KR20180049281A - 측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치에 관한 것으로, 사용자의 측두엽의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부와; 상기 뇌파 측정부에 의해 측정된 뇌파의 주파수 분석을 통해 세타파를 추출하는 주파수 분석부와; 상기 주파수 분석부로부터 추출된 상기 세타파에 기초하여 사용자의 정신 부하를 계산하는 정신 부하 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 이어후크 타입과 같이 측두엽의 뇌파를 측정할 수 있는 뇌파 측정부를 이용하여 측두엽의 뇌파를 측정하고, 이를 통해 사용자의 정신 부하 정도를 계산함으로써, 일상 생활 중에서 불편함이 없이 정신 부하를 모니터링 할 수 있게 된다.

Description

측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치{MENTAL LOAD MONITERING APPARATUS USING BRAIN WAVE MEASUREMENT OF TEMPORAL LOBE}

본 발명은 측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 뇌의 측두엽의 뇌파를 측정하여 사용자의 현재 정신 부하 정도를 모니터링할 수 있는 정신 부하 모니터링 장치에 관한 것이다.

사람의 두뇌는 감성이나 인식, 사고, 행동 등이 자연에서 가장 탄력이 있고 적응력이 뛰어나다. 사람의 뇌는 수천억 개의 신경세포로 구성되어 있고, 각 신경세포는 다른 신경세포와 여러 가지 상호관계를 이루며 연결되어 학습, 기억, 인식, 행동, 결정 등 모든 사람의 정신적 활동의 근간이 되고, 또한 건강 유지를 위한 신체의 육체적인 컨트롤 기능을 책임지고 있다. 이러한 상호작용은 두피의 전기적 흐름으로 바뀌어 뇌파를 형성하게 된다. 즉, 수천억 개의 신경세포들은 주변의 다른 신경세포와 상호작용하며 정보를 전달하는데, 이러한 과정에서 전기신호가 발생하게 된다. 따라서 두피에 전극을 꽂고 전기 변화를 측정하게 되면, 전기의 변화가 파동처럼 표시되는데, 이것이 뇌파(EEG)이다.

이러한 뇌파는 뇌의 활동 정도에 따라 다양한 모양을 가지게 되고, 뇌가 활발하게 활동할수록 뇌파의 진동수가 높아지고, 뇌가 편할수록 진동수가 낮아지는 현상을 보인다. 뇌파는 주파수에 따라 감마파 (30-100 Hz), 베타파 (12-30 Hz), 알파파 (8-12 Hz), 세타파 (4-8 Hz), 델타파 (0.5-4 Hz)가 있다.

상기와 같은 뇌파 측정 기술은 다양한 분야에서 사용되고 있다. 일 예로 한국공개특허 제10-2007-0061311호에 개시된 '뇌파를 통한 스트레스 상태 인식과 음악을 이용한 이완시스템 및 방법'에서는 스트레스 정도를 파악하기 위해 뇌파를 분석하는 과정에서 뇌파로부터 획득할 수 있는 특징 정보를 이용하여 보다 신뢰성 있는 스트레스의 상태를 파악하고, 이렇게 파악된 스트레스의 상태에 따라 설정된 음악을 출력하여 스트레스를 실시간으로 해소할 수 있는 기술을 제안하고 있다.

또한, 본 발명의 출원인에 의해 출원되어 등록된 한국등록특허 제10-104457호에 개시된 'SMR파를 이용한 경품 게임 장치 및 경품 게임 방법'에서는 집중력의 지표로 SMR 파를 이용하여 SMR 파의 강도에 따라 집중력을 판단하고, 이를 이용하여 경품을 제공하는 게임 방법을 제안하고 있다.

뇌파는 인간의 심적 상태에 따라 변하게 되는데, 인간의 정신에 가해지는 부하는 뇌파의 변화를 통해 측정할 수 있다.

그런데, 기존의 뇌파를 이용하는 기술은, 사용자가 헤드셋 형태의 뇌파 측정기를 머리에 착용하고, 사람의 이마 측에 설치되는 전극을 통해 전두엽 측의 뇌파를 측정하는 방식을 사용해 왔다.

따라서, 사용자가 헤드셋 형태로 제작된 뇌파 측정기를 착용한 상태로 일상적인 생활을 행하는 것은 쉽지 않아, 뇌파 측정기를 다양한 분야에 활용하는데 있어 제약이 될 수 있고, 마찬가지로 실시간으로 정신 부하를 측정하는 분야에서도 그 활용도가 낮은 문제가 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 뇌의 측두엽의 뇌파를 측정하여 사용자의 현재 정신 부하 정도를 모니터링할 수 있는 정신 부하 모니터링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치에 있어서, 사용자의 측두엽의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부와; 상기 뇌파 측정부에 의해 측정된 뇌파의 주파수 분석을 통해 세타파를 추출하는 주파수 분석부와; 상기 주파수 분석부로부터 추출된 상기 세타파에 기초하여 사용자의 정신 부하를 계산하는 정신 부하 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정신 부하 모니터링 장치에 의해서 달성된다.

