KR20180109571A - 최적의 시각 자극 판별 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 방법은 출력 장치의 화면 내에 서로 다른 소정의 주파수로 깜박이는 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 단계, 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 복수의 제1 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP(steady-state visually evoked potentials)를 측정하는 단계, 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 복수의 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 단계 및 복수의 제1 시각 자극의 각각에 대하여 사용자로부터 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 복수의 제1 시각 자극 중 사용자가 사용하기에 적합한 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계를 포함한다.

Description

최적의 시각 자극 판별 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DISTINGUISHING OPTIMAL VISUAL STIMULATION}

본 발명은 최적의 시각 자극 판별 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 특정 시각 자극에 대한 사용자의 SSVEP(steady-state visually evoked potentials) 및 시각 피로도를 기초로 사용자가 BCI(brain computer interface) speller 등의 장치를 사용함에 있어 최적의 시각 자극을 제공하는 시각 자극 판별 방법 및 시스템에 관한 것이다.

최근 뇌파 신호를 분석하여 뇌와 기계간의 인터페이스를 처리하는 기술들이 개발되고 있다. 일반적으로, 뇌파 신호를 기계의 인터페이스 제어 신호로 사용하는 경우, 제시된 자극에 관련된 뇌파 신호를 측정하여 단위 뇌파 조각들의 평균 뇌파 전위를 산출한다. 이처럼 제시된 자극이나 사건과 관련되어 나타나는 뇌전위를 ERP(event-related potential)라고 한다.

한편 ERP의 한 종류로서 SSVEP(steady state visual evoked potential)는 반복적인 시각 자극에 반응하는 뇌파 신호이다. 예를 들어, 사람이 점멸 자극을 보고 있으면 그 자극의 점멸 주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파인 SSVEP가 물리적으로 유도된다.

이때 SSVEP는 뇌의 전반적인 영역에서 관찰되며 시각 자극을 주시하는 사용자로부터 SNR(signal-to-noise ratio) 검사를 통해 정확하고 빠르게 측정할 수 있기 때문에 뇌와 기계간 인터페이스를 처리하는 기술에 사용될 경우 사용자로부터 빠르게 SSVEP를 측정하여 연동된 기계를 제어할 수 있다.

한편 SSVEP를 이용한 뇌와 기계간의 인터페이스를 처리하는 분야에서는 사람에게 시각적으로 점멸이 인지되는 15 Hz 부근의 주파수를 사용하고 있다. 그러나 시각적으로 확인할 수 있을 정도의 낮은 주파수로 깜빡이는 시각 자극은 사용자에게 시각 피로도를 발생시키며, 낮은 주파수의 시각 자극을 사용 시 두통이나 간질 증상과 같은 부작용이 발생한다는 문제가 있다.

본 발명의 실시예에서 해결하고자 하는 과제는 사용자에게 시각 피로도를 줄이면서 시각 자극에 대응하는 SSVEP의 반응이 명확하게 측정되는 주파수를 판별하는 하는 기술을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 도출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 방법은 출력 장치의 화면 내에 서로 다른 소정의 주파수로 깜박이는 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 단계, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP(steady-state visually evoked potentials)를 측정하는 단계, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 단계 및 상기 복수의 제1 시각 자극의 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계를 포함한다.

이때 상기 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 단계는 상기 주파수가 높은 제1 시각 자극에서 상기 주파수가 낮은 제1 시각 자극의 순서로 출력할 수 있다.

또한 상기 서로 다른 소정의 주파수는 50Hz 이상 70Hz 이하의 범위 이내일 수 있다.

더하여 상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계는 상기 복수의 제1 시각 자극에 대하여 측정한 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 [수학식 1]

(상기

는 상기 사용자의 시력/2.0, 상기

는 1-

)에 대입하여 계산한 점수를 순위화하여 상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러 상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계는 상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 SSVEP가 5dB 이하이거나 상기 시각 피로도를 40회/min 이상 발생시키는 시각 자극을 상기 순위화에서 제외시키는 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 방법은 상기 n개의 제1 시각 자극 중 어느 하나의 제1 시각 자극에 해당하는 주파수로 깜빡이면서 모양, 색깔, 밝기, 크기 중 적어도 어느 하나를 달리한 복수의 제2 시각 자극을 출력하는 단계, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제2 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP를 측정하는 단계, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제2 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 단계 및 상기 복수의 제2 시각 자극 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제2 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 모양, 색깔, 밝기 및 크기를 판별하는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편 상기 어느 하나의 제1 시각 자극은 상기 SSVEP의 크기가 가장 높게 측정된 주파수를 가질 수 있다.

