KR102254458B1

KR102254458B1 - 수면 상태를 파악하기 위한 뇌파 분석 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR102254458B1
Application number: KR1020190025593A
Authority: KR
Inventors: 우효준
Original assignee: 주식회사 옴니씨앤에스; 주식회사 프라센
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2021-05-24
Also published as: KR20200107074A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 방법은 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리하는 단계; 및 미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 낮은 주파수의 적어도 하나의 뇌파와 상기 기준 주파수보다 높은 주파수의 적어도 하나의 뇌파를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계를 포함하며, 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는 상기 델타파와 쎄타파의 조합 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

Description

수면 상태를 파악하기 위한 뇌파 분석 방법 및 그 장치 {BRAIN WAVE ANAYLSIS METHOD FOR DETERMINING SLEEP STATE AND APPARATUS THEREFORE}

본 발명은 수면 상태를 파악하기 위한 뇌파 분석 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌파 측정 장치로부터 수신되는 사용자의 뇌파들을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악할 수 있는 뇌파 분석 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

오늘날, 현대인들은 학업, 가사일, 인간관계, 과도한 업무 등으로 인해 스트레스를 받으며 살아가고 있다. 이러한 스트레스 때문에 현대인들은 숙면을 취하지 못하고 부족한 수면시간으로 인해 고통 받고 있다. 게다가, 컴퓨터나 스마트폰의 보급이 증가한 이후, 수면의 질이 급격히 떨어져 수면장애로 고통을 호소하며 병원을 내원하는 환자가 급증하는 추세이다.

인간의 사고와 행동은 대뇌의 기능에 의해 조절되고 대뇌의 기능은 많은 뇌 신경세포들의 활동에 달려 있다. 이러한 뇌 신경세포들의 활동을 뇌파(EEG: electroencephalogram) 또는 '뇌전위'라 한다. 이러한 뇌파는 뇌 활동의 변동을 공간적, 시간적으로 파악할 수 있는 지표로 신경생리학 분야에서 사용되고 있다. 뇌 신경세포의 활동에 의해 변하는 것이기 때문에 의식 상태와 정신활동에 따라 변화하는 특정한 패턴을 보인다. 따라서 뇌파를 검사한다는 것은 뇌의 활동수준을 객관적인 지표로 나타내어 뇌의 활동성이 높아지는지 약해지는지를 공간적, 시간적으로 파악하는 것을 의미한다. 특히 일반적으로 뇌파는 주파수 대역에 따라 델타파(δ, 0.5~4Hz), 쎄타파(θ, 4~8Hz), 알파파(α, 8~13Hz), 베타파(β, 13~30Hz), 감마파(γ, 30~50Hz)로 분류된다. 또한 알파파를 기준으로 해서 8Hz 미만을 서파(Slow Wave), 13Hz이상을 속파(Fast Wave)라고 구분한다. 뇌파에 의해 연구되어 온 자발뇌파는 일반적 생리현상에서 감각 등 뇌 활동으로 나타나며, 유발뇌파는 뇌 활동 상태를 알아보기 위해 인위적으로 뇌 활동을 유도하여 관찰할 수 있다.

델타파(Delta Wave)는 두뇌기능이 완전히 이완된 깊은 수면상태에서 우세하게 나타나는 0.5~4Hz 대역의 뇌파로 정상 성인의 경우 각성시에 델타파가 나타나면 뇌종양, 뇌염 등의 병적 요인의 판단 근거가 되기도 한다. 전방 전두부에서는 안구운동 등의 영향을 받기 때문에 델타파의 활성이 높게 나타난다.

쎄타파(Theta Wave)는 4~8Hz 대역의 뇌파를 말하며, 일반적으로 몸과 의식이 몽롱한 상태나 졸림과 깨어있음의 중간 상태 정도를 의미한다. 쎄타파 상태에서는 꿈과 같은 이미지를 동반하고 그 이미지는 생생한 기억으로 경험되기도 한다. 각성 시에 나타나는 쎄타파는 주의 각성을 시켜 문제해결의 아이디어를 제공하기도 하고 창조적인 힘으로 연결되기도 한다. 시간과 공간의 제한을 뛰어넘는 영역으로 들어가 번뜩임이나 영감(Inspiration)으로 발생하는 경우가 발생하기도 한다. 또한 쎄타파는 깊이 내면화되고 조용한 상태의 육체, 감정 및 사고 활동과 관련된다.

