KR102161654B1 - 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법 - Google Patents

뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치가 개시된다. 본 장치는 사용자 헤드의 복수의 지점에서 수집된 멀티 채널의 뇌신호를 수신하는 통신부, 수집된 멀티 채널 뇌신호의 주파수 스펙트럼과 공간분포를 분석하는 뇌신호 분석부, 스테이지 상에 위치한 마이크로 오브젝트를 촬영하는 촬영부, 마이크로 오브젝트를 포획하는 레이저 빔의 세기를 조정하는 빔 세기 조정부, 레이저 빔의 조사 방향을 조정하는 빔 조사 방향 조정부 및 멀티 채널의 뇌신호의 세기에 기초하여 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기가 조정되도록 빔 세기 조정부를 제어하며, 수신된 멀티 채널의 뇌신호의 공간분포에 기초하여 레이저 빔의 조사 방향이 조절되도록 빔 조사 방향 조정부를 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다. 이에 따라 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트가 정교하게 조작될 수 있다.

Description

뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR MANIPULATING MICRO OBJECT USING LASER BEAM CONTROLLED BY BRAIN SIGNALS}
본 발명은 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법에 관한 것으로 더 상세하게는 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
뇌 신경계의 활동으로 뇌의 국소 위치에서 발생하는 시계열 신호들을 뇌신호라 한다. 사람의 뇌신호들은 다양한 주파수의 신호들이 섞여 있어 매우 복잡해 보이는 신호이지만 그 안에 뇌의 활동상태에 대한 정보가 담겨 있다. 뇌신호들은 다양한 방법으로 수집될 수 있다. 예로, 뇌신경계에 의해 발생되는 독특한 모양의 규칙적인 전기신호인 뇌전도(ElectroEncephaloGram, 이하 “EEG”라 칭함) 신호는 대표적인 뇌신호이다. EEG 신호는 1929년 독일의 정신과 의사인 한스 베르거가 처음으로 머리에 외상을 입은 환자의 두개골 피하에 2개의 백금 전극을 넣어 신호를 측정하였다.
상기 뇌신호들을 분석하여 뇌의 이상여부가 분석될 수 있으며, 증폭된 뇌신호들을 이용하여 다양한 전자기기 또는 광학기기가 직접적으로 또는 간접적으로 제어될 수 있다. 이에 뇌신호들을 이용하여 전자기기 또는 광학기기를 보다 정확하고 정교하게 조작하는 방법이 필요하다 할 것이다.
레이저 빔을 사용하여 현미경으로 볼 수 있는 1~10㎛ 크기의 작은 유전체 입자를 포획하고 위치를 조정할 수 있는데, 이를 광학 집게 또는 레이저 집게 기술이라 한다. 레이저 집게 기술에 대한 기본적인 개념은 1970년 벨 연구소에서 아서 아쉬킨에 의해 처음 착안되었다. 레이저 집게 기술은 물리학, 광학, 생물학 등 다양한 분야에서 작은 물체들을 조작하는데 사용되고 있다.
상술한 뇌신호를 이용하여 상기 레이저 집게 같은 광학기기를 직간접적으로 제어하는 정교하고 정확한 방법이 필요하다 할 것이다.
한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.
공개특허공보 제10-2016-0079501호(공개일 : 2016.7.6)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시 예는 멀티 채널의 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 뇌신호로 제어되는 레이저 빔을 이용하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치는 사용자 헤드(Head)의 복수의 지점에서 수집된 멀티 채널의 뇌신호를 수신하는 통신부; 수집된 멀티 채널 뇌신호의 주파수 스펙트럼과 공간분포를 분석하는 뇌신호 분석부; 스테이지(Stage) 상에 위치한 마이크로 오브젝트를 촬영하는 촬영부; 상기 마이크로 오브젝트를 포획하는 레이저 빔의 세기를 조정하는 빔 세기 조정부; 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조정하는 빔 조사 방향 조정부; 및 상기 멀티 채널의 뇌신호의 세기에 기초하여 상기 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기가 조정되도록 상기 빔 세기 조정부를 제어하며, 수신된 멀티 채널의 뇌신호의 공간분포에 기초하여 상기 레이저 빔의 조사 방향이 조절되도록 상기 빔 조사 방향 조정부를 제어하는 제어 모듈을 포함할 수 있다.
