KR102643867B1 - Ａｉ 기반 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템 - Google Patents
Ａｉ 기반 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템이 제공되며, 취침시각 및 기상시각을 설정하고, 취침시각에 부교감신경계를 항진시키는 호흡법인 수면유도법을 출력하면서 멜라토닌 비억제 파장의 빛을 조사하며, 사용자 단말과 연동된 웨어러블 기기를 통해 진동을 전하여 양측 교대 체감각 자극을 제공하여 교감신경계를 진정시키거나 미주신경 자극을 통해 부교감신경계를 항진시키며, 기상시각에 알파파 또는 베타파의 뇌파동조를 위하여 알파밴드(Alpha-Band) 또는 베타밴드(Beta-Band)의 플리커(Flicker)를 삽입하여 출력하고, 블루라이트를 출력하여 각성을 유도하는 사용자 단말 및 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 대한 설정을 저장하는 데이터베이스화부, 사용자 단말로부터 취침시각 및 기상시각을 설정받는 설정부, 사용자 단말에서 설정한 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 하는 제어부를 포함하는 관리 서비스 제공 서버를 포함한다.
Description
본 발명은 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템에 관한 것으로, 빛, 사운드, 호흡법 및 진동을 통해 뇌파동조 및 자율신경계조절을 수행함으로써 수면 및 일주기리듬을 정상화하는 시스템을 제공한다.
불면증과 같은 수면장애는 사회가 발전할수록 다양한 스트레스로 인해 발생한다. 한국표준 질병분류체계(Korean Standard Classification of Diseases, KCD)에서도 수면장애(Sleep Disorders)를 질병코드 G47로 분류하고 있다. G47의 소분류에는 불면증 관련 질병(G47.0)과 수면각성장애(G47.2)가 있다. 충분한 수면은 사람의 건강과 활력을 회복시킬 뿐만 아니라 여러 가지 인체의 호르몬과 밀접한 관련이 있다. 그래서 수면을 적절히 취하지 못할 경우 일상생활에서의 피로감 무기력감을 느낄 수 있지만 심할 경우에는 만성피로, 치매, 우울증, 공황장애와 같은 심각한 질병에 노출될 수 있다. 그렇기 때문에 현대인의 수면 장애율이 증가될수록 수면케어의 필요성도 높아지고 있다.
이때, 모노럴비트로 뇌파동조를 일으켜 숙면을 돕거나 사운드 및 라이트 테라피를 이용하여 수면을 돕는 방법이 연구 및 개발되었는데, 이와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2023-0080260호(2023년06월07일 공개) 및 한국공개특허 제2012-0131253호(2012년12월05일 공개)에는, 파동형태의 모노럴비트를 믹싱하여 뇌파동조를 일으킬 수 있도록 하고, 뇌파동조를 위한 기준주파수에 따른 주파수데이터를 로딩하여 데시벨을 조정하고, 중첩된 모노럴비트를 웨이브파일로 생성하여 사용자 단말로 제공하는 구성과, 수면상태를 압전센서로 검출한 후 라이트 테라피 및 사운드 테라피를 제공하는 구성이 각각 개시되어 있다.
다만, 전자의 경우 모노럴비트를 믹싱하는 방법만을 개시할 뿐 취침 및 기상에 따라 뇌파 및 자율신경계를 조절하는 구성은 개시되어 있지 않다. 후자의 경우에도 라이트 테라피 및 사운드 테라피로만 개시되어 있을 뿐 모노럴비트나 바이노럴비트를 이용하는 구성은 개시하고 있지 않으며, 라이트 테라피의 종류도 개시되어 있지 않다. 취침 및 기상에 따라 뇌파와 자율신경계가 조절되는데 불면증이나 과잉수면의 경우 뇌파와 자율신경계 조절이 정상범위에서 벗어난 경향을 보인다. 또, 일주기리듬을 담당하는 시상하부에 이상활성이 발생한 경우 일주기리듬이 깨질 뿐 아니라 군발두통(Cluster Headache)의 원인이 되고, 우울증, ADHD, 불안장애, 강박장애, 공황장애 등 다양한 증상에 이를 수 있다. 이에, 수면주기를 관리해줌으로써 궁극적으로 일주기리듬을 되찾도록 할 수 있는 시스템의 연구 및 개발이 요구된다.
본 발명의 일 실시예는, 빛과 사운드를 이용하여 뇌파동조를 이룰 수 있도록 하고, 빛과 호흡법을 이용하여 자율신경계를 조절하도록 함으로써, 취침시각 및 기상시각에 맞도록 뇌파 및 자율신경계를 조율하고, 기상시각에 맞춰 스피커를 통하여 세타파, 알파파 및 베타파를 동조하는 모노럴비트 또는 바이노럴비트의 음원을 재생하여 기상시의 뇌파를 유도하며, 기상시각에 블루라이트의 햇빛샤워를 제공하여 각성효과와 함께 세로토닌을 생성하도록 하고, 생성된 세로토닌이 취침시각에 멜라토닌으로 변함으로써 취침 및 숙면을 더욱 유도할 수 있으며, 수동으로 또는 스트레스 지수를 모니터링한 후 임계값을 초과하면 스트레스를 낮추기 위해 교대체감각자극(Bi-Lateral Alternating Stimulation in Tactile)을 사용자 단말 및 웨어러블 기기를 통하여 제공하고, 시상하부 이상활성으로 발생하는 군발두통을 일주기리듬을 정상화시킴으로써 완화시킴과 동시에 비침습성 미주신경자극(NonInvasive Vagus Nerve Stimulation)을 통하여 통증을 완화시킬 수 있도록 하는, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템을 제공할 수 있다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예는, 취침시각 및 기상시각을 설정하고, 취침시각에 부교감신경계를 항진시키는 호흡법인 수면유도법을 출력하면서 멜라토닌 비억제 파장의 빛을 조사하며, 기상시각에 알파파 또는 베타파의 뇌파동조를 위하여 알파밴드(Alpha-Band) 또는 베타밴드(Beta-Band)의 플리커(Flicker)를 삽입하여 출력하고, 블루라이트를 출력하여 각성을 유도하는 사용자 단말 및 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 대한 설정을 저장하는 데이터베이스화부, 사용자 단말로부터 취침시각 및 기상시각을 설정받는 설정부, 사용자 단말에서 설정한 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 하는 제어부를 포함하는 관리 서비스 제공 서버를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 빛과 사운드를 이용하여 뇌파동조를 이룰 수 있도록 하고, 빛과 호흡법을 이용하여 자율신경계를 조절하도록 함으로써, 취침시각 및 기상시각에 맞도록 뇌파 및 자율신경계를 조율하고, 기상시각에 맞춰 스피커를 통하여 세타파, 알파파 및 베타파를 동조하는 모노럴비트 또는 바이노럴비트의 음원을 재생하여 기상시의 뇌파를 유도하며, 기상시각에 블루라이트의 햇빛샤워를 제공하여 각성효과와 함께 세로토닌을 생성하도록 하고, 생성된 세로토닌이 취침시각에 멜라토닌으로 변함으로써 취침 및 숙면을 더욱 유도할 수 있으며, 수동으로 또는 스트레스 지수를 모니터링한 후 임계값을 초과하면 스트레스를 낮추기 위해 교대체감각자극(Bi-Lateral Alternating Stimulation in Tactile)을 사용자 단말 및 웨어러블 기기를 통하여 제공하고, 시상하부 이상활성으로 발생하는 군발두통을 일주기리듬을 정상화시킴으로써 완화시킴과 동시에 비침습성 미주신경자극(NonInvasive Vagus Nerve Stimulation)을 통하여 통증을 완화시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 시스템에 포함된 관리 서비스 제공 서버를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스가 구현된 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 2는 도 1의 시스템에 포함된 관리 서비스 제공 서버를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스가 구현된 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱 할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체 지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
본 명세서에 있어서 단말, 장치 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말, 장치 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말, 장치 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
본 명세서에서 있어서, 단말과 매핑(Mapping) 또는 매칭(Matching)으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는, 단말의 식별 정보(Identifying Data)인 단말기의 고유번호나 개인의 식별정보를 매핑 또는 매칭한다는 의미로 해석될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템(1)은, 적어도 하나의 사용자 단말(100), 관리 서비스 제공 서버(300), 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)를 포함할 수 있다. 다만, 이러한 도 1의 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템(1)은, 본 발명의 일 실시예에 불과하므로, 도 1을 통하여 본 발명이 한정 해석되는 것은 아니다.
