KR102482933B1 - 운동·인지 이중 과제 훈련 및 속도-정확도 관계 평가 시스템 및 장치 - Google Patents

운동·인지 이중 과제 훈련 및 속도-정확도 관계 평가 시스템 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적을 해결하기 위한 일 실시예에 따른 사용자의 운동 능력 및 인지 능력을 평가하는 이중 과제 훈련 장치는, 운동 과제를 사용자에게 제시하고, 사용자로 하여금 조작되는 운동 입력부를 통해 상기 운동 과제에 따른 사용자의 운동 데이터가 입력되면, 상기 운동 데이터에 기초하여 사용자의 운동 능력을 분석하도록 구성된 운동과제 평가부, 질문으로 구성된 인지 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 인지 과제에 따른 사용자의 응답에 기초하여 사용자의 인지 능력을 분석하도록 구성된 인지과제 평가부, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제가 사용자에게 동시에 주어지는 이중 과제시, 상기 운동과제 평가부 및 상기 인지과제 평가부의 분석 결과에 기초하여, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제의 수행 능력에 대한 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된 이중과제 평가부를 포함한다.

Description

운동·인지 이중 과제 훈련 및 속도-정확도 관계 평가 시스템 및 장치{SYSTEM AND APPARATUS FOR EVALUATION OF SPEED-ACCURACY-TRADEOFF AND TRAINING MOTOR-COGNITIVE DUAL-TASK}
본 발명은 운동·인지 이중 과제 훈련 및 속도-정확도 관계 평가 시스템 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상지 운동과 인지 과제가 결합된 이중과제를 훈련하고, 속도-정확도를 평가하기 위한 운동·인지 이중 과제 훈련 및 속도-정확도 관계 평가 시스템 및 장치에 관한 것이다.
인지 장애란 기억력, 주의력, 언어능력, 시공간능력과 판단력 등이 저하된 상태로서 그 정도는 다양하며, 인지기능장애가 심해 일상생활이나 사회생활에 지장을 주는 경우를 치매라고 한다. 인지재활은 후천성 인지장애를 회복시키고 보상하기 위해 시행하는 체계적인 접근을 의미한다. 특히, 최근 노인 인구가 급격하게 증가하면서 노령과 관련된 인지기능의 저하 또는 치매가 큰 문제가 되고 있고 치매에 대한 예방 및 치료의 일환으로 인지재활훈련 필요성이 대두되고 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 게임을 이용한 인지 장애 치료 장치 및 방법에 관한 것으로, 입력되는 인적사항을 포함하는 사용자 정보를 사용자 데이터 베이스에 저장하여 등록하고 주의력 훈련 놀이, 시공간 지각력 훈련 놀이, 기억력 훈력 놀이 및 문제해결능력 훈련 놀이에 대한 정보를 저장하는 인지 장애 치료 게임 모듈로부터 게임 정보를 독출하여 게임을 실행하며 사용자가 게임 수행 시에 측정된 반응 시간의 평균과 분산을 화면에 표시하고, 상기 평균과 분산을 사용자 데이터 베이스에 사용자 별로 저장하는 것을 특징으로 하는 기술을 개시하고 있다.
특허문헌 2는 대상의 인지능력에 적합한 인지능력 훈련 수단을 제공하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 대상의 인지능력을 분석하기 위한 적어도 하나의 콘텐츠를 인지게임으로서 실행되도록 제공하고 인지 게임에 대한 대상의 반응 정보를 획득하고 획득된 반응 정보를 참조로 하여 복수 개의 부족한 인지능력의 타입 중 특정 타입에 대상이 속하는 것으로 판단하며 특정 타입에 대응되어 기록되어 있는 인지능력 강화 콘텐츠를 훈련 콘텐츠로서 추천하는 것을 특징으로 하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 이러한 인지 능력 훈련 기술들은 일상 생활에서 대부분의 인지 과제가 상하지 운동 과제와 복합적으로 이루어진다는 현실을 반영하고 있지 않다. 따라서, 일상 생활의 동작을 구현한 운동 기구를 통한 운동과 함께, 인지 능력을 훈련시키는 이중 과제를 훈련할 필요가 있으며, 또한, 이러한 이중 과제에 대한 속도-정확도 관계를 평가하여, 개인의 수행능력 지표로서의 이용하고, 나아가 이에 대한 통계치를 통해 재활 연구가 수행될 필요가 있다.