알파파(Alpha Wave)는 8~13Hz 대역의 뇌파로 신경생리학적으로 두뇌의 안정 상태를 반영하는 기본파이며 잡파의 영향을 적게 받으므로 전통적으로 인간 행동에 대한 두뇌 좌우반구의 기능상태를 판정하는 데 이용되어 왔다.

베타파(Beta Wave)는 13~30Hz 대역의 뇌파로 각성상태, 활동상태, 스트레스 상태에서 나타나며 청각, 촉각, 정서적 자극에 의해서도 영향을 받는다. 베타파는 정상적으로 전두엽에서 잘 기록되며 주의를 집중하여 정신활동을 할 때 뇌 전체에서 광범위하게 나타난다.

감마파(Gamma Wave)는 30~50Hz 대역으로 외적 의식으로 불안, 흥분의 강한 스트레스 상태에서 전두엽과 두정엽에서 비교적 많이 발생하는 뇌파이다. 또한 감마파는 초월적 마음상태 또는 이완으로 벗어나서 새로운 의식 상태, 신경자원(Neural Resources)을 활성화시켜 총동원할 때, 즉 정신적으로 총력 집중할 때 발생하는 특징적인 뇌파이기도 하다.

본 발명의 실시예들은, 뇌파 측정 장치로부터 수신되는 사용자의 뇌파들을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악할 수 있는 뇌파 분석 방법 및 그 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 방법은 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 수신하는 단계; 상기 수신된 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리하는 단계; 및 미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 낮은 주파수의 적어도 하나의 뇌파와 상기 기준 주파수보다 높은 주파수의 적어도 하나의 뇌파를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는 상기 주파수별 뇌파들 중 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나와 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는 상기 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는 상기 델타파와 쎄타파의 조합 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

삭제

상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는 상기 쎄타파와 상기 알파파의 비중을 비교하여 상기 쎄타파의 값과 상기 알파파의 값의 차이가 미리 설정된 임계값(threshold)보다 큰 경우 상기 사용자가 수면 상태인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 장치는 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신된 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리하는 처리부; 및 미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 낮은 주파수의 적어도 하나의 뇌파와 상기 기준 주파수보다 높은 주파수의 적어도 하나의 뇌파를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

상기 판단부는 상기 주파수별 뇌파들 중 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나와 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

상기 판단부는 상기 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

상기 판단부는 상기 델타파와 쎄타파의 조합 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다.

삭제

상기 판단부는 상기 쎄타파와 상기 알파파의 비중을 비교하여 상기 쎄타파의 값과 상기 알파파의 값의 차이가 미리 설정된 임계값(threshold)보다 큰 경우 상기 사용자가 수면 상태인 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 뇌파 측정 장치로부터 수신되는 사용자의 뇌파들을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 사용자의 뇌파들, 즉 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파 중 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 델타파와 쎄타파의 조합 값과 8Hz보다 높은 알파파, 베타파 및 감마파의 조합 값을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 시스템에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
도 3 내지 도 5는 수면 상태로 판단하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시도들을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상 의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예들은, 뇌파 측정 장치로부터 수신되는 사용자의 뇌파들을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악하는 것으로, 사용자의 뇌파들, 즉 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파 중 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 델타파와 쎄타파의 조합 값과 8Hz보다 높은 알파파, 베타파 및 감마파의 조합 값을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악하는 것을 그 요지로 한다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 시스템에 대한 일 예시도를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 시스템은 뇌파 측정 장치(100)와 뇌파 분석 장치(200)를 포함한다.

뇌파 측정 장치(100)는 사용자의 두상 예를 들어, 사용자의 이마에 밀착되어 사용자의 뇌파 신호(EEG 신호)를 측정하고, 측정된 뇌파 신호를 뇌파 분석 장치로 제공한다.

