(accuracy)의 두 가지 측면에서 고려할 수 있다.The work memory enhancement provided by the individual cognitive frequency tuning-based brain stimulation method having the above-described steps can be considered in two aspects, reaction time and accuracy.

반응 시간(RT, Reaction time)은 상기 세 번째 단계에서 테스트 자극을 제시하고, 피험자가 답을 선택할 때까지 걸리는 시간을 의미하며, 단위는 밀리 세컨드(mm)이다.Reaction time (RT) refers to the time it takes for the test stimulus to be presented in the third step, until the subject selects an answer, and the unit is milliseconds (mm).

표 1을 참조하면, 뇌 자극 전과 뇌 자극 후의 반응 시간의 변화를 알 수 있다. 반응 시간에 의한 과제(task) 수행 능력(작업 기억 수행 속도)을 비교할 수 있다. 첫째, 반응 시간(RT)은 작업 부하가 높아질수록 길어지는 것을 알 수 있다. 과제가 어려워질수록 피험자의 반응이 늦어지는 것을 알 수 있다. 둘째, 반응 시간(RT)은 뇌를 자극한 후에 모든 실험 그룹에서 빨라지는 것을 알 수 있다. 이러한 특징은 반복된 과제 수행으로 인한 학습 효과 때문인 것으로 추정된다. 셋째, 반응 시간(RT)은 작업 기억 난이도가 가장 높은 STIM 7 그룹의 감소폭이 가장 큰 것을 알 수 있다. 이러한 특징은 난이도가 높은 과제에서 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 뇌 자극 방법의 효과가 가장 높게 나타났다고 할 수 있다.Referring to Table 1, changes in response time before and after brain stimulation can be seen. The ability to perform tasks (speed of task memory performance) by reaction time can be compared. First, it can be seen that the reaction time (RT) increases as the workload increases. It can be seen that the more difficult the task, the slower the subject's reaction. Second, it can be seen that the response time (RT) is faster in all experimental groups after stimulating the brain. This characteristic is presumed to be due to the learning effect due to repeated task performance. Third, it can be seen that the response time (RT) has the greatest reduction in the STIM 7 group having the highest work memory difficulty. These characteristics can be said to have the highest effect of brain stimulation method based on individual cognitive frequency tuning in high difficulty tasks.

[표 1][Table 1]

Figure 112019007962468-pat00001
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여기서 STIM은 뇌를 실제로 자극하여 실험을 진행한 그룹을 의미하고, SHAM은 뇌를 실제로는 자극하지 않고 실험을 진행할 그룹을 의미한다. STIM과 SHAM 뒤의 3, 5, 7은 각각 작업 부하 3, 작업 부하 5 및 작업 부하 7을 의미한다.Here, STIM refers to a group that actually performs an experiment by stimulating the brain, and SHAM refers to a group that performs an experiment without actually stimulating the brain. 3, 5 and 7 after STIM and SHAM refer to workload 3, workload 5 and workload 7, respectively.

정답률(Accuracy, %)은 피험자의 반응 전체에 대한 정답 비율을 의미한다.The correct answer rate (Accuracy,%) refers to the percentage of correct answers to the entire subject's response.

표 2를 참조하면, 뇌 자극 전과 뇌 자극 후의 정답률의 변화를 알 수 있다. 첫째, 정답률은 작업 부하가 높아질수록 정답률이 낮아지는 것을 알 수 있다. 피험자가 과제를 수행하는 과정에서 과제가 어려워질수록 틀릴 가능성이 높아지는 것을 의미한다. 둘째, 정답률은 모든 실험 그룹에서 뇌를 자극한 후에 높아지는 것을 알 수 있다. 이러한 특징은 반복된 과제 수행으로 인한 학습 효과 때문인 것으로 추정된다. 셋째, 정답률은 STIM 7 그룹의 향상 폭이 가장 큰 것을 알 수 있다. 이러한 특징은 난이도가 높은 과제에서 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 뇌 자극 방법의 효과가 가장 높게 나타났다고 할 수 있다.Referring to Table 2, the change in the correct answer rate before and after brain stimulation can be seen. First, it can be seen that the correct answer rate decreases as the workload increases. This means that the more difficult the subject is in the process of performing the task, the higher the probability of being wrong. Second, it can be seen that the correct answer rate increases after stimulating the brain in all experimental groups. This characteristic is presumed to be due to the learning effect due to repeated task performance. Third, it can be seen that the improvement rate of the STIM 7 group is the largest. These characteristics can be said to have the highest effect of the brain stimulation method based on individual cognitive frequency tuning in the task with high difficulty.

