KR102491489B1 - 무구속 신경신호 분석을 위한 모니터링 장치, 시스템, 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마우스 등 살아 있는 실험 대상에 장착되어 무구속 실험을 가능하게 하는 무구속 신경신호 모니터링 장치와 시스템에 관한 것으로서, 뇌파 등 실험 대상의 신경신호를 감지하는 신경신호감지부, 위치 추적용 색상의 빛을 출력하는 제1 발광부, 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력하는 제2 발광부, 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호에 따라 제1 발광부와 제2 발광부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다. 실험 대상의 움직임을 구속하지 않으므로, 실험 대상의 자연스러운 활동이 가능하며, 그룹의 대화형 행동을 제한하지 않는다. 또한, 실험 대상으로부터 발생된 신경신호 표시용 빛을 통해 특정 신경신호의 발생 여부를 시각적으로 직접 확인할 수 있다. 이와 같이, 실험 대상의 머리에서 직접 뇌 활동을 관찰할 수 있게 됨에 따라, 사회적으로 상호 작용하면서 자연적으로 행동하는 실험 대상의 신경 회로를 직관적으로 조사할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 마우스 등 살아 있는 실험 대상에 장착되어 무구속 실험을 가능하게 하는 무구속 신경신호 모니터링 장치, 실험 대상에 장착된 무구속 신경신호 모니터링 장치를 이용하여 각종 실험을 수행할 수 있도록 하는 무구속 신경신호 분석 시스템, 및 그 방법에 관한 것이다.
뇌와 사회 과학에서 오랫동안 문제되고 있는 것은 복잡한 사회적 집단 행동의 근간이 되는 신경 메커니즘을 이해하는 것이다.
이러한 연구에는 신경 처리가 필요하지만, 뇌 활동을 특정 사회적 행동과 연결하기 위한 통합 솔루션은 아직 많이 부족하다.
종래의 연구에 따르면, 집단 내 개별 행동을, 일반적인 진화론적 맥락에서, 집단적 움직임(예: 이주, 방어적 집속, 동기화된 번식), 지역적 행동(예: 경쟁, 교배, 육아), 개체 수 구조(예: 계층) 등의 프레임 내에서 나타나는 그룹 내의 개별적 행동으로 설명하였다.
집단 행동은 각 개체의 행동에 대한 단순한 합계가 아니지만, 사회적 행동의 신경 메커니즘에 대한 연구는 개별 두뇌 수준의 비교 측정 및 분석이 필요하다.
이러한 접근법이 신경 요소와 사회적 행동 사이의 인과 관계를 강조하지만, 대부분 개체의 의사소통과 상호 작용으로 인해 나타나는 집단 행동은 그것의 구성 요소에 대한 지식으로부터 추론하기가 매우 어렵다.
더욱이, 사회 집단의 많은 글로벌 속성은 집단 구성원 간의 조정된 상호 작용의 결과이며, 단일-뇌 연구의 통계적 결과는 사회적 상호 작용의 특성을 나타내기에 만족스럽지 않다.
한편, 행동 수준과 함께 뇌 영역과 신경 회로는 둘 이상의 개체가 상호 작용하는 사회적 맥락에 의존하는 것으로 보고되고 있다. 대부분의 행동들은 그룹 구성원들 간의 직관적인 상호 작용의 결과들이기 때문이다.
따라서 복잡한 사회적 행동에 대한 신경역학적 토대를 보다 만족스럽게 설명하려면 뇌와 행동에 대한 직접적인 관찰이 필요하며, 사회적 행동을 연구하기 위해서는 여러 개체의 뇌 활동을 동시에 관찰할 수 있어야 한다.
즉, 각 개체의 뇌 활동은 독립적으로 지정되고 그룹에서 동시에 관찰될 수 있어야 한다.
이때, 기존의 유선 장치를 이용하면, 개별 개체의 자연스러운 활동과 그룹의 대화형 행동이 제한되기 때문에, 실험 대상인 개별 개체의 자연스러운 활동과 그룹의 대화형 행동을 제한하지 않는 무구속 환경이 필요하다.