상기 장치는 디스플레이를 더 포함하며, 상기 제어 모듈은, 상기 멀티 채널의 시계열적인 뇌신호 정보, 뇌신호 스펙트럼 세기 정보, 상기 촬영부를 통해 촬영된 마이크로 오브젝트의 영상 정보 및 레이저 집게의 상태에 관한 정보 중 적어도 하나를 상기 디스플레이에 표시할 수 있다.
또한, 상기 제어 모듈은, 상기 촬영부가 상기 마이크로 오브젝트를 촬영할 때, 상기 레이저 빔과 다른 파장의 조명을 상기 스테이지 상에 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 뇌신호로 제어되는 레이저 빔을 이용하여 마이크로 오브젝트를 포획하는 방법은 사용자 헤드(Head)의 복수의 지점에서 수집된 멀티 채널의 뇌신호를 수신하는 단계; 수집된 멀티 채널 뇌신호의 주파수 스펙트럼과 공간분포를 분석하는 뇌신호를 분석하는 단계; 및 상기 멀티 채널의 뇌신호의 세기에 기초하여 상기 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기가 조정되게 하며, 수신된 멀티 채널의 뇌신호의 공간분포에 기초하여 상기 레이저 빔의 조사 방향이 조절되게 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 멀티 채널의 시계열적인 뇌신호 정보, 뇌신호 스펙트럼 세기 정보, 상기 촬영부를 통해 촬영된 마이크로 오브젝트의 영상 정보 및 레이저 집게의 상태에 관한 정보 중 적어도 하나를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 방법은, 상기 마이크로 오브젝트를 촬영할 때, 상기 레이저 빔과 다른 파장의 조명을 상기 스테이지 상에 조사하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 아래와 같은 효과가 발생된다.
첫째로, 뇌신호로 마이크로 오브젝트에 조사되는 레이저 빔의 세기 및 방향이 제어될 수 있으므로, 마이크로 오브젝트가 포획될 수 있으며 마이크로 오브젝트가 이동될 수 있다.
둘째로, 사용자의 의도를 포함하는 뇌신호를 이용하여 광학기기를 제어하여 마이크로 오브젝트의 정교한 조작이 수행될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치의 구동을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치의 다양한 기능 및 구동을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)의 구동을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 마이크로 오브젝트는 고분자입자, 유리입자, 세포 등 현미경 상에서 관찰될 수 있는 수 마이크로미터 크기의 구형 또는 임의 모양의 유전체들을 포함할 수 있다.
또한, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 가공된 뇌신호에 의해 제어될 수 있으며, 뇌신호는 상술한 EEG 신호, 뇌자도(MagnetoEncephaloGraphy, MEG) 신호, 기능적 자기공명영상(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) 신호, 근적외선분광(Near-InfraRed Spectroscopy, NIRS) 신호, 컨텍스트 기반의 신경학 데이터 신호 등을 포함할 수 있다. 다만, 본 명세서 상에서 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)가 뇌신호 중 EEG 신호를 이용하여 제어되는 것을 주로 설명하기로 한다.
마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 현미경의 스테이지에 배치된 마이크로 오브젝트를 레이저 빔을 이용하여 포획할 수 있으며, 상기 포획된 마이크로 오브젝트의 움직임을 제어할 수 있다.
