KR102346696B1

KR102346696B1 - 뇌 기능 검사 시스템 및 그 장치

Info

Publication number: KR102346696B1
Application number: KR1020207005069A
Authority: KR
Inventors: 밍샤 장; 시 우; 디안후이 추; 샤오한 린
Original assignee: 재스민스 바이오테크 인코포레이티드
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2018-07-17
Publication date: 2022-01-03
Also published as: JP6975853B2; EP3656289A4; CN109276228B; JP2020527099A; KR20200031152A; CN109276228A; WO2019015567A1; EP3656289A1; US20200205710A1

Abstract

본 발명은 뇌 기능에 기초한 안구 운동을 분석하는 시스템 및 이를 사용하는 장치이며, 여기서 안구 운동 분석 시스템은 안구 운동 과업 모듈 및 복수의 안구 운동 데이터 수집 및 데이터 저장 모듈을 포함한다. 안구 운동 데이터 수집은 머리 및 안구의 위치 데이터에 대한 실시간 분석을 수행하여 안구 위치에 미치는 머리 운동의 영향을 보상하도록 하여 보다 정확한 결과를 확보하기 위해 사용된다. 이 시스템을 사용하는 장치는 다양한 퇴행성 신경 질환을 진단하는데 사용될 수 있다.

Description

뇌 기능 검사 시스템 및 그 장치

본 출원은 2018년 7월 17일자로 출원된 국제 출원 번호 PCT/CN2018/095922 호의 국내 단계 371조에 따른 것이며, 2017년 7월 21일자로 출원된 중국 특허 출원 일련번호 201710599005.4 호의 우선권의 이득을 주장하며, 그 전문은 본원에 원용에 의해 포함된다.

본 발명은 일반적으로 생명 과학 분야, 특히 신경 생물학 분야에서 뇌 기능을 검출하기 위한 시스템 및 그 장치에 관한 것이다.

퇴행성 신경 질환은 종종, 뇌의 손상된 신경 세포의 수가 일정 수준에 도달할 때 임상 증상만을 나타낸다. 알츠하이머 병(Alzheimer's Disease)을 예로 들면, 알츠하이머 병의 발병은 느리거나 숨겨져 있으며, 환자와 가족 구성원은 종종 발병을 기억하지 못한다. 70 세 이상의 노인(남성의 평균 연령은 73 세, 여성의 평균 연령은 75 세)에서 더 흔하다. 신체 질환, 골절 또는 정신적 자극 후에 소수의 환자 증상이 빠르게 분명해 진다. 여성 환자는 남성 환자보다 많다(여성 : 남성 비율은 3:1이다). 주요 증상은 인지 기능 감소, 정신 증상과 행동 장애, 및 점진적인 일일 자기 관리 능력 저하이다.

현재까지, 퇴행성 신경 질환의 병인은 명확하게 이해되지 않았고, 진단을 돕기 위한 신뢰할 수 있는 바이오마커(biomarker)를 수집하기 위해 이용될 수 있는 편리한 방법은 없으며, 의학 및 신경 과학 분야에서 많은 노력이 이루어졌음에도 불구하고 질병을 치료하기 위해 이용될 수 있는 효과적인 치료법은 없다. 따라서, 퇴행성 신경 질환의 조기 진단 및 조기 개입은 매우 중요하다. 고위험군에서 조기 발견과 예방은 질병의 진행을 지연시키고, 환자의 기대 수명과 삶의 질을 개선하고, 가족과 사회 부담을 경감시킨다.

현재 퇴행성 신경 장애의 진단은 다음 방법에 의존한다: 1) 차트 방법 또는 인터뷰 방법. 이러한 방법은 운영하기 쉽지만, 차트나 인터뷰는 종종, 충분하게 객관적이고 포괄적이지 않다. 2) 바이오 마커 검출: 예를 들어, β 아밀로이드 및 타우 단백질은 알츠하이머 병을 갖는 환자의 뇌에서 비정상적으로 응집된 단백질이다. 임상적으로, 뇌척수액에서 β 아밀로이드 및 타우 단백질의 함량을 관찰하는 것은 알츠하이머 병 진단에 도움을 줄 수 있다. 검사 시편은 요추 천자(lumbar puncture)에 의해서만 얻어질 수 있는 뇌척수액이기 때문에, 검사를 시행하기 어렵고 커다란 손상을 일으킬 수 있으므로 광범위하게 복제하거나 적용하기가 어렵다. 3) 신경 영상 검사: 신경 영상 기술의 발달로, MRI 및 PET와 같은 뇌 영상 방법이 근년에는 퇴행성 신경 질환의 진단에 적용되고 있다. 그러나, 이러한 방법은 MRI 또는 PET 장비를 이용할 수 있는 병원에서만 수행될 수 있으며, 그러한 방법은 고가이고 대중화 및 적용하기가 어렵다. 더 중요한 것은, MRI가 비-침습적이고 무해한 검사 방법이지만, MRI 뇌 영상은 해부학적 변화가 없을 때 퇴행성 신경 질환의 초기 단계 동안에는 진단 단서를 제공할 수 없다. 다른 한편으로, PET를 이용한 뇌 기능 검사는 뇌 기능의 변화를 검출할 수 있지만, PET 뇌 영상은 방사선 치료제의 정맥 주사를 요구하고 침습적 검사이므로, 임상 증상이 나타나기 전에 검사에 협력하도록 환자를 설득하기가 어렵다.

요약하면, 퇴행성 신경 질환의 조기 진단 및 고위험군의 조기 검출은 안전하고 신뢰할 수 있고 보편적이며 저렴한 검사 방법을 시급히 요구한다. 출원인의 장기적인 과학적 연구 결과에 기초하여, 본 발명자들은 안구 운동 매개변수의 변화를 관찰함으로써 퇴행성 신경 질환의 진단을 위한 신뢰할 수 있는 물리적 지표를 제공하는 뇌 기능 검사 장치를 설계했다. 뇌 기능 검사 장치의 설계 원리는 기억력 저하와 주의력 저하, 및 감각 운동 이상과 같은 초기 단계의 퇴행성 신경 질환으로 인한 환자의 행동 및 인지 기능장애를 기초로 한다. 더 중요한 것은, 행동 및 인지 기능에서의 이들 변화가 심지어 비정상적인 뇌 기능 영상 전에도 나타날 수 있다는 것이다.