이에 본 발명은 상기와 같은 필요성에 부응하기 위하여 안출된 것으로서, 실험 대상의 움직임과 뇌 활동을 구속하지 않고, 뇌 활동과 움직임을 동시에 직관적으로 관찰할 수 있도록 해주는 무구속 신경신호 모니터링 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각 실험 대상에 장착된 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치를 이용하여 각종 실험을 수행할 수 있도록 하는 무구속 신경신호 분석 시스템, 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치는 실험 대상에 장착되어 사용되며, 구동 전원을 공급하는 전원공급부; 상기 실험 대상의 신경신호를 감지하는 신경신호감지부; 위치 추적용 색상의 빛을 출력하는 제1 발광부; 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력하는 제2 발광부; 및 상기 제1 발광부와 제2 발광부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 제1 발광부와 제2 발광부는 서로 다른 색상의 빛을 출력한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호의 크기에 따라 상기 제2 발광부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1 발광부를 항시 온(On) 상태로 유지할 수 있다.
상기 제2 발광부는 복수 개이고, 각각 다양한 색의 조합으로 빛을 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 실험 대상은 마우스를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 신경신호감지부를 통해 주기적으로 상기 실험 대상의 신경신호를 감지할 수 있다.
상기 위치 추적용 색상은 청색을 포함하고, 상기 신경신호 표시용 색상은 적색을 포함할 수 있다.
상기 무구속 신경신호 모니터링 장치는 무선통신 기능을 수행하는 무선통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제어부는 상기 무선통신부를 통해 타 장치와 무선통신하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호를 상기 무선통신부를 통해 무선 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 시스템은, 하나 이상의 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치; 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치를 각각 장착한 한 마리 이상의 실험 대상이 수용되어 활동하는 실험 박스; 상기 실험 박스 내부의 실험 대상을 촬영하는 촬영부; 및 상기 촬영부를 통해 촬영된 영상을 분석하여, 상기 각 실험 대상의 이동 궤적과 신경신호 발생 상황을 파악하는 분석수단을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 실험 박스의 내부 벽면은 반사를 방지하는 재질로 구성될 수 있다.
상기 촬영부는 촬영된 상기 실험 박스의 이미지 외곽으로 일정 넓이의 마진이 포함될 수 있도록, 상기 실험 박스의 위쪽에 설치될 수 있다.
상기 무구속 신경신호 분석 시스템은 무선통신 기능을 수행하는 무선통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 분석수단은 상기 무선통신부를 통해 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치와 무선통신할 수 있다.
상기 분석수단은 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치로부터 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호 정보를 수신할 수 있다.
본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 방법은, 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치를 각각 장착한 한 마리 이상의 실험 대상이 들어 있는 실험 박스의 내부를 촬영하여 저장하는 단계; 상기 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상이 움직인 이동 궤적을 파악하는 단계; 및 상기 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상의 신경신호 발생 상황을 파악하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 무구속 신경신호 분석 방법은, 상기 각 실험 대상이 움직인 이동 궤적과 각 실험 대상의 신경신호 발생 상황을 디스플레이 화면에 표시하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치는 실험 대상의 움직임을 구속하지 않는 무구속 환경으로 구성되므로, 실험 대상의 자연스러운 활동을 가능하게 하며, 그룹의 대화형 행동을 제한하지 않는다.
그러므로, 자유롭게 움직이는 실험 대상의 뇌 행동 링크에 대한 실시간 추적, 식별, 특성화 등이 가능하다.
또한, 무구속 환경은 연구 서식지를 확대할 수 있도록 해주고, 상호 작용하는 개체의 신경 활동을 동시에 기록할 수 있게 한다.
다수의 실험 대상에 관한 동시 모니터링은 두 개체의 상호 작용뿐 아니라, 개체와 그룹 사이의 상호 작용을 평가할 기회도 제공한다.
실험 대상의 머리에서 직접 뇌 활동을 관찰할 수 있는 본 발명은, 사회적으로 상호 작용하면서 자연적으로 행동하는 실험 대상의 신경 회로를 조사하기 위한 직관적인 프레임워크를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치의 장착 예,
도 2는 본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 시스템의 일 실시예,
도 3은 본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치의 세부 기능 구성에 관한 일 실시예,
도 4는 뇌파에 따른 판정의 예,
도 5는 촬영부의 설치 위치를 설명하는 예,
도 6은 본 발명에 따른 구체적 실험 사례이다.