KR 10-0805274 B KR 10-1667281 B
따라서, 본 발명의 과제는 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 일상 생활의 동작을 구현한 운동 기구를 통한 운동과 함께, 인지 능력을 훈련시키는 이중과제 훈련장치 및 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 과제는 이중 과제의 훈련과 함께, 이중 과제 시 운동 및 인지 과제의 속도-정확도 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하는 이중과제 훈련장치 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 해결하기 위한 일 실시예에 따른 사용자의 운동 능력 및 인지 능력을 평가하는 이중 과제 훈련 장치는, 운동 과제를 사용자에게 제시하고, 사용자로 하여금 조작되는 운동 입력부를 통해 상기 운동 과제에 따른 사용자의 운동 데이터가 입력되면, 상기 운동 데이터에 기초하여 사용자의 운동 능력을 분석하도록 구성된 운동과제 평가부, 질문으로 구성된 인지 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 인지 과제에 따른 사용자의 응답에 기초하여 사용자의 인지 능력을 분석하도록 구성된 인지과제 평가부, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제가 사용자에게 동시에 주어지는 이중 과제시, 상기 운동과제 평가부 및 상기 인지과제 평가부의 분석 결과에 기초하여, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제의 수행 능력에 대한 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된 이중과제 평가부를 포함한다.
본 발명의 목적을 해결하기 위한 일 실시예에 따른 사용자의 운동 능력 및 인지 능력을 평가하는 이중 과제 훈련 시스템은, 운동 과제가 출력되는 디스플레이, 사용자로 하여금 상기 운동 과제가 수행되는 운동 기구로 구성된 운동 입력부, 인지 과제가 출력되는 스피커, 및 상기 디스플레이를 통해 운동 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 운동 입력부를 통해 상기 운동 과제에 따른 사용자의 운동 데이터가 입력되면, 상기 운동 데이터에 기초하여 사용자의 운동 능력을 분석하도록 구성된 운동과제 평가부, 상기 스피커를 통해 질문으로 구성된 인지 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 인지 과제에 따른 사용자의 응답에 기초하여 사용자의 인지 능력을 분석하도록 구성된 인지과제 평가부, 및 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제가 사용자에게 동시에 주어지는 이중 과제시, 상기 운동과제 평가부 및 상기 인지과제 평가부의 분석 결과에 기초하여, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제의 수행 능력에 대한 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된 이중과제 평가부를 포함하는 이중 과제 훈련 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 과제의 훈련 장치 및 시스템은 이중 과제 훈련을 통해 노인성 장애 인구에게 뇌기능 손상과 운동 기능 저하를 예방할 수 있는 훈련 컨텐츠를 제공할 수 있으며, 뇌기능에 손상이 있는 뇌병변 장애인 등에게도 운동 기능과 인지 기능을 동시에 회복할 수 있는 재활 훈련 수단을 제공할 수 있다.
또한, 이중 과제 시 운동 및 인지 과제의 속도-정확도의 평가 결과는 측정자의 일상 생활 동작 활동 능력을 예측함에 있어 사용됨과 동시에, 측정자의 능력에 맞는 일상생활 활동 수준을 처방하는데 사용될 수 있으며, 나아가 이에 대한 통계치는 재활 연구에 있어 다양하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중과제 훈련시스템을 설명하기 위한 개념 예시도이다.
도 2는 도 1의 이중과제 훈련시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 1의 이중과제 훈련시스템에서의 이중 과제 수행 능력의 평가를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 3의 운동 과제의 평가에 있어 제시되는 운동 과제의 예시도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 3의 운동 과제의 평가에 있어 제시되는 운동 과제의 다른 예시도들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중과제 훈련시스템을 설명하기 위한 개념 예시도이다. 도 2는 도 1의 이중과제 훈련시스템의 이중과제 훈련장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중과제 훈련시스템(1000)은 운동 입력부(10), 디스플레이(20), 스피커(30) 및 이중과제 훈련장치(100)를 포함한다.
상기 운동 입력부(10)는 사용자로 하여금 운동 과제가 수행되는 운동 기구로서, 도 1에는 사용자의 손으로 잡고 조작 가능한 형태의 상지 운동 기구를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 운동 입력부(10)는 하지 운동 기구 또는 상하지 복합 운동 기구의 형태로도 구성될 수 있으며, 기타 운동 여하를 불문한다. 다만, 편의상 이하 상지 운동 기구를 예로 설명하도록 한다.
상기 운동 입력부(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 사용자의 손으로 잡고 조작가능하도록 구성된 핸들과 상기 핸들이 평면 내에서 이동할 수 있도록 구성된 연결 구조체로 구성된다. 상기 연결 구조체에 의해 사용자는 상기 핸들을 쥔 상태에서 상기 핸들을 평면 상의 임의의 지점으로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 사용자는 일상 생활 동작에 대응되는 다양한 궤적의 뻗기(reaching) 등의 상지 운동이 가능하며, 추가로 이동 방향에 따른 부하를 적용할 경우, 근력 훈련도 수행할 수 있다.