도 1을 참고하면, 사용자의 뇌신호가 먼저 수집될 수 있다. 사용자 헤드(Head)의 소정의 복수 영역(도면부호 300 참조)으로부터 뇌신호가 멀티로 수집될 수 있으므로 멀티 채널의 뇌신호(400)가 수집될 수 있다. 여기서 소정의 복수 영역은 8개의 영역일 수 있으나 실시 예가 이에 국한되는 것은 아니다.
상기 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 멀티 채널의 뇌신호를 수신하고, 멀티 채널의 미가공 뇌신호의 세기나 주파수 스펙트럼 세기에 기초하여 마이크로 오브젝트를 포획하는 레이저 빔의 세기를 설정할 수 있다. 또한, 멀티 채널의 뇌신호의 공간 분포에 기초하여 마이크로 오브젝트를 이동시킬 수 있다. 가령, EEG 신호의 경우 미가공 EEG 신호의 세기에 대응하여 수 밀리초 단위로 레이저 빔의 세기를 설정할 수 있으며, EEG 신호의 스펙트럼 세기에 대응하여 수 초 단위로 레이저 빔의 세기를 설정할 수 있다. 멀티 채널의 EEG 신호의 공간 분포에 대응하여 레이저 빔의 위치를 움직여 마이크로 오브젝트를 이동시킬 수 있다. 구체적인 방법은 이하에서 설명하기로 한다.
도 2는 상술한 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 1의 도면 부호를 함께 참고하여 설명하기로 한다.
도 2를 참고하면, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 통신부(110), 뇌신호 분석부(120), 빔 세기 조정부(130), 빔 조사 방향 조정부(140), 저장부(150), 제어 모듈(160), 집게 세기 측정부(170), 대물 렌즈(180A), 집광 렌즈(180B), 디스플레이(190) 및 촬영부(195)를 포함한다. 도 2에 도시된 구성요소들은 상기 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)를 구현하는데 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
구체적으로, 통신부(110)는 사용자의 뇌신호가 수집되는 뇌신호 감지기로부터 멀티 채널의 뇌신호(400)를 수신할 수 있다. 뇌신호의 수집 지점이 복수이고 각 수집 지점의 뇌신호가 각 채널을 형성하므로 멀티 채널의 뇌신호(400)가 수집될 수 있다. 통신부(110)는 블루투스, 와이파이 등과 같은 근거리 통신 모듈을 포함하며, 이동 통신 모듈도 포함할 수 있으나 필요에 따라 다양한 통신 모듈도 포함할 수 있다.
뇌신호 분석부(120)는 멀티 채널 뇌신호 중에서 의미 있는 뇌신호를 추출하여 분석하는 모듈로, 다양한 방법을 이용하여 뇌신호에서 뇌신호 스펙트럼을 추출할 수 있다. 뇌신호 분석부(120)는 뇌신호 스펙트럼 세기 정보를 추출할 수 있으며, 멀티 채널로 수집된 뇌신호의 공간 분포를 추출할 수 있다.
먼저, 뇌신호 분석부(120)는 뇌신호 스펙트럼의 세기를 분석할 수 있다. 가령, EEG 신호를 사용하는 경우 뇌신호 분석부(120)는 멀티 채널로 수집된 EEG 신호의 스펙트럼 세기 평균을 이용하여 EEG 스펙트럼 세기를 분석할 수 있으며, 각 채널별로 수집되는 미가공 EEG 신호를 타임 구간 별로 구분하고 주파수에 기초하여 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT) 연산을 수행하고 특정 임계값을 초과하는 주파수의 스펙트럼 세기를 만족하도록 EEG 스펙트럼 신호를 분석할 수 있다.
이때, 마이크로 오브젝트에 조사되는 레이저 빔의 세기와 뇌신호 스펙트럼 세기를 대응시키는 매핑 테이블이 구비될 수 있으며, 사용자 맞춤형으로 특정 뇌신호 스펙트럼 세기가 추출된 경우 이에 대응되는 레이저 빔의 세기가 설정될 수 있다.