여기서, 상기 정신 부하 계산부는 기 설정된 시간 동안의 상기 세타파의 크기의 평균을 산출하여 사용자의 정신 부하를 계산할 수 있다.

그리고, 상기 뇌파 측정부는 이어후크 형태로 마련되어 사용자의 측두엽의 뇌파를 측정할 수 있다.

또한, 상기 뇌파 측정부에 의해 측정된 뇌파에서 기 설정된 주파수 대역의 신호만을 추출하여 상기 주파수 분석부로 전달하는 전처리부를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성에 따라, 본 발명에 따르면 이어후크 타입과 같이 측두엽의 뇌파를 측정할 수 있는 뇌파 측정부를 이용하여 측두엽의 뇌파를 측정하고, 이를 통해 사용자의 정신 부하 정도를 계산함으로써, 일상 생활 중에서 불편함이 없이 정신 부하를 모니터링 할 수 있는 정신 부하 모니터링 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 10-20 시스템을 설명하기 위한 도면이고,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치의 뇌파 측정부의 예를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치는 뇌파 측정부(100), 주파수 분석부(300), 정신 부하 계산부(400)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치는 전처리부(200)와 주파수 분석부(300)를 포함할 수 있다.

뇌파 측정부(100)는 사용자의 측두엽의 뇌파를 측정한다. 본 발명에서는 뇌파 측정과 관련된 10-20 시스템을 기준으로 T4 위치를 측정하는 것을 예로 한다. 도 2는 10-20 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 뇌파 측정시 사용되는 전극을 위치시키는 방법 중의 하나이다. 각 전극은 대뇌 피질의 서로 다른 영역을 측정하게 되는데, 측정 결과의 신뢰성, 재현 가능성을 위해 국제적으로 널리 사용되는 방법이다. 이중 T4는 우측 측두엽에서 발생하는 뇌파를 측정하는 전극의 위치를 의미하며, 본 발명에서는 측두엽 뇌파를 이용하여 전신 부하를 측정하는 것을 예로 한다.

여기서, 본 발명에 따른 뇌파 측정부(100)는 측두엽의 뇌파 측정을 위해 이어 후크 형태로 마련되는 것을 예로 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 정신 부하 모니터링 장치의 뇌파 측정부(100)의 예를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 뇌파 측정부(100)는 이어후크 본체(110), 이어후크부(120), 뇌파 전극(141), 그라운드 전극(142), 기준 전극(143)을 포함할 수 있다.

이어후크 본체(110)는 내부에 뇌파 측정을 위한 구성을 수용되는 케이스 형태로 마련된다. 그리고, 이어후크 본체(110)의 일측 표면에는 돌출된 형태로 이어 삽입부(130)가 마련되는데, 이어 삽입부(130)는 사용자가 본 발명에 따른 이어후크 뇌파 측정부(100)를 귀에 착용할 때 사용자의 귀 안으로 삽입된다.

이어후크부(120)는 이어후크 본체(110)로부터 연장되는데, 사용자의 귀에 걸리는 형태로 마련된다. 이에 따라, 사용자가 이어후크 뇌파 측정부(100)를 귀에 착용할 때 이어 삽입부(130)를 귀 속에 삽입시킨 상태로 이어후크부(120)가 사용자의 귀에 걸리게 되어 뇌파 측정부(100)가 사용자의 귀에 고정 가능하게 된다.

뇌파 전극(141)은 이어후크부(120)에 설치되는데, 본 발명에서는 한 쌍의 뇌파 전극(141)이 이어후크부(120)의 중간 부분에 상호 이격된 상태로 마련되는 것을 예로 한다. 이에 따라, 사용자가 이어후크 뇌파 측정부(100)를 귀에 착용하게 되면, 한 쌍의 뇌파 전극(141)기 귀 주변, 즉 귀의 바로 윗부분에 접촉한 상태로 뇌파를 감지하게 된다. 즉, 뇌파 전극(141)은 사용자의 좌측 또는 우측의 측두엽의 뇌파를 측정하게 된다.

그라운드 전극(142)은 이어후크부(120)의 말단에 설치되어 사용자의 귀 주변에 접촉되고, 기준 전극(143)은 이어 삽입부(130)에 설치되어 사용자의 귀속 표면에 접촉한다. 여기서, 그라운드 전극(142)과 기준 전극(143)은 뇌파 전극(141)의 뇌파 측정시 그라운드와 뇌파의 기준을 결정하게 된다.