도약 안구 운동(saccadic eye movement)은 5 가지 유형의 인간 안구 운동 중 가장 일반적인 자율 운동이다. 도약은 (전두엽 피질, 후두정 피질(posterior parietal cortex), 시각 피질, 기저핵, 소뇌, 상구(superior colliculus), 시상 등과 같은)다중 뇌 영역 및 그들의 신경 회로에 의해 제어된다. 도약 운동은 (기억, 주의 등과 같은)인지 기능의 상태와 밀접한 관련이 있다. 많은 신경 병리학적 조건하에서, 도약 패턴은 종종 변화를 겪기 때문에, 패턴은 임상 질환 진단을 위한 보조로 사용될 수 있다.

일본 공개특허공보 JP2003-038443호(공개일자 2003.02.12.)

본 발명의 일 양태는 뇌 기능의 검출에 기초한 도약 분석 시스템을 제공하며, 상기 시스템은 보기 및 도약 과업 모듈(vision and saccade task module)을 포함하며, 상기 모듈은 다음 과업:

1) 순방향-도약 과업(pro-saccade task): 대상자는 먼저 응시(고정) 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 빠른 도약을 행해야 함,

2) 역방향-도약 과업(anti-saccade task): 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함,

3) 기억-도약 과업(memory-saccade task): 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함,

4) 이중-도약 과업(double-saccade task): 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 하는 과업 중 하나 이상을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에서, 보기 및 도약 과업 모듈은 다음을 포함한다:

순방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 빠른 도약을 행해야 함.

역방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함.

기억-도약 과업(memory-saccade task): 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함.

이중-도약 과업(double-saccade task): 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 함.

1) 순방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 빠른 도약을 행해야 함,

2) 역방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함.

2) 기억-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함.

2) 이중-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 함.

1) 역방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함,

1) 기억-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함,

2) 역방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함,

3) 기억-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함.

1) 순방향-도약 과업: 대상자는 먼저 응시(고정) 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 빠른 도약을 행해야 함,

3) 이중-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 함.

2) 기억-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함,

3) 기억-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함,

4) 이중-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 함.

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 응시 점과 시각 자극 점은 중첩하지 않는다.

전술한 4 가지 도약 과업은 뇌의 생리적 및 인지 기능의 검출에 관한 다른 강조점을 가진다. 그 중에서도, 순방향-도약 과업이 가장 간단하고 주로, 기본적인 보기-안구 운동 정보 처리를 검출하는데 사용된다. 비-정상이면, (1차 시각 피질 포함한) 피질(cortical) 및 피질하(subcortical) 보기-안구 운동 신경 회로의 기능이 비정상임을 나타낸다. 역방향 도약 과업은 주로, 반사 반응을 억제하는 뇌의 능력을 검출하는데 사용된다. 비-정상이면, 대상자의 대뇌 피질(주로 전두엽 피질)이 기능적으로 비정상임을 나타낸다. 기억-도약 과업은 주로, 뇌의 단기 (작업) 기억 능력을 검출하는데 사용된다. 비-정상이면, 대상자의 대뇌 피질(주로 전두엽, 후두엽, 해마 등)이 기능상 비정상임을 나타낸다. 이중-도약 과업은 주로, 뇌의 공간 인지 능력을 검사하는데 사용된다. 비-정상이면, 대상자의 대뇌 피질(주로 후두엽, 전두엽, 해마 등)이 기능상 비정상임을 나타낸다. 위의 4 가지 유형의 도약 과업을 포함한 보기 및 도약 과업 모듈은 다중 측면으로부터 대상자의 뇌 기능을 탐색할 수 있다. 뇌의 퇴행성 질환의 초기 단계에서, 뇌의 신경 세포 및 신경망의 구조에 관한 손상은 미미하며, 따라서 뇌의 기능에 미치는 영향은 복잡한 인지 활동에서 주로 나타나는 반면에, 뇌의 기본 생리학적 기능에 미치는 영향은 작다. 데이터 분석에서, 동일한 안구 운동 과업 하에서 동일한 연령의 대상자의 안구 운동 매개변수를 비교하고 비정상적인 안구 운동을 나타내는 대상자를 식별하는 것 이외에도, 본 발명자들은 또한, 각각의 대상자의 순방향-도약 과업 동안 안구 운동 매개변수를 해당 대상자의 기준선으로 취하여, 이것을 다른 3 가지 과업에서 동일한 안구 운동 매개변수와 비교했으며, 각각의 대상자의 안구 운동 매개변수의 상대적인 변화는 뇌의 특정 인지 기능을 반영할 수 있다. 위에서 언급 한 4 가지 유형의 도약 과업(예를 들어, 오류율, 도약 대기 시간, 도약 속도, 도약 정확도)의 실행을 분석하고 비교함으로써, 대상자의 보기, 운동 및 인지 상태가 이해될 수 있다. 이들 도약 과업은 정상적인 대상자를 퇴행성 신경 질환이 있는 환자와 정확히 구별할 수 있다. 더욱 중요한 것은, 전술한 도약 과업을 포함한 보기 및 도약 과업 모듈의 다중-관점 탐색을 통해서, 퇴행성 신경 질환과 같은 초기 단계 뇌 기능 장애를 더 빨리 그리고 더 정확하게 예측할 수 있다. 이는 현재 임상적으로 사용되는 신체검사 또는 선별 시스템보다 더 민감하다.