상기 운동 입력부(10)를 통해 입력되는 사용자의 운동 과제의 수행 데이터는 상기 이중과제 훈련장치(100)로 전송되며, 상기 이중과제 훈련장치(100) 내에서 이를 기초로 사용자의 운동 수행 능력이 평가된다. 본 실시예에 따른 이중과제 훈련시스템(1000)은 상지 운동 과제로서, 상기 핸들을 현재의 위치에서 미리 정해진 경로를 따라 타겟 위치로 이동시키는 과제를 사용자에게 제시하도록 구성된다. 즉, 사용자는 미리 정해진 지정 시간 안에 제시된 경로를 따라 상기 핸들을 타켓 위치로 이동시켜야 하므로, 운동 입력부(10)를 통해 입력되는 데이터를 통해 사용자의 운동 속도 및 정확도를 분석 내지 평가할 수 있고, 이동 방향에 따른 부하를 적용할 경우, 사용자의 근력도 함께 평가할 수 있다.
상기 디스플레이(20)는 사용자의 전방에 배치되어, 사용자에게 운동 과제를 제시하도록 구성된다. 구체적으로, 상기 디스플레이(20)는 상기 이중과제 훈련장치(100)의 출력부로서 운동 과제의 평가 및 이중 과제의 평가 있어서의 운동 훈련 컨텐츠를 출력하도록 구성된다. 상기 운동 훈련 컨텐츠는 사용자로 하여금 조작되는 상기 운동 입력부(10)의 핸들의 현재 위치, 타겟 위치 및 적어도 하나 이상의 경로로 구성될 수 있다. 상기 핸들의 현재 위치는 실시간으로 표시되며, 사용자가 핸들을 정해진 경로를 따라 타겟 위치로 이동시키면, 또 다른 타겟 위치가 표시되며, 이는 미리 정해진 지정 시간 동안 반복된다. 이에 대해서는 도 3 내지 5와 관련하여 후술한다. 한편, 도 1에는 일반적인 모니터로서의 디스플레이(20)를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 디스플레이(20)는 헤드업 디스플레이(HUD)로 구성될 수도 있다.
상기 스피커(30)는 사용자에게 인지 과제를 제시하도록 구성된다. 즉, 상기 스피커(30)는 상기 디스플레이(20)와 마찬가지로 상기 이중과제 훈련장치(100)의 출력부로서 기능하고, 인지 과제의 평가 및 이중 과제의 평가 있어서의 인지 훈련 컨텐츠를 출력하도록 구성된다. 인지 훈련 컨텐츠는 지남력, 기억력, 주의 집중력, 시지각, 언어 영역 중 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.
상기 스피커(30)를 통해 일정 영역에 대한 문제가 제시되면, 사용자는 제시된 문제에 대해 응답을 하며, 해당 영역의 문제에 대한 응답 여부, 응답 시간 및 정답 여부가 기록되어 인지 능력의 평가의 기초가 된다. 사용자는 상기 스피커(30)를 통해 전달되는 음성의 인지 과제에 대해 응답의 형태로 과제를 수행하며, 응답에 대한 정답 여부는 도시되진 않았으나, 별도의 입력부를 통해 운동 보조자에 의해 입력될 수 있다. 예를 들어, 운동 보조자는 상기 이중과제 훈련장치(100)와 연결된 키보드 또는 마우스 등을 통해 사용자의 응답이 정답인 경우에만 클릭 등으로 입력함으로써, 정답 여부를 기록하는 동시에 응답 시간을 체크하고, 다음 문제로 넘어가도록 조작할 수 있다. 또는 이와 달리, 별도의 음성 인식부를 통해 인식되는 음성에 대한 진폭값(Amplitude)을 측정하여 응답 여부를 측정하는 동시에, 음성 인식을 통해 정답 여부를 판별하여 결과값을 기록할 수도 있다.
한편, 사용자에게 제시되는 문제는 일반적인 현재 시간(년, 월, 일, 요일, 시간), 일반 상식(나라, 대통령 등)과 같은 기본적인 사용자의 현재 인지 상태에 대한 체크를 위한 문제일 수 있으며, 또는 임계 연령별로 문제가 단계별대로 마련되어 있고, 사용자의 문제 정답률을 고려하여 점점 높은 수준의 문제가 단계별대로 제공될 수도 있다.