여기서, 뇌파 측정 장치(100)는 사용자의 뇌파 신호를 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 EEG 센서를 포함하고, 무선 통신 수단 예를 들어, 블루투스 모듈을 통해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 뇌파 분석 장치로 제공할 수 있다.

나아가, 뇌파 측정 장치(100)는 뇌파 분석 장치(200)로부터 제공되는 바이노럴비트를 수신하여 사용자에게 제공하기 위한 수단 예를 들어, 스피커 또는 이어폰 등을 추가로 구비할 수도 있다. 물론, 뇌파 측정 장치는 이러한 바이노럴비트를 수신하기 위한 블루투스 모듈을 추가로 구비할 수도 있다.

뇌파 분석 장치(200)는 뇌파 측정 장치(100)에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 무선 또는 유선으로 수신하고, 수신된 사용자의 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리한 후 분리된 뇌파들 각각의 값에 기초하여 사용자의 수면 상태를 판단한다.

여기서, 뇌파 분석 장치(200)는 뇌파들 중 미리 설정된 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 뇌파들 즉, 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 뇌파 값과 8Hz보다 높은 뇌파들 즉, 알파파, 베타파 및 감마파 중 적어도 하나의 뇌파 값을 비교하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수 있다.

일 예로, 뇌파 분석 장치(200)는 뇌파들 중 쎄타파와 알파파의 비중을 비교하여 쎄타파의 값이 알파파의 값보다 미리 설정된 임계값(Threshold) 이상 클 경우 사용자가 수면 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다.

다른 일 예로, 뇌파 분석 장치(200)는 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 값과 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 사용자의 수면 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 뇌파 분석 장치는 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 값과 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화 중 어느 하나의 값이 다른 하나의 값보다 큰 경우(또는 작은 경우) 사용자가 수면 상태 또는 각성 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 뇌파 분석 장치는 차이와 비율 변화의 비교를 통해 수면 상태 또는 각성 상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 두 값의 차이에 따른 각성 정도나 수면 정도를 알 수도 있다.

또 다른 일 예로, 뇌파 분석 장치(200)는 델타파(D)와 쎄타파(T)의 조합(D, T, D+T) 값과 알파파(A), 베타파(B)와 감마파(G)의 조합 값에 대한 차이 예를 들어, (D+T)-(A+B+G)와 비율 변화 예를 들어, (D+T)/(A+B+G)에 기초하여 사용자의 수면 상태 여부를 판단할 수 있다. 예컨대, 뇌파 분석 장치는 (D+T)-(A+B+G)와 (D+T)/(A+B+G) 중 어느 하나의 값이 다른 하나의 값보다 큰 경우(또는 작은 경우) 사용자가 수면 상태 또는 각성 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 예컨대, 뇌파 분석 장치는 (D+T)-(A+B+G)의 값이 (D+T)/(A+B+G)의 값보다 큰 경우 수면 상태로 판단할 수 있고, (D+T)-(A+B+G)의 값이 (D+T)/(A+B+G)의 값보다 작은 경우 각성 상태로 판단할 수 있다. 물론, 뇌파 분석 장치는 차이와 비율 변화의 비교를 통해 수면 상태 또는 각성 상태를 판단할 수 있을 뿐만 아니라 두 값의 차이에 따른 각성 정도나 수면 정도를 알 수도 있다.

나아가, 본 발명의 뇌파 분석 장치(200)는 상술한 분석 방법으로 한정하지 않으며, 다양한 분석 방법을 통해 사용자의 수면 상태 여부를 판단할 수 있다.

예컨대, 뇌파 분석 장치(200)는 SEF를 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있으며, 쎄타파의 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파와 쎄타파의 비교를 통해 수면 상태 여부를 판단할 수도 있다.

SEF를 활용하는 방법은 델타파와 쎄타파의 합이 거의 전체 뇌파 신호에 대한 파워 스펙트럼의 90% 정도를 이루며, SEF 90(뇌파의 각성 정도를 평가 할 수 있는 지표) 값은 쎄타파 대역 후반부와 알파파 대역 초반부 즉, 대략 6~10 Hz에 위치하는데, 이러한 SEF90의 평균값을 활용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있다. 물론, 상황에 따라 델타파 구간 대략 1Hz에 위치하는 SEF50를 활용할 수도 있다.