도 2는 본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 시스템의 일 실시예,
도 3은 본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치의 세부 기능 구성에 관한 일 실시예,
도 4는 뇌파에 따른 판정의 예,
도 5는 촬영부의 설치 위치를 설명하는 예,
도 6은 본 발명에 따른 구체적 실험 사례이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 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 목적으로만 사용된다.
도 1을 참조하자면, 본 발명에 따른 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)는 실험 대상(30)에 장착되어 사용된다.
본 발명에서 실험 대상이란 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)를 장착할 수 있는 살아 있는 동물을 말한다.
이하에서는 실험 대상을 마우스(mouse)의 예로서 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 쥐(Rat)와 같은 설치류, 개(dog), 원숭이(monkey) 등의 영장류, 비둘기나 독수리 등의 조류에도 적용될 수 있다.
무구속 신경신호 모니터링 장치(100)를 통해 파악되는 신경신호는 다양할 수 있다. 이하에서는 짧은 뇌파 진동 신호를 대상으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)가 마우스(30)의 머리 부분에 고정 장착된 예가 도시되어 있지만, 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)가 실험 대상에 장착되는 위치와 장착 방식 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 특별히 제한되지 않는다.
무구속 신경신호 모니터링 장치(100)는 실험 대상(30)의 위치를 추적하기 위한 위치 추적용 색상의 빛과, 실험 대상(30)으로부터 특정 신경신호가 발생하였음을 나타내는 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력한다.
이에 따라, 연구자는 실험 대상(30)의 신경 상태를 시각을 통해 확인할 수 있으며, 사회적으로 상호 작용하는 실험 대상의 자연적 행동의 근간을 이루는 신경 상태를 직관적으로 관찰할 수 있다.
도 2를 참조하자면, 본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 시스템(200)은 각 실험 대상(30)에 장착되는 무구속 신경신호 모니터링 장치(100), 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)가 장착된 한 마리 이상의 실험 대상이 수용되어 활동하도록 공간을 제공하는 실험 박스(210), 실험 박스(210)의 내부를 촬영하는 촬영부(220), 메인 컴퓨터 장치(230) 등으로 이루어질 수 있다.
메인 컴퓨터 장치(230)로는 데스크탑 컴퓨터나 노트북 컴퓨터 등 필요한 성능을 갖춘 임의의 컴퓨터 장치가 사용될 수 있으며, 인터넷망 등 각종 통신망을 통해 서버 시스템과 연동하도록 구성될 수도 있다.
메인 컴퓨터 장치(230)에는 무구속 실험을 전반적으로 통제하는 분석수단(235)이 설치될 수 있다.
분석수단(235)은 메인 컴퓨터 장치(230)에 설치되어 실행되는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 구현될 수 있으며, 촬영부(220)를 통해 촬영된 영상을 분석하여, 각 실험 대상(30)의 이동 궤적과 신경신호 발생 상황을 파악할 수 있다.
분석수단(235)은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 분석수단(235)은 GUI(Graphic User Interface) 환경을 통해 연구자와 인터페이스하면서, 무구속 실험의 전반적 통제, 실험 데이터 분석, 실험 결과의 가공과 출력 등 다양한 기능을 수행할 수 있다.
이에 따라, 연구자는 실험 박스(210)의 내부에서 이루어지는 실험 대상(30)의 움직임과 신경신호 발생 상황을 직관적으로 관찰함과 아울러 자동화된 분석을 통해 다양한 실험 결과를 확인할 수 있다.
도 3은 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)의 일 실시예를 보인 것으로서, 전원공급부(110), 실험 대상의 신경신호를 감지하는 신경신호감지부(120), 위치 추적용 색상의 빛을 출력하는 제1 발광부(131), 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력하는 제2 발광부(132), 제1 발광부(131)와 제2 발광부(132)를 제어하는 제어부(140)를 포함하여 이루어진다. 제1 발광부(131)와 제2 발광부(132)의 개수는 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있다.
전원공급부(110)는 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)의 구동에 필요한 전원을 공급하며, 다양하게 구성될 수 있다.
하나의 예로서, 전원공급부(110)는 재충전 가능한 배터리(111), 배터리 보호회로(112), 특정 레벨의 직류(DC) 전압을 출력하는 전원 공급 회로(113) 등을 포함하여 재충전 가능한 형태로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
신경신호감지부(120)는 실험 대상의 신경신호를 감지한다.