[표 2][Table 2]

Figure 112019007962468-pat00002
Figure 112019007962468-pat00002

여기서 STIM은 뇌를 실제로 자극하여 실험을 진행한 그룹을 의미하고, SHAM은 뇌를 실제로는 자극하지 않고 실험을 진행할 그룹을 의미한다. STIM과 SHAM 뒤의 3, 5, 7은 각각 작업 부하 3, 작업 부하 5 및 작업 부하 7을 의미한다.Here, STIM refers to a group that actually performs an experiment by stimulating the brain, and SHAM refers to a group that performs an experiment without actually stimulating the brain. 3, 5 and 7 after STIM and SHAM refer to workload 3, workload 5 and workload 7, respectively.

상술한 바와 같은 단계를 가지는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법과 같은 분야는 이제 시작 단계이고, 쥐의 뇌파 동조를 광유전학을 사용하여 유도하여 수면 기능을 증대하거나, 경두개 전류 자극기에 의한 해당 뇌파의 영향이 90분 정도 지속된다는 보고도 있다. 그러나 아직까지는 인간의 개인별 고유 인지 주파수를 경두개 전류 자극기를 사용하여 동조시켜서 해당 인지 기능을 선택적으로 의도하는 방향으로 신뢰성 있게 제어하는 기술이 부족한 실정이다.Fields such as the method for enhancing the cognitive function based on individual cognitive frequency tuning having the steps as described above are now in the starting stage, and inducing brain EEG tuning using photogenetics to increase sleep function or by transcranial current stimulator There are also reports that the effects of the EEG last about 90 minutes. However, there is still a lack of technology for reliably controlling the cognitive function of a person in a desired direction by synchronizing the individual cognitive frequency of each person using a transcranial current stimulator.

예를 들어, 수면 방추 뇌파는 깊은 잠을 잘 때에 나타나고, 불면증에서는 적게 나타나는데, 이 경두개 전류 자극기-뇌파 동조 기반의 본 발명을 사용하여 이 수면 방추 뇌파를 사람에게 인위적으로 많이 생기도록 조절하면 불면증도 극복할 수 있다.For example, sleep spindle EEG appears during deep sleep and is less pronounced in insomnia. Using this invention based on the transcranial current stimulator-EEG tuning, adjusting this sleep spindle EEG to artificially produce more insomnia in a person Can also be overcome.

또한, 시상(Thalamus)의 수면 방추파와 대뇌 피질의 서파(Slow Wave) 사이의 커플링(coupling)에 의한 기억력 증진이 동물 실험에서 최근 보고된 점을 유의하면, 본 발명을 통해서 인간의 기억 능력도 비침습적인 뇌파 동조 방법을 통해서 증진시킬 수 있을 것이다.In addition, if the memory enhancement by coupling between the sleep spindle of the salamus (Thalamus) and the slow wave of the cerebral cortex (coupling) is noted that recently reported in animal experiments, human memory ability through the present invention It can also be enhanced through non-invasive brainwave tuning methods.