본 발명의 일 실시예에서, 전술한 바와 같은 시스템은 또한, 다음 모듈 중 적어도 하나를 포함한다:

a) 행동 데이터 수집 모듈;

b) 데이터 저장 및 분석 모듈.

본 발명의 일 실시예에서, 전술한 행동 데이터 수집 모듈은:

a1) 컴퓨터 물체 인식 및 추적 방법을 사용하여 고속 근-적외선 카메라에 의해 수집된 실시간 영상 정보를 처리함으로써 동공을 식별하고 안구 위치를 검출하는 것;

a2) 안구 위치 모니터링에 대한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하는 것을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 고속 근-적외선 카메라의 주파수는 1000 ㎐ 이상이다.

본 발명의 실시예에서, 안구 위치에 대한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하기 위한 전술한 방법은:

경사계를 대상자 머리의 회전 지점에 배치하는 것을 포함하며, 도약 및 머리 회전이 동시에 발생할 때, 경사계가 현재 안구 운동 각도(β)와 머리 운동 각도(γ)를 기록하며, 실제 도약 각도(α)는 β에서 γ를 빼서 얻을 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에서, 경사계의 응답 주파수는 200 Hz 이상이다.

본 발명의 실시예에서, 전술한 데이터 저장 및 분석 모듈은:

b1) 도약 행동 패러다임(paradigm)에 기초하여 도약 데이터베이스를 설정하는 것;

b2) 계산 모델을 설정하고 안구 운동 매개변수를 분석하는 것을 포함하며,

여기서, 안구 운동 매개변수는 도약 흔적의 오류율, 도약 대기 시간, 도약 속도 및 도약 정확도 중 적어도 하나를 포함한다.

안구 운동 매개변수의 범위는 다음 표에 설명된다.

본 발명의 다른 양태에서, 전술한 시스템 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 뇌 기능 검출 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에서, 뇌 기능 검출 장치는 뇌 기능에 기초한 안구 운동 분석 시스템을 사용하며, 상기 시스템은 보기 및 도약 과업 모듈을 포함하며, 이러한 모듈은:

4) 이중-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 하는 과업을 포함하며,

상기 응시 점 및 자극 점은 중첩하지 않는다.

본 발명의 실시예에서, 뇌 기능 검출 장치의 보기 및 도약 과업 모듈은 행동 데이터 수집 장치에 통합될 수 있거나 별도로 구현된 장치에 통합될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 전술한 뇌 기능 검출 장치는 다음 모듈 중 적어도 하나를 더 포함한다:

a) 행동 데이터 수집 모듈;

b) 데이터 저장 및 분석 모듈.

본 발명의 실시예에서, 행동 데이터 수집 모듈은 행동 데이터 수집 장치에 통합될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 행동 데이터 저장 및 분석 모듈은 데이터 분석 장치에 별도로 통합될 수 있거나 데이터 수집 장치에 통합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 행동 데이터 수집 모듈은:

a2) 안구 위치 모니터링에 관한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하는 것을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 전술한 행동 데이터 수집 장치는:

a1) 근-적외선 고속 영상 안구 위치 검출 장치 ― 영상으로부터 눈을 실시간 및 고속 식별 및 추적 ―;

a2) 경사계 ― 머리 운동으로 인한 안구 위치 변화를 보상할 목적으로 머리 위치 신호의 실시간 검출 ―을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 고속 근-적외선 카메라의 주파수는 1000 Hz 이상이다.

본 발명의 실시예에서, 안구 위치에 관한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하기 위한 전술한 방법은:

본 발명의 특정 실시예에서, 경사계의 응답 주파수는 200 Hz 이상이다. 본 발명의 실시예에서, 전술한 데이터 저장 및 분석 모듈 또는 데이터 분석 장치는:

b2) 계산 모델을 설정하고 안구 운동 매개변수를 분석하는 것을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 데이터 저장 및 분석 모듈 또는 데이터 분석 장치는 수집된 안구 위치 데이터를 네트워크를 통해 컴퓨터 서버로 전송하고, 빅 데이터(big data)의 지원으로 컴퓨터 모델링을 통해 데이터 분석을 수행하고, 뇌 기능 이상에 대한 조기 경고의 목표를 달성하기 위해 신뢰할 수 있는 안구 운동 매개변수 표준을 설정하고 개선하는 것을 포함한다.

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 장치는 뇌 기능 또는 퇴행성 신경 질환을 모니터링하거나 검출하는데 사용된다.

본 발명의 특정 실시예에서, 퇴행성 신경 질환은 다양한 중증도의 알츠하이머 병, 근위축성 측색 경화증, 헌팅턴 병, 소뇌 위축증, 다발성 경화증, 파킨슨 병을 포함한다.

본 발명의 다른 양태는 도약에 기초한 대상자의 뇌 기능을 평가하기 위한 질환 검출 방법을 또한 제공하며, 상기 방법은 다음의 도약 행동 패러다임:

4) 이중-도약 과업: 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 하는 과업을 사용하며,

상기 응시 점 및 자극 점이 중첩하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서, 전술한 방법은 다음 단계들:

a) 행동 데이터 수집 단계;

b) 데이터 저장 및 분석 단계 중 적어도 하나를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 전술한 행동 데이터 수집 단계는:

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 고속 근-적외선 카메라의 주파수는 1000 Hz 초과이다.

본 발명의 특정 실시예에서, 경사계의 응답 주파수는 200 Hz 초과이다.

본 발명의 실시예에서, 전술한 데이터 저장 및 분석 모듈은:

b1) 도약 행동 패러다임에 기초하여 도약 데이터베이스를 설정하는 것;

본 발명의 특정 실시예에서, 전술한 대상자의 뇌 기능 평가는 대상자가 퇴행성 신경 질환을 갖는지의 진단 또는 진단 시 보조하는 것을 포함하고, 여기서 퇴행성 신경 질환은 경증, 중등증 및 중증과 같은 상이한 정도의 중증도를 포함하고; 퇴행성 신경 질환은 초기, 중간 및 말기 단계를 포함한다.