또한, 뇌신호 분석부(120)는 뇌신호의 공간 분포를 분석할 수 있다. 뇌신호 분석부(120)는 사용자가 디스플레이에서 자신의 뇌신호를 보면서 소정의 시간동안 집중하는 경우(오브젝트를 움직이겠다는 집중 등의 경우) 뇌신호의 공간 분포 정보를 분석할 수 있으며, 다른 실시 예에서는 특정 자극이 입력되는 경우(사용자가 시각적 자극에 노출되거나 손이나 눈을 움직이는 등의 경우) 등에서 뇌신호의 공간 분포를 분석할 수 있다. 다만, 뇌신호 분석부(120)가 뇌신호의 공간 분포를 산출하고, 산출된 공간 분포에 기초하여 레이저 빔의 방향을 도출하는 것은 상술한 실시 예와 다른 방식으로 도출될 수 있다.
상기 뇌신호 분석부(120)는 별도의 장치에 구비될 수 있으나, 본 명세서 상에서는 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)에 함께 구비된 것으로 상정하며, EEG 신호의 경우 마이크로 오브젝트가 제어되는 사용자의 뇌신호는 주로 14Hz 내지 30㎐의 베타파 및 30Hz 내지 50Hz의 감마파일 수 있다. 뇌의 정신활동이 활발(또는 뇌 신경회로의 활성이 강화)해지면, 뇌신호에서 베타파와 감마파 성분이 증가되며, 이러한 상태에서 사용자는 집중상태에 있다고 볼 수 있다. 본 명세서에서는 마이크로 오브젝트(300)가 조작되는 EEG 신호의 주파수 대역을 14Hz 내지 50Hz로 상정하여 기술하나, 구현시에는 더 넓은 주파수 대역 또는 더 좁은 주파수 대역이 적용될 수도 있다.
빔 세기 조정부(130)는 현미경의 스테이지에 배치된 마이크로 오브젝트에 빔을 조사하는 레이저의 빔 세기를 조정하는 모듈로, 특정 채널의 미가공 뇌신호의 세기나 뇌신호 분석부(120)에서 분석된 뇌신호 스펙트럼 세기에 기초하여 레이저 빔 세기를 조정할 수 있다. 여기서, 상기 레이저 빔이 마이크로 오브젝트에 조사되는 경우 방사형 운동량의 변화로 인해 마이크로 오브젝트가 레이저 빔에 포획될 수 있다. 즉, 레이저 빔이 마이크로 오브젝트를 집게처럼 잡을 수 있다.
빔 조사 방향 조정부(140)는 현미경의 스테이지에 배치된 마이크로 오브젝트에 레이저 빔이 조사되는 빔의 방향을 변경하는 모듈로, 뇌신호 분석부(120)에서 분석된 뇌신호 스펙트럼의 공간 분포에 기초하여 레이저 빔 조사 방향이 변경될 수 있다. 이에 따라, 포획된 마이크로 오브젝트가 이동될 수 있다.
저장부(150)는 제어 모듈(160)에 의해 다양한 정보를 저장할 수 있다. 저장부(150)에는 뇌신호의 스펙트럼 세기와 레이저 빔 세기를 매핑한 테이블 정보, 뇌신호의 공간 분포와 레이저 빔 방향 정보를 매핑한 테이블 정보 등이 저장될 수 있다. 저장부(150)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory), 자기 메모리, 자기 디스크 및 광디스크 중 적어도 하나의 저장매체 타입 등으로 구현될 수 있으며, 서버 형태의 거대 시스템으로 구현될 수 있으며, 다양한 데이터 베이스가 저장될 수 있다.
제어 모듈(160)은 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)를 전반적으로 제어하는 모듈로, 수신된 멀티 채널의 뇌신호의 세기에 기초하여 상기 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기가 조정되도록 빔 세기 조정부(130)를 제어하며, 수신된 멀티 채널의 뇌신호의 공간분포에 기초하여 상기 레이저 빔의 방향이 조정되도록 상기 빔 조사 방향 조정부(140)를 제어할 수 있다.