도 3에는 뇌에 삽입되는 전극부(121), 전극부(121)을 통해 감지되는 전기적 신호를 증폭하는 증폭부(122), 증폭부(122)를 통해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(123)를 포함하여, 뇌에서 발생하는 짧은 진동신호를 감지하는 실시예가 나타나 있다.
그러나, 신경신호감지부(120)는 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 이에 한정되는 것이 아니다.
실험 대상의 신경신호를 정확하게 감지하기 위해서는, 전극부(121)가 신경신호가 발생하는 부위에 정확하게 배치되어야 한다.
제1 발광부(131)와 제2 발광부(132)는 각각 위치 추적용 색상의 빛과 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력한다.
제1 발광부(131)와 제2 발광부(132)는 발광 다이오드(LED, Light-Emitting Diode)를 이용하여 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
위치 추적용 색상과 신경신호 표시용 색상은 구분될 수 있어야 하므로, 제1 발광부(131)와 제2 발광부(132)는 서로 다른 색상의 빛을 출력한다.
제1 발광부(131)가 출력하는 빛은 실험 대상의 위치 추적에 사용되므로, 제1 발광부(131)는 실험이 진행되는 도중 항상 온(On) 상태로 유지될 수 있다.
제2 발광부(132)는 실험 대상으로부터 신경신호가 발생했는지를 알려주는 신경신호 표시용 색상의 빛을 출력하므로, 신경신호가 발생하는지에 따라 온(On)될 수 있다.
하나의 실험 대상에 대하여 2가지 이상의 서로 다른 신경신호가 감지될 수도 있다. 예를 들어, 뇌의 알파(Alpha)파도 함께 감지되어야 할 수 있다.
이를 위하여, 2개 이상의 제2 발광부(132)가 포함될 수 있다. 제2 발광부(132)가 복수일 때는 서로 다른 신경신호의 발생 여부를 구분하여 표시하기 위하여, 각각 서로 다른 색상의 빛 조합으로 출력할 수 있다.
이하에서는 제1 발광부(131)가 출력하는 위치 추적용 색상은 청색으로 설명하고, 신경신호가 발생함에 따라 제2 발광부(132)가 출력하는 신경신호 표시용 색상은 적색으로 설명한다. 그러므로, 별도로 설명하지 않더라도 청색은 위치 추적용 색상을 의미하고, 적색은 신경신호 표시용 색상을 의미한다.
이것은 설명의 편의를 위한 것으로서, 위치 추적용 색상과 신경신호 표시용 색상을 한정하기 위한 것이 아니다.
제어부(140)는 제1 발광부(131)를 항시 온(On) 상태로 유지하며, 신경신호의 감지 상태에 따라 제2 발광부(132)의 온/오프(On/Off)를 제어한다.
제어부(140)는 신경신호감지부(120)를 통해 다양한 방식으로 신경신호를 감지할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 일정 시간 간격(예: 10ms)마다 주기적으로 신경신호감지부(120)를 통해 실험 대상의 신경신호를 감지하도록 구성될 수 있다. 그리고, 감지된 신경신호의 크기에 따라 제2 발광부(132)를 온/오프(On/Off) 제어할 수 있다.
도 4는 뇌에서 발생하는 짧은 진동 신호에 따른 판정의 예를 보인 것으로서, 제어부(140)는 감지된 신경신호의 크기가 기준값 이상일 때는 신경신호가 발생한 것으로 판정하여 제2 발광부(132)를 온 상태로 제어하고, 감지된 신경신호의 크기가 기준값 미만일 때는 신경신호가 발생하지 않은 것으로 판정하여 제2 발광부(132)를 오프 상태로 제어한다.
위에서 설명한 예와 같이, 신경신호감지부(120)가 A/D 변환부(123)를 포함하여 구성될 때, 제어부(140)는 A/D 변환부(123)에서 출력되는 디지털 값을 처리할 수 있는 마이크로프로세서를 이용하여 구성될 수 있다.
무구속 신경신호 모니터링 장치(100)는 무선통신 기능을 수행하는 무선통신부(150)를 포함하여 이루어질 수 있다.
무선통신부(150)는 블루투스 등 임의의 무선통신 방식을 이용하여 메인 컴퓨터 장치(230) 등의 타 장치와 통신할 수 있도록 한다. 이때, 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)의 제어부(140)는 무선통신부(150)를 통해 메인 컴퓨터 장치(230)의 분석수단(235)과 통신하여, 필요한 정보를 주고받을 수 있다.