알파파 비중을 활용하는 방법은 델파타와 알파파는 반비례하는데, 이러한 알파파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있다.

쎄타파 비중을 활용하는 방법은 쎄타파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있다.

알파파와 쎄타파의 비교를 활용하는 방법은 쎄타파의 값이 알파파의 값보다 상향된 구간을 수면 상태에 진입한 것으로 판단할 수 있고, 반대 구간이 순간적 각성 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 즉, 알파파와 쎄타파의 분당 비율을 활용하여 쎄타파가 알파파의 비중보다 큰 경우 수면 상태에 돌입한 것으로 판단할 수 있다.

이러한 뇌파 분석 장치(200)는 뇌파를 이용한 사용자의 수면 상태 분석 결과 사용자가 수면 상태가 아닌 깨어 있는 상태 즉, 각성 상태에 있는 것으로 판단되면, 사용자의 수면을 유도하기 위해 미리 설정된 바리노럴비트를 뇌파 측정 장치(100)를 통해 사용자에게 제공함으로써, 사용자를 수면 상태 예를 들어, 낮잠으로 유도할 수도 있다.

여기서, 바이노럴비트는 주파수가 상이한 두가지 음을 뇌간의 핵으로 전달함으로써, 뇌파 변화를 일으키게 되는 원리로 양쪽이 주파수의 차이 파동만큼 뇌파를 조절하는 음향심리치료법을 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 뇌파 분석 장치에서의 동작 흐름도를 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 방법은 사용자의 머리 부분 예를 들어, 이마에 착용된 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 뇌파 측정 장치로부터 수신하면 수신된 사용자의 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들 즉, 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파로 분리한다(S210, S220).

여기서, 단계 S220은 뇌파 신호에 대한 신호 처리 예를 들어, 노이즈 제거 등과 같은 처리 과정을 수행한 후 뇌파 신호를 뇌파들 각각으로 분리하기 위한 신호 처리 과정을 수행함으로써, 사용자의 뇌파 신호를 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파로 분리할 수 있다. 물론, 본 발명은 사용자의 뇌파 신호를 뇌파들로 분리할 수 있는 모든 방법을 사용할 수 있다.

단계 S220에 의해 뇌파 신호가 주파수별 뇌파들로 분리되면 미리 설정된 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 주파수의 뇌파들 즉, 델타파 및 쎄타파의 값과 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 높은 주파수의 뇌파들 즉, 알파파, 베타파 및 감마파의 값을 비교하여 사용자의 수면 상태 여부를 판단한다(S230).

이 때, 단계 S230은 델타파(D)와 쎄타파(T) 중 적어도 하나의 값과 알파파(A), 베타파(B)와 감마파(G) 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 사용자의 수면 여부를 판단할 수도 있고, 델타파(D)와 쎄타파(T)의 조합(D, T, D+T) 값과 알파파(A), 베타파(B)와 감마파(G)의 조합 값에 대한 차이 예를 들어, (D+T)-(A+B+G)와 비율 변화 예를 들어, (D+T)/(A+B+G)에 기초하여 사용자의 수면 상태 여부를 판단할 수도 있다.

나아가, 단계 S220은 SEF를 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있으며, 쎄타파의 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파와 쎄타파의 비교를 통해 수면 상태 여부를 판단할 수도 있다. 예를 들어, 단계 S220은 SEF 90의 평균값을 활용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있고, 알파파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있으며, 쎄타파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있고, 쎄타파의 값이 알파파의 값보다 상향된 구간을 수면 상태에 진입한 것으로 판단할 수 있다.

여기서, 단계 S230의 판단 결과 사용자가 수면 상태가 아닌 각성 상태에 있는 것으로 판단되면 사용자의 수면을 유도하기 위해 미리 설정된 바이노럴비트를 사용자에게 제공함으로써, 사용자를 수면 상태로 유도할 수 있다(S240, S250).