집게 세기 측정부(170)는 마이크로 오브젝트가 포획될 때, 마이크로 오브젝트가 포획되는 집게힘의 세기를 측정할 수 있다. 제어 모듈(160)은 수행된 마이크로 오브젝트 포획으로부터 집게 세기 정보를 저장부(150)에 저장할 수 있다. 아울러, 제어 모듈(160)은 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)를 구동하는 경우, 마이크로 오브젝트를 조작하는 방법을 디스플레이(190)를 통해 선택할 수도 있으나, 실시 예가 이에 국한되는 것은 아니다.
대물 렌즈(180A) 및 집광 렌즈(180B)는 마이크로 오브젝트를 관찰 조작하기 위한 현미경을 구성하는데 필요한 모듈이다.
디스플레이(190)는 제어 모듈(150)의 제어에 따라 다양한 정보를 표시할 수 있다. 디스플레이(190)는 상기 멀티 채널의 시계열적인 뇌신호 정보, 뇌신호 스펙트럼 정보, 촬영된 마이크로 오브젝트 정보, 레이저 집게의 상태에 관한 정보 등을 표시할 수 있다. 디스플레이(190)는 사용자가 자신의 뇌신호와 마이크로 오브젝트의 상태를 관찰하면서 뉴로피드백 방식의 훈련이 가능하게 할 수 있다.
여기서, 레이저 집게의 상태에 관한 정보는 레이저 집게의 세기 정보, 레이저 집게의 위치 정보, 마이크로 오브젝트의 위치 정보, 마이크로 오브젝트가 레이저 집게의 포획범위에 포함되는지 여부에 관한 정보 등을 포함할 수 있다.
촬영부(195)는 현미경 스테이지에 배치된 마이크로 오브젝트를 촬영할 수 있다. 이를 위해 레이저 빔과는 다른 파장의 별도의 조명 장치를 사용한다.
제어 모듈(160)은 레이저 집게에 의해 포획된 마이크로 오브젝트가 포획된 상태에서 움직일 때, 집게의 포획 범위를 벗어나는지 여부를 촬영부(195)나 집게 세기 측정부(170)를 통해 모니터링할 수 있다. 만약, 집게의 포획 범위를 벗어나는 경우, 제어 모듈(160)은 상기 마이크로 오브젝트가 포획 범위를 벗어났음을 알릴 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)의 다양한 기능 및 구동을 설명하기로 한다.
우선, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)가 마이크로 오브젝트를 포획하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 레이저 빔이 광축 상에 한 위치에 집중되게 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)내 광학계가 배열되고 제어 모듈(160)은 기 설정된 레이저 빔 세기에 기초하여 빔 세기를 조정하여 레이저 빔이 광축 상의 한 위치에 집광되게 할 수 있다. 이때, 마이크로 오브젝트에 해당되는 유전체에 집게힘이 소정의 강도(Intensity)로 가해져서 마이크로 오브젝트가 포획될 수 있으며, 이러한 기술을 광학 집게 또는 레이저 집게 기술이라고 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)의 부분 구성을 나타낸다.
일단 레이저 빔이 일 방향(410)으로 입력되면, 제어 모듈(160)은 빔 세기 조정부(130)를 제어하여 미가공 뇌신호의 세기나 뇌신호 스펙트럼 세기에 대응되는 빔 세기로 조정할 수 있다. 이때, 빔 세기 조정부(130)는 레이저 빔의 편광방향을 제어하여 인입되는 레이저 빔의 세기를 강하게 또는 약하게 조정할 수 있다. 빔 세기 조정부(130)는 복수의 편광 광학부품들이 사용될 수 있으나, 빔 세기를 조정하는 방법이 이에 국한되는 것은 아니다.