예를 들어, 제어부(140)는 신경신호감지부(120)를 통해 감지된 신경신호를 무선통신부(150)를 통해 무선 전송할 수 있고, 무선통신부(150)를 통해 수신되는 제어신호에 따라 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)를 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하자면, 메인 컴퓨터 장치(230)에는 블루투스 등 각종 무선통신 방식을 이용하여 통신할 수 있는 무선통신부(231), 디스플레이 화면(232), 키보드, 마우스, 터치패널 등의 입력기(233), 각종 정보를 저장하는 저장부(234) 등이 구비될 수 있다. 특히, 메인 컴퓨터 장치(230)에는 무구속 실험을 전반적으로 통제하는 분석수단(235)이 설치되어 실행될 수 있다.
실험 박스(210)에는 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)를 장착한 한 마리 이상의 실험 대상(30)이 수용되어 활동한다.
실험 박스(210)는 다양하게 구성될 수 있다. 사각 박스 형태의 예가 도시되어 있지만, 실험 박스(210)의 형태, 크기, 구조, 재질 등은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것으로서, 특별히 한정되지 않는다.
촬영부(220)는 실험 대상(30)이 수용되어 활동하는 실험 박스(210)의 내부를 촬영한다.
촬영부(220)는 필요한 성능(예: 해상도, 초당 프레임 수, 색상 등)을 갖고, 동영상 촬영이 가능한 카메라 장치를 이용하여 구성될 수 있다.
구체적인 예로서, 스트리밍 스펙트럼 비디오 레코더를 사용하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
촬영부(220)를 통해 촬영된 영상을 통해 실험 대상의 움직임 등이 파악되므로, 촬영부(220)는 실험 박스(210)의 내부를 전체적으로 잘 촬영할 수 있도록 배치되어야 한다.
또한, 제1 발광부(131)가 출력하는 위치 추적용 색상의 빛과 제2 발광부(132)가 출력하는 신경신호 표시용 색상의 빛이 정확하고 깨끗하게 촬영될 수 있도록, 조명 등의 촬영 환경이 적절하게 조절되어야 한다,
도 5를 참조하자면, 촬영부(220)는 실험 박스(210)로부터 위쪽으로 일정 거리만큼 떨어진 곳에 배치될 수 있다.
각 프레임(221)에는 각 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)에서 출력되는 위치 추적용 색상의 빛과 신경신호 표시용 색상의 빛이 촬영되어 나타난다. 촬영부(220)가 설치되는 높이는, 분석의 정확성과 효율성을 향상시키기 위하여, 촬영된 프레임 이미지의 외곽으로 충분한 넓이의 마진이 포함되도록 구성될 수 있다.
촬영부(220)는 노출 시간이 적절하게 조절되어야 한다. 카메라 노출 시간이 너무 짧으면 누락 오류가 발생할 수 있고, 너무 길면 광포화로 인해 인접한 화소가 병합될 수 있다.
분석수단(235)은 무선통신부(231)를 통해 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)와 무선통신하여 실험과 관련된 각종 정보를 주고받을 수 있다.
구체적인 예로서, 분석수단(235)은 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)의 제어부(140)로부터 신경신호감지부(120)를 통해 감지된 신경신호 정보를 수신하여 저장부(234)에 저장할 수 있다. 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)로부터 신경신호감지부(120)를 통해 감지된 신경신호 정보(raw data)는 배경 뇌파 분석 등 다양한 목적을 위하여 사용될 수 있다.
또한, 분석수단(235)은 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)로 실험과 관련된 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, 분석수단(235)은 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)로 신경신호의 발생 여부를 판정하는 기준 값을 전송해 줄 수 있다.
즉, 신경신호감지부(120)를 통해 감지되는 신경신호에는 통상적으로 발생하는 잡음이 포함될 수 있는데, 이러한 잡음은 실험 대상에 따라 고유한 특성을 보일 수 있다. 이러한 상황에서 분석수단(235)은 각 실험 대상에 대해 실험적으로 결정된 신경신호 판정 기준값을 각 실험 대상에 장착된 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)로 전송해 줄 수 있다.
그러면, 각 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)의 제어부(140)는, 신경신호감지부(120)를 통해 감지된 신경신호가 수신된 판정 기준값 이상일 때, 신경신호가 발생한 것으로 판정하여, 제2 발광부(132)를 온(On)시킬 수 있다.