더하여 상기 시각 피로도를 측정하는 단계는 상기 사용자의 EOG(electrooculogram)를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러 상기 방법은 상기 n개의 제1 시각 자극 중 일부를 BCI(brain computer interface) speller의 자판의 각각에 사용하는 단계, 상기 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안의 시각 피로도를 측정하는 단계 및 상기 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안 상기 자판의 각각 중 특정 자판에서 출력되는 제1 시각 자극에 대한 시각 피로도가 소정의 임계치 이상 증가하는 경우, 상기 특정 자판에서 출력되는 제1 시각 자극을 상기 n개의 제1 시각 자극 중 사용되고 있지 않은 제1 시각 자극으로 변환시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 시스템은 화면 내에 서로 다른 소정의 주파수로 깜박이는 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 출력 장치, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP(steady-state visually evoked potentials)를 측정하는 SSVEP 측정 장치, 상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 시각 피로도 측정 장치 및 상기 복수의 제1 시각 자극의 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 연산 장치를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 사용자에게 시각 피로도를 줄이면서 시각 자극에 대한 SSVEP의 반응이 명확하게 측정되는 주파수를 판별하여 뇌와 기계간 인터페이스를 처리하는 장치의 시각 자극으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 사용자로 하여금 뇌파와 연동된 기계의 제어 효율을 유지하면서 시각 피로도를 저하시키는 시각 자극을 사용할 수 있도록 하여 간질 발생 등의 부작용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 시스템을 예시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 시각 자극에 따른 SSVEP의 반응을 측정하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 측정한 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 사용자에게 적합한 시각 자극의 주파수를 판별하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 모양, 색깔, 크기 중 적어도 어느 하나를 달리한 시각 자극에 대한 사용자의 SSVEP 및 시각 피로도를 측정하여 최적의 시각 자극을 판별하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자가 사용하기에 적합한 것으로 판별된 시각 자극을 BCI speller의 각 자판에 사용하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명의 이점 및 특징,　그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.　　그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며,　단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고,　본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며,　본 발명의 범주는 청구항에　의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다.　　그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.　　그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.

또한 어떤 구성 요소들을 포함한다는 표현은 개방형의 표현으로서 해당 구성 요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성 요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 시스템(10)을 예시하는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 시스템(10)은 출력 장치(100), SSVEP(steady-state visually evoked potentials) 측정 장치(200), 시각 피로도 측정 장치(300) 및 연산 장치(400)를 포함한다.

출력 장치(100)는 사용자로부터 SSVEP를 유발시키기 위해 화면 내에 소정의 주파수로 깜박이는 시각 자극을 출력한다. 이때 출력 장치(100)는 서로 다른 주파수로 깜박이는 복수의 시각 자극을 화면 내의 여러 영역에 각각 출력하거나 또는 서로 다른 주파수로 깜박이는 복수의 시각 자극을 하나씩 차례대로 출력할 수 있다.

이때 SSVEP란 반복적인 시각 자극에 반응하는 뇌파 신호이다. 예를 들어, 사람이 점멸 자극을 보고 있으면 그 자극의 점멸 주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파가 물리적으로 유도된다.

SSVEP 측정 장치(200)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP를 측정한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 SSVEP를 측정하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.

도 3을 참조하면, SSVEP 측정 장치(200)는 사용자가 출력 장치(100)가 출력하는 시각 자극을 보고 있는 경우 사용자의 뇌파를 측정한다. 이때 사용자가 주시하고 있는 시각 자극의 주파수와 동일한 주파수를 가진 뇌파가 물리적으로 유도된다. 이때 SSVEP는 뇌의 전반적인 영역에서 관찰되며 시각 자극을 주시하는 사용자로부터 SNR(signal-to-noise ratio) 검사 또는 CCA(correlation coefficient analysis) 검사를 통해 측정할 수 있다. 한편, SNR 검사 및 CCA 검사는 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다.