제어 모듈(160)은 레이저 빔에 마이크로 오브젝트가 포획되면, 뇌신호의 공간 분포에 기초하여 마이크로 오브젝트에 조사되는 빔의 방향을 조절할 수 있다. 이때, 사용자의 뇌신호의 공간 분포에 의해 마이크로 오브젝트의 전후좌우 움직임이 결정될 수 있다. 사용자가 디스플레이를 보고 소정의 시간동안 뉴로 피드백 방식의 훈련을 통해 뇌신호의 공간 분포를 제어하여 마이크로 오브젝트의 이동방향을 조종할 수 있다.
이외에, 사용자의 뇌신호 공간 분포가 외부 자극에 따라 변하게끔 설정될 수도 있다. 가령, EEG 신호의 경우 사용자의 왼손을 움직이면 사용자의 우뇌의 EEG 신호가 활성화되며, 오른손을 움직이면 사용자의 좌뇌의 EEG 신호가 활성화될 수 있고, 이를 기반으로 레이저 빔의 방향이 조절될 수 있다. 또한, 사용자의 시각을 자극하여 뇌파 공간 분포를 인위적으로 형성할 수도 있다. 가령, LED(Light Emitting Diode) 광을 마이크로 오브젝트의 제어 방향에 대응되게 설정하여 사용자에게 자극으로 입력할 수 있으며, 거울뉴런 이론를 적용하여 다른 사람의 동작영상을 자극으로 제공할 수도 있다.
또한, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 대물 렌즈(180A) 및 집광 렌즈(180B)를 포함하며, 집게 세기 측정부(170)를 포함할 수 있는데, 집게 세기 측정부(170)는 레이저 빔이 마이크로 오브젝트를 포획한 집게힘을 측정할 수 있다. 상기 힘들은 디스플레이(190)를 통해 실시간 제공할 수도 있다.
그 외에, 스테이지를 촬영하는 촬영부(195)는 마이크로 오브젝트의 이동을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 이때 레이저 빔과는 다른 파장의 이미지용 조명이 사용될 수 있다.
도 5(a)는 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)의 레이저 빔 세기를 조정하는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 5(b)는 마이크로 오브젝트 포획 장치(100)가 빔 조사 방향을 조정하여 마이크로 오브젝트를 이동시키는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a) 및 도 5(b)에서 마이크로 오브젝트(510)에 레이저 빔이 특정 조사 방향(520A, 520B, 520C, 520D)으로 조사될 수 있다.
도 5(a)를 참고하면, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 기존의 레이저 빔 세기를 강하게 조정하면 그에 대응되게 마이크로 오브젝트의 포텐셜 에너지(530A 에서 530B) 세기가 변경될 수 있다. 도 5(b)를 참고하면, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 마이크로 오브젝트(510)에 조사되는 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 마이크로 오브젝트의 포텐셜 에너지(530C 에서 530D) 위치를 이동하여 마이크로 오브젝트(510)를 이동시킬 수 있다.
도 6 내지 도 7(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 레이저 빔 방향을 조정하는 방법을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 레이저 빔 조사 방향 조정부(140)의 특정 거울(A)의 각도가 조절될 수 있다. 상기 특정 거울(A)의 기울기에 따라 빔의 조사 방향이 바뀔 수 있다. 제어 모듈(160)은 빔 조사 방향 조정부(140)를 제어하여 사용자의 뇌신호 공간 분포에 기초하여 특정 거울(A)의 각도가 변경되도록 제어할 수 있다.
도 6(a)는 좌측으로 마이크로 오브젝트가 움직이는 경우를 나타내며, 도 6(b)는 우측으로 마이크로 오브젝트가 움직이는 경우를 나타낸다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참고하면 마이크로 오브젝트가 포획되는 지점(B)에서 레이저 빔이 집광되는 위치가 좌 또는 우로 이동될 수 있고, 이동된 위치로 마이크로 오브젝트가 이동될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)가 구동되는 것을 나타내는 유저 인터페이스를 나타낸다.
도 8을 참고하면, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 멀티 채널의 뇌신호 정보를 표시(710)할 수 있으며, 뇌신호 스펙트럼 세기(720)를 표시할 수 있고, 뇌신호의 공간 분포를 표시(730)할 수 있다. 또한, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 마이크로 오브젝트(750)가 조작되는 실시간 상황을 촬영부(195)를 통해 수집하여 표시할 수 있으며, 집게힘 세기를 표시(760)할 수 있고, 레이저 빔의 실시간 위치를 추적한 것을 표시(770)할 수 있다.
또한, 마이크로 오브젝트 조작 장치(100)는 각종 제어 정보를 표시하는 설정 정보들을 표시(780)할 수 있다. 상기 설정 정보는 제어 온/오프 스위치 정보, 제어 방식 설정 정보, 각종 파라미터를 설정하는 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명하는 기능적인 동작과 주제의 구현물들은 디지털 전자 회로로 구현되거나, 본 명세서에서 개시하는 구조 및 그 구조적인 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 혹은 하드웨어로 구현되거나, 이들 중 하나 이상의 결합으로 구현 가능하다. 본 명세서에서 설명하는 주제의 구현물들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 다시 말해 제어 시스템의 동작을 제어하기 위하여 혹은 이것에 의한 실행을 위하여 유형의 프로그램 저장매체 상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령에 관한 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 매체는 기계로 판독 가능한 저장 장치, 기계로 판독 가능한 저장 기판, 메모리 장치, 기계로 판독 가능한 전파형 신호에 영향을 미치는 물질의 조성물 혹은 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있다.
본 명세서에서 "장치"라 함은 예컨대 프로그래머블 프로세서, 컴퓨터 혹은 다중 프로세서나 컴퓨터를 포함하여 데이터를 제어하기 위한 모든 기구, 장치 및 기계를 포괄한다. 제어 시스템은, 하드웨어에 부가하여, 예컨대 프로세서 펌웨어를 구성하는 코드, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제 혹은 이들 중 하나 이상의 조합 등 요청 시 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 형성하는 코드를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 어플리케이션, 스크립트 혹은 코드로도 알려져 있음)은 컴파일되거나 해석된 언어나 선험적 혹은 절차적 언어를 포함하는 프로그래밍 언어의 어떠한 형태로도 작성될 수 있으며, 독립형 프로그램이나 모듈, 컴포넌트, 서브루틴 혹은 컴퓨터 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하여 어떠한 형태로도 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 요청된 프로그램에 제공되는 단일 파일 내에, 혹은 다중의 상호 작용하는 파일(예컨대, 하나 이상의 모듈, 하위 프로그램 혹은 코드의 일부를 저장하는 파일) 내에, 혹은 다른 프로그램이나 데이터를 보유하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서 내에 저장되는 하나 이상의 스크립트) 내에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치하거나 복수의 사이트에 걸쳐서 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 접속된 다중 컴퓨터나 하나의 컴퓨터 상에서 실행되도록 전개될 수 있다.
한편, 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터로 판독 가능한 매체는, 예컨대 EPROM, EEPROM 및 플래시메모리 장치와 같은 반도체 메모리 장치, 예컨대 내부 하드디스크나 외장형 디스크와 같은 자기 디스크, 자기광학 디스크 및 CD-ROM과 DVD-ROM 디스크를 포함하여 모든 형태의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서와 메모리는 특수 목적의 논리 회로에 의해 보충되거나, 그것에 통합될 수 있다.
본 명세서에서 설명한 주제의 구현물은 예컨대 데이터 서버와 같은 백엔드 컴포넌트를 포함하거나, 예컨대 어플리케이션 서버와 같은 미들웨어 컴포넌트를 포함하거나, 예컨대 사용자가 본 명세서에서 설명한 주제의 구현물과 상호 작용할 수 있는 웹 브라우저나 그래픽 유저 인터페이스를 갖는 클라이언트 컴퓨터와 같은 프론트엔드 컴포넌트 혹은 그러한 백엔드, 미들웨어 혹은 프론트엔드 컴포넌트의 하나 이상의 모든 조합을 포함하는 연산 시스템에서 구현될 수도 있다. 시스템의 컴포넌트는 예컨대 통신 네트워크와 같은 디지털 데이터 통신의 어떠한 형태나 매체에 의해서도 상호 접속 가능하다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 마찬가지로, 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
또한, 본 명세서에서는 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 시스템 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 시스템들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
이와 같이, 본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 사용자 헤드(Head)의 복수의 지점에서 수집된 멀티 채널의 뇌신호를 수신하는 통신부;
    수집된 멀티 채널 뇌신호의 주파수 스펙트럼과 공간분포를 분석하는 뇌신호 분석부;
    현미경의 스테이지(Stage) 상에 위치한 마이크로 오브젝트를 촬영하는 촬영부;
    촬영된 상기 마이크로 오브젝트를 출력하는 디스플레이;
    상기 스테이지 상에 위치한 마이크로 오브젝트를 포획하는 레이저 빔의 세기를 조정하는 빔 세기 조정부;
    상기 레이저 빔의 조사 방향을 조정하는 빔 조사 방향 조정부; 및
    상기 주파수 스펙트럼에 기초하여 상기 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기를 조정하여, 상기 마이크로 오브젝트를 포획하도록 상기 빔 세기 조정부를 제어하며, 상기 공간분포에 기초하여 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 포획된 마이크로 오브젝트의 움직임을 조정하도록 상기 빔 조사 방향 조정부를 제어하는 제어 모듈을 포함하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 멀티 채널의 시계열적인 뇌신호 정보, 뇌신호 스펙트럼 세기 정보, 상기 촬영부를 통해 촬영된 마이크로 오브젝트의 영상 정보 및 레이저 집게의 상태에 관한 정보 중 적어도 하나를 상기 디스플레이에 표시하도록 구성되며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 마이크로 오브젝트가 포획된 상태에서 움직이는 경우, 상기 마이크로 오브젝트가 포획 범위를 벗어나는지 모니터링하도록 구성되는, 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 촬영부가 상기 마이크로 오브젝트를 촬영할 때, 상기 레이저 빔과 다른 파장의 조명을 상기 스테이지 상에 조사하는, 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 장치.
  4. 사용자 헤드(Head)의 복수의 지점에서 수집된 멀티 채널의 뇌신호를 수신하는 단계;
    수집된 멀티 채널 뇌신호의 주파수 스펙트럼과 공간분포를 분석하는 단계;
    상기 주파수 스펙트럼에 기초하여 현미경의 스테이지 상에 위치한 마이크로 오브젝트에 조사될 레이저 빔 세기를 조정하여, 상기 마이크로 오브젝트를 포획하며, 상기 공간분포에 기초하여 상기 레이저 빔의 조사 방향을 조절하여 상기 포획된 마이크로 오브젝트의 움직임을 조정하는 단계;
    상기 멀티 채널의 시계열적인 뇌신호 정보, 뇌신호 스펙트럼 세기 정보, 촬영부를 통해 촬영된 마이크로 오브젝트의 영상 정보 및 레이저 집게의 상태에 관한 정보 중 적어도 하나를 디스플레이하는 단계; 및
    상기 마이크로 오브젝트가 포획된 상태에서 움직이는 경우, 상기 마이크로 오브젝트가 포획 범위를 벗어나는지 모니터링하는 단계를 포함하는, 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 오브젝트를 촬영할 때, 상기 레이저 빔과 다른 파장의 조명을 상기 스테이지 상에 조사하는 단계를 더 포함하는, 뇌신호로 레이저 빔을 제어하여 마이크로 오브젝트를 조작하는 방법.
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