단계 S230에서 사용자의 수면 상태 여부를 판단하는 방법에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 쎄타파(T)의 값과 알파파(A), 베타파(B)와 감마파(G)의 조합(A+B+G) 값의 차이 즉, T-(A+B+G)와 비율 변화 즉, T/(A+B+G)를 나타낸 것으로, 해당 구간에서 T-(A+B+G) 값이 T/(A+B+G) 값보다 큰 구간 비중과 T-(A+B+G) 값이 T/(A+B+G) 값보다 작은 구간 비중의 비교를 통해 T-(A+B+G) 값이 T/(A+B+G) 값보다 큰 구간 비중이 미리 설정된 임계값 이상인 것을 알 수 있으며, 따라서 사용자가 수면 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 도 3의 그래프가 반대인 경우에는 사용자가 각성 상태인 것을 판단할 수 있다.

도 4는 델파타(D)와 쎄타파(T)의 조합(D+T) 값과 알파파(A)의 값 차이 즉, (D+T)-A와 비율 변화 즉, (D+T)/A를 나타낸 것으로, 모든 구간에서 (D+T)-A 값이 (D+T)/A 값보다 큰 것을 알 수 있고, 따라서 사용자가 수면 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 도 4의 그래프가 반대인 경우에는 사용자가 각성 상태인 것을 판단할 수 있다.

도 5는 쎄타파(T)의 값과 알파파(A)의 값 차이 즉, T-A와 비율 변화 즉, T/A를 나타낸 것으로, 해당 구간에서 T-A 값이 T/A 값보다 큰 구간 비중과 T-A 값이 T/A 값보다 작은 구간 비중의 비교를 통해 T-A 값이 T/A 값보다 큰 구간 비중이 미리 설정된 임계값 이상인 것을 알 수 있으며, 따라서 사용자가 수면 상태에 있는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 도 5의 그래프가 반대인 경우에는 사용자가 각성 상태인 것을 판단할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 뇌파 분석 방법은 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파들, 즉 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파 중 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 델타파와 쎄타파의 값과 8Hz보다 높은 알파파, 베타파 및 감마파의 값을 비교하여 사용자의 수면 상태를 파악할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 방법은 측정된 사용자의 뇌파 신호에 포함된 뇌파들의 값 비교를 통해 사용자의 수면 상태에 대한 정확성을 향상시킬 수 있으며, 이러한 수면 상태 분석을 통해 사용자의 수면 상태를 유도할 수 있는 바이노럴비트를 제공할 수도 있고, 상황에 따라 뇌파 분석을 통해 수면 상태의 유도가 아닌 뇌파의 변화를 눈으로 확인하면서 스스로 두뇌 기능을 조절할 수 있는 능력을 터득하는 뉴로피드백을 제공할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파 분석 장치에 대한 구성을 나타낸 것으로, 도 2 내지 도 5의 뇌파 분석 방법을 수행하는 장치에 대한 구성을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 뇌파 분석 장치(600)는 수신부(610), 처리부(620), 판단부(630) 및 제공부(640)를 포함한다.

수신부(610)는 사용자의 머리 부분 예를 들어, 이마에 착용된 뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 뇌파 측정 장치로부터 수신한다.

이 때, 수신부(610)는 뇌파 측정 장치와 블루투스 모듈을 이용한 무선 통신을 통해 뇌파 측정 장치로부터 사용자의 뇌파 신호를 수신할 수 있다.

처리부(620)는 수신부(610)를 통해 수신된 사용자의 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들 즉, 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파로 분리한다.

여기서, 처리부(620)는 뇌파 신호에 대한 신호 처리 예를 들어, 노이즈 제거 등과 같은 처리 과정을 수행한 후 뇌파 신호를 뇌파들 각각으로 분리하기 위한 신호 처리 과정을 수행함으로써, 사용자의 뇌파 신호를 델타파, 쎄타파, 알파파, 베타파 및 감마파로 분리할 수 있다.