상술한 바와 같은 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법은, 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.The method for enhancing the cognitive function based on individual cognitive frequency tuning as described above may be implemented as an application or implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer components, and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium are specially designed and configured for the present invention, and may be known and available to those skilled in the computer software field.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CDROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical recording media such as CDROMs, DVDs, and magneto-optical media such as floptical disks. And hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include not only machine language codes produced by a compiler, but also high-level language codes executable by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform processing according to the present invention, and vice versa.

이상에서는 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to embodiments, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand.

본 발명에 따르면, 비침습적인 뇌파 동조를 통해 실생활에 바로 활용할 수 있고, 뇌의 비침습적인 자극을 통해 학습과 기억 능력을 향상시키는 등의 교육, 사회적 또는 경제적 효과를 예상할 수 있다According to the present invention, non-invasive brainwave tuning can be used immediately in real life, and educational, social or economic effects such as improving learning and memory ability through non-invasive stimulation of the brain can be expected.

100: 인지 과제 시행부
200: 뇌파 측정부
300: 뇌파 스펙트럼 분석부
400: 주파수 설정부
500: 주파수 동조부
100: Cognitive task enforcement department
200: EEG measurement unit
300: EEG spectrum analysis unit
400: frequency setting unit
500: frequency tuning unit

Claims (13)