이와 같은 교정을 통해, 모든 실험 대상에 대한 신경신호 발생 여부의 판단이 동일한 조건 하에 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 무구속 신경신호 분석 방법의 일 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 분석수단(235)은 실험이 진행되는 동안, 무구속 신경신호 모니터링 장치(100)를 장착한 한 마리 이상의 실험 대상이 들어 있는 실험 박스(210)의 내부를 촬영하여, 저장부(234)에 저장한다.
그리고, 분석수단(235)은 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상이 움직인 이동 궤적을 파악한다.
실험 대상의 위치에 대한 자동 추적은 그룹 행동 및 사회적 상호 작용을 정량적으로 분석하는 데 중요하다.
또한, 분석수단(235)은 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상의 신경신호 발생 상황을 파악한다.
도 6은 본 발명에 따라 이루어진 하나의 실험 사례로서, 마우스 사이의 치열한 상황에서 정적(static) 마우스의 경계 관련 뇌 상태를 보인 것이다.
도 6a는 쫓고 쫓기는 순간의 장면으로서, ?i거나 ?i기는 마우스(chaser, chased)에서는 뇌 진동이 관찰되지 않았고, 제3의 정적 마우스(observer)에서는 관찰되었다.
도 6b는 도 6a에서 3마리 마우스의 6초 궤적과 뇌활동 발생(빨간색 점)을 디스크 좌표를 이용하여 보인 예이다.
도 6c는 전투 순간의 장면으로서, 뇌 진동은 전투에 관여하는 마우스에서는 관찰되지 않았으며, 제3의 정적 마우스(observer)에서는 관찰되었다.
도 6d는 도 6c에서 3마리 마우스의 2초 궤적과 뇌 진동 발생을 디스크 좌표를 이용하여 보인 예이다.
도 6a 내지 d에 보인 바와 같이, 모든 궤적이 벽 가까이에 있는 경향을 쉽게 볼 수 있으며, 타 마우스들의 공격적인 행동을 경계하는 마우스에서 뇌 활성화가 나타남을 볼 수 있다.
즉, 관찰자로서의 정적 마우스가 치열한 상황에 실제로 관여하지는 않았지만, 한 마우스가 다른 마우스를 공격적으로 쫓거나 싸움을 시작했을 때, 관찰자 마우스에게서 뇌 진동이 많이 발생했다.
이러한 사례와 같이, 많은 실험 대상의 뇌 활동에 대한 역동적인 사회적 상호 작용의 효과를 동시에 정량화하여 관측할 수 있다.
한편, 본 발명의 무구속 신경신호 분석 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
30: 실험 대상
100: 무구속 신경신호 모니터링 장치
110: 전원공급부
111: 배터리
112: 배터리 보호회로
113: 전원공급회로
120: 신경신호감지부
121: 전극부
122: 증폭부
123: A/D 변환부
131: 제1 발광부
132: 제2 발광부
140: 제어부
150: 무선통신부
200: 무구속 신경신호 분석 시스템
210: 실험 박스
220: 촬영부
230: 메인 컴퓨터 장치
231: 무선통신부
232: 디스플레이 화면
233: 입력기
234: 저장부
235: 분석수단
100: 무구속 신경신호 모니터링 장치
110: 전원공급부
111: 배터리
112: 배터리 보호회로
113: 전원공급회로
120: 신경신호감지부
121: 전극부
122: 증폭부
123: A/D 변환부
131: 제1 발광부
132: 제2 발광부
140: 제어부
150: 무선통신부
200: 무구속 신경신호 분석 시스템
210: 실험 박스
220: 촬영부
230: 메인 컴퓨터 장치
231: 무선통신부
232: 디스플레이 화면
233: 입력기
234: 저장부
235: 분석수단
Claims (17)
- 실험 대상에 장착되는 모니터링 장치로서,
구동 전원을 공급하는 전원공급부;
상기 실험 대상의 신경신호를 감지하는 신경신호감지부;
위치 추적용 색상의 빛을 출력하는 제1 발광부;
신경신호 표시용 색상의 빛을 출력하는 제2 발광부; 및
상기 제1 발광부와 제2 발광부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 발광부와 제2 발광부는 서로 다른 색상의 빛을 출력하며,
상기 제어부는 상기 제1 발광부를 항시 온(On) 상태로 유지하고, 상기 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호에 따라 상기 제2 발광부의 온/오프(On/Off)를 제어하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 발광부는 복수 개이고, 각각 서로 다른 색상의 빛을 출력하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 실험 대상은 마우스를 포함하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 신경신호감지부를 통해 주기적으로 상기 실험 대상의 신경신호를 감지하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 위치 추적용 색상은 청색을 포함하고, 상기 신경신호 표시용 색상은 적색을 포함하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제 1 항에 있어서,