여기서, 도 3 및 도 4의 미설명 참조번호 111은 전원 스위치이고, 112는 배터리(미도시)의 충전을 안내하는 충전창이고, 113은 전원의 온오프에 따라 점멸하는 전원창이다.

상기와 같은 구성에 따라, 사용자는 이어후크 타입의 뇌파 측정부(100)를 귀에 착용한 상태에서 뇌파 측정이 가능하게 되며, 기존의 헤드셋 타입의 뇌파 측정기보다 좀 더 자유로운 활동이 가능하게 되어, 일상 생활에서도 실시간으로 뇌파의 측정이 가능하게 된다.

뇌파 측정부(100)에 의해 측정된 뇌파는 전처리부(200)를 거치게 되는데, 전처리부(200)는 대역 필터(Band pass filter)를 통해 대략 1Hz에서 100Hz 사이의 신호만을 통과시킨다. 전처리부(200)를 통과한 뇌파는 주파수 분석부(300)로 전달된다.

주파수 분석부(300)는 뇌파 측정부(100)에 의해 측정되어 전처리부(200)를 거친 뇌파의 주파수 분석을 통해 세타파를 추출한다. 그리고, 주파수 분석부(300)는 푸리에 변환 등의 주파수 처리 과정을 통해 세타파의 크기를 산출하게 된다.

정신 부하 계산부(400)는 주파수 분석부(300)에 의해 추출된 세타파의 세기에 기초하여 현재 사용자의 정신 부하를 계산하게 된다. 본 발명에서는 정신 부하 계산부(400)가 기 설정된 시간 동안의 세타파의 크기의 평균을 산출하여 사용자의 정신 부하를 계산하는 것을 예로 한다.

그리고, 정신 부하 계산부(400)는 계산된 정신 부하를 정신 부하 표시부(500)에 표시함으로써, 사용자가 이를 확인할 수 있게 한다. 본 발명에서는 정신 부하 표시부(500)가 영상을 표시하는 디스플레이 형태로 마련되는 것을 예로 한다.

여기서, 전처리부(200), 주파수 분석부(300), 정신 부하 계산부(400) 및 정신 부하 표시부(500)는 뇌파 측정부(100)와는 별로로 구비되는 스마트폰이나 컴퓨터와 같은 장치에 설치되도록 마련될 수 있다. 그리고, 스마트폰과 뇌파 측정부(100)가 근거리 통신과 같은 무선 통신을 통해 연결되어 측정된 뇌파를 전송받도록 마련될 수 있다. 이 때, 전처리부(200)나 주파수 분석부(300)는 도 3 및 도 4에 도시된 장치 내부 구성으로 마련될 수 있음은 물론이다.

상기와 같이, 사용자가 이어후크 타입의 뇌파 측정부(100)를 귀에 착용하는 것만으로 측두엽이 뇌파 측정이 가능해지고, 뇌파 중 세타파의 크기 변화를 이용하여 사용자의 정신 부하를 측정함으로써, 보다 쉽게 실시간으로 사용자의 정신 부하의 측정이 가능하게 된다.

본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.

100 : 이어후크 뇌파 측정기 110 : 이어후크 본체
111 : 전원 스위치 112 : 충전창
113 : 전원창 120 : 이어후크부
130 : 이어삽입부 141 : 뇌파 전극
142 : 그라운드 전극 143 : 기준 전극
200 : 전처리부 300 : 주파수 분석부
400 : 정신 부하 계산부 500 : 정신 부하 표시부

Claims (4)

1. 측두엽의 뇌파 측정을 이용한 정신 부하 모니터링 장치에 있어서,
   사용자의 측두엽의 뇌파를 측정하는 뇌파 측정부와;
   상기 뇌파 측정부에 의해 측정된 뇌파의 주파수 분석을 통해 세타파를 추출하는 주파수 분석부와;
   상기 주파수 분석부로부터 추출된 상기 세타파에 기초하여 사용자의 정신 부하를 계산하는 정신 부하 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정신 부하 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 정신 부하 계산부는 기 설정된 시간 동안의 상기 세타파의 크기의 평균을 산출하여 사용자의 정신 부하를 계산하는 것을 특징으로 하는 정신 부하 모니터링 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 뇌파 측정부는 이어후크 형태로 마련되어 사용자의 측두엽의 뇌파를 측정하는 것을 특징으로 하는 정신 부하 모니터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 뇌파 측정부에 의해 측정된 뇌파에서 기 설정된 주파수 대역의 신호만을 추출하여 상기 주파수 분석부로 전달하는 전처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정신 부하 모니터링 장치.

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