퇴행성 신경 질환은 알츠하이머 병, 근위축성 측색 경화증, 헌팅턴 병, 소뇌 위축증, 다발성 경화증, 파킨슨 병을 포함한다.

본 발명의 유익한 효과

1. 본 발명은 고위험 집단의 뇌 퇴행성 질환의 조기 검출에 사용될 수 있는 특정 행동 패러다임에서 안구 운동 매개변수를 검출 및 분석하기 위한 시스템을 개시한다.

2. 본 발명은 또한, 안구 위치를 검출하는데 머리 운동의 영향을 제거하기 위한 방법을 개시한다. 실시간 및 동기식으로 머리와 안구 위치를 검출하고 컴퓨터 모델링을 사용하여 머리와 안구 위치 정보를 통합함으로써, 안구 위치 검출에 미치는 머리 운동의 영향을 제거하는 효과가 달성된다.

3. 퇴행성 신경 질환의 치료 효과를 평가하고 최상의 치료 계획의 선택을 결정하고 개별적이고 정확한 치료(약물, 방사선 요법 등)를 돕도록 임상의에게 객관적인 지표를 제공할 수 있는 퇴행성 신경 질환의 조기 평가 및 선별을 위한 검출 방법이 개시된다.

4. 개시된 뇌 기능 검출 장치는 물리 치료 및 지연되고 개선된 질병 상태의 목적을 달성하기 위해서 인지 기능의 훈련을 안내할 수 있다.

도 1은 본 발명의 뇌 기능에 기초한 도약 분석 시스템의 구조적 원리를 도시하는 도면이다.
도 2는 순방향-도약 과업을 도시한다. 대상자는 먼저 응시 점(십자)을 본 다음, 시각 자극 지점(점)이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 신속하게 도약을 행하여 반사성 도약 운동에 대한 대상자의 뇌(예를 들어, 기저핵, 상구(superior colliculus))의 제어 기능을 검사한다.
도 3은 역방향-도약 과업을 도시한다. 대상자는 먼저 응시 점(십자)을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점(점)의 미러 위치로 신속한 도약을 행하여 뇌(예를 들어, 전두엽 피질, 기저핵)의 반사성 도약의 억제 및 정확한 도약을 생성하고 제어하는 능력을 검사한다.
도 4는 기억-도약 과업을 예시한다. 대상자는 먼저 응시 점(십자)을 본 다음, 시각 자극 점(점)은 응시 점에 중심 맞춰진 동일한 편심도로 균일하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에 나타나고, 즉시 사라진다. 응시 점이 사라지고 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 신속한 도약을 행하여, 대상자의 공간 기억 능력을 검사하고, 도약의 정확도를 분석함으로써 대상자의 뇌(예를 들어, 전방 두정 피질)의 공간 기억의 정확도가 결정된다.
도 5는 이중-도약 과업을 도시한다. 대상자는 먼저 응시 점(십자)을 본다. 다음에 두 개의 시각 자극 점(점)이 순차적으로 나타나고 사라진다. 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타났던 두 위치를 보기 위해서 나타난 순서대로 두 개의 도약을 순차적으로 행하여 시각 공간 정보를 변환하기 위한 대상자의 뇌(예를 들어, 후방 두정 피질)의 능력이 측정된다.
도 6은 본 발명의 뇌 기능 검사 장치의 작업 원리를 도시하는 블록도를 도시한다.
도 7은 행동 데이터 수집 장치의 작업 원리 도면을 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 순방향-도약 과업 하에서 정상적인 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 9a 내지 도 9h는 순방향-도약 과업 하에서 파킨슨 병(PD)이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 10a 내지 도 10e는 순방향-도약 과업 하에서 경증의 인지 장애(MCI) 및 알츠하이머 병(AD)이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 11a 내지 도 11d는 역방향-도약 과업하에서 정상적인 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 12a 내지 도 12g는 역방향-도약 과업하에서 파킨슨 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 13a 내지 도 13e는 역방향-도약 과업에서 경증의 인지 장애 및 알츠하이머 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 14a 내지 도 14d는 기억-도약 과업하에서 정상적인 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 15a 내지 15d는 기억-도약 과업하에서 파킨슨 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 16a 내지 도 16e는 기억-도약 과업하에서 경증의 인지 장애 및 알츠하이머 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 17a 내지 도 17d는 이중-도약 과업하에서 정상적인 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 18a 내지 도 18f는 이중-도약 과업하에서 파킨슨 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 19a 내지 도 19d는 이중-도약 과업하에서 경증의 인지 장애 및 알츠하이머 병이 있는 대상자의 도약 흔적을 도시한다.
도 20은 정상, PD 및 AD 그룹에서 대상자의 4 가지 과업하에서의 그룹 평균 오류율을 도시한다.
도 21a 및 도 21b는 순방향-도약 과업하에서 2 명의 대상자(정상 환자, 의심되는 환자)의 도약 흔적을 도시한다.
도 22a 및 도 22b는 역방향-도약 과업하에서 2 명의 대상자(정상 환자, 의심되는 환자)의 도약 흔적을 도시한다.
도 23a 및 도 23b는 기억-도약 과업하에서 2 명의 대상자(정상 환자, 의심되는 환자)의 도약 흔적을 도시한다.
도 24a 및 도 24b는 이중-도약 과업하에서 2 명의 대상자(정상 환자, 의심되는 환자)의 도약 흔적을 도시한다.
도 25a 내지 도 25d는 고전적인 방법에 의해 정상인 것으로 결정된 대상자에 대한 본 발명의 도약 과업하에서 도약 흔적을 도시한다. 본 발명의 도약 과업은 대상자의 도약 흔적이 비정상적임을 나타내며, 상세한 임상 검토 후 대상자는 본태성 떨림으로 진단된다.
도 26a 내지 도 26d는 고전적인 방법에 의해 정상인 것으로 결정된 대상자에 대한 본 발명의 도약 과업하에서 도약 흔적을 도시한다. 본 발명의 도약 과업은 대상자의 도약 흔적이 비정상적임을 나타내며, 상세한 임상 검토 후 대상자는 경증 인지 장애로 진단된다.
도 27은 4 가지 과업에서 정상 그룹 대상자 및 의심되는 환자의 오류율을 도시한다.
도 28은 순방향-도약 과업하에서 정상 그룹 대상자 및 의심되는 환자의 정확도를 도시한다.
도 29는 역방향-도약 과업에서 정상 그룹 대상자 및 의심되는 환자의 정확도를 도시한다.

본 발명은 구체적인 작업 실시예 및 실험 데이터를 통해 아래에서 추가로 설명된다. 명확성을 위해 아래에서 기술 용어가 사용되지만, 이들 용어는 본 발명의 범주를 한정하거나 제한하려는 의미가 아니다.

본원에 사용된 바와 같이, 용어 "대상자"는 임의의 인간 또는 비인간 동물을 포함한다. 용어 "비인간 동물(non-human animal)"은 모든 척추동물, 예를 들어 비인간 영장류, 양, 개, 고양이, 말, 소, 닭, 양서류, 파충류 등과 같은 포유동물 및 비-포유동물을 포함한다. 구체적으로 언급되지 않는 한, 용어 "환자" 및 "대상자"는 호환적으로 사용된다.

용어 "치료" 및 "치료 방법"은 치료적 처치 및 예방적 조치 모두를 지칭한다. 치료가 필요한 사람은 이미 특정한 의학적 상태가 있는 사람뿐만 아니라, 결국 그 상태를 얻을 수 있는 사람들을 포함한다.

용어 "퇴행성 신경 질환"은 뇌 및 척수의 신경이 손실되는 질환 상태를 지칭한다. 퇴행성 신경 질환은 신경 또는 신경의 마이엘린 시스(myelin sheath)의 손실에 의해 야기되며, 여기서 질환은 시간이 지남에 따라 악화되어 기능 장애를 유발한다. 퇴행성 신경 질환은 표현형에 따라 두 그룹으로 나누어지며: 한 그룹은 소뇌 실조증(cerebellar ataxia)과 같은 운동에 영향을 미치며, 다른 그룹은 기억에 영향을 미치고 관련 치매를 포함한다.

용어 "안구 운동"은 처리된 물체에 머무는 안구("응시"라 불림), 두 응시 점 사이 또는 응시 점과 자극 점 사이의 눈의 신속한 운동("도약(saccade)"으로 불림), 이동하는 물체를 따라가는 안구 운동("추종 운동"으로 불림)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 안구 운동을 지칭한다. 본 발명의 안구 운동 매개변수는 도약 흔적, 도약 대기 시간, 도약 속도 및 도약 정확도의 오류율 중 적어도 하나를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

용어 "도약"은 일종의 안구 운동이며, 이는 두 응시 점 사이 또는 응시 점과 자극 점 사이에서 눈의 신속한 운동이다.

달리 명시되지 않는 한, 다음 작업 예의 실험 방법은 종래의 방법이다.

작업 예

예 1: 뇌 퇴행성 질환에 기초한 도약 분석 시스템 및 장치

이 예는 구체적으로 다음 모듈을 포함한다(도 1).

1) 실험 환경 제어 모듈 또는 장치: 도약에 관한 실험 환경(광 조명, 소음 수준 등을 포함함)의 영향을 제거한다.

2) 데이터 수집 동안 대상자의 머리의 커다란 운동을 피하기 위해서 머리 고정 장치가 더 포함될 수 있다.

3) 보기 및 도약 과업 모듈 또는 장치: 안구 및 머리 위치 신호를 수집하고 특정 행동 과업(도 2 내지 도 5)하에서 이들을 사전 처리한다.

4) 데이터 수집 모듈 또는 장치: 근-적외선 고속 카메라(1000 Hz)를 통한 안구 위치 신호의 실시간 수집, 머리 장착 경사계를 통한 머리 위치 신호(200 Hz)의 실시간 수집, 머리 위치 신호의 실시간 분석과 처리, 및 안구 위치에 대한 머리 운동의 영향에 대한 보상을 위한 것이다(도 3). 채택된 계산 방법에서는 경사계가 가능한 한 머리의 피봇 점에 배치될 필요가 있다. 도약 및 머리 회전이 동시에 발생할 때, 현재의 안구 운동 각도(β)가 기록된다. 머리 운동 및 도약 모두가 β에 기여한다. 머리 운동 각도(γ)는 경사계에 의해 얻어진다. 실제 도약 각도(α)는 β에서 γ를 빼서 얻을 수 있다(도 6).

5) 데이터 처리 및 분석 모듈 또는 장치: 실시간 처리된 안구 위치 신호 및 행동 과업 코드는 네트워크를 통해 컴퓨터 서버로 전송되고 행동 데이터베이스에 추가되며, 빅 데이터의 지원으로 계산 모델이 설정되며, 안구 운동 매개변수가 분석된다. 그 후 분석은 사용자에게 반환된다.

이러한 시스템을 사용하여 준비된 장치의 작업 원리가 도 7에 도시된다. 행동 데이터 수집 기기는 스크린 시각 자극 신호를 송신한다(도 2 내지 도 5). 데이터 수집 장치(행동 데이터 수집 기기)는 근-적외선 고속 카메라(1000 Hz)를 통해 실시간으로 안구 위치 신호를 수집하고 머리 장착 경사계(200 Hz)를 통해 실시간으로 머리 위치 신호를 획득하여 머리 위치 신호를 실시간으로 분석하고 통합함으로써 안구 위치에 대한 머리 운동의 영향을 보상한다. 처리된 안구 위치 신호는 데이터 저장 및 분석을 위해 컴퓨터 서버로 전송된다.

뇌 기능을 검사하기 위한 안구 운동에 기초한 현재의 대표적인 기기는 다음과 같다:

1. 캘리포니아, 레드우드 시티(Redwood City)에 위치된 스타트-업(start-up)인 Neurotrack Technologies Inc.는 사진을 자유롭게 보는 동안 응시(고정)의 공간 패턴을 모니터링하여 인지 능력을 검사하는 것에 기초한 시스템을 착수했다. 구체적으로, 브라우저 애플리케이션 프로그램을 통해, 시스템은 대상자가 스크린의 사진을 자유롭게 관찰하게 하고, 그에 따라 사용자의 안구가 이동하는 것에 따라서, 사용자의 인지 능력이 쇠퇴의 어떠한 징후를 나타내는 지의 여부를 점검한다.

2. Shanghai Dikang Medical Biotechnology Co., Ltd.에서 제조된 DEM-200 안구 운동 검출기는 사진을 자유롭게 보는 동안 응시(고정)의 공간 패턴과 대상자의 동공 변화를 검출함으로써 정신 질환을 임상적으로 진단하는데 도움을 준다.

위에서 설명된 두 시스템의 유사성은 사진을 자유롭게 볼 때 안구 운동 흔적(응시 점)을 검출함으로써 대상자의 인지 능력(예를 들어, 기억 능력)을 결정하는 것이다. 본 발명의 시스템은 특정 행동 과업 패러다임 하에서 도약을 관찰하고 도약 매개변수(예컨대, 도약 대기 시간, 도약 속도, 도약 정확도 등)를 분석함으로써 뇌의 생리적 기능 및 인지 기능을 결정한다.

다른 퇴행성 신경 질환의 안구 운동 특징

퇴행성 신경 질환	임상적 안구 운동 특성	실험적 안구 운동 특성
PD	자발적 안구 운동의 상향 진폭이 약간 불충분함; 약간 손상된 원할한 추종 운동	자발적인 안구 운동 이득(예컨대, 불충분한 진폭) 감소
치매와 PD		안구 운동 속도 증가; 반사 및 자발적 안구 운동 이득 감소; 역-안구 운동 오류 증가
HD 환자	안구 운동의 어려운 개시; 느린 안구 운동(젊은 환자); 고정 표류 및 연속하지 않음	안구 운동 속도 및 가변성 증가; 안구 운동 속도 감소; 안구 운동 방향 증가 및 역-안구 운동과 기억-유도 안구 운동의 정확한 시간 오류율 증가; 원할한 추종 운동 표류
HD 잠재 집단	정상	안구 운동 속도 및 가변성 증가; 안구 운동 속도 감소; 안구 운동 방향 증가 및 역방향-도약 및 기억-도약의 정확한 시간 오류율 증가
AD 환자	역방향-도약 검사에서 시각 고정 결함	고정 불안정성 증가; 반사 및 자발적 안구 운동 속도 증가; 역방향-도약 오류 증가; 역방향-도약 오류 수정 감소

표 1은 다른 퇴행성 신경 질환의 안구 운동 특성을 보여준다. 안구 운동의 변화는 알츠하이머 병, 파킨슨 병 및 헌팅턴 병에 의해 야기되는 것이 분명하다. 그러나 본 발명의 핵심 쟁점은 특정 안구 운동 패러다임 행동 조합이 이들 질환을 결정하는데 사용될 수 있다는 점이다. 패러다임 행동 조합은 방대하지만, 본 발명자들에 의해 발명된 특정 패러다임 행동은 이들 질환을 양호하게 결정할 수 있다. 퇴행성 질환의 특정 안구 운동 특징에 따르면, 본 발명자는 순방향-도약 과업, 역방향-도약 과업, 기억-도약 과업 및 이중-도약 과업을 유기적으로 조합했으며, 본 발명자는 본 발명이 임상적으로 식별되는 환자에게 양호하게 적용될 뿐만 아니라, 임상적으로 정상인 것으로 결정되는 뇌 기능이 부족한 더 민감한 잠재적 환자를 식별할 수 있음을 발견했다.

예 2: 알츠하이머 병 및 파킨슨 병 환자의 안구 운동 매개변수

본 발명의 도약 분석 시스템 및 장치를 사용함으로써, 시스템이 퇴행성 신경 질환이 있는 환자와 정상인을 정확하게 식별할 수 있음을 확인했다:

(1) 다른 퇴행성 신경 질환은 위에서 언급한 네 가지 행동 패러다임에서 안구 운동 매개변수에 특정 변화를 일으킬 수 있다. 이는 다음과 같다:

알츠하이머 병(AD): 응시 불안정성 증가; 도약 대기 시간 및 가변성 증가; 도약 속도 감소, 도약 방향의 오류율 증가 그리고 역방향-도약 과업 및 기억-도약 과업의 정확한 시간 오류율 증가; 역방향-도약 수정 감소.

파킨슨 병(PD): 자발적 안구 운동 이득(예컨대, 불충분한 스트레칭) 감소; 기억-도약 및 역방향-도약의 개시에 명백한 결함이 있음; 도약 운동 진폭의 억제는 PD에서 조기에 발견될 수 있고 기저핵(basal ganglia) 기능과 관련이 있을 수 있으나; 안구 운동 속도의 신장(elongation)은 일반적으로 질환의 말기 단계에서 발생하고, 질환의 말기 단계에서 확산 비-도파민 시스템(diffuse non-dopamine system)의 기능 손상에 의해 야기될 수 있는 인지 능력의 손상과 관련이 있다.

헌팅턴 병(HD): 도약 속도 및 가변성 증가; 도약 속도 감소, 도약 방향의 오류율 증가 그리고 역방향-도약 과업 및 기억-도약 과업의 정확한 시간 오류율의 증가; 수직 도약은 수평 도약보다 영향을 받기 더 쉽다.

(2) 특정 데이터는 다음과 같다:

AD 및 PD 환자의 안구 운동 매개변수는 전술한 4 가지 행동 패러다임 하에서 정상 대조군의 것과 상당히 다르다. 데이터 분석에서, 동일한 안구 운동 과업하에서 동일한 연령의 대상자의 안구 운동 매개변수를 비교하고 비정상적인 안구 운동을 식별하는 것에 더하여, 본 발명자들은 또한, 각각의 대상자의 순방향-도약 과업 중에 안구 운동 매개변수를 기준선으로 취했다. 기준선 기준(reference)은 다른 세 종류의 과업에서 동일한 안구 운동 매개변수와 비교되었고 각각의 대상자의 안구 운동 매개변수의 상대적인 변화는 뇌의 특정 인지 기능을 반영할 수 있다. 전술한 4 가지 유형의 도약 과업(예를 들어, 오류율, 도약 대기 시간, 도약 속도, 도약 정확도)의 실행을 분석하고 비교함으로써, 대상자의 보기, 운동 및 인지 상태가 이해될 수 있다.

4 가지 행동 과업 패러다임 하에서의 도약 흔적 중에서 3명의 대상자를 예로 들면, 도 8 내지 도 10은 순방향-도약 과업하에서 대상자(정상, PD 및 AD)의 도약 흔적을 도시한다. 순방향-도약 과업은 주로, 기본 보기-도약 정보 처리 기능을 결정하는데 사용되며; 상이한 색은 네 개의 상이한 도약 방향을 나타낸다. 정상 대조군과 비교하면, PD 및 AD 환자의 도약 흔적은 특히 PD 환자에서 무질서하다.

도 11 내지 도 13은 역방향-도약 과업하에서 대상자(정상, PD 및 AD)의 도약 흔적을 도시한다. 역방향-도약 과업은 주로, 반사 운동을 억제하는 뇌의 능력을 검출하는데 사용되며; 상이한 색은 4 개의 상이한 도약 방향을 나타낸다. 정상 대조군과 비교하면, PD 및 AD 환자의 도약 흔적은 특히 AD 환자에서 무질서하다.

도 14 내지 도 16은 기억-도약 과업하에서 대상자(정상, PD 및 AD)의 도약 흔적을 도시한다. 기억-도약 과업은 주로, 단기 (작업)기억의 두뇌 기능을 결정하는데 사용되며; 상이한 색은 4 개의 상이한 도약 방향을 나타낸다. 정상 대조군과 비교하면, PD 환자의 도약 흔적은 무질서하고, AD 환자는 이러한 과업을 수행할 수 없다(매우 높은 오류율).

도 17 내지 도 19는 이중-도약 과업하에서 3 명의 대상자(정상, PD 및 AD)의 도약 흔적을 도시한다. 이중-도약 과업은 주로, 뇌의 공간 인지 능력을 결정하는데 사용되며; 상이한 색은 상이한 도약 방향을 나타낸다. 정상 대조군과 비교하면, PD 환자의 도약 흔적은 무질서하고, AD 환자는 이러한 과업을 수행할 수 없다(매우 높은 오류율).

4 가지 행동 과업 패러다임 하에서 종합적인 오류율

도 20은 정상, PD 및 AD 그룹에서 대상자의 4 가지 과업하에서의 그룹 평균 오류율을 도시한다. 정상 대조군과 비교하면, PD와 AD 환자는 4 가지 과업하에서 오류율이 상당히 높았다. PD 및 AD 그룹 모두에서, 총 오류율은 모두 정상 그룹, 특히 AD 그룹에 비해 두 배를 초과했다. 표 2의 데이터로부터, 중단된 응시는 질환군의 오류율에 더 큰 기여를 하고, 중단된 응시의 오류율은 기억-도약 과업에서 그 질환군에서 가장 많이 증가하였고, 이는 기억-도약 과업이 PD 또는 AD를 결정하는데 더 민감하며, 이중-도약 과업 및 역방향-도약 과업이 그 뒤를 따른다는 것을 의미한다. 따라서, 이들 4 개의 도약 과업은 임의로 생성되지 않는다. 대신에, 본 발명자들은 실험에서 상이한 도약 과업으로 구성된 상이한 과업과 보기(vision) 및 모듈의 오류율을 결정하고 고려하여, 최종적으로 다원적 탐색 및 조정을 통해 이들 과업을 형성했다. 검사 장치와 같은 이러한 행동 패러다임을 사용하여 제조된 제품은 신경계 질환을 더 민감하고 정확하게 선별하는 기능을 달성할 수 있다.

예 3: 조기 검출

한 대상자가 팔다리의 경미한 발작성 떨림으로 인해 임상적 도움을 구했다. 임상 검사에서 환자의 다른 신경계 검출 지표가 정상 범위 내에 있고, 뇌 자기 공명 스캔 결과가 정상이고, 임상 진단이 어렵다는 것을 발견했다. 임상의는 환자에게 전술한 4 가지 안구 운동 과업 검사를 수행하고 (명백한 PD 및 AD 환자와는 대조적으로)대조군에서의 실험 결과를 나열했다. 그러나, 데이터를 분석했을 때, 대상자의 많은 안구 운동 매개변수가 다른 제어 대상자의 것과 크게 상이하고 PD 및 AD 환자의 검사 결과에 더 가깝다는 것을 발견했다(도 21 내지 도 24 및 도 27 내지 도 29). 이에 기초하여, 임상의는 대상자를 추적 조사하고 3 개월 동안 다수의 임상 검사를 수행했으며, 현재 초기 진단은 본태성 떨림(파킨슨 병 의심)이다. 도 21 내지 도 24는 4 가지의 도약 과업하에서 전술한 대상자의 도약 흔적과 건강한 그룹의 대상자의 도약 흔적을 도시한다. 정상 대조군과 비교하면, 대상자의 도약 흔적은 상당히 무질서했다.