피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시키는 단계;
인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정하는 단계;
측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하는 단계;
분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)로 설정하는 단계; 및
개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발하는 단계를 포함하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
Implementing a cognitive task related to a specific cognitive function to the subject;
Measuring an EEG of a subject undergoing a cognitive task;
Analyzing a power spectrum of each measured brainwave frequency;
Setting a peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the analyzed power spectrum as an individual cognitive frequency (ICF) of a subject performing a cognitive task; And
A computer for performing a method for enhancing cognitive function based on personal cognitive frequency tuning, comprising generating a waveform identical to a peak frequency set as a personal cognitive frequency and causing a brain wave and resonance of a subject related to a specific cognitive function A computer-readable recording medium on which a program is recorded.
제1항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 파형을 갖는 교류 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 1, wherein the step of causing the tuning,
A computer-readable recording medium in which a computer program is recorded, for performing a method of enhancing cognitive function based on personal cognitive frequency tuning, characterized in that an alternating current having the same waveform as a peak frequency set as the personal cognitive frequency is generated.
제1항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
경두개 전류 자극기(tCS, transcranial Current Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 파형을 발생시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 1, wherein the step of causing the tuning,
A computer-readable computer recorded with a computer program for performing a method of enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized by generating a waveform equal to a peak frequency using a transcranial current stimulation (tCS) Recording media.
제1항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
경두개 자기 자극기(TMS, Transcranial Magnetic Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 파형의 펄스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 1, wherein the step of causing the tuning,
A computer with a computer program recorded to perform a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized in that a pulse having the same waveform as a peak frequency is generated using a transcranial magnetic stimulation (TMS) Readable recording medium.
제1항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
저강도(low-intensity) 집속 초음파 자극기(FUS, Focused Ultrasound Stimulation)를 이용하여 피크 주파수와 동일한 파형의 초음파를 발생시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 1, wherein the step of causing the tuning,
A computer for performing a method of enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized by generating ultrasonic waves having a waveform equal to a peak frequency using a low-intensity focused ultrasound stimulator (FUS) A computer-readable recording medium on which a program is recorded.
제1항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
특정 인지 기능을 담당하는 피험자의 뇌 부분으로 주파수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 1, wherein the step of causing the tuning,
A computer-readable recording medium in which a computer program is recorded, for performing a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized in that a frequency is generated in a brain part of a subject in charge of a specific cognitive function.
제1항에 있어서, 상기 인지 과제를 시행시키는 단계는,
제1 인지 기능과 관련된 제1 인지 과제와 제1 인지 기능과 다른 인지 기능인 제2 인지 기능과 관련된 제2 인지 과제를 각각 시행시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
According to claim 1, The step of implementing the cognitive task,
Performing a method for enhancing cognitive function based on unique cognitive frequency tuning for each individual, wherein the first cognitive task related to the first cognitive function and the second cognitive task related to the second cognitive function different from the first cognitive function are respectively executed. A computer-readable recording medium on which a computer program is recorded.
제7항에 있어서, 상기 개인별 고유 인지 주파수로 설정하는 단계는,
제1 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제1 고유 주파수로 설정하고, 제2 인지 과제의 시행을 통해 설정된 개인별 고유 인지 주파수를 제2 고유 주파수로 설정하는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 7, wherein the step of setting the unique recognition frequency for each individual,
Personalized cognitive, characterized in that the personalized cognitive frequency set through the implementation of the first cognitive task is set to the first natural frequency, and the personalized cognitive frequency set through the implementation of the second cognitive task is set to the second natural frequency. A computer-readable recording medium in which a computer program is recorded, for performing a method for enhancing frequency-tuning-based cognitive function.
제7항에 있어서, 상기 동조를 유발하는 단계는,
서로 다른 주파수를 가지는 제1 고유 주파수와 제2 고유 주파수를 피험자의 뇌파와 동시에 융합 동조시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
The method of claim 7, wherein the step of causing the tuning,
To perform a method for enhancing personal cognitive frequency tuning-based cognitive function, characterized in that the first natural frequency and the second natural frequency having different frequencies are simultaneously fusion-tuned with the brainwaves of the subject, read by a computer recorded with a computer program Possible recording media.
제1항에 있어서, 상기 인지 과제를 시행시키는 단계는,
복수 개의 인지 기능이 융합된 인지 과제를 시행시키는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
According to claim 1, The step of implementing the cognitive task,
A computer-readable recording medium in which a computer program is recorded, for performing a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized in that a cognitive task in which a plurality of cognitive functions are fused is implemented.
제1항에 있어서,
동조를 유발한 주파수를 통해 피험자의 뇌에 비침습적 신경 자극을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
According to claim 1,
Reading by a computer recorded with a computer program for performing a method for enhancing cognitive function based on individual cognitive frequency tuning, characterized in that it further comprises the step of performing a non-invasive nerve stimulation on the subject's brain through the frequency causing the tuning. Possible recording media.
삭제delete 피험자에게 특정 인지 기능과 관련된 인지 과제(Cognitive Task)를 시행시키는 인지 과제 시행부;
인지 과제를 시행 중인 피험자의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부;
측정된 피험자 뇌파의 주파수별 파워 스펙트럼(Power Spectrum)을 분석하는 뇌파 스펙트럼 분석부;
분석된 파워 스펙트럼의 각 주파수 대역에서 가장 큰 진폭 값을 가지는 피크(Peak) 주파수를 인지 과제를 시행하는 피험자의 개인별 고유 인지 주파수(ICF, Individual Cognitive Frequency)로 설정하는 주파수 설정부; 및
개인별 고유 인지 주파수로 설정된 피크 주파수와 동일한 파형을 발생시켜 특정 인지 기능과 관련된 피험자의 뇌파와 동조(Resonance)를 유발하는 주파수 동조부를 포함하는 개인별 고유 인지 주파수 동조 기반 인지 기능 증진 장치.
A cognitive task enforcement unit that enforces a cognitive task related to a specific cognitive function to a subject;
An EEG measuring unit for measuring the EEG of a subject who is performing a cognitive task;
EEG spectrum analysis unit for analyzing the power spectrum of the measured subject's EEG by frequency;
A frequency setting unit that sets a peak frequency having the largest amplitude value in each frequency band of the analyzed power spectrum as an individual cognitive frequency (ICF) of a subject performing a cognitive task; And
A device for improving cognitive function based on personal cognitive frequency tuning, including a frequency tuning unit that generates a waveform identical to a peak frequency set as a personal cognitive frequency to induce EEG and resonance of a subject related to a specific cognitive function.
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