이때, 도 1의 각 구성요소들은 일반적으로 네트워크(Network, 200)를 통해 연결된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 사용자 단말(100)은 네트워크(200)를 통하여 관리 서비스 제공 서버(300)와 연결될 수 있다. 그리고, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 네트워크(200)를 통하여 적어도 하나의 사용자 단말(100), 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)와 연결될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)는, 네트워크(200)를 통하여 관리 서비스 제공 서버(300)와 연결될 수 있다.
여기서, 네트워크는, 복수의 단말 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 이러한 네트워크의 일 예에는 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷(WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 5GPP(5th Generation Partnership Project), 5G NR(New Radio), 6G(6th Generation of Cellular Networks), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 인터넷(Internet), LAN(Local Area Network), Wireless LAN(Wireless Local Area Network), WAN(Wide Area Network), PAN(Personal Area Network), RF(Radio Frequency), 블루투스(Bluetooth) 네트워크, NFC(Near-Field Communication) 네트워크, 위성 방송 네트워크, 아날로그 방송 네트워크, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 네트워크 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
하기에서, 적어도 하나의 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다. 또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
적어도 하나의 사용자 단말(100)은, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 관련 웹 페이지, 앱 페이지, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하여 취침시각 및 기상시각을 설정하고, 이에 따른 빛, 사운드, 진동 및 호흡법을 출력하는 사용자의 단말일 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 사용자 단말(100)은, 네트워크를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 네비게이션, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(Desktop), 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 사용자 단말(100)은, 네트워크를 통해 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 단말로 구현될 수 있다. 적어도 하나의 사용자 단말(100)은, 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, 네비게이션, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smartphone), 스마트 패드(Smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
관리 서비스 제공 서버(300)는, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 웹 페이지, 앱 페이지, 프로그램 또는 애플리케이션을 제공하는 서버일 수 있다. 그리고, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 따른 설정을 데이터베이스화하는 서버일 수 있다. 또한, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 사용자 단말(100)에서 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 하는 서버일 수 있다. 그리고, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 교대체감각자극(Bi-Lateral Alternating Stimulation in Tactile)을 사용자 단말(100) 및 웨어러블 기기(400)를 통하여 제공할 수 있도록 하고, 비침습성 미주신경자극(NonInvasive Vagus Nerve Stimulation)을 통하여 통증을 완화시킬 수 있도록 미주신경자극기를 제어하거나 사용자 단말(100)로 고주파를 출력하도록 하는 서버일 수 있다.
여기서, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 네트워크를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 네비게이션, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(Desktop), 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 웨어러블 기기(400)는, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 관련 웹 페이지, 앱 페이지, 프로그램 또는 애플리케이션을 이용하는 수면단계를 파악할 수 있도록 하는 감지 데이터를 업로드하고, 기 설정된 주파수의 진동을 기 설정된 강도, 시간에 따라 출력하는 장치일 수 있다.
여기서, 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)는, 네트워크를 통하여 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 네비게이션, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(Desktop), 랩톱(Laptop) 등을 포함할 수 있다. 이때, 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)는, 네트워크를 통해 원격지의 서버나 단말에 접속할 수 있는 단말로 구현될 수 있다. 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)는, 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, 네비게이션, PCS(Personal Communication System), GSM(Global System for Mobile communications), PDC(Personal Digital Cellular), PHS(Personal Handyphone System), PDA(Personal Digital Assistant), IMT(International Mobile Telecommunication)-2000, CDMA(Code Division Multiple Access)-2000, W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), Wibro(Wireless Broadband Internet) 단말, 스마트폰(Smartphone), 스마트 패드(Smartpad), 타블렛 PC(Tablet PC) 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 시스템에 포함된 관리 서비스 제공 서버를 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스가 구현된 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 관리 서비스 제공 서버(300)는, 데이터베이스화부(310), 설정부(320), 제어부(330), 기상뇌파유도부(340), 수면단계별코칭부(350), 인공지능부(360), 불면과다완화부(370), 햇빛샤워부(380), 일주기리듬맞춤부(390), 미주신경자극부(391) 및 교대체감각자극부(393)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서비스 제공 서버(300)나 연동되어 동작하는 다른 서버(미도시)가 적어도 하나의 사용자 단말(100) 및 적어도 하나의 웨어러블 기기(400)로 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 애플리케이션, 프로그램, 앱 페이지, 웹 페이지 등을 전송하는 경우, 적어도 하나의 사용자 단말(100), 적어도 하나의 웨어러블 기기(400) 및 적어도 하나의 정보제공 서버(500)는, 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 애플리케이션, 프로그램, 앱 페이지, 웹 페이지 등을 설치하거나 열 수 있다. 또한, 웹 브라우저에서 실행되는 스크립트를 이용하여 서비스 프로그램이 적어도 하나의 사용자 단말(100), 적어도 하나의 웨어러블 기기(400) 및 적어도 하나의 정보제공 서버(500)에서 구동될 수도 있다. 여기서, 웹 브라우저는 웹(WWW: World Wide Web) 서비스를 이용할 수 있게 하는 프로그램으로 HTML(Hyper Text Mark-up Language)로 서술된 하이퍼 텍스트를 받아서 보여주는 프로그램을 의미하며, 예를 들어 크롬(Chrome), 에지(Microsoft Edge), 사파리(Safari), 파이어폭스(FireFox), 웨일(Whale), UC 브라우저 등을 포함한다. 또한, 애플리케이션은 단말 상의 응용 프로그램(Application)을 의미하며, 예를 들어, 모바일 단말(스마트폰)에서 실행되는 앱(App)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 데이터베이스화부(310)는, 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 대한 설정을 저장할 수 있다. 우선, 뇌파란, 뇌가 활성화되면 신경세포의 미세전류에서 보강간섭으로 인해 측정되는 생체 정보이다. 한 위치에서 연속적인 데이터를 측정하며 파동의 특징인 진폭과 주파수, 파형을 가지고 있다. 뇌파는 신경세포의 활성화 상태에서 다른 특징을 보이기 때문에 뇌파를 이용하여 뇌의 활동성을 측정할 수 있다. 그래서 수면다원검사에서는 뇌파를 이용하여 수면의 깊이를 평가한다. 사람은 수면상태에서 무의식으로 신체활동이 감소하기 때문에 수면상태에서 측정한 수면뇌파는 각성(비수면)상태에서 측정한 뇌파와 다른 특징을 보인다. 수면 뇌파의 특징을 이용하여 수면의 깊이인 수면단계를 구분하기 위해 수면기록 매뉴얼(Rechtschaffen & Kales Sleep Scoring Manual)에서 정의된 수면단계를 이용한다. 이 수면단계 기준은 수면다원검사를 포함하여 다양한 연구 분야에서 사용되고 있으며 이하 표 1과 같다.
| 단계 | 주파수 특징 | 기타 특징 |
| 각성(wake) | 알파파(8-13Hz) 우세 | 움직임과 심박으로 인한 노이즈 발생 |
| 1 | 혼합파(2-7Hz) 우세, 알파파 50% 이하 | K-복합체와 수면방추파 없음 |
| 2 | 서파(0-2Hz)가 20% 이하 | K-복합체와 수면방추파 측정됨 |
| 3 | 서파가 20%에서 50% 측정됨 | - |
| 4 | 서파가 50% 이상 측정됨 | - |
| REM | 혼합파 우세 | 안구 움직임으로 인한 노이즈 발생 |
각성단계(Wake)는 비수면상태로 알파파(8-12Hz)가 활성화되며 움직임과 심박에 의한 노이즈가 발생한다. 1 단계 수면은 2-7Hz의 혼합된 뇌파가 측정되며 K복합체와 수면방추파가 검출되지 않는다. K복합체는 일시적으로 나타나는 높은 진폭의 양성 방향 파형을 의미하고 수면방추파는 K 복합체 뒤에 짧게 측정되는 12-14 Hz의 복합파이다. 2 단계 수면에서는 K 복합체와 수면 방추파가 측정되고 2Hz 이하의 느린 파형이 20% 이하로 구성된다. 3 단계 수면은 2Hz 이하의 느린 뇌파가 20%에서 50%로 측정되면 3단계로 구분된다. 4 단계 수면은 2Hz 이하의 느린 뇌파가 50% 이상 포함된다. REM 수면은 1 단계 수면과 비슷하지만 안구 움직임으로 인한 노이즈가 같이 측정된다. 이때 뇌파의 종류 및 주파수는 이하 표 2와 같다.
| 뇌파의 종류 | 주파수 대역 | 뇌의 상태 |
| 델타(Delta) | 0.5~4 Hz | 숙면 상태 |
| 세타(Theta) | 4~7 Hz | 졸리는 상태, 산만함, 백일몽 상태 |
| 알파(Alpha) | 8~12Hz | 편안한 상태에서 외부 집중력이 느슨한 상태 |
| SMR(Sensory Motor Rhythm) | 12~15Hz | 움직이지 않는 상태에서 집중력을 유지 긴장과 이완의 중간상태 |
| 베타(Beta) | 15~30Hz | 사고를 하며 활동적인 상태에서 집중력을 유지 |
| 감마(Gamma) | 31~50Hz | 피질과 피질 하 영역 간 정보교환 의식적 각성상태와 REM 수면시 꿈에서 나타남 베타파와 중복되어 나타나기도 함 |
<뇌파동조>뇌파동조이론(The Frequence-Following Effect)은 뇌전도 동기화에 따른 신경동조라고도 하는데, 깜박이는 조명, 음성, 음악 및 음악과 같은 주기적인 외부 자극의 리듬에 의해 뇌파(뇌의 큰 전기 진동)가 원하는 주파수로 맞춰진다는 이론이다. 이는, V. A. Korshunov, G. R. Khazankin and D. S. Ivanishkin, "Development of an Application for Audio-Visual-Tactile Brainwave Entrainment in Patients with Affective and Psychosomatic Disorders," 2021 IEEE 22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials(EDM), Souzga, the Altai Republic, Russia, 2021, pp. 551-554, doi: 10.1109/EDM52169.2021.9507617나, H. Norhazman, N. Zaini, M. N. Taib, R. Jailani and M. F. A. Latip, "Alpha and Beta Sub-waves Patterns when Evoked by External Stressor and Entrained by Binaural Beats Tone," 2019 IEEE 7th Conference on Systems, Process and Control(ICSPC), Melaka, Malaysia, 2019, pp. 112-117, doi: 10.1109/ICSPC47137.2019.9068008 등에 게재되어 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 뇌파동조이론에 기반하여 빛(알파밴드 및 베타밴드)과 사운드(모노럴비트 및 바이노럴비트)를 이용하여 수면에 접어들게 하며, 블루라이트를 이용하여 각성을 유도할 수 있도록 한다.
<자율신경계조절>
교감 신경의 경우 척수의 중간 부분에서 나와 여러 내장기관에 분포하며 위급한 상황에 빠졌을 경우 빠르게 대처할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 교감신경 흥분 시 동공은 확장되고 땀의 분비가 촉진되며 심장박동수가 증가하고 혈관은 수축하며, 기관지가 확장되며 위장관 운동은 저하된다. 반대로, 부교감 신경은, 중뇌와 연수 및 척수의 꼬리부분에서 나와 각 내장기관에 분포하며 위급한 상황에 대비하여 에너지를 저장해두는 역할을 한다. 부교감신경 흥분 시 동공은 수축하고 땀 분비는 감소하며 심박동수는 감소하고 일부 혈관이 확장될 수 있다. 또한 기관지는 수축하며 위장관 운동이 촉진됩니다. 이에 교감 신경은 각성을 유도하고 반대로 부교감 신경은 수면을 유도하게 되므로, 수면을 유도할 때에는 멜라토닌을 유도하는 적색 및 황색의 빛을 제공하고, 호흡법을 도 4e 및 도 4f와 같은 깊은 호흡법으로 유도하여 부교감신경계를 항진시킬 수 있도록 한다. 이때, 적색 및 황색의 빛이 멜라토닌을 유도한다는 이론적 근거는 논문(Blume C, Garbazza C, Spitschan M. Effects of light on human circadian rhythms, sleep and mood. Somnologie (Berl). 2019 Sep;23(3):147-156. doi: 10.1007/s11818-019-00215-x. Epub 2019 Aug 20. PMID: 31534436; PMCID: PMC6751071.) 및 도 4d에 근거한다. 각성시에는 상술한 방법과 반대의 상황을 유도할 수 있다.
<플리커 삽입>
기상시각 이전부터 사용자 단말(100)의 디스플레이를 점점 밝게 하면서 알람시간에 가까워질수록 최대 밝기로 디스플레이와 플래시 라이트를 점등할 수 있다. 이때 애플리케이션 소프트웨어와 연동하여 LED 장치, 디스플레이, 플래시 라이트로부터 알파밴드 또는 베타밴드의 플리커, 즉, 영상 콘텐츠에 깜박이는 효과를 줄 수 있는 이미지 프레임을 삽입할 수 있다. 플리커는, 디스플레이 주사율 조절, 디스플레이, 플래시 라이트 및 연동되는 LED를 점멸시킴으로써 발생시킬 수도 있다. 이에 플리커를 이용하여 알파파 또는 베타파를 동조시킬 수 있다. 이 이론은 상술한 논문을 기반으로 한다.
<호흡법>
도 4e와 같이 사용자 단말(100)의 디스플레이를 통해 도형의 크기 변화와 숫자를 이용한 호흡법을 코칭하여 뇌파변화를 유도시킬 수 있다. 이 근거는 논문(강승완.(2017).의식적 호흡이 자율신경과 뇌파에 영향을 미치는 기전에 관하여.Perspectives in Nursing Science,14(2),64-69.)에 기반한다. 이때, 심장박동과 같은 자율신경계가 의식적 호흡변화를 통해 조절이 가능한데, 예를 들어 화가 많이 나서 교감신경이 극도로 흥분한 사람에게 심호흡을 하라는 이유도 여기에 있다. 의식적으로 호흡으로 심장박동수를 변화시키라는 것이다. 이러한 심장의 리듬패턴의 변화가 뇌파의 변화를 이끌어낼 수 있다. 이때 도 4f와 같이 사용자별 호흡법 조절 사용자 인터페이스도 제공할 수 있는데, 호흡단계별 비율은 유지하되 호흡법의 숙련 정도에 따라 속도, 횟수, 세트를 조절하여 사용자별로 적합한 호흡법을 선택할 수 있도록 할 수 있다. 이 호흡법은 비교적 안전하지만 처음 연습시에는 약간의 어지러움을 느낄 수 있다. 정상적 호흡은 산소를 들이마시는 것과 이산화탄소를 내쉬는 것 사이의 균형인데, 숨을 들이마신 것보다 더 많이 내쉬면서 이 균형을 깨뜨릴 때, 체내 이산화탄소의 감소를 초래한다. 이로 인해 뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 좁아지면서, 혈액 공급의 감소가 어지럼증 같은 증상으로 이어질 수 있다. 따라서 천천히 연습하는 기간을 조절할 수 있도록 하고, 호흡에 익숙해지면 횟수를 늘리도록 할 수 있다. 또, 눈감고 호흡하기를 유도할 수 있는데, 어두운 곳에서 눈을 감고 빛을 느끼며 호흡할 수 있도록 디스플레이의 밝기와 색상이 변환되고 깜빡일 수 있도록 한다. 예를 들어, 도 4e와 같이 어두운 밝기의 검은색에서 숨을 들이쉴수록 점점 밝아지는 붉은색을 점등할 수 있다. 또, 도 4g와 같이 [숨 들이쉬기(디스플레이가 최소 밝기의 검은색에서 점점 최대 밝기의 붉은색으로 전환)→숨 참기(디스플레이가 깜빡임)→숨 내쉬기(화면 밝기와 색상이 점점 어두워져 최소 밝기로 전환)→세트 사이 휴식(디스플레이 밝기와 색상 유지)]로 세팅할 수도 있다.
설정부(320)는, 사용자 단말(100)로부터 취침시각 및 기상시각을 설정받을 수 있다. 사용자 단말(100)은, 취침시각 및 기상시각을 설정할 수 있다. 도 4a와 같이 취침시각 및 기상시각에 대한 알람을 설정할 수 있는데, 12시간 형식 또는 24시간 형식의 시계를 그래픽 형태로 제공하고, 달 아이콘을 움직여 취침시각을 설정하도록 하며, 해 또는 알람시계 아이콘을 움직여 기상시각을 설정하도록 세팅할 수 있다. 또 도 4b와 같이 취침시각과 기상시각의 차이를 계산하여 예상수면시간을 알려줄 수도 있는데, 예상수면시간이 권장수면시간, 예를 들어 8 시간에 가까워질수록 시계모양 내 물이 채워지는 구조로 세팅될 수 있다. 이때, 사용자 단말(100)이 스마트폰일 수도 있지만, 상술한 바와 같이 스마트패드, 스마트워치, PC, TV, 헤드셋 등 디스플레이의 빛과 뇌파동조를 이용한 기상알람을 제공할 수 있다.
제어부(330)는, 사용자 단말(100)에서 설정한 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 할 수 있다. 이때, 사용자 단말(100)은, 취침시각에 부교감신경계를 항진시키는 호흡법인 수면유도법을 출력하면서 멜라토닌 비억제 파장의 빛을 조사할 수 있다. 이때, 멜라토닌 비억제 파장의 빛은, 적색 및 황색의 빛을 포함할 수 있다. 그리고, 사용자 단말(100)은, 기상시각에 알파파 또는 베타파의 뇌파동조를 위하여 알파밴드(Alpha-Band) 또는 베타밴드(Beta-Band)의 플리커(Flicker)를 삽입하여 출력하고, 블루라이트를 출력하여 각성을 유도할 수 있다. 이때, 블루라이트는 애플리케이션 소프트웨어와 연동하는 LED 장치, 디스플레이, 플래시 라이트 등에 부착할 수 있는 블루라이트 밴드패스필터(Blue BanddPass Filter)를 이용하여 블루라이트를 이용한 각성을 유도할 수도 있다. 이때, 블루라이트가 각성을 촉진한다는 이론은, 마취상태에서 각성을 촉진시킨다는 논문(Liu D, Li J, Wu J, Dai J, Chen X, Huang Y, Zhang S, Tian B, Mei W. Monochromatic Blue Light Activates Suprachiasmatic Nucleus Neuronal Activity and Promotes Arousal in Mice Under Sevoflurane Anesthesia. Front Neural Circuits. 2020 Aug 18;14:55. doi: 10.3389/fncir.2020.00055. PMID: 32973462; PMCID: PMC7461971.)과, 수면중 블루라이트에 노출되면 DLMO(Dim Light Melatonin Onset)이 지연된다는 논문(Figueiro MG, Leggett S. Intermittent Light Exposures in Humans: A Case for Dual Entrainment in the Treatment of Alzheimer's Disease. Front Neurol. 2021 Mar 9;12:625698. doi: 10.3389/fneur.2021.625698. PMID: 33767659; PMCID: PMC7985540.)에 기반한다.
기상뇌파유도부(340)는, 기상시각으로부터 기 설정된 시간 이전부터 사용자 단말(100)의 스피커를 통하여 세타파, 알파파 및 베타파의 뇌파동조를 위하여 모노럴비트(Monaural Beat) 또는 바이노럴비트(Binaural Beats)의 소리를 출력할 수 있다. 가장 낮은 델타파가 아닌 (낮은 주파수)세타-알파-베타(높은 주파수)를 유도하여 서서히 잠에서 깨고 각성할 수 있도록 세타파, 알파파 및 베타파의 뇌파동조를 순차적으로 유도할 수 있다. 이 뇌파동조의 이론은 상술한 뇌파동조이론과 같으므로 상세한 설명을 생략한다.
수면단계별코칭부(350)는, 취침시각으로부터 사용자 단말(100)과 연동된 웨어러블 기기(400)에서 수면단계를 모니터링하고, 수면단계별로 기 설정된 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 출력할 수 있다. 이때, 수면단계별코칭부(350)는 이어폰 또는 헤드폰이 사용자 단말(100)과 연동된 경우에는 바이노럴비트를 출력하고 스피커와 연결된 경우에는 모노럴비트를 출력할 수 있다.
인공지능부(360)는, 수면단계를 파악하기 위하여 웨어러블 기기(400)로부터 수집된 수집 데이터를 기 구축된 인공지능 알고리즘에 질의로 입력하여 수면단계를 파악할 수 있다. 수면단계는 웨어러블 기기(400)에서 수집된 GPS, 가속도센서, 지자기센서 등 얼마나 뒤척이고 뒤척이지 않는지, 심박수는 얼마인지 등에 따라 현재 수면단계의 어느 단계를 지나고 있는지를 파악하도록 할 수 있다.
<수면단계별 특징 및 생체신호센서>
수면상태 판별을 위해서는 전체 수면 사이클 내의 수면단계에 대한 분석이 필수적이다. 일반적으로 인간의 수면 사이클은 WAKE에서 시작하여 크게 NREM 및 REM의 수면단계의 반복으로 이루어지며, 수면시 측정한 생체신호는 수면단계별로 서로 다른 특징을 가지게 된다. WAKE 단계에서는 근육이 활성화되어 있으며 호흡과 심장박동이 불규칙하다. NREM 단계에서는 심장박동, 호흡 및 눈의 움직임이 WAKE 단계에 비해 느려진다. NREM 수면단계 이후 REM 단계에 진입하게 되면, 심장박동과 호흡이 다시 빠르고 불규칙하게 변하며, 목 아래 근육의 긴장도가 저하된다.
<특징 추출>
<분당 호흡수>
호흡수는 사용자의 움직임에 영향을 받아 잡음이 발생한다. 따라서, 특정 지점에서 호흡수가 0이거나 값이 너무 크거나 작아 결측치라 판단되는 데이터는 앞뒤 값의 평균 데이터로 보정할 수 있다. REM 수면단계에서는 호흡이 불규칙한 특징을 보인다. 호흡이 불규칙해짐에 따라 진폭이 커지는 특성을 반영하여 크기가 3분인 윈도우의 최대 진폭을 측정하여 그 값을 특징으로 반영할 수 있다.
<분당 심박수>
심장박동은 NREM 수면단계에 진입하는 순간 안정화되고, REM 수면단계에서는 심박수 그래프가 증가했다 감소하는 추이를 보이며, 다른 수면단계에 비해 진폭이 크게 나타난다. 이러한 특징을 반영하여 크기가 1분인 윈도우를 통해 진폭의 크기를 추출할 수 있다.
<심전도>
심전도(ECG) 분석에 있어 보편적으로 사용되는 Pan-Tomkins 알고리즘에 따라QRS Complex를 추출할 수 있다. 심전도 데이터에서 추출할 수 있는 특징은 심박변이도(Heart Rate Variability, HRV), 진폭의 크기, 1 분 동안의 R 파(Wave) PEAK의 개수 총 3 종류가 있다. 심박 변이도의 분석은 QRS Complex에서 가장 큰 특징인 R-Peak 검출을 기반으로 이루어진다. 심박 변이도는 수면단계별로 다른 특징을 보이며,약 87% 이상의 정확도로 각성과 수면상태를 구분할 수 있다. 대역 통과 필터를 적용한 ECG 신호에서 수학식 1과 수학식 2를 활용하여 1 분 간격으로 R-R PEAK 간격의 표준편차를 구하고, 단기 심장박동 변이도 요소인 Short Term SDNN(Standard Deviation of NNInterval)을 구한다.
<움직임>
3 축 가속도센서에서 수집된 데이터는 수면 중 움직임 여부를 판단하기 위해 사용된다. 방향성을 고려하지 않아도 되므로, 3 차원의 가속도 센서값을 1 차원의값으로 축소하여 수면중 움직임 강도를 표현한 Intensity 값으로 변환할 수 있다. XYZ 축 n 시점의 가속도를 이하 수학식 3에 대입하여 n 시점의 움직임 강도인 In을 얻는다.
<수면주기>
대부분의 생명체는 24시간 주기의 체내 시계(일주기리듬)를 가지고 있다. 측정된 생체신호에 상응하는 절대적인 시각 대신 수면주기를 나타내는 Clock Proxy라는 값을 부여하기 위해 기존에 사용되고 있는 생체시계 모델링 기법을 활용하여 측정시간 시작부터 끝나는 지점까지 값을 할당할 수 있다. X 축은 수면시간을 1초 간격으로 추출한 것이며, Y 축은 X 값에 대한 반주기의 사인(Sin) 그래프값을 할당한 것이다.
<데이터 생성, 학습 및 분류>
센서별로 수집된 로우(Raw)데이터들은 수면단계별로 나타나는 파형을 판독하기 위해 시각화 한 뒤, 선행연구에서 관측되는 파형과 비교하여 WAKE 상태는 0, NREM 은 1, REM은 2의 레이블이 부여할 수 있다. Python Pandas와 Numpy 라이브러리를 활용하여 전처리 과정을 거친 뒤 측정시간을 주축으로 하나의 데이터 프레임으로 통합하여 CSV 파일로 저장할 수 있다. 해당 CSV 파일에는 심박변이도, 호흡변이도, 움직임강도, Clock Proxy가 특징으로 들어갈 수 있다. 전처리 과정을 마친 데이터들은 SVM 분류기의 학습 및 테스트 데이터로 이용할 수 있다.
SVM 분류기는 각 클래스를 구분하는 결정 초평면(Decision Hyperplane)과 이것에 가장 인접한 샘플(Support Vector)의 거리를 최대하는 초평면을 구하는 것으로, 분류 문제에서 일반화 능력이 우수하다. 따라서 오류 데이터 영향이 적고 과적합이 되는 경우가 적다. Python Scikit-Learn 라이브러리를 활용하여 선형으로 구분될 수 없는 수면 데이터를 RBF(Radial Basis Function) 커널을 활용하여 초기 문제의 유한 차원보다 높은 차원으로 대응시켜 분류를 할 수 있다. 수면단계 분류의 성능을 높이기 위해 OvR(One-verses-Rest) 방식보다 처리 시간은 오래 걸리지만 OvO(One-verses-One) 방식을 선택하여 학습의 정확도를 높여줄 수 있다. RBF 커널 두 개의 매개변수인 C와 σ에 대해서는 Grid Search를 사용하여 경험적인 방법을 통해 각각 1과 0.1로 지정할 수 있다.
수면 모니터링 데이터를 SVM 분류기에 넣어 수면단계를 분류한 결과를 바탕으로 총수면 대비 각 수면단계별 비율과 기록된 시간 중 실제 수면시간의 비율인 수면효율을 계산할 수 있다. 전체 수면시간 동안의 수면단계 변화 및 각 수면단계별 비율을 사용자에게 제공하기 위하여 Python Matplotlib 라이브러리를 활용하여 전체 수면시간에 대한 수면단계를 수면곡선(Hypnogram)과 수면단계별 비율을 파이차트로 시각화 할 수 있다. 수면곡선을 수면단계를 파악할 수 있으며 수면단계에 따른 취침준비 및 기상준비가 가능해질 수 있다.
불면과다완화부(370)는, 사용자 단말(100)에서 불면증으로 등록하거나 불면증으로 등록하지 않은 경우, 수동설정으로 또는 수면단계별로 알파파, 세타파 및 델타파를 동조시키도록 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 제공하고, REM 수면을 유도하기 위한 깊은 수면단계 후에 뇌파동조를 중지할 수 있다. 불면과다완화부(370)는, 사용자 단말(100)에서 수면과다증으로 등록하거나 수면과다증으로 등록하지 않은 경우, 수동설정으로 또는 세타파, 알파파 및 베타파의 순서로 동조시키도록 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 제공할 수 있다. 여기서 불면증으로 등록하지 않은 경우란, 불면증으로 등록하지 않아도 가끔씩 잠이 안오는 경우도 존재하므로, 불면증은 아니지만 잠이 오지 않는 경우 등에 수동 또는 자동(수면단계)으로 뇌파동조를 유도하도록 하는 것을 의미한다. 수면과다증으로 등록하지 않은 경우란, 수면과다증으로 등록하지 않아도 가끔씩 잠이 너무 오는 경우도 존재하므로, 수면과다증은 아니지만 잠을 너무 자는 경우 등에 수동 또는 자동(수면단계)으로 뇌파동조를 유도하도록 하는 것을 의미한다.
이때, 불면증의 경우 알파파, 세타파 및 델타파를 동조시키고, 수면과다증의 경우 세타파, 알파파 및 베타파의 순서로 동조시켜야 한다는 이론적 근거는 논문(Gantt MA. Study protocol to support the development of an all-night binaural beat frequency audio program to entrain sleep. Front Neurol. 2023 Jan 26;14:1024726. doi: 10.3389/fneur.2023.1024726. PMID: 36779067; PMCID: PMC9909225.)에 기반한다. 불면과다완화부(370)는, 이어폰 또는 헤드폰이 사용자 단말(100)과 연동된 경우에는 바이노럴비트를 출력하고 스피커와 연결된 경우에는 모노럴비트를 출력할 수 있다.
이때, 나이가 증가하면 총 수면시간, 느린 주파수 수면(Slow Wave Sleep) 및 수면 효율이 감소하고, 수면개시 후 각성 및 수면지연시간이 증가할 수 있으므로 나이를 고려해야 하고, 여성은 일반적으로 남성보다 느린 주파수 수면을 유지하므로 성별도 고려할 수 있다. 상술한 불면증 또는 수면과다증이 완화되는 경우, 일주기리듬 장애, 양극성 장애, 우울증, 조울증, 불안장애, 알츠하이머병, 파킨슨병의 치료에 도움을 줄 수 있고, 여행자, 교대근무자 시차적응의 경우 일주기리듬을 재조정하는데 도움을 줄 수 있다.
<수면골든타임 90분 법칙>
미국 스탠퍼드대 수면생체리듬(Sleep and Circadian Neurobiology) 연구소장 Seiji Nishino 박사의 베스트셀러 저서 "Stanford High-Efficiency Sleep Method (스탠퍼드식 최고의 수면법)"에서 소개한 바 있는 "The golden 90-minute sleep rule(수면 골든 타임 90분 법칙)"에 의하면, 도 4c와 같이 입면 직후 첫 번째 수면 사이클의 수면 퀄리티가 전체 수면 퀄리티에 중대한 영향을 미친다. 첫 수면주기에서 70 분 내지 90 분 동안 비렘수면 상태가 나타난다. 비렘수면 수면은 피로를 풀고 기억을 저장하는 깊은 잠의 단계다. 첫 비렘수면 수면이 이뤄지는 90분을 [수면의 골든타임]이라고 부른다. 잠든 직후 90분 동안 숙면하면 평소보다 적게 자더라도 다음 날 개운함을 느낄 수 있다는 것이다. 첫 주기 동안에 깊고 안정된 숙면을 취하게 된다면, 상대적으로 적은 시간 잘 수밖에 없는 현대인들에게 최선의 대안책이 될 수 있다. 우리 몸은 하루 중 깨어 있는 시간이 길어질수록 자고 싶은 욕구가 커진다. 이 욕구를 수면압력이라고 부른다. 수면압력은 잠이 든 후 90 분 동안, 즉 수면의 골든타임 때 가장 많이 방출된다. 수면 골든타임 때 숙면을 취하면 수면압력이 크게 줄어 자고 싶은 욕구가 해소되고 피곤함이 줄어든다. 수면 골든타임은 수면을 통해 자율신경을 조절하고, 성장호르몬 분비를 촉진시키며, 뇌 상태를 좋게 만든다.
여기서, 우울증 환자는 초기 비렘수면 시간이 부족하여 렘수면이 조기에 도래하기 때문에, 우울증을 치료하는 방법은 REM 수면 기상이다. 또, 논문(Palagini L, Baglioni C, Ciapparelli A, Gemignani A, Riemann D. REM sleep dysregulation in depression: state of the art. Sleep Med Rev. 2013 Oct;17(5):377-90. doi: 10.1016/j.smrv.2012.11.001. Epub 2013 Feb 5. PMID: 23391633.)에 따르면, REM 수면조절장애와 우울증은 강한 연관성이 존재한다. 이는 우울증의 치료 방법에 관계없이 발병, 재발, 재발의 위험과 심지어 치료 반응에 대한 영향까지 증가시키는 것으로 보인다. REM 수면의 핵심적인 역할은 우울증에서 정서적 반응성과 정서적 정보 처리를 조절하는 것이다. 우울증의 신경대사 변화는 REM 수면과잉 활성화에 의해 유발되거나 강화된다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에서는, 델타파 뇌파 동조를 이용하여 첫 수면 사이클의 깊은 수면단계 시간을 증가시킬 수 있다. 수면단계를 모니터링하여 REM 수면 단계에 기상시켜 REM 수면과잉을 비활성화시킬 수 있다.
<비가청 주파수의 바이노럴비트>
비가청 주파수를 이용한 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 통하여 뇌파를 동조시킬 수도 있다. 이는 논문(Choi MH, Jung JJ, Kim KB, Kim YJ, Lee JH, Kim HS, Yi JH, Kang OR, Kang YT, Chung SC. Effect of binaural beat in the inaudible band on EEG (STROBE). Medicine(Baltimore). 2022 Jul 1;101(26):e29819. doi: 10.1097/MD.0000000000029819. PMID: 35777013; PMCID: PMC9239629.)에 기반하는데, 일반적인 가청 주파수 바이노럴비트의 뇌파유도효과와 같이 비가청 주파수를 가진 바이노럴비트 역시 특정 뇌파의 유발이 가능하다는 점에서 출발한다.
햇빛샤워부(380)는, 기상시각에 맞추어 블루라이트인 청색의 빛을 제공할 수 있다. 이때, 햇빛샤워의 알람과 라이트테라피 시간을 도 4h와 같이 제공할 수 있다. 사용자 데이터를 통해 효과적인 사용시점 및 사용량을 알고리즘으로 예측하고 권장 사용시점과 사용량에 가까워질수록 시계 모양이 채워질 수 있다. 사용자의 수면패턴을 고려하여 최적화된 아침햇살샤워할 시간을 알려줄 수 있는데, 이때의 수면패턴은 언제 자고 언제 일어나는지이다. 또는, 언제 자야하고 언제 일어나야하는지에 따라 아침햇살샤워할 시간을 알려줄 수 있다. 불면증이나 수면과잉 등에 가장 좋은 것은 기상시각을 고정하는 것이고, 기상하자마자 햇볕을 보는 것이다. 블루라이트가 풍부한 아침햇살을 쬐면 오전에는 수면 호르몬인 멜라토닌이 억제되고, 세로토닌 호르몬이 분비되며 세로토닌 호르몬은 14 내지 15시간 후에 멜라토닌으로 변환되어 숙면을 유도한다. 설정하거나 예측되는 잠드는 시간보다 14 내지 15시간 전에 햇빛샤워를 하거나 라이트테라피를 하도록 시간을 안내하고 알람으로 알려줄 수 있다.
일주기리듬맞춤부(390)는, 청색의 빛을 출력할 시간을 기상시각 이외에 사용자 단말(100)의 사용자 데이터로 파악된 일주기리듬에 기초하여 청색의 빛을 조사하도록 할 수 있다. 이때, 수면단계, 수면시간, 취침시각, 기상시각, 조도센서의 빛 노출시간, 빛 노출시각, GPS 데이터, 심박수 데이터 등 수면 데이터, 빛 노출 데이터, 활동 데이터를 측정할 수 있다. 그리고, 기 설정된 알고리즘을 이용하여 일주기리듬을 측정하고, 일주기리듬 장애 여부를 진단하며, 일주기리듬 데이터 분석을 통하여 개인 맞춤형 라이트테라피를 제공할 수 있다. 즉, 블루라이트의 노출시점, 노출강도 및 노출시간을 조절할 수 있다. 인간의 일주기시계는 24시간보다 약간 긴 주기로 실행되므로, 뇌파동조를 이용하여 매일 시간을 앞당길 수 있다.
미주신경자극부(391)는, 일주기리듬의 장애가 모니터링된 경우, 미주신경자극기(NonInvasive Vagus Nerve Stimulation)에 대응하는 진동을 사용자 단말(100)에서 출력하도록 하거나 미주신경자극기와 연동시켜 미주신경자극기를 구동시킬 수 있다. 비침습 미주신경자극기는 고주파전기펄스(25 Hz, 2분)를 전달하는 휴대용 사용자 친화적 장치(gammaCore™)로, 미주신경의 구심성 섬유를 목의 피부에서 자극하고, 특히 삼차신경혈관 시스템으로 미주신경의 중앙 유입을 조절한다. 군발두통에 대한 nVNS의 효능이 두 개의 이중맹검 위약대조시험에서 평가되었는데, Headache(ACT-1) 연구는 133명의 환자에게 nVNS를 사용하여 5번의 군발두통발작을 치료하였고, 첫 번째 치료에서 위약 치료군과 비교하여 치료를 받은 전체 군발두통 환자군에서 치료 15분 내에 더 흔하게 통증이 경감되거나 사라지는 경향이 보고되었으며(26.7% vs. 15.1%, p=0.1), 특히 삽화군발두통 환자에서는 통계적으로 의미있는 차이가 보고되었다(34.2% vs. 10.6%, p=0.008). ACT-2 연구도 15분내 통증이 소실된 두통발작의 비율(48% vs.6%, p<0.01)로 nVNS 치료가 삽화군발두통군에서 위약 치료군보다 효과적인 연구 결과를 보였다. 이에 따라, 군발두통 환자군에서 중간 정도의 효능과 우수한 내약성이 입증되어, 표준요법을 받을 수 없거나 약물에 의해 충분한 완화를 보이지 않는 군발두통의 급성기 치료로 고려할 수 있다. 이에 대한 이론적 근거는 논문(Silberstein SD, Mechtler LL, Kudrow DB, Calhoun AH, McClure C, Saper JR, Liebler EJ, Rubenstein Engel E, Tepper SJ; ACT1 Study Group. Non-Invasive Vagus Nerve Stimulation for the ACute Treatment of Cluster Headache: Findings From the Randomized, Double-Blind, Sham-Controlled ACT1 Study. Headache. 2016 Sep;56(8):1317-32. doi: 10.1111/head.12896. PMID: 27593728; PMCID: PMC5113831.)에 근거한다.
이 외에도 Sensate®Somacoustics를 이용할 수도 있는데, 논문(Sensate® Somacoustics: A New Wave for Stress Management. Volume I By, Scott McDoniel, Ph.D., M.Ed.1 & Stefan Chmelik, M.Sc. 2 1. Faculty; College of Health Professions, Walden University, Minneapolis, MN 2. BioSelf Technologies, Ltd, London, UK)에 근거한다. 미국 FDA는 미주신경자극기(Vagus Nerve Stimulation)를 18세 이상 환자의 만성 재발성 우울증에 대한 장기 보조 치료제로 승인했다. 이때, 20 내지 30 Hz 사이의 전신 진동은 뇌의 분비 수준을 크게 증가시키고, 필요한 신경 가소성(Neural Plasticity)을 위한 단백질을 증가시킨다. 여기서, Sensate®는 스트레스 관리를 위한 비전기적인 진동성 장치인데, 이 장치는 저주파 기술(<50Hz)을 사용하여 만성 스트레스에 대한 부교감 신경계(PNS) 반응을 개선한다. Sensate® 장치의 두 가지 이론적 개념은 골전도(Bone Conduction)와 흉부 공명(Thoracic Resonance)이다. 흉골은 뼈의 움직임으로 인해 더 큰 증폭으로 이어질 수 있고 추가적인 에너지는 흉부 내 공명 특성으로부터 발생할 수 있다. 저주파 음파(60Hz)는 내부 장기를 중심으로 더 먼 거리까지 이동하고, 미주신경으로 이어지는 구심성 신경가지는 흉강 전체에 위치한다. 따라서, Sensate® 장치는 부교감신경계 기능을 항진시키는 새로운 미주 신경 자극 방법이다. 부교감신경계가 항진되면 불안, 불면증 및 기타 스트레스 관련 증상이 개선될 수 있다.
교대체감각자극부(393)는, 사용자 단말(100)과 연동된 웨어러블 기기(400)로부터 기 설정된 스트레스 지수를 초과하는 스트레스가 모니터링된 경우, 사용자 단말(100)을 사용자의 한 쪽 손 또는 손목에, 웨어러블 기기(400)를 사용자의 다른 쪽 손 또는 손목에 위치시키도록 한 후, 기 설정된 주파수를 가지는 진동을 출력하도록 할 수 있다. 이때, 진동의 주파수, 강도, 지속시간 및 횟수를 사용자 단말(100)에서 증감하도록 설정할 수 있다. 예를 들어, Wearable Stress Relief Device TouchPoints - TheTouchPoint Solution™(https://thetouchpointsolution.com/)에서 제공하는 터치포인트를 이용할 수 있는데, 터치포인트란 양 손목에 끼면 기 설정된 진동이 부드럽게 번갈아 전해지며 스트레스를 낮추는 손목밴드이다. 이는 논문(Leal-Junior, Ernesto Cesar Pinto et al. “A Triple-Blind, Placebo-Controlled Randomized Trial of the Effect of Bilateral Alternating Somatosensory Stimulation on Reducing Stress-Related Cortisol and Anxiety During and After the Trier Social Stress Test.” Journal of Biotechnology and Biomedical Science (2019): n. pag.)에 따르면, 교대체감각자극(Bi-Lateral Alternating Stimulation in Tactile)이 스트레스를 관리하는 비침습적이고 비약리학적인 수단을 제공할 수 있다고 한다. 즉, 양측의 교대적 신체감각자극이 주관적인 스트레스와 불안 수준을 줄이는 데 효과적일 수 있고, 불안을 가진 환자들에게 유익한 효과가 있다는 것이다.
또, 이 논문(Amy Serin, Nathan S. Hageman, Emily Kade (2018) The Therapeutic Effect of Bilateral Alternating Stimulation Tactile Form Technology on the Stress Response. Journal of Biotechnology and Biomedical Science - 1(2):42-47. https://doi.org/10.14302/issn.2576-6694.jbbs-18-1887)에서도 스트레스 반응을 매개하는 뇌 네트워크의 전기적 활동을 조절하여, 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 같이 불안수준이 높은 개인에게 스트레스 감소 효과를 제공한다고 기재되어 있다. 그리고, BLAST를 사용한 연구의 결과는 두 반구의 전기 활동 패턴이 빠르게 교대할 경우 뇌 반구 간 상호작용이 증가할 수 있다는 교대 반구 활성화 가설과 일치한다. Harper의 PTSD 대상자에 대한 뇌파 연구에 따르면 BLAST는 공포 기반 기억의 회상 동안 활성화되는 편도체의 시냅스에 대해 탈포텐시 효과가 있음을 발견했다. 이러한 결과는 BLAST가 스트레스와 불안과 관련된 주요 뇌 영역의 전기 활동에 영향을 미칠 수 있으며, 전반적인 영향은 인간의 스트레스 반응을 완화시키고 고통스러운 회상이나 신체적 고통과 관련된 신체 감각을 감소시키거나 제거할 수 있음을 시사한다. BLAST는 Salience 네트워크의 주요 영역의 전기적 활동을 줄임으로써 교감신경 활성화를 감소시킬 수 있다. 또, 강박장애를 가진 사람들은 주의력을 제한하고 내부의 산만함과 외부의 산만함으로 인해 과도한 경계를 형성하는 심각한 불안을 가질 수 있으므로, BLAST를 사용하여 과도한 활동이 크게 감소하는 것을 확인할 수도 있다.
<활용가능분야>
논문(Roh HW, Choi JG, Kim NR, Choe YS, Choi JW, Cho SM, Seo SW, Park B, Hong CH, Yoon D, Son SJ, Kim EY. Associations of rest-activity patterns with amyloid burden, medial temporal lobe atrophy, and cognitive impairment. EBioMedicine. 2020 Aug;58:102881. doi: 10.1016/j.ebiom.2020.102881. Epub 2020 Jul 28. PMID: 32736306; PMCID: PMC7394758.)은 알츠하이머형 인지장애 환자가 비알츠하이머형 인지장애 환자보다 1시간 정도 더 늦게 깊은 잠에 들었다고 밝혔고, 논문(Kim J, Park I, Jang S, Choi M, Kim D, Sun W, Choe Y, Choi JW, Moon C, Park SH, Choe HK, Kim K. Pharmacological Rescue with SR8278, a Circadian Nuclear Receptor REV-ERBα Antagonist as a Therapy for Mood Disorders in Parkinson's Disease. Neurotherapeutics. 2022 Mar;19(2):592-607. doi: 10.1007/s13311-022-01215-w. Epub 2022 Mar 23. Erratum in: Neurotherapeutics. 2022 May 2;: PMID: 35322351; PMCID: PMC9226214.)에는 파킨슨병 환자들은 운동장애 뿐만 아니라 수면장애, 일주기리듬 장애를 겪으며, 그 중 하나가 저녁에 불안, 우울 등과 같은 정서장애를 보이는 일몰증후군이라고 한다. 또, 논문(이헌정. (2018). 일주기리듬의 조절이상이 양극성장애의 핵심발병기전일까?. 신경정신의학, 57(4), 276-286.)에서는 일주기리듬의 조절이상은 양극성장애와 밀접한 연관이 있고, 일주기리듬의 관리는 양극성장애의 예후 증진에 큰 도움이 되며 이를 위한 효과적인 치료 방법 개발이 필요하다고 기재되어 있다. 또, 아이메디신에 따르면, 경도인지장애(도 4i), ADHD(도 4j), 조현병(도 4k), 우울증(도 4l), 만성통증(도 4m), 불안장애(도 4n)의 뇌파를 정상인과 비교했는데 뇌파동조를 이용하여 정상에 가깝게 만들 수 있다면 상술한 질병 및 질환도 완화가 될 수 있다는 의미이다. 이에 따라, 경도인지장애, 알츠하이머치매, ADHD, 조현병, 우울증 및 만성통증에 대한 뇌파동조를 이용한다면 이 증상이나 질환이 완화될 수 있다.
| 질병 | 빛 | 소리 | 호흡 | 부교감신경 | 뇌파 |
| 경도인지장애 | 감마밴드/알파팬드 플리커 | 모노럴비트/바이노럴비트 | 깊은 호흡법 | 항진 | 알파파 |
| ADHD/조현병/강박증 | 블루라이트/베타밴드 플리커 | 모노럴비트/바이노럴비트 | 베타파 | ||
| 학습력 향상 | 블루라이트/베타밴드 OR 감마밴드 플리커 | 모노럴비트/바이노럴비트 | 베타파(집중력) 감마파(기억력) |
||
| 우울증 | 블루라이트 | 모노럴비트(우뇌/왼쪽귀) |
깊은 호흡법 | 항진 | 알파파 베타파 |
| 만성통증 | 블루라이트/알파밴드 플리커 | 모노럴비트/바이노럴비트 | 깊은 호흡법 | 항진 | 알파파 |
| 고혈압 | 알파밴드 플리커 | 모노럴비트/바이노럴비트 | 깊은 호흡법 | 항진 | 알파파 |
우울증의 경우 베타파를 활성화시키면서, 좌뇌와 우뇌의 뇌파 주파수 균형을 맞춰주는 방식의 뇌파동조를 시행할 수 있다. 목표는 알파파를 뇌의 왼쪽 반구 영역에서 줄이고 오른쪽 반구에서 증가시켜 균형을 맞추는 것이다. 이를 위해 우뇌의 알파파 동조를 위한 모노럴비트를 왼쪽 귀를 통해 들려준다. 블루라이트 테라피 시행 시 베타파 동조 모노럴비트 또는 바이노럴 비트를 재생한다. 깊은 호흡법을 코칭하여 부교감신경계를 항진시키고 알파파 뇌파를 강화시킨다. 또는 감마밴드의 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 재생하여 감마 뇌파를 유도할 수도 있다. 그 이유는 우울증의 병인은 잘 알려져 있지 않지만 감마파 진동의 감소는 새로운 바이오마커라는 논문(Li Q, Takeuchi Y, Wang J, Gellert L, Barcsai L, Pedraza LK, Nagy AJ, Kozak G, Nakai S, Kato S, Kobayashi K, Ohsawa M, Horvath G, Kekesi G, L?rincz ML, Devinsky O, Buzsaki G, Berenyi A. Reinstating olfactory bulb-derived limbic gamma oscillations alleviates depression-like behavioral deficits in rodents. Neuron. 2023 Jul 5;111(13):2065-2075.e5. doi: 10.1016/j.neuron.2023.04.013. Epub 2023 May 9. PMID: 37164008; PMCID: PMC10321244.)이 존재하기 때문이다. 이때 도 4i 내지 도 4n의 뇌파(정량뇌파, QEEG)를 분석하면 이하 표 4와 같다. 여기서 도 4i 내지 도 4n의 출처는 상술한 바와 같이 아이메디신(iMediSync)이다. 이렇게 과도하거나 부족한 뇌파를 채워주는 동조를 실시함으로써 각 질환이나 증상이 완화될 수 있다.
| 도 4i | 경도인지장애 | -정상 노화 건강인의 뇌파에서는, 알파파와 같은 정상적인 뇌파가 관찰(노란색) -경도인지장애 환자의 뇌파에서는, 세타파와 같은 느린 뇌파가 관찰(초록색) -알츠하이머 치매 환자의 뇌파에서는, 델타파, 세타파와 같은 매우 느린 뇌파가 관찰(파란색) |
| 도 4j | ADHD | -전두엽에서 알파파 과잉 + 알파 주파수는 정상인 패턴(회색)( -전두엽에서 알파파 과잉 + 알파 주파수가 느려지는 패턴(노란색)( -전두엽에서 세타파가 과잉되는 패턴(파란색) -베타 3파가 과잉되는 패턴(초록색) |
| 도 4k | 조현병 | - 전두엽에서 델타파가 과잉되는 패턴(파란색) -전두엽에서 세타파가 과잉되는 패턴(초록색)*이는 알파파 부족이 함께 나타날 수 있음 |
| 도 4l | 우울증 | -전두엽에서 알파파가 과잉되는 패턴(초록색) -알파파가 느려지는 패턴(파란색) -전두엽에서 세타파가 과잉되는 패턴(노란색) |
| 도 4m | 만성통증 | -두정엽에서 베타3파가 과잉되는 패턴(초록색)( |
| 도 4n | 불안장애 | -중심엽에서 베타3파가 과잉되는 패턴(초록색) -알파파가 빨라지는 패턴(노란색) |
이하, 상술한 도 2의 관리 서비스 제공 서버의 구성에 따른 동작 과정을 도 3 및 도 4를 예로 들어 상세히 설명하기로 한다. 다만, 실시예는 본 발명의 다양한 실시예 중 어느 하나일 뿐, 이에 한정되지 않음은 자명하다 할 것이다.
도 3을 참조하면, (a) 관리 서비스 제공 서버(300)는 사용자 단말(100)과 웨어러블 기기(400)를 연동하여 저장하고, 사용자 단말(100)에서 취침시각 및 기상시각을 설정하는 경우, (b)와 같이 취침시각에는 수면유도를 실시하고 또 반대로 기상시각에는 각성을 뇌파동조 및 자율신경조절로 유도할 수 있다. 그리고 (c)와 같이 뇌파동조 및 자율신경조절 외에도 교대체감자극으로 스트레스 지수를 낮춰줄 수도 있고 (d)와 같이 미주신경자극으로 만성통증을 완화해줄 수도 있다. 그 외에도 다양한 뇌파동조로 증상을 완화할 수 있는 질병들은 표 3과 같으므로 중복된 설명은 생략하기로 한다. 또 도 4는 도 2에서 모두 설명했으므로 이 또한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 도 2 내지 도 4의 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1을 통해 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템에 포함된 각 구성들 상호 간에 데이터가 송수신되는 과정을 나타낸 도면이다. 이하, 도 5를 통해 각 구성들 상호간에 데이터가 송수신되는 과정의 일 예를 설명할 것이나, 이와 같은 실시예로 본원이 한정 해석되는 것은 아니며, 앞서 설명한 다양한 실시예들에 따라 도 5에 도시된 데이터가 송수신되는 과정이 변경될 수 있음은 기술분야에 속하는 당업자에게 자명하다.
도 5를 참조하면, 관리 서비스 제공 서버는, 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 대한 설정을 저장할 수 있다.
그리고, 관리 서비스 제공 서버는, 사용자 단말로부터 취침시각 및 기상시각을 설정받고(S5200), 사용자 단말에서 설정한 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 할 수 있다(S5300).
상술한 단계들(S5100~S5300)간의 순서는 예시일 뿐, 이에 한정되지 않는다. 즉, 상술한 단계들(S5100~S5300)간의 순서는 상호 변동될 수 있으며, 이중 일부 단계들은 동시에 실행되거나 삭제될 수도 있다.
이와 같은 도 5의 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법에 대해서 설명되지 아니한 사항은 앞서 도 1 내지 도 4를 통해 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법에 대하여 설명된 내용과 동일하거나 설명된 내용으로부터 용이하게 유추 가능하므로 이하 설명을 생략하도록 한다.
도 5를 통해 설명된 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 애플리케이션이나 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법은, 단말기에 기본적으로 설치된 애플리케이션(이는 단말기에 기본적으로 탑재된 플랫폼이나 운영체제 등에 포함된 프로그램을 포함할 수 있음)에 의해 실행될 수 있고, 사용자가 애플리케이션 스토어 서버, 애플리케이션 또는 해당 서비스와 관련된 웹 서버 등의 애플리케이션 제공 서버를 통해 마스터 단말기에 직접 설치한 애플리케이션(즉, 프로그램)에 의해 실행될 수도 있다. 이러한 의미에서, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 방법은 단말기에 기본적으로 설치되거나 사용자에 의해 직접 설치된 애플리케이션(즉, 프로그램)으로 구현되고 단말기에 등의 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 취침시각 및 기상시각을 설정하고, 취침시각에 부교감신경계를 항진시키는 호흡법인 수면유도법을 출력하면서 멜라토닌 비억제 파장의 빛을 조사하며, 기상시각에 알파파 또는 베타파의 뇌파동조를 위하여 알파밴드(Alpha-Band) 또는 베타밴드(Beta-Band)의 플리커(Flicker)를 삽입하여 출력하고, 블루라이트를 출력하여 각성을 유도하는 사용자 단말; 및
상기 취침시각 및 기상시각에 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법에 대한 설정을 저장하는 데이터베이스화부, 상기 사용자 단말로부터 취침시각 및 기상시각을 설정받는 설정부, 상기 사용자 단말에서 설정한 취침시각 및 기상시각에 상기 뇌파동조 및 자율신경계조절을 위한 빛, 사운드, 진동 및 호흡법 중 적어도 하나를 출력하도록 하는 제어부, 상기 사용자 단말에서 불면증으로 등록한 경우, 수면단계별로 알파파, 세타파 및 델타파를 동조시키도록 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 제공하고, REM 수면을 유도하기 위해 깊은 수면단계 후에 뇌파동조를 중지하며, 상기 사용자 단말에서 수면과다증으로 등록한 경우 세타파, 알파파 및 베타파의 순서로 동조시키도록 상기 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 제공하는 불면과다완화부를 포함하는 관리 서비스 제공 서버;를 포함하며,
상기 설정부는,
상기 취침시각과 상기 기상시각의 차이를 계산하여 예상수면시간을 알려주며, 상기 예상수면시간이 미리 설정된 권장수면시간에 가까워질수록 시계모양 내 물이 채워지는 구조를 세팅하여 표시하며,
상기 불면과다완화부는,
상기 사용자 단말과 이어폰 또는 헤드폰이 연동된 경우에는 바이노럴비트를 출력하거나, 상기 사용자 단말과 스피커와 연결된 경우에는 모노럴비트를 출력하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 멜라토닌 비억제 파장의 빛은,
적색 및 황색의 빛을 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 기상시각으로부터 기 설정된 시간 이전부터 상기 사용자 단말의 스피커, 이어폰 및 헤드셋 중 어느 하나를 통하여 세타파, 알파파 및 베타파의 뇌파동조를 위하여 모노럴비트(Monaural Beat) 또는 바이노럴비트(Binaural Beats)의 소리를 출력하는 기상뇌파유도부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 취침시각으로부터 상기 사용자 단말과 연동된 웨어러블 기기에서 수면단계를 모니터링하고, 수면단계별로 기 설정된 모노럴비트 또는 바이노럴비트를 가청 주파수 또는 비가청 주파수로 출력하는 수면단계별코칭부;
를 더 포함하고,
상기 사용자 단말과 이어폰 또는 헤드폰이 연동된 경우에는 바이노럴비트를 출력하거나, 상기 사용자 단말과 스피커와 연결된 경우에는 모노럴비트를 출력하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 수면단계를 파악하기 위하여 상기 사용자 단말 또는 상기 사용자 단말과 연동된 상기 웨어러블 기기로부터 수집된 수집 데이터를 기 구축된 인공지능 알고리즘에 질의로 입력하여 상기 수면단계를 파악하는 인공지능부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 기상시각에 맞추어 블루라이트인 청색의 빛을 제공하는 햇빛샤워부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 7 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 청색의 빛을 출력할 시간을 상기 기상시각 이외에 상기 사용자 단말의 사용자 데이터로 파악된 일주기리듬에 기초하여 상기 청색의 빛을 조사하도록 하는 일주기리듬맞춤부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 일주기리듬의 장애가 모니터링된 경우, 미주신경자극기(NonInvasive Vagus Nerve Stimulation)에 대응하는 진동을 상기 사용자 단말에서 출력하도록 하거나 상기 미주신경자극기와 연동시켜 상기 미주신경자극기를 구동시키는 미주신경자극부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 관리 서비스 제공 서버는,
상기 사용자 단말과 연동된 웨어러블 기기로부터 기 설정된 스트레스 지수를 초과하는 스트레스가 모니터링되거나 수동으로 설정된 경우, 상기 사용자 단말을 사용자의 한 쪽 손 또는 손목에, 상기 웨어러블 기기를 상기 사용자의 다른 쪽 손 또는 손목에 위치시키도록 한 후, 기 설정된 주파수를 가지는 진동을 출력하도록 하는 교대체감각자극부;
를 더 포함하고,
상기 진동의 주파수, 강도, 지속시간 및 횟수를 상기 사용자 단말에서 증감하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| KR1020230103492A KR102643867B1 (ko) | 2023-08-08 | 2023-08-08 | Ａｉ 기반 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템 |
| PCT/KR2023/013327 WO2024058488A1 (ko) | 2022-09-15 | 2023-09-06 | Ai 기반 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 실시간 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020230103492A KR102643867B1 (ko) | 2023-08-08 | 2023-08-08 | Ａｉ 기반 뇌파동조 및 자율신경계조절을 이용한 수면 건강 관리 서비스 제공 시스템 |
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2023
- 2023-08-08 KR KR1020230103492A patent/KR102643867B1/ko active IP Right Grant
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