판단부(630)는 뇌파 신호가 주파수별 뇌파들로 분리되면 미리 설정된 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 낮은 주파수의 뇌파들 즉, 델타파 및 쎄타파의 값과 기준 주파수 예를 들어, 8Hz보다 높은 주파수의 뇌파들 즉, 알파파, 베타파 및 감마파의 값을 비교하여 사용자의 수면 상태 여부를 판단한다.

이 때, 판단부(630)는 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나의 값과 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나의 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 사용자의 수면 여부를 판단할 수도 있고, 델타파와 쎄타파의 조합 값과 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화에 기초하여 사용자의 수면 상태 여부를 판단할 수도 있다.

나아가, 판단부(630)는 상술한 분석 방법 뿐만 아니라 SEF를 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있으며, 쎄타파의 비중을 활용하여 수면 상태 여부를 판단할 수도 있고, 알파파와 쎄타파의 비교를 통해 수면 상태 여부를 판단할 수도 있다. 예컨대, 판단부는 SEF 90의 평균값을 활용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있고, 알파파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있으며, 쎄타파의 변화 폭 10% 내외를 이용하여 사용자의 수면 상태를 판단할 수도 있고, 쎄타파의 값이 알파파의 값보다 상향된 구간을 수면 상태에 진입한 것으로 판단할 수 있다.

제공부(640)는 판단부(630)에 의한 사용자의 수면 상태 여부 판단 결과, 사용자가 깨어있는 상태 즉, 각성 상태로 판단되면 사용자의 수면을 유도하기 위한 미리 설정된 바이노럴비트를 사용자에게 제공한다.

여기서, 제공부(640)는 사용자의 수면을 유도하기 위한 바이노럴비트를 제공하는 것으로 한정되지 않으며, 뇌파 분석을 통해 수면 상태의 유도가 아닌 뇌파의 변화를 눈으로 확인하면서 사용자 스스로 두뇌 기능을 조절할 수 있는 능력을 터득하는 뉴로피드백을 제공할 수도 있다.

비록, 도 6의 장치에서 그 설명이 생략되었더라도, 도 6에 도시된 장치는 도 1 내지 도 5에서 설명한 모든 내용을 포함할 수 있다는 것을 이 기술 분야에 종사하는 당업자에게 있어서 자명하다.

이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 시스템, 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 수신하는 단계;
상기 수신된 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리하는 단계; 및
미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 낮은 주파수의 적어도 하나의 뇌파와 상기 기준 주파수보다 높은 주파수의 적어도 하나의 뇌파를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계
를 포함하고,
상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는
상기 주파수별 뇌파들 중 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나와 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하며,
상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 단계는
미리 설정된 일정 구간에 대하여 상기 델타파와 쎄타파의 조합 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화를 계산하고, 상기 차이가 상기 비율 변화의 비교를 통해 상기 일정 구간에서 상기 차이가 상기 비율 변화보다 큰 구간 비중이 미리 설정된 임계값 이상인 경우 상기 사용자가 수면 상태인 것으로 판단하는 뇌파 분석 방법.
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뇌파 측정 장치에 의해 측정된 사용자의 뇌파 신호를 수신하는 수신부;
상기 수신된 뇌파 신호를 주파수별 뇌파들로 분리하는 처리부; 및
미리 설정된 기준 주파수를 기준으로 낮은 주파수의 적어도 하나의 뇌파와 상기 기준 주파수보다 높은 주파수의 적어도 하나의 뇌파를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하는 판단부
를 포함하고,
상기 판단부는
상기 주파수별 뇌파들 중 델타파와 쎄타파 중 적어도 하나와 알파파, 베타파와 감마파 중 적어도 하나를 비교하여 상기 사용자의 수면 여부를 판단하며,
상기 판단부는
미리 설정된 일정 구간에 대하여 상기 델타파와 쎄타파의 조합 값과 상기 알파파, 베타파와 감마파의 조합 값에 대한 차이와 비율 변화를 계산하고, 상기 차이가 상기 비율 변화의 비교를 통해 상기 일정 구간에서 상기 차이가 상기 비율 변화보다 큰 구간 비중이 미리 설정된 임계값 이상인 경우 상기 사용자가 수면 상태인 것으로 판단하는 뇌파 분석 장치.
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