상기 이중과제 훈련장치(100)는 인지 과제의 제시를 통해 사용자로 하여금 인지 훈련을 수행하도록 하고, 동시에 데이터를 획득하여 사용자의 인지 능력을 평가하도록 구성되며, 또한 운동 과제의 제시를 통해 사용자로 하여금 운동 훈련을 수행하도록 하고, 동시에 데이터를 획득하여 사용자의 운동 능력을 평가하도록 구성된다. 또한, 상기 이중과제 훈련장치(100)는 동시에 인지 과제 및 운동 과제가 주어지는 이중 과제의 제시를 통해 사용자로 하여금 인지 훈련 및 운동 훈련을 수행하도록 하고, 각 훈련들로부터 획득되는 데이터를 통해 이중 과제의 속도-정확도의 트레이드 오프(trade off) 관계를 분석하도록 구성된다.
즉, 상기 이중과제 훈련장치(100)는 사용자의 모드 선택을 통해 인지 과제 또는 운동 과제의 단일 과제를 훈련하고 평가하는 방식으로 동작하거나, 또는 인지 과제와 운동 과제가 동시에 주어지는 이중 과제를 훈련하고 평가하는 방식으로 동작한다. 상기 이중과제 훈련장치(100)는 도 3을 참조하여, 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 도 1의 이중과제 훈련시스템에서의 이중 과제 수행 능력의 평가를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 상기 이중과제 훈련장치(100)는 상기 운동 입력부(10), 상기 디스플레이(20) 및 상기 스피커(30)와 연결되어 데이터의 송수신 및 데이터 처리를 행할 수 있는 일련의 단말, 예를 들어, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 이중과제 훈련장치(100)는 통신부(110), 운동과제 평가부(120), 인지과제 평가부(130), 이중과제 평가부(140) 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 통신부(110)는 상기 운동 입력부(10), 상기 디스플레이(20) 및 상기 스피커(30)가 데이터베이스(40)를 포함하는 상기 이중과제 훈련장치(100)로 데이터를 송신하거나 상기 이중과제 훈련장치(100)로부터 데이터를 수신하게 할 수 있는 임의의 적절한 디바이스일 수 있다. 예를 들어, 상기 통신부는, 80211x 프로토콜 기반 무선(WiFi) 카드, 이더넷 디바이스, 모뎀, 블루투스 모듈, IR 링크 등일 수 있지만, 이러한 예로 한정되지는 않는다. 상기 이중과제 훈련장치(100)는 하나보다 많은 통신 디바이스를 이용할 수 있으며, 예를 들어, WiFi 카드와 블루투스 모듈을 구비할 수도 있다. 상기 통신부는 임의의 적절한 방식으로, 예를 들어, 유선 접속 또는 무선 접속을 이용하여, 상기 운동 입력부(10), 상기 디스플레이(20) 및 상기 스피커(30)와 상기 이중과제 훈련장치(100)를 연결할 수 있다.
상기 운동과제 평가부(120)는 사용자의 운동 능력을 평가하도록 구성된다. 구체적으로, 사용자의 선택에 의해 운동 과제 또는 이중 과제가 선택되면, 후술하는 제어부(150)에 의해 상기 운동과제 평가부(120)가 활성화된다. 상기 운동과제 평가부(120)는, 상기 디스플레이(20)를 통해 사용자에게 운동 과제를 제시하고(S210), 사용자가 운동 과제를 수행한 데이터를 분석하여 평가하도록 구성된다. 상기 운동 과제는 사용자로 하여금 운동 입력부(10)의 핸들을 현재의 위치에서 정해진 경로를 따라 타겟 위치로 이동시키는 것으로 구성되며, 당해 과정은 미리 정해진 지정 시간동안 반복된다. 이에 대해서는 도 4 및 5를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 도 3의 운동 과제의 평가에 있어 제시되는 운동 과제의 예시도이다. 도 5a 내지 도 5c는 도 3의 운동 과제의 평가에 있어 제시되는 운동 과제의 다른 예시도들이다.