무선통신 기능을 수행하는 무선통신부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 무선통신부를 통해 타 장치와 무선통신하도록 구성되는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호를 상기 무선통신부를 통해 전송하는, 무구속 신경신호 모니터링 장치. - 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 하나 이상의 무구속 신경신호 모니터링 장치;
상기 무구속 신경신호 모니터링 장치를 각각 장착한 한 마리 이상의 실험 대상이 수용되어 활동하는 실험 박스;
상기 실험 박스 내부의 실험 대상을 촬영하는 촬영부; 및
상기 촬영부를 통해 촬영된 영상을 분석하여, 상기 각 실험 대상의 이동 궤적과 신경신호 발생 상황을 파악하는 분석수단을 포함하는, 무구속 신경신호 분석 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 실험 박스의 내부 벽면은 반사를 방지하는 재질로 구성된 것을 특징으로 하는, 무구속 신경신호 분석 시스템. - 제 9 항에 있어서,
상기 촬영부는 촬영된 상기 실험 박스의 이미지 외곽으로 일정 넓이의 마진이 포함될 수 있도록, 상기 실험 박스의 위쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는, 무구속 신경신호 분석 시스템. - 제 9 항에 있어서,
무선통신 기능을 수행하는 무선통신부를 더 포함하고,
상기 분석수단은 상기 무선통신부를 통해 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치와 무선통신하는, 무구속 신경신호 분석 시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 분석수단은 상기 무구속 신경신호 모니터링 장치로부터 신경신호감지부를 통해 감지된 신경신호 정보를 수신하는, 무구속 신경신호 분석 시스템. - 제1항 및 제3항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 기재된 무구속 신경신호 모니터링 장치를 각각 장착한 한 마리 이상의 실험 대상이 들어 있는 실험 박스의 내부를 촬영부에 의해 촬영하여 저장하는 단계;
분석수단에 의해 상기 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상이 움직인 이동 궤적을 파악하는 단계; 및
분석수단에 의해 상기 저장된 영상을 분석하여, 각 실험 대상의 신경신호 발생 상황을 파악하는 단계를 포함하는, 무구속 신경신호 분석 방법. - 제 14 항에 있어서,
메인 컴퓨터 장치에 의해 상기 각 실험 대상이 움직인 이동 궤적과 각 실험 대상의 신경신호 발생 상황을 디스플레이 화면에 표시하는 단계를 더 포함하는, 무구속 신경신호 분석 방법. - 제14항에 기재된 무구속 신경신호 분석 방법을 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 시스템이 판독할 수 있는 기록매체.
- 제15항에 기재된 무구속 신경신호 분석 방법을 컴퓨터 시스템에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 시스템이 판독할 수 있는 기록매체.
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|---|---|---|---|
| KR1020200119280A KR102491489B1 (ko) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | 무구속 신경신호 분석을 위한 모니터링 장치, 시스템, 및 방법 |
| US17/485,316 US20220079505A1 (en) | 2020-09-16 | 2021-09-24 | Monitoring Device, System, and Method for Unrestrained Neural Signal Analysis |
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|---|---|---|---|
| KR1020200119280A KR102491489B1 (ko) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | 무구속 신경신호 분석을 위한 모니터링 장치, 시스템, 및 방법 |
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2020
- 2020-09-16 KR KR1020200119280A patent/KR102491489B1/ko active IP Right Grant
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- 2021-09-24 US US17/485,316 patent/US20220079505A1/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101480535B1 (ko) * | 2014-02-27 | 2015-01-12 | 주식회사 올비트앤 | 헤어핀 타입의 휴대용 뇌파 측정 장치를 포함한 뇌파 측정 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220036730A (ko) | 2022-03-23 |
| US20220079505A1 (en) | 2022-03-17 |
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |