KR20100014815A - 뇌파 신호 프로세싱 시스템에 기초한 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

뇌파 신호 프로세싱 시스템에 기초한 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

노이즈-프리 휴대가능한 EEG 시스템이 제공된다. 시스템은 하드웨어 및 소프트웨어를 갖고 정신 상태를 정량적으로 평가할 수 있다. 정신 상태들의 정량적인 데이터 및 그들의 레벨들은 소비자 제품들, 비디오 게임, 장난감들, 군 및 항공우주를 포함하는 뇌-기계 인터페이스의 다양한 영역들 뿐만 아니라, 바이오피드백 또는 뉴로피드백에 적용될 수 있다.
Figure P1020097017437
EEG 시스템, 정신 상태, 정량적인 데이터, 바이오 피드백, 뉴로 피드백

Description

뇌파 신호 프로세싱 시스템에 기초한 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR QUANTITATIVELY EVALUATING MENTAL STATES BASED ON BRAIN WAVE SIGNAL PROCESSING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
뇌파들(brain waves)을 검출하고 그들을 제어 신호들 뿐만 아니라, 진단 툴들(diagnostic tools)로서 이용하기 위한 많은 이용가능한 방식들이 존재한다. 그러나, 특히 잘-제어된 실험실 환경 밖에서 잡음없이 뇌파들을 측정하기 위한 여전히 많은 장애물들이 존재한다. 전형적으로, 뇌파들은 뇌파들이 측정되고 있는 환자 또는 주체를 위해, 환자 또는 주체가 움직이지 말아야 하는 환경 및 전자기 잡음들이 엄격히 제어되고 오직 정적인 조건인 실험실들에서 검출되고 이용될 수 있다. 이러한 아이디어 세팅들은 실험실의 외부에서 존재하지 않아 이들 시스템들은 사용자의 뇌파들을 신뢰성있게 측정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 전형적인 센서 배치는 헤드(head)에 대한 특별한 처리를 요구하는데 이는 뇌파들을 측정하기 위해 대부분의 현재 사용된 전극들이 겔(gel)에 의해 촉촉한 전극들이거나 바늘 전극들을 요구하기 때문이다.
이러한 아이디어 세팅들은 실험실의 외부에 존재하지 않아 이들 시스템들은 비-실험실 환경에서 사용자의 뇌파들을 신뢰성있게 측정하기 위해 사용될 수 없다. 또한, 실험실 전극들을 사용하기 위한 헤드의 특별한 처리는 비-실험실 환경에서 실용적이지 않다. 따라서, 전형적인 뇌파 측정 시스템들의 이들 한계들을 극복하는 장치 및 방법을 제공하는 것이 바람직하고 이것이 본 발명이 지향하는 목적이다.
장치는 습식 전극들 없이 헤드셋을 착용하는 사용자의 뇌파들을 측정하는 하나 이상의 건식 활성 전극들을 포함하는 뉴로 헤드셋(neuro headset)을 포함할 수 있다. 장치는 뉴로 헤드셋, 부가적인 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하는 인간/기계 인터페이스를 제공하는 시스템 내에 통합될 수 있다. 예를 들면, 예시적인 시스템은 이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이 사용자의 뇌파들을 사용하는 장난감을 제어하기 위한 시스템이다. 시스템에서, 하드웨어는 뇌파들을 검출하고, 노이즈들을 필터링 아웃(filtering out)하고 결과적인 신호를 증폭한다. 소프트웨어는 뇌파 신호를 처리하고, 뇌파 신호들의 분석에 기초하여 사용자의 정신 상태를 디스플레이하고 장난감과 같은, 디바이스를 제어하기 위해 사용될 수 있는 제어 신호들을 생성한다.
도 1a는 장난감의 작동들을 제어하기 위해 사용되고 있는 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 장치의 일례를 도시한 도면.
도 1b는 도 1의 장치에 사용된 건식-활성 전극의 일 예시적인 구현을 예시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 장치의 부분인 뉴로 헤드셋을 예시한 도면들
도 3a 및 도 3b는 도 1a, 도 2a 및 도 2b에 도시된 장치를 보다 상세히 예시한 도면들.
도 4는 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 뉴로 헤드셋, 다른 하드웨어 및 소프트웨어를 포함하는 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 장치를 사용하는 장난감을 제어하기 위한 시스템의 구현을 예시한 도면.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 시스템의 하드웨어를 보다 상세히 도시한 도면.
도 6은 도 4에 도시된 하드웨어의 디지털 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면.
도 7은 도 4에 도시된 하드웨어의 파워 조절 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면.
도 8a는 건식-활성 전극들의 아날로그 부분을 보다 상세히 예시한 도면.
도 8b는 건식-활성 전극들의 아날로그 부분을 보다 상세히 예시한 도면.
도 9는 도 5에 도시된 아날로그 EEG 신호 프로세싱 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면.
도 10a는 도 5에 도시된 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분의 블록도.
도 10b는 도 5에 도시된 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분의 일 예시적인 회 로 구현을 예시한 도면.
도 11은 도 4에 도시된 부분인 소프트웨어의 작동의 일례를 예시한 도면.
도 12는 도 11의 데이터 프로세싱 프로세스를 보다 상세히 예시한 도면.
도 13은 데이터 프로세싱 단계들의 흐름도를 예시한 도면.
도 14는 사용자의 정신 상태의 그래픽 디스플레이들의 일례를 예시한 도면.
장치 및 방법은 사용자의 뇌파들을 사용하여 장난감을 제어하기 위한 시스템에 특별히 적용가능하고 그것은 예시적인 목적들을 위해 이하에 장치 및 방법이 기술될 이 콘텍스트(context)에 있다. 그러나, 장치 및 방법은 장난감을 제어하기보다는 애플리케이션들(applications)을 위해 사용될 수 있고 실제로 사용자의 뇌파들을 정량적으로 평가하기에 바람직한 임의의 애플리케이션에서 사용될 수 있고 뇌파들의 정량적인 평가에 기초한 인간-기계 인터페이스들 및/또는 뉴로-피드백을 제공함이 인식될 것이다. 예를 들면, 장치 및 방법은 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템, 게임 콘솔 등을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 예로서, 장치 및 방법은 헬멧 내에 내장된 뇌파 모니터링 시스템을 갖는 파일럿의 헬멧 내에 구현되고 집적될 수 있고, 건식 센서들은 비행 동안 파일럿의 뇌파들을 모니터링(monitoring)할 수 있으며, 파일럿이 비행 동안 의식을 잃으면, 장치가 의식의 잃음을 검출하고 자동-비행 시스템의 시작, 비행기와 파일럿의 생명을 구할 수 있는 (산소 또는 진동과 같은)파일럿에 대한 긴급 조치/경고를 제공하는 것과 같은 하나 이상의 작동들을 수행한다. 장치 및 방법은 환자의 EEG가 사용하기 쉽고 환자에 대해 사용자-친화적 인 건식 센서들로 모니터링되고 환자의 EEG 신호들을 레코드/디스플레이할 수 있는 원격 디바이스에 (블루투스와 같은)무선 방법 또는 유선 방법을 사용하여 뇌파가 전송될 수 있는 헤드밴드-스타일(headband-style) 환자 뇌파 모니터링 시스템으로서 또한 구현될 수도 있다. 또 다른 예로서, 장치 및 방법은 뇌파 모니터링 시스템을 갖는 전투 헬멧 내에 구현되고 집적될 수 있고, 병사가 의식을 잃거나 임무 동안 잠을 자게되는 경우 건식 센서들이 병사들의 뇌파를 모니터링하고 병사에게 경고 신호들(사운드 경고, 시각적 경고 또는 쇼크와 같은 물리적인 경고)를 전송할 수 있다.
또 다른 예로서, 장치 및 방법이 종업원을 위한 안전 기어(safety gear) 내에 통합될 수 있는데 이는 노동자들이 작업 중에 정신 집중을 잃을 때 많은 사고들이 공장에서 발생하기 때문이다. 헤드밴드, 야구 모자 또는 건식 센서들 및 EEG 시스템을 갖는 안전모(hard hat)의 형태들을 갖는 안전 기어는 작업자의 정신 집중 레벨이 지정된 레벨로 떨어지면 사고들을 방지하고 종업원을 보호하기 위해 기계를 멈출 수 있다.
또 다른 예로서, 장치 및 방법이 운전자들을 위한 수면 검출기(sleep detector) 내에 통합될 수 있고, 검출기는 (뇌파에 기초한)운전자의 졸음 또는 수면을 검출하고 운전자에 경고 신호들을 제공하거나 운전자를 깨우기 위한 자극을 제공할 수 있는 건식 센서들을 갖는 뇌파 모니터링 시스템을 갖는 헤드밴드-스타일, 헤드셋 스타일 또는 야구모자 스타일이다.
또 다른 예로서, 장치 및 방법은 작업 동안 정신적 스트레스를 모니터링하고 그들 스트레스 레벨들을 레코딩(recording)하기 위해 PC, PDA 또는 모바일 폰과 같은, 컴퓨팅 디바이스에 접속될 수 있는 건식 센서들을 갖는 헤드밴드 스타일, 헤드셋 스타일 또는 야구 모자 스타일 뇌파 모니터링 시스템을 갖는 스트레스 관리 시스템 내에 구현될 수 있다. 장치 및 방법을 위한 애플리케이션들의 상기 예들은 전부가 아니다. 장치 및 방법을 예시하기 위해, 장치 및 방법을 사용하는 장난감을 제어하기 위한 일 예시적인 시스템이 이제 설명된다.
도 1a는 장난감의 작동들을 제어하기 위해 사용되고 있는 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 장치의 일례를 예시한 도면이다. 장치는 도 1a에 도시된 바와 같이 사용자의 헤드 위에 배치될 수 있는 뉴로 헤드셋(50)을 포함할 수 있다. 뉴로 헤드셋은 파워 업(power up)된 헤드셋을 착용할 때, 사용자로 하여금 사용자의 뇌파들에 기초한 장난감(52)과 같은 디바이스를 무선적으로 제어하도록 허용하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어를 포함할 수 있다. 장치가 특별한 장난감을 위해 필요한 제어 신호들을 생성하기 위해 적절한 정보를 가지면 장치는 실제로 트럭, 자동차, 인물 또는 로봇 애완동물과 같은 복수의 상이한 장난감들을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 헤드셋(50)은 사용자의 뇌파들을 검출하기 위해 사용되는 하나 이상의 건식-활성 전극들(센서들)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극들은 사용자의 이마에 인접할 수 있으며/있거나 사용자의 귀 뒤의 피부에 인접할 수 있다.
도 1b는 도 1의 장치에서 사용된 건식-활성 전극의 기계적인 부분의 일 예시적인 구현을 예시한 도면이다. 센서는 도 8에 보다 상세히 도시된 전자 부분을 또한 포함할 수 있고, 이 전자 부분은 기계적인 부분으로 분리될 수 있다. 건식-활성 전극/센서는 은/염화은(Ag/AgCl) 전극(53) 및 비-도전성 물질일 수 있는 베이스(55)에 부착되는, 박막 금속 판과 같은, 스프링 메커니즘(spring mechanism)(54)을 갖는다. 스프링 메커니즘은 전극(53)이 센서가 사용자의 피부에 배치될 때 스프링 메커니즘에 의해 사용자를 향해 바이어스(bias)되도록 허용한다. 전극은 전극에 의해 픽업(pick up)된 신호들을 수신하고 신호를 이하 설명된 아날로그 처리 부분에 전송하는 와이어와 같은, 도전성 소자(56)를 또한 가질 수 있다. 스프링 메커니즘(54)은 스프링 메커니즘(54)으로부터 도전성 소자(56)를 절연시키는 비-도전성 물질을 갖는 홀 영역(hole region)(57)을 가질 수 있다. 장치의 예시적인 구현에 사용된 건식-활성 전극들 및 모듈은 모두 공통적으로 소유되고 참조로서 본원에 통합되는 2004년 1월 8일 출원된 대한민국 특허 출원 일련 번호 제 10-2004-0001127호를 우선권 주장하는 2004년 6월 29일 출원된 PCT/KR2004/001573에 대해 우선권을 주장하는 2006년 7월 6일 출원된 계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 제 10/585,500호에 보다 상세히 설명된다.
장치는 하나 이상의 기능들을 수행하는(헤드셋 내의 프로세싱 유닛에 의해 실행되고, 헤드셋의 프로세싱 유닛에 내장되거나 헤드셋 외부의 처리 장치에 의해 실행되는) 하나 이상의 피스들의 소프트웨어를 포함할 수 있다. 그들 기능들은 신호 프로세싱 절차들을 포함할 수 있고 사용자의 뇌파들에 적어도 부분적으로 기초한 사용자의 정신 상태들을 정량적으로 결정하기 위해 처리한다. 결정된 정신 상태들은 주의, 이완, 걱정, 졸음 및 수면으로서 표현될 수 있고 각 정신 상태의 레벨은 소프트웨어에 의해 결정될 수 있고 0에서 100까지의 수로 표현될 수 있고, 이것 은 애플리케이션에 따라서 변동할 수 있다. 도 1에 도시된 장난감 제어 애플리케이션에 더하여, 장치는 다양한 인간-기계 인터페이스들 및 뉴로-피드백을 위해 또한 사용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 장치의 부분인 뉴로 헤드셋(neuro headset)(50)을 예시하고, 도 2a는 헤드셋의 사시도이고 도 2b는 사용자에 의해 착용될 때의 헤드셋의 사시도이다. 헤드셋은 전면부(60), 제 1 측 부분(62) 및 제 1 측 부분의 반대인 제 2 측 부분(64)을 포함할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이 사용자에 의해 착용될 때, 전면부(60)는 사용자의 이마에 위치하여(rest against) 전면부의 하나 이상의 건식 센서들이 사용자의 이마에 위치되도록 한다. 제 1 및 제 2 측 부분들(62, 64)은 사용자의 귀 위에 끼워 맞춘다. 헤드셋은 제 2 측 부분(64)으로부터 연장되는 붐 부분(boom portion)(66)을 추가로 포함한다. 붐 부분(66)은 헤드셋으로 하여금 헤드셋이 활성일 때 사용자의 눈 움직임을 측정하거나 검출하도록 허용하는 눈 움직임 센서(eye movement sensor)를 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 1, 도 2a 및 도 2b에 도시된 장치를 보다 상세히 예시한 도면들이고, 도 3a는 헤드셋의 전면도이고 도 3b는 헤드셋의 측면 사시도이다. 헤드셋은 제 1 세트의 활성 건식 센서들(701)과 제 2 세트의 활성 건식 센서들(702), 안전도(Electrooculogram; EOG) 업 센서(72) 및 헤드셋의 전면부 상에 위치되는 바이오 신호 프로세싱 모듈(bio signal processing module)(74)과 같은, 하나 이상의 활성 건식 센서들(70)을 포함할 수 있다. 활성 건식 센서들(701 및 702) 은 헤드셋의 사용자의 뇌파도(Electroencephalogram; EEG) 신호들을 측정한다. EOG 업 센서는 헤드셋의 사용자가 쳐다보고 있을 때 검출한다. EOG 센서들은 눈 주변 근육으로부터 EMG(electromyography) 신호들을 검출한다. 안구(eyeball)의 4 방향 움직임들을 검출하기 위해 4 EOG 센서들이 필요하고 각 EOG 센서는 안구가 움직일 때 작은 근육들의 EMG 신호를 검출한다. 도 2 및 도 3에서, 3 EOG 센서들이 우측 눈 주변에 설치되고 하나의 센서는 좌측 눈의 좌측에 설치된다. 눈 위의 EOG 센서는 위쪽 안구 움직임을 검출하는 반면에, 눈 아래의 센서는 아래쪽 안구 움직임을 검출한다. 안구가 우측으로 움직일 때 눈의 우측에서 센서는 EOG 신호를 검출하고, 안구가 좌측으로 움직일 때 눈의 좌측에서 센서는 EOG 신호를 검출한다. 바이오 신호 프로세싱 모듈(74)은 센서들에 의해 검출된 EEG 및 EOG 신호들을 처리하고 하나의 세트의 제어 신호들을 생성한다. 바이오 신호 프로세싱 모듈(74)은 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명된다.
일반적으로 바이오-신호들; 모노폴라(monopolar)(유니폴라(unipolar)) 및 바이오폴라(biopolar)를 검출하기 위해 2개의 프로토콜들이 존재한다. 모노폴라 프로토콜에 있어서, 기준 전극은 바이오 신호가 검출되지 않고 귀 또는 귓볼의 뒤측에 EEG 신호가 존재하지 않는 곳에 위치된다. 따라서, 모노폴라 프로토콜을 위해, 기준 전극이 귀의 뒤측에 부착되는 반면에, 활성 전극은 이마 상에 부착된다. 바이폴라 프로토콜에서, 기준 전극은 바이오-신호(EEG 신호)가 검출(일반적으로 1인치 떨어짐)될 수 있는 곳에 부착된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 예시적인 실시예에서, 비록 헤드셋이 양 전극들이 이마 상에 부착되는 바이폴라 프로토콜을 또한 사용할 수 있다고 하더라도 모노폴라 프로토콜이 사용된다.
헤드셋은 사용자가 각각 우측, 아래쪽 그리고 좌측을 보고 있을 때 검출하는 EOG 우측 센서(76), EOG 다운 센서(78) 및 EOG 좌측 센서(80)를 또한 포함할 수 있다. 따라서, 4개의 EOG 센서들을 사용하여, 인간/기계 인터페이스 등으로서 사용되는 제어 신호들을 생성하기 위해 분석되고 사용될 수 있는 헤드셋을 착용하는 동안 눈 움직임의 방향이 결정된다. 헤드셋(50)은 사용자에게 오디오를 제공하기 위해 헤드셋이 착용될 때 사용자의 귀에 꼭 맞는 제 1 스피커 및 제 2 스피커(82, 84)를 추가로 포함할 수 있다. 헤드셋은 배터리와 같은, 파워 소스(power source)(86), 접지 접속(88) 및 기준 접속(90)을 또한 포함할 수 있다. 기준 접속은 바이오-신호의 베이스라인(baseline)을 제공하고 접지 접속은 안정 신호(stable signal)를 보증하고 헤드셋의 사용자를 보호한다. 따라서, 헤드셋이 사용자에 의해 착용될 때, 스피커들은 사용자의 귀에 꼭 맞고 사용자로부터의 EEG 및 EOG 신호가 (눈 깜박임과 함께)검출되어 다른 하드웨어 및 소프트웨어와 조합하여 헤드셋이 사용자의 정신 상태를 정량적으로 평가할 수 있도록 한 다음, 도 1에 도시된 바와 같이 장난감을 제어하기 위해 사용된 제어 신호들과 같은 인간/기계 인터페이스의 부분으로서 사용될 수 있는 (사용자의 정신 상태의 부분에 기초하여) 제어 신호들을 생성한다.
도 4는 도 2a, 도 2b, 도 3a 및 도 3b에 도시된 뉴로 헤드셋을 포함하는 정신 상태들을 정량적으로 평가하기 위한 장치를 사용하는 장난감을 제어하기 위한 시스템의 구현을 예시한 도면이다. 특히, 도 4는 보다 상세히 바이오 프로세싱 모듈(74)의 구현을 도시하고 모듈은 아날로그 부분(100), 파워 공급/조정 부분(102) 및 디지털 부분(104)을 포함할 수 있다. 그러나, 장치 및 방법은 도 4 내지 도 9에 도시된 특정한 하드웨어/소프트웨어/펌웨어 구현으로 제한되지 않는다. 모듈의 아날로그 부분(100)은 센서들과 인터페이스(interface)하고 센서들로부터 포지티브, 접지 및 네거티브 입력들을 포함할 수 있다. 몇몇 구현들에 있어서, 아날로그 부분의 몇몇 부분은 헤드셋의 부분인 센서들 내에 집적될 수 있다. 아날로그 부분은 신호 증폭, 신호 필터링(예를 들면, 0 내지 35Hz의 주파수 범위를 갖는 신호들이 디지털 부분에 출력되도록) 및 노치 필터링과 같은, 다양한 아날로그 작동들을 수행할 수 있고 신호들을 디지털 부분(104)에 출력한다. 일 예시적인 실시예에 있어서, 아날로그 부분은 10000X 증폭을 제공할 수 있고, 10T 옴(ohm)의 입력 임피던스, -90dB에서의 60Hz에서 노치 필터링을 갖고, 60Hz에서 135dB의 공통 모드 거절 비(common mode rejection ratio; CMRR)를 제공하고 -3dB에서 0 내지 35Hz의 대역 통과 필터링을 제공한다. 파워 공급/조정 부분(102)은 다양한 파워 조정 프로세스들을 수행하고 모듈(74)의 아날로그 부분과 디지털 부분 둘 모두를 위한(배터리와 같은 파워 소스로부터) 파워 신호들을 처리하고 생성한다. 일 예시적인 실시예에서, 전원은 약 12V에서 파워를 수신하고 전압을 조절할 수 있다. 디지털 부분(104)은 아날로그 부분으로부터의 신호들을 디지털 신호들로 전환하고 사용자의 정신 상태를 검출하기 위해 그들 디지털 신호를 처리하고 출력 신호들을 생성하는 전환 및 프로세싱 부분(106) 및 사용자의 검출된 정신 상태들에 의해 제어되고, 영향을 받을 수 있는 도 1에 도시된 장난감들과 같은 기계에 생성된 출력 신호들을 전송하고/전달하는 전송 부분(108)을 포함한다. 전송 부분은 예를 들면, USB 전송기, IR 전 송기, RF 전송기, 블루투스 전송기와 같은, 다양한 전송 프로토콜들 및 전송 매체들을 사용할 수 있고 다른 유선/무선 방법들은 시스템과 기계(컴퓨터) 사이의 인터페이스들로서 사용된다. 일 예시적인 실시예에서, 디지털 부분의 전환 부분은 초당 128KHz의 샘플링 레이트 및 57600비트의 보드 레이트(baud rate)를 가질 수 있고 디지털 부분의 처리 부분은 노이즈 필터링, 고속 퓨리에 변환(FFT) 분석을 수행할 수 있고, 신호들의 처리를 수행할 수 있고, 제어 신호들을 발생시킬 수 있고, 일련의 단계들을 사용하여 헤드셋의 착용자의 정신 상태를 결정할 수 있다. 처리 부분의 일 예시적인 회로 구현 및 전송 부분은 도 6에 도시된다.
도 5a는 도 4에 도시된 시스템의 하드웨어를 보다 상세히 예시한 도면이다. 특히, 아날로그 부분(100)은 EEG 신호 아날로그 처리 부분(110)(이 부분의 회로 구현은 도 9a에 도시된다) 및 EOG 아날로그 처리 부분(112)(이 부분의 회로 구현은 도 9b에 도시된다)을 추가로 포함한다. EOG 처리 부분은 EOG 출력 DC 베이스라인 오프셋 회로(114)로부터 EOG 출력 DC 베이스라인 오프셋 신호를 수신할 수 있다. EOG 출력 DC 베이스라인 오프셋 회로(114)는 프로세싱 코어(106)에 결합된 시프트 레지스터, 시프트 레지스터에 결합된 디지털 아날로그 컨버터(digital to analog converter) 및 EOG 신호를 조절하는 증폭기의 이득들을 조절하기 위해 디지털 아날로그 컨버터로부터 아날로그 신호 출력을 사용하는 증폭기일 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 좌측 및 우측 EOG 신호들은 제 1 시프트 레지스터, 제 1 D/A 컨버터 및 제 1 증폭기를 사용하는 오프셋이고 업 및 다운 EOG 신호들은 제 2 시프트 레지스터, 제 2 D/A 컨버터 및 제 2 증폭기를 사용하는 오프셋이다. 파워 조절 부 분(102)은 예시적인 구현에서 +5V, -5V 및 +3.3V와 같은, 여러 상이한 전압을 생성할 수 있고 파워 조절 부분의 일 예시적인 회로 구현은 도 7에 도시된다.
디지털 부분(104)(도시되지 않은) 아날로그 디지털 컨버터 및 내장 코드/마이크로코드를 갖는 일 예시적인 실시예에서 디지털 신호 프로세서일 수 있고, EEG 신호 및 EOG 신호 상의 다양한 신호 프로세싱 작동들을 수행하는 프로세싱 코어(106)를 포함한다. 일 예시적인 실시예에서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 각 EEG 신호들을 위한 개별적인 채널, (오프셋을 갖는) 조합된 좌측 및 우측 EOG 신호들을 위한 채널 및 (오프셋을 갖는) 조합된 업 및 다운 EOG 신호들을 위한 채널을 갖는 6개의 채널 ADC일 수 있다. 보다 상세히, 신호는 128Hz의 샘플링 레이트를 갖는 아날로그-디지털 컨버터(A/D 컨버터)에 의해 샘플링(sampling)될 수 있고, 그 다음 데이터는 특별히 설계된 루틴들(routines)에 의해 프로세싱되어 사용자의 정신 상태의 유형 및 자신의 레벨은 데이터 프로세싱에 기초하여 결정된다. 이들 결과들은 수들과 그래픽적으로 도시된다. 프로세싱 코어는 다양한 목적들을 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 출력 신호들을 또한 생성할 수 있다. 예를 들면, 출력 신호들은 데이터 전송기(120)에 출력된 후 차례로 장난감(52)에 (제어 신호들일 수 있는) 출력 신호를 전달하는 예시적인 실시예에서의 무선 RF 모뎀과 같은, 통신 디바이스(122)에 출력될 수 있다. 예를 들면, 출력 신호들은 사용자에게 청취가능한 알람을 제공하기 위해 헤드셋의 스피커들을 통해 전송되는 사용자를 깨우기 위해 음성 메시지를 생성할 수 있는 사운드 및 음성 제어 디바이스(124)를 또한 제어할 수 있다.
도 5에 도시된 예시적인 실시예에서, 통신 디바이스(122)는 장난감에서 40Mhz RF ASK(52a)와 통신하는 40Mhz RF 진폭 시프트 키(amplitude shift key; ASK) 모뎀이다. 장난감은 헤드셋으로부터 전달된 출력 신호들에 기초하여, 장난감으로 하여금 방향으로 움직이는 장난감, 장난감 정지, 장난감 이동의 방향 변경, 사운드의 생성 등과 같은, 출력 신호들에 응답하여 작동들을 수행하도록 하는 마이크로컨트롤러(52b)와 활성 회로(52c)를 또한 갖는다. 이 예시적인 실시예에서, 헤드셋을 갖는 장치는 전형적인 원격 제어 디바이스를 대체하고 사용자로 하여금 뇌파들로 장난감을 제어하도록 한다.
도 5b는 시스템의 바이오 프로세싱 유닛(74)의 하드웨어를 보다 상세히 예시한 도면이다. 예시적인 실시예에서, EEG 및 EOG 아날로그 프로세싱 유닛들(110, 112)은 헤드셋으로부터의 아날로그 EEG 및 EOG 신호들을 디지털 신호들로 전환하기 위한 6 채널 12-비트 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 및 피드백 신호들을 EOG 신호들을 위한 동작 증폭기들에 제공하기 위한 4 채널 12-비트 디지털 아날로그 컨버터(DAC)일 수 있다. 코어(106)는 EOG 프로세싱 유닛(106a) 및 EEG 프로세싱 유닛(106b)을 추가로 포함할 수 있다.
EOG 프로세싱 유닛은 EOG 베이스라인 신호를 결정한 다음, EOG 제어 신호들을 생성하고 동작 증폭기들로 피드백되는 EOG 베이스라인 피드백 신호들을 생성한다. EOG 베이스라인 피드백 및 EOG 제어 신호들은 12비트 직렬 데이터 채널로서 4 채널 12-비트 DAC에 공급된다. EEG 프로세싱 유닛은 EEG 신호 필터링(이하 보다 상세히 설명된), EEG 신호들(이하 기술된)의 EOG 노이즈 필터링을 수행하고 EEG 신호 들의 고속 퓨리에 변환(FFT)을 수행한다. FFT 변환된 EEG 신호들로부터, EEG 프로세싱 유닛은 제어 신호들을 생성한다.
도 6은 도 4에 도시된 하드웨어의 디지털 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면이다. 이러한 예시적인 구현에 있어서, 프로세싱 코어는 Atmel Corporation에 의해 상업적으로 판매되는 AVR 인핸스드(enhanced) RISC 아키텍처(architecture)에 기초한 낮은 파워 CMOS 8-비트 마이크로컨트롤러인 ATmega128로서 본원에 참조로서 통합되는 http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2476.pdf에서 이용가능한 특정한 칩이 보다 상세히 설명된다. 전송 회로는 Future Technology Devices International Ltd.로부터 상업적으로 이용가능한 USB UART 칩인 FT232BM이고, 이 칩은 참조로서 본원에 통합되는 http://www.ftdichip.com/Products/FT232BM.htm에 보다 상세히 설명된다.
도 7은 도 4에 도시된 하드웨어의 파워 조정 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면이다. 특히, 장치의 아날로그 및 디지털 파워 부분들이 도시된다.
도 8a는 각 건식-활성 전극들의 아날로그 부분을 보다 상세히 예시한 도면이고 각 전극/센서는 기구사용 증폭, 노치 필터 및 대역 통과 필터 및 증폭기를 포함한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 각 건식-활성 전극/센서는 출력부가 60Hz 신호들(파워 라인 신호들)를 거절하는 노치 필터에 결합된 다음, 노치 필터의 출력부가 대역통과 필터 및 증폭기에 결합되는 차동 증폭기(공지된 방식으로 서로 접속된 2개의 동작 증폭기들을 사용하여 형성된)에 접속되는 기준 전극 및 측정 전극을 갖 는다.
도 9는 장치의 EEG 센서들에 의해 생성된 EEG 신호들의 아날로그 프로세싱을 수행하는 도 5에 도시된 하드웨어의 아날로그 EEG 신호 프로세싱 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 회로는 장치의 EEG 신호들을 프로세싱하고 증폭하기 위해 하나 이상의 증폭기들을 사용한다.
도 10a는 도 5에 도시된 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분의 블록도이고, 도 10b는 도 5에 도시된 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분의 일 예시적인 회로 구현을 예시한 도면이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분은 기준 전극 신호 및 이득/오프셋이 DAC 및 증폭기를 통해 프로세싱 코어(106)에 의해 생성된 기준 제어 신호에 의해 조정되는 증폭기에 공급되는 측정 전극 신호를 수신한다. 증폭기의 출력은 프로세싱 코어(106)에 공급되기 전에 증폭기 및 저역 통과 필터에 공급되는(파워 라인들로부터의 60Hz 신호들을 거절하기 위해) 노치 필터에 공급된다. 도 10b는 아날로그 EOG 신호 프로세싱 부분의 예시적인 회로 구현을 예시한 도면이고, 하나 이상의 동작 증폭기들은 EOG 신호들의 신호 프로세싱을 수행한다.
도 11은 도 4에 도시된 부분인 소프트웨어(130)의 동작의 예를 예시한다. 초기 셋업(132)은 장치의 소프트웨어의 동작을 시작한다. 일단 초기 셋업이 완료되면, 제어되는 오브젝트를 갖는 통신 세션이 시작된다(134). 일단 통신들이 시작되면, 소프트웨어는 전극 신호의 신호 프로세싱와 EEG와 EOG 신호의 디지털 표현의 데이터 프로세싱을 수행한다.
도 12는 도 11의 데이터 프로세싱 과정을 보다 상세히 예시한 도면이고, 데이터 프로세싱 과정은 복수의 루틴들을 포함하고 각 루틴은 도 5에 도시된 프로세싱 코어(106)에 의해 또는 개별적인 컴퓨터 시스템에 대해 실행되는 내장 코드와 같은 프로세싱 유닛에 의해 실행될 수 있는(예시적인 실시예에서 C 또는 C++ 언어로 구현된) 컴퓨터 코드의 복수의 라인들이다. 프로세스는 윈도우 인터페이스 루틴(Window interface routine)(140), EEG 및 FFT 신호들의 그래픽 디스플레이를 위한 루틴(142), 통신 인터페이스를 위한 루틴(144), 메인 루틴(146) 및 뉴로-알고리즘 루틴(148)을 포함할 수 있다. 메인 루틴은 다른 루틴들을 제어하고, 윈도우 인터페이스 루틴은 윈도우와 같은 데이터 프로세싱 소프트웨어가 오퍼레이팅 시스템과 인터페이스하도록 허용하고 루틴들(142)은 EEG 및 FFT 신호들의 그래픽 디스플레이를 생성한다. 통신 루틴(144)은 장치와 장치를 사용하여 제어되는 오브젝트(object) 사이의 통신들을 관리하고 뉴로-알고리즘 루틴은 EEG 및 EOG 신호들을 처리하여 제어 신호들을 생성하고 도 14에 도시된 바와 같이 장치의 사용자의 정신 상태의 그래픽 표현을 생성한다.
일단 측정되면, 사용자의 정신 상태는 도 14에 도시된 바와 같이 0에서 100까지의 레벨과 같은 레벨 스케일 내에 배치될 수 있다. 사용자의 정신 상태(및 정신 상태의 측정된 레벨)는 컴퓨터와 같은, 기계를 제어하기 위해 제어 신호들을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 기계의 제어는 비디오 디스플레이들에서 커서 또는 오브젝트 움직임(여기서 정신적 상태의 높은 레벨은 위쪽방향으로 또는 보다 빨리 또는 역으로 움직인 커서 또는 오브젝트를 포함할 수 있다), 스피커들의 볼륨 제 어(정신적 상태의 높은 레벨은 볼륨을 증가 및 감소시킨다), 기계의 모션 제어(motion control)(여기서, 정신적 상태의 높은 레벨은 기계가 보다 빨리 및 느리게 움직이게 한다), mp3(여기서, 선택되는 저장된 음악 또는 노래들 중 특정한 장르 및 템포의 노래 또는 하나의 피스의 음악은 정신 상태 및 정신 상태의 레벨과 매칭하는 노래/음악이다)를 포함하는, 휴대가능한 오디오 시스템에서 음악(노래들)을 선택하는 단계, 이완 또는 주의 훈련과 같은, 정신적 트레이닝을 위해 사용될 수 있거나 스트레스 레벨, 정신적 집중 레벨 및 졸음을 테스트하기 위해 유용할 수 있는 바이오피드백 또는 뉴로피드백, 및/또는 온/오프 제어, 속도 제어, 방향 제어, 휘도 제어, 소음 제어, 컬러 제어 등과 같은 다른 브레인-기계(컴퓨터) 인터페이스들을 포함할 수 있다.
도 13은 데이터 프로세싱 단계의 흐름도(150)를 예시한 도면이다. 첫째, 디지털 EEG 데이터의 DC 오프셋은 필터링 아웃(150)되어 가공되지 않은 EEG 데이터가 그래픽적으로 디스플레이되고 EOG 신호들이 필터링될 수 있다(152). EOG 신호들은 노이즈를 필터링하기 위해 공지된 JADE 알고리즘을 이용하여 필터링될 수 있다. 그 다음, EEG 및 EOG 신호들은 저역 통과 필터링(154)된 다음, 신호들은 해닝(Hanning) 윈도우(156)된다. 필터링된 EEG 데이터 신호들이 생성되고 그래프될 수 있다. 그 다음, 필터링된 신호들은 뉴로-알고리즘들(160)에 공급되는 자신들의 파워 스펙트럼(158)을 위해 분석되어 사용자(162)의 정신적 및 감정적 상태들이 결정된다. 파워 스펙트럼 분석은 매초 512 데이터 포인트에 대해 수행된다. 파워 스펙트럼 분석을 사용하여, 델타, 세타, 알파 및 베타파들을 위한 파워 스펙트럼이 추출된다.
여러 방정식들과 루틴들로 이루어진 뉴로-알고리즘은 델타, 세타, 알파 및 베타파들의 파워 스펙트럼 데이터를 사용하여 정신 상태들의 레벨들을 계산한다. 이들 방정식들은 실험들의 데이터 베이스에 기초하여 행해진다. 이들 방정식들은 상이한 애플리케이션들 및 사용자 레벨들을 위해 수정되고 변경될 수 있다. 정신 상태는 긴장, 이완 또는 숙고, 걱정 및 졸음으로서 표현될 수 있다. 각 정신 상태 레벨은 입력 데이터로서 델타, 세타, 알파 및 베타 파워 스펙트럼 값들을 포함하는 방정식에 의해 결정된다. 정신 상태의 레벨은 0에서 100까지의 수로 표현될 수 있고, 이것은 애플리케이션들에 따라서 변경될 수 있다. 정신 상태 레벨의 값은 매초 갱신된다. 그 다음, 정신 및 감정적 상태들은 예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이 제어 신호들을 생성하거나 디스플레이하기 위해 장치에 의해 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 장치는 사용자의 EEG(2개의 채널들) 및 EOG 신호들(4개의 채널들) 뿐만 아니라, 눈 깜박임을 측정한다. 장치를 사용함으로써, 다음 테이블내에 도시된 바와 같이 사용자의 정신 상태가 결정될 수 있다:
사용자의 정신 상태들
EEG 유형 점유된 주파수 대역폭 정신 상태들 & 조건들
델타 0.1Hz ~ 3Hz 깊은, 꿈꾸지 않는 수면, 비-REM 수면, 무의식의
세타 4Hz ~ 7Hz 직관있는, 창조적인, 회상, 백일몽, 심상, 창조적인, 꿈같은, 생각들을 바꾸는, 졸리는
알파 8Hz ~ 12Hz 눈을 감은, 편안한, 이완되지 않지만, 졸립지 않은, 편안하게 의식하는
낮은 베타 12Hz ~ 15Hz 이전의 SMR, 아직 이완된, 집중된, 원만한
중간범위 베타 16Hz ~ 20Hz 생각하는, 자신 및 주위를 인식하는
높은 베타 21Hz ~ 30Hz 경계, 흥분
시스템의 일 예시적인 구현에서, EEG 센서들은 골드 플레이트(gold plate), 건식 센서 활성 전자 회로들일 수 있고, 각 EEG 센서는 증폭 및 대역 통과 필터링을 포함할 수 있다. EEG 센서 모듈은 80dB의 이득 및 -1dB에서 1Hz 내지 33Hz, -3dB에서 0.5Hz 내지 40Hz 및 -12dB에서 0.16Hz 내지 60Hz의 대역통과 필터 대역폭을 가질 수 있다. 각 EOG 센서는 골드 플레이트 수동 센서(gold plate passive sensor)일 수 있고 -1dB에서 DC-40Hz의 로우 통과 필터링 대역폭을 갖는 60dB의 이득을 가질 수 있다. 무선 통신 메커니즘은 27 또는 40MHz ASK 시스템일 수 있지만, 또한 2.4GHz ISM 통신 방법(FHSS 또는 DSSS)일 수 있다. 아날로그 디지털 전환은 12비트일 수 있고 샘플링 주파수는 128Hz일 수 있다. 장치를 위한 전체적인 전류 소모는 5VDC에서 70mA이고 메인 전원은 바람직하게 DC 10.8V, 2000mAh Li-Ion 충전가능한 배터리이다.
비록 전술한 내용이 본 발명의 특정한 실시예를 참조하였지만, 본 발명의 원리 및 사상, 첨부된 청구항들에 의해 규정되는 범위를 벗어남이 없이 이 실시예에서 변경들이 행해질 수 있음이 당업자들에 의해 인식될 것이다.

Claims (31)

  1. 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치에 있어서:
    프레임(frame);
    센서들이 상기 사용자의 피부 부분을 접촉할 때 상기 사용자의 뇌파를 검출할 수 있고 뇌파 신호들을 생성할 수 있는 상기 프레임 상에 위치된 하나 이상의 건식-활성 센서들(dry-active sensors); 및
    상기 뇌파 신호들을 수신하고, 상기 뇌파 신호들을 프로세싱하고 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 신호를 생성하는 프로세싱 유닛(processing unit)을 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 상기 뇌파 신호들을 하나의 세트의 디지털 뇌파 신호들로 전환하는 아날로그 프로세싱 부분 및 상기 디지털 뇌파 신호들을 프로세싱하여 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 상기 신호를 생성하는 디지털 프로세싱 부분을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그 프로세싱 부분은 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter)를 추가로 포함하고 상기 디지털 프로세싱 부분은 프로세싱 코 어(processing core), 상기 디지털 뇌파 신호들을 프로세싱하기 위한 하나 이상의 루틴들(routines)을 저장하는 메모리로서, 상기 루틴들은 상기 프로세싱 코어에 의해 실행되는, 상기 메모리 및 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 상기 신호를 출력하는 출력 인터페이스(output interface)를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프로세싱 코어는 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 상기 신호에 기초하는 제어 신호를 생성하고 상기 출력 인터페이스는 상기 제어 신호에 기초하여 제어되는 원격 오브젝트(remote object)에 상기 제어 신호를 전송하는 데이터 전송 유닛을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 원격 오브젝트는 비디오 디스플레이, 스피커, 기계, 휴대가능한 오디오 디바이스 및 컴퓨터 중 하나를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 비디오 디스플레이의 커서(cursor)를 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 스피커의 볼륨을 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 기계의 움직임의 속도를 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 휴대가능한 오디오 디바이스 상에 선택된 하나의 피스(piece)의 음악을 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 컴퓨터에 의해 상기 사용자에 제공된 뉴로피드백(neurofeedback) 및 바이오피드백(biofeedback) 중 하나를 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 신호는 온/오프 선택, 스피드 제어, 방향 제어, 밝기 제어, 소리 의 세기 제어 및 상기 컴퓨터의 컬러 제어 중 하나를 제어하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 루틴들은 상기 디지털 뇌파 신호들에 기초하여 상기 사용자의 정신 상태를 평가하기 위한 루틴으로서, 상기 프로세싱 코어에 의해 실행된 복수의 라인들의 컴퓨터 코드인, 상기 사용자의 정신 상태를 평가하기 위한 루틴을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    프로세싱 코어 및 상기 디지털 뇌파 신호들을 프로세싱하기 위한 하나 이상의 루틴을 저장하는 메모리로서, 상기 루틴들은 상기 프로세싱 코어에 의해 실행되는, 상기 메모리를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 아날로그 프로세싱 부분 및 상기 디지털 프로세싱 부분에 파워를 공급하는 파워 공급 유닛(power supply unit)을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 전면부, 상기 전면부에 부착된 제 1 측 부분 및 상기 제 1 측 부분에 마주하는 제 2 측 부분을 포함하고, 상기 하나 이상의 건식-활성 센서들은 상기 사용자의 이마에 접촉하는 상기 프레임의 전면부 상에 위치되고 상기 프레임의 제 1 및 제 2 측 부분에 위치되는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    각 건식-활성 센서는 사용자와 인터페이스하는 기계적 부분 및 증폭기 회로와 필터링된 뇌파 신호를 출력하는 필터 회로를 갖는 전자 부분을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 유닛은 범용 직렬 버스 전송 유닛, 적외선 전송 유닛, 무선 주파수 전송 유닛, 블루투스 전송 유닛, 무선 전송 유닛 또는 유선 전송 유닛을 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 건식-활성 센서들은 모노폴라 프로토콜(monopolar protocol)로 존재하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레임은 전면부, 상기 전면부에 부착된 제 1 측 부분 및 상기 제 1 측 부분에 마주하는 제 2 측 부분을 포함하고, 상기 하나 이상의 건식-활성 센서들은 상기 사용자의 이마에 접촉하는 상기 프레임의 전면부 상에 위치되고 상기 하나 이상의 건식-활성 센서들은 바이폴라 프로토콜(bipolar protocol)에 존재하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 장치.
  20. 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법에 있어서:
    상기 프레임 상에 위치되는 하나 이상의 건식-활성 센서들을 사용하여, 상기 센서들이 상기 사용자의 피부 부분을 접촉할 때 상기 사용자의 하나의 세트의 뇌파 신호들을 검출하는 단계;
    프로세싱 유닛에서 상기 하나의 세트의 뇌파 신호들을 수신하는 단계; 및
    상기 프로세싱 유닛에서, 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 신호를 생성하기 위해 상기 뇌파 신호들을 프로세싱하는 단계를 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 뇌파 신호들을 프로세싱하는 단계는 아날로그 프로세싱 부분을 사용하여 상기 뇌파 신호들을 하나의 세트의 디지털 뇌파 신호들로 전환하는 단계 및 디지털 프로세싱 부분을 사용하여 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 상기 신호를 생성하기 위해 상기 디지털 뇌파 신호들을 프로세싱하는 단계를 추가로 포 함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛에서, 상기 사용자의 정신 상태의 레벨에 대응하는 상기 신호에 기초하여 제어 신호를 생성하는 단계, 데이터 전송 유닛을 사용하여 원격 오브젝트에 상기 제어 신호를 전송하는 단계 및 상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 비디오 디스플레이의 커서를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 상기 제어 신호에 기초하여 스피커의 볼륨을 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 상기 제어 신호에 기초하여 상기 기계의 움직임의 속도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 상기 제어 신호에 기초하여 휴대가능한 오디오 디바이스 상의 하나의 피스의 음악을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  27. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 상기 제어 신호에 기초하여 뉴로피드백 및 바이오피드백 중 하나를 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  28. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호에 기초하여 상기 원격 오브젝트를 제어하는 단계는 온/오프 선택을 선택하는 단계, 스피드 레벨을 선택하는 단계, 방향을 선택하는 단계, 밝기 레벨을 선택하는 단계, 소리의 세기를 선택하는 단계 및 컬러 레벨을 선택하는 단계 중 하나를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  29. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 상기 원격 오브젝트에 전송하는 단계는 범용 직렬 버스 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계, 적외선 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계, 무선 주파수 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계, 블루투스 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계, 무선 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계 및 유선 전송 유닛을 사용하여 상기 제어 신호를 전송하는 단계 중 하나를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  30. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나의 세트의 뇌파 신호들을 검출하는 단계는 모노폴라 프로토콜에서의 하나 이상의 건식-활성 센서들을 사용하여 상기 센서들이 상기 사용자의 피부 부분을 접촉할 때 상기 사용자의 하나의 세트의 뇌파 신호들을 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
  31. 제 20 항에 있어서,
    상기 하나의 세트의 뇌파 신호들을 검출하는 단계는 바이폴라 프로토콜에서의 하나 이상의 건식-활성 센서들을 사용하여 상기 센서들이 상기 사용자의 피부 부분을 접촉할 때 상기 사용자의 하나의 세트의 뇌파 신호들을 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 사용자의 정신 상태를 결정하기 위한 방법.
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