도 4(a)를 참조하면, 상기 디스플레이(20)에 표시되는 운동 과제의 예시가 도시된다. 구체적으로, 상기 디스플레이(20)에는 사용자가 조작 가능한 운동 입력부(10)의 핸들의 현재 위치(201)가 실시간으로 표시되고, 동시에 타겟 위치(205)와 수직 방향의 제1 경로(203-1), 수평 방향의 제2 경로(203-2), 및 대각선 방향의 경로(203-3)가 중심으로부터 방사상의 구조로 구성된 복수의 경로(203)가 표시된다. 즉, 사용자는 상기 핸들을 현재 위치(201)에서 제1 경로(203-1)를 따라 타겟 위치(205)로 이동시킬 것이 요구되며, 상기 타겟 위치(205)에 도달한 경우, 상기 운동과제 평가부(120)는 새로운 타겟 위치를 해당 복수의 경로(203) 상의 임의의 지점에 생성하도록 구성된다. 이와 같은 동작은 미리 정해진 지정 시간동안 반복된다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 예를 들어, 상기 운동과제 평가부(120)는 상기 지정 시간 내에 사용자의 정확도를 고려하여 점점 높은 난이도의 운동 과제를 제시할 수도 있다. 예를 들어, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 경로의 폭을 점점 좁히거나, 또는 도 5(a) 및 5(b)와 같이, 특정 방향으로 굴곡을 가하거나, 특정 방향으로 경사지게 함으로써 난이도를 조절하거나, 또는 도 5(c)와 같이 이전 운동 과제의 경로와는 다른 새로운 경로로 구성된 운동 과제를 순차적으로 제시할 수도 있다.
상기 운동과제 평가부(120)는 운동 과제를 제시하는 동시에, 운동 과제를 수행하는 사용자의 운동 데이터를 분석 내지 평가한다. 구체적으로, 상기 운동과제 평가부(120)는 상기 지정 시간 동안 핸들이 실제로 이동한 실제 이동좌표를 기록하고(S220), 상기 핸들이 실제로 이동한 실제 이동 좌표에 기초로 하여, 경로의 지정 범위 내 이동 좌표값이 있는 여부에 따라 참값과 오차값을 추출하도록 구성된다(S240). 이 후, 상기 지정 시간이 도달하면(S250), 상기 운동과제 평가부(120)는 과제를 종료하고, 참값과 오차값의 총합으로 응답수를 산출하고, 참값을 응답수로 나눈 값으로 정확도를 산출하며, 운동 과제로 제시된 경로 상의 좌표간 거리의 총합으로부터 이동거리를 산출한다. 또한 상기 이동거리를 상기 지정시간으로 나눈 값으로부터 운동 속도를 산출한다(S260). 즉, 이에 기초하여, 상기 운동과제 평가부(120)는 사용자의 운동 능력에 대한 속도-정확도 분석을 수행할 수 있다.
상기 인지과제 평가부(130)는 사용자의 인지 능력을 평가하도록 구성된다. 구체적으로, 사용자의 선택에 의해 인지 과제 또는 이중 과제가 선택되면, 후술하는 제어부(150)에 의해 상기 인지과제 평가부(130)가 활성화된다. 상기 인지과제 평가부(130)는, 상기 스피커(30)를 통해 사용자에게 인지 과제를 제시하고(S110), 사용자가 인지 과제를 수행한 인지 데이터를 분석하여 평가하도록 구성된다. 상기 인지 과제는 지남력, 기억력, 주의 집중력, 시지각, 언어 영역 중 적어도 하나 이상의 영역의 문제들로 구성될 수 있으며, 상기 스피커(30)를 통해 문제들이 제시되면, 사용자는 제시된 문제들에 대해 응답을 하는 방식으로 진행된다. 상기의 문제들의 제시는 미리 정해진 지정 시간동안 반복된다.
한편, 사용자에게 제시되는 문제들은 일반적인 현재 시간(년, 월, 일, 요일, 시간), 일반 상식(나라, 대통령 등)과 같은 기본적인 사용자의 현재 인지 상태에 대한 체크를 위한 문제들일 수 있으며, 또는 임계 연령별로 문제가 단계별대로 마련되어 있고, 사용자의 문제 정답률을 고려하여 점점 높은 수준의 문제가 단계별대로 제시될 수도 있다.
상기 인지과제 평가부(130)는 인지 과제를 제시하는 동시에, 인지 과제를 수행하는 사용자의 인지 데이터를 분석 내지 평가한다. 구체적으로, 상기 인지과제 평가부(130)는 문제를 제시한 후, 사용자의 응답여부를 판단한다(S120). 일정 시간 내에 제시된 문제에 대한 사용자의 응답이 있는 경우, 상기 인지과제 평가부(130)는 응답시간을 기록하고(S130), 일정 시간이 경과할 때까지 사용자의 응답이 없는 경우는, 해당 문제를 오답 처리하고 다음 문제를 제시하도록 구성된다.
사용자의 응답 여부는 예를 들어, 운동 보조자에 의해 별도의 입력부를 통해 입력될 수 있다. 즉, 운동 보조자는 사용자의 응답이 있는 경우 상기 이중과제 훈련장치(100)와 연결된 키보드 또는 마우스 등을 통해 응답 여부를 입력할 수 있다. 또는 이와 달리, 상기 이중과제 훈련장치(100)와 연결된 별도의 음성 인식부를 통해 인식되는 음성에 대한 진폭값(Amplitude)을 측정하여 사용자의 응답 여부를 판단할 수 있다.
사용자의 응답이 있는 경우, 상기 인지과제 평가부(130)는 사용자 응답의 정답 여부를 판단한다(S140). 상기 정답 여부는 응답 여부의 판단과 마찬가지로, 운동 보조자에 의해 입력되거나, 또는 음성 인식을 통해 사용자 응답의 음성을 판독함으로써 판단될 수 있다. 해당 응답이 정답인 경우는 당해 문제를 정답 처리함과 함께, 정답수를 1만큼 카운트하며, 해당 응답이 오답인 경우는 당해 문제를 오답 처리함과 함께, 오답수를 1만큼 카운트한다.
이후, 상기 인지과제 평가부(130)는 미리 정해진 지정 시간이 도달했는지 여부에 따라, 상기 지정 시간이 도달하기 전이라면, 다음 문제를 제시하고, 지정시간이 도달하면, 문제를 종료한다(S150). 또한, 상기 인지과제 평가부(130)는 사용자의 응답 여부에 따라 별도로 기록한 응답수 또는 정답수와 오답수를 합산한 응답수를 산출하고, 상기 정답수를 상기 응답수로 나눈 값으로 정확도를 산출하며, 상기 지정 시간 동안의 응답수로부터 응답 속도와 상기 지정 시간 동안의 정답수로부터 정답속도를 산출한다(S160). 즉, 이에 기초하여, 상기 인지과제 평가부(130)는 사용자의 인지 능력에 대한 속도-정확도 분석을 수행할 수 있다.
상기 이중과제 평가부(140)는 사용자의 운동 능력과 인지 능력에 대한 속도-정확도 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된다. 구체적으로, 사용자의 선택에 의해 이중 과제가 선택되면, 후술하는 제어부(150)에 의해 상기 이중과제 평가부(140)가 활성화된다. 구체적으로, 이중 과제가 선택되면, 상기 제어부(150)에 의해 상기 운동과제 평가부(110) 및 상기 인지과제 평가부(120)가 활성화되고, 미리 정해진 지정 시간동안 인지 과제 및 운동 과제의 평가가 동시에 수행된다. 이후, 지정 시간이 도달하여, 상기 인지 과제 및 운동 과제의 평가가 종료되면, 상기 이중과제 평가부(140)는 사용자의 인지 능력 및 운동 능력에 대한 속도-정확도 분석값에 기초하여, 인지 능력과 운동 능력에 대한 속도-정확도의 트레이드 오프 관계를 분석하도록 구성된다.
이중 과제 시 운동 및 인지 과제의 속도-정확도의 트레이드 오프 관계는 측정자의 일상 생활 동작 활동 능력을 예측함에 있어 사용됨과 동시에, 측정자의 능력에 맞는 일상생활 활동 수준을 처방하는데 사용될 수 있으며, 나아가 이에 대한 통계치는 재활 연구에 있어 다양하게 사용될 수 있다. 즉, 이와 같은 이중 과제 훈련을 통해 노인성 장애 인구에게 뇌기능 손상과 운동 기능 저하를 예방할 수 있는 훈련 컨텐츠를 제공할 수 있으며, 뇌기능에 손상이 있는 뇌병변 장애인 등에게도 운동 기능과 인지 기능을 동시에 회복할 수 있는 재활 훈련 수단을 제공할 수 있다.
상기 제어부(150)는 사용자의 모드 선택에 따라 상기 이중과제 훈련장치(100)의 구성요소들의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다. 구체적으로, 운동 과제 선택 시, 상기 제어부(150)는 데이터베이스(DB)(40)에 등록된 운동 훈련 컨텐츠를 상기 디스플레이부(20)로 출력하고, 운동 입력부(10)를 통해 입력되는 데이터를 상기 디스플레이부(20)로 출력하는 동시에, 상기 운동과제 평가부(120)로 상기 데이터를 전달하도록 구성된다. 또한, 상기 제어부(150)는 상기 운동 과제의 평가가 종료되면, 분석 결과를 출력하고, 사용자에 매칭시켜 데이터베이스(40)에 저장한다.
또한, 인지 과제 선택 시, 상기 제어부(150)는 데이터베이스(DB)(40)에 등록된 인지 훈련 컨텐츠를 상기 스피커(30)로 출력하고, 입력되는 응답 데이터를 상기 인지과제 평가부(130)로 전달하도록 구성된다. 또한, 상기 인지 과제의 평가가 종료되면, 분석 결과를 출력하고, 사용자에 매칭시켜 데이터베이스(40)에 저장한다.
또한, 이중 과제 선택 시, 상기 제어부(150)는 데이터베이스(DB)(40)에 등록된 운동 훈련 컨텐츠 및 인지 훈련 컨텐츠를 출력하고, 입력되는 데이터를 대응되는 상기 운동과제 평가부(120) 및 인지과제 평가부(130)로 전달하도록 구성된다. 또한, 상기 이중 과제의 평가가 종료되면, 사용자의 인지 능력과 운동 능력에 대한 속도-정확도의 트레이드 오프 결과를 출력하고, 사용자에 매칭시켜 데이터베이스(40)에 저장한다.
또한, 상기 제어부(150)는 상기에서 언급한 기능 외에도 이중과제 훈련시스템의 동작 전반에 있어서, 구성들의 동작을 제어하도록 구성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 이중과제 훈련시스템
10: 운동 입력부
20: 디스플레이
30: 스피커
40: DB
100: 이중과제 훈련장치
110: 통신부
120: 운동과제 평가부
130: 인지과제 평가부
140: 이중과제 평가부
150: 제어부

Claims (12)

  1. 사용자의 운동 능력 및 인지 능력을 평가하는 이중 과제 훈련 장치로서,
    운동 과제를 사용자에게 제시하고, 사용자로 하여금 조작되는 운동 입력부를 통해 상기 운동 과제에 따른 사용자의 운동 데이터가 입력되면, 상기 운동 데이터에 기초하여 사용자의 운동 능력을 분석하도록 구성된 운동과제 평가부;
    질문으로 구성된 인지 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 인지 과제에 따른 사용자의 응답에 기초하여 사용자의 인지 능력을 분석하도록 구성된 인지과제 평가부;
    상기 운동 과제 및 상기 인지 과제가 사용자에게 동시에 주어지는 이중 과제시, 상기 운동과제 평가부 및 상기 인지과제 평가부의 분석 결과에 기초하여, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제의 수행 능력에 대한 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된 이중과제 평가부를 포함하고,
    상기 운동 입력부는 사용자가 조작가능한 핸들과, 상기 핸들과 연결되어 상기 핸들을 평면 상의 임의의 지점으로 이동할 수 있도록 구성된 연결 구조체를 포함하는 상지 운동 기구이며,
    상기 운동과제 평가부는 디스플레이를 통해 사용자에게 운동 과제를 제시하고,
    상기 디스플레이 상에는 상기 운동 입력부의 핸들의 현재 위치, 타겟 위치 및 적어도 하나 이상의 경로가 표시되어, 사용자는 운동 과제로서 상기 핸들을 현재 위치에서 주어진 경로를 따라 타겟 위치로 이동시키고,
    상기 디스플레이 상에 표시되는 적어도 하나 이상의 경로가 특정 방향으로 굴곡이 가해지거나 또는 특정 방향으로 경사지게 변형됨으로써 운동 과제의 난이도 조절이 가능하고,
    사용자가 상기 핸들을 상기 타겟 위치로 이동시키면, 새로운 타겟 위치가 생성되며, 이는 미리 정해진 지정 시간동안 반복되며,
    상기 운동과제 평가부는, 상기 지정 시간 동안 핸들이 실제로 이동한 실제 이동좌표를 기록하고, 상기 핸들이 실제로 이동한 실제 이동 좌표에 기초로 하여, 경로의 폭 범위 내 이동 좌표값이 있는지 여부에 따라 참값과 오차값을 추출하며,
    상기 지정 시간 동안의 상기 참값와 오차값을 합산한 값으로부터 응답수를 산출하고, 상기 참값을 응답수로 나눈값으로 정확도를 산출하며, 상기 운동 과제로 제시된 경로 상의 좌표간 거리의 총합으로부터 이동거리를 산출하고, 또한, 상기 이동거리를 상기 지정 시간으로 나눈 값으로부터 운동 속도를 산출하여, 사용자의 운동 능력에 대한 속도-정확도 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 상에 표시되는 적어도 하나 이상의 경로는 수직 방향의 제1 경로, 수평 방향의 제2 경로, 및 대각선 방향의 제3 경로가 중심으로부터 방사상의 구조를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 상에 표시되는 적어도 하나 이상의 경로의 폭을 조절함으로써 운동 과제의 난이도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 인지과제 평가부는 문제를 제시한 후, 일정 시간 내에 제시된 문제에 대한 사용자의 응답이 있는 경우, 응답시간을 기록하고, 일정 시간이 경과할 때까지 사용자의 응답이 없는 경우는, 해당 문제를 오답 처리하고 다음 문제를 제시하며, 이는 미리 정해진 지정 시간동안 반복되는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 인지과제 평가부는 상기 지정 시간동안 제시된 문제들에 대한 사용자의 응답이 정답인 경우, 정답수를 1만큼 카운트하며, 오답인 경우는 오답수를 1만큼 카운트하고,
    상기 지정 시간 동안의 상기 정답수와 오답수를 합산한 값으로부터 응답수를 산출하고, 상기 정답수를 상기 응답수로 나눈 값으로 정확도를 산출하며, 상기 지정 시간 동안의 응답수로부터 응답 속도와 상기 지정 시간 동안의 정답수로부터 정답속도를 산출하여, 사용자의 인지 능력에 대한 속도-정확도 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    사용자의 모드 선택을 통해 인지 과제 또는 운동 과제의 단일 과제를 훈련하고 평가하는 방식으로 동작하거나, 또는 상기 인지 과제와 상기 운동 과제가 동시에 주어지는 이중 과제를 훈련하고 평가하는 방식으로 동작하는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 장치.
  12. 사용자의 운동 능력 및 인지 능력을 평가하는 이중 과제 훈련 시스템으로서,
    운동 과제가 출력되는 디스플레이;
    사용자로 하여금 상기 운동 과제가 수행되는 운동 기구로 구성된 운동 입력부;
    인지 과제가 출력되는 스피커; 및
    상기 디스플레이를 통해 운동 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 운동 입력부를 통해 상기 운동 과제에 따른 사용자의 운동 데이터가 입력되면, 상기 운동 데이터에 기초하여 사용자의 운동 능력을 분석하도록 구성된 운동과제 평가부, 상기 스피커를 통해 질문으로 구성된 인지 과제를 사용자에게 제시하고, 상기 인지 과제에 따른 사용자의 응답에 기초하여 사용자의 인지 능력을 분석하도록 구성된 인지과제 평가부, 및 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제가 사용자에게 동시에 주어지는 이중 과제시, 상기 운동과제 평가부 및 상기 인지과제 평가부의 분석 결과에 기초하여, 상기 운동 과제 및 상기 인지 과제의 수행 능력에 대한 트레이드 오프(trade off) 관계를 평가하도록 구성된 이중과제 평가부를 포함하는 이중 과제 훈련 장치를 포함하고,
    상기 운동 입력부는 사용자가 조작가능한 핸들과, 상기 핸들과 연결되어 상기 핸들을 평면 상의 임의의 지점으로 이동할 수 있도록 구성된 연결 구조체를 포함하는 상지 운동 기구이며,
    상기 운동과제 평가부는 디스플레이를 통해 사용자에게 운동 과제를 제시하고,
    상기 디스플레이 상에는 상기 운동 입력부의 핸들의 현재 위치, 타겟 위치 및 적어도 하나 이상의 경로가 표시되어, 사용자는 운동 과제로서 상기 핸들을 현재 위치에서 주어진 경로를 따라 타겟 위치로 이동시키고,
    상기 디스플레이 상에 표시되는 적어도 하나 이상의 경로가 특정 방향으로 굴곡이 가해지거나 또는 특정 방향으로 경사지게 변형됨으로써 운동 과제의 난이도 조절이 가능하고,
    사용자가 상기 핸들을 상기 타겟 위치로 이동시키면, 새로운 타겟 위치가 생성되며, 이는 미리 정해진 지정 시간동안 반복되며,
    상기 운동과제 평가부는, 상기 지정 시간 동안 핸들이 실제로 이동한 실제 이동좌표를 기록하고, 상기 핸들이 실제로 이동한 실제 이동 좌표에 기초로 하여, 경로의 폭 범위 내 이동 좌표값이 있는지 여부에 따라 참값과 오차값을 추출하며,
    상기 지정 시간 동안의 상기 참값와 오차값을 합산한 값으로부터 응답수를 산출하고, 상기 참값을 응답수로 나눈값으로 정확도를 산출하며, 상기 운동 과제로 제시된 경로 상의 좌표간 거리의 총합으로부터 이동거리를 산출하고, 또한, 상기 이동거리를 상기 지정 시간으로 나눈 값으로부터 운동 속도를 산출하여, 사용자의 운동 능력에 대한 속도-정확도 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 과제 훈련 시스템.

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