도 27은 4 개의 과업하에서 정상 대상자 및 전술한 대상자의 오류율을 도시한다. 정상 대조군과 비교하면, 4 가지 과업하에서 전술한 대상자의 오류율은 상당히 높았고, 총 오류율은 정상 대상자의 오류율의 두 배를 초과했고, 각각의 패러다임 행동에서 중단된 응시 오류율의 기여도 여전히 가장 커서, 기억-도약 과업의 핵심 역할을 추가로 입증한다. 도 28 및 도 29는 정상 대상자와 전술한 대상자의 도약 정확도(도약 착륙점)를 도시한다.

유사하게, 도 25a 내지 도 25d는 고전적인 방법에 의해 정상으로 식별된 대상자의 본 발명의 도약 과업하에서의 도약 흔적을 도시한다. 임상 검사로 환자의 신경계 검출 지표가 정상 범위 내에 있음을 발견하였지만, 검사 후 본 발명의 도약 과업은 대상자의 도약 흔적이 비정상임을 나타냈다. 상세한 임상 검토 후, 임상의는 본태성 떨림으로 최종적으로 진단했다. 도 26a 내지 도 26d는 고전적인 방법에 의해 정상으로 식별된 대상자의 본 발명의 도약 과제하에서의 도약 흔적을 도시한다. 임상 검사로 환자의 신경계 검출 지표가 정상 범위 내에 있음을 발견했지만, 검사 후 본 발명의 도약 과업은 대상자의 도약 흔적이 비정상임을 나타냈다. 상세한 임상 검토 후, 임상의는 경증 인지 장애(MCI)로 최종적으로 진단했다. 위의 결과는 본 발명의 패러다임 행동이 신경계 질환의 조기 검출에 큰 의미가 있음을 보여준다.

원용에 의한 포함

본원에 인용된 각각의 특허 문헌 및 과학 문헌의 전체 개시는 모든 목적을 위해 원용에 의해 본원에 포함된다.

균등론

본 발명은 기본 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 전술한 실시예는 예시적인 것으로 간주되어야 하며 본원에서 설명된 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명의 범주는 전술한 설명보다는 첨부된 청구범위에 의해 나타내어지고 청구범위와 균등한 의미 및 범주에 속하는 모든 변경을 포함하도록 의도된다.

Claims

뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템에 있어서,
상기 시스템은:
a) 보기 및 안구 운동 과업 모듈로서:
1) 순방향-도약 과업(pro-saccade task) ― 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점을 향해 빠른 도약을 행해야 함 ―,
2) 역방향-도약 과업(anti-saccade task) ― 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 시각 자극 점이 나타날 때, 대상자는 시각 자극 점의 미러 위치를 향해 빠른 도약을 행해야 함 ―,
3) 기억-도약 과업(memory-saccade task) ― 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 응시 점에 중심 맞춰진 원에 균등하게 분포된 8 개의 위치 중에서 선택된 임의의 위치에서 시각 자극 점이 나타나고, 즉시 사라지며, 응시 점이 사라진 일정 기간 후, 대상자는 시각 자극 점이 한 번 나타난 위치로 빠른 도약을 행해야 함 ―,
4) 이중-도약 과업(double-saccade task) ― 대상자는 먼저 응시 점을 본 다음, 두 개의 시각 자극 점이 순차적으로 나타나고 사라지며, 응시 점이 사라진 후, 대상자는 시각 자극 점이 나타난 두 위치를 순차적으로, 나타난 순서로 보기 위해 두 번의 도약을 행해야 함 ―
의 과업을 포함하고, 상기 응시 점 및 자극 점이 중첩하지 않는, 보기 및 안구 운동 과업 모듈;
b) 행동 데이터 수집 모듈;
c) 데이터 저장 및 분석 모듈로서,
도약 행동 패러다임(paradigm)에 기초하여 도약 데이터베이스를 설정하는 것; 및
계산 모델을 설정하고, 안구 운동 매개변수를 분석하는 것;
모두를 적어도 수행하도록 구성된, 데이터 저장 및 분석 모듈;을 포함하고,
상기 보기 및 안구 운동 과업 모듈의 적어도 하나의 과업에서 도약 흔적의 중단된 응시 오류율이 정상적인 대상자의 응시 오류율의 2배 초과일 때 대상자가 퇴행성 신경 질환을 가진 것으로 판단되고, 도약 흔적의 전체 오류율은 중단된 응시, 도약 없음 및 방향 도약의 오류율의 합인 것을 특징으로 하는,
뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 행동 데이터 수집 모듈은:
a1) 컴퓨터 물체 인식 및 추적 방법을 사용하여 고속 근-적외선 카메라에 의해 수집된 실시간 영상 정보를 처리하여 동공을 식별하고 안구 위치를 검출하는 것;
a2) 안구 위치 모니터링에 대한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하는 것
을 포함하는, 뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 고속 근-적외선 카메라의 주파수는 1000 ㎐ 이상인, 뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템.
제 2 항에 있어서,
안구 위치 모니터링에 대한 머리 운동의 영향을 실시간으로 제거하기 위한 방법은:
경사계를 대상자 머리의 회전 지점에 배치하는 것을 포함하며, 도약 및 머리 회전이 동시에 발생할 때, 경사계가 현재 안구 운동 각도(β)와 머리 운동 각도(γ)를 기록하며, β에서 γ를 빼서 실제 도약 각도(α)를 얻는, 뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 경사계의 응답 주파수는 200 Hz 이상인, 뇌 기능을 검출하기 위한 안구 운동 분석 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하는, 뇌 기능 검사 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 장치는 뇌 기능 또는 퇴행성 신경 질환을 모니터링하거나 검사하는 데 사용되는, 뇌 기능 검사 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 퇴행성 신경 질환은 상이한 중증도의 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 헌팅턴 병, 소뇌 위축증 등을 포함하는, 뇌 기능 검사 장치.
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