시각 피로도 측정 장치(300)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정한다. 시각 피로도 측정 장치(300)는 예를 들면, 사용자의 눈 깜빡임 빈도수를 이용하여 사용자의 시각 피로도를 측정할 수 있으며, 눈 깜빡임 빈도수를 측정하는 대표적인 방법으로는 EOG (electrooculogram) 검사가 있다. EOG 검사 방법에 따르면 눈 부근에 전극을 배치하여 안구의 움직임 및 눈의 깜빡임에 의한 전위 변화를 기록하여 사용자의 시각 피로도를 측정할 수 있다.

연산 장치(400)는 복수의 시각 자극에 대하여 사용자로부터 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 복수의 시각 자극 중 사용자가 사용하기에 적합한 한 개 이상의 시각 자극을 판별한다.

이를 통해, 가령 사용자가 n개의 자판을 가진 BCI speller를 사용하는 경우, 연산 장치(400)로부터 사용자가 사용하기에 적합한 것으로 판별된 n개의 시각 자극을 판별하여 BCI speller의 자판 각각에 사용할 수 있다. 다만, BCI speller는 본 발명의 명세서에서 설명을 돕기 위한 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않으며, SSVEP 반응을 이용하여 뇌와 기계간의 인터페이스를 처리할 수 있는 다양한 기계에 적용될 수 있다.

한편 상술한 실시예가 포함하는 SSVEP 측정 장치(200), 시각 피로도 측정 장치(300) 및 연산 장치(400)는 이들의 기능을 수행하도록 프로그램된 명령어를 포함하는 메모리, 및 이들 명령어를 수행하는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치(400)에 의해 구현될 수 있다.

이어서, 도 2에서는 도 1과 함께 설명된 최적의 시각 자극 판별 시스템(10)에 의하여 수행되는 최적의 시각 자극 판별 방법의 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최적의 시각 자극 판별 방법을 예시하는 흐름도이다. 도 2에 따른 최적의 시각 자극 판별 방법의 각 단계는 도 1을 통해 설명된 따른 최적의 시각 자극 판별 시스템(10)을 구성하는 각 장치에 의해 수행될 수 있으며, 각 단계를 설명하면 다음과 같다.

우선, 출력 장치(100)는 사용자로부터 SSVEP를 유발시키기 위해 화면 내에 소정의 주파수로 깜박이는 시각 자극을 출력한다(S210).

SSVEP를 이용한 기존의 뇌와 기계간의 인터페이스를 처리하는 분야에서는 SSVEP 측정을 위해 15 Hz 부근의 주파수를 사용하고 있다. 그러나 시각적으로 확인할 수 있을 정도의 낮은 주파수로 깜빡이는 자극은 사용자에게 시각 피로도를 발생시키며, 낮은 주파수를 사용시 두통이나 간질 증상과 같은 부작용이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 상대적으로 높은 주파수이면서 사용자로부터 SSVEP 반응이 명확하게 측정되는 주파수를 판별하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 출력 장치(100)는 높은 주파수부터 낮은 주파수의 순서로 제1 시각 자극을 출력할 수 있다. 예를 들면, 4~70Hz의 주파수 대역에서 70Hz의 시각 자극부터 1Hz의 간격으로 주파수를 낮추어 차례대로 복수의 시각 자극을 출력할 수 있다.

더하여 사용자의 시각 피로도를 줄이기 위해서는 시각 자극의 깜빡임이 분간이 되지 않되, SSVEP에서 사용자가 주시하는 시각 자극의 주파수의 대역을 쓰는 것이 중요하다. 이를 위하여 출력 장치(100)가 출력하는 주파수의 대역을 50Hz 이상 70Hz 이하의 범위로 한정할 수 있다.

이후, SSVEP 측정 장치(200)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP를 측정한다(S220). 이때 도 3과 같이 복수의 시각 자극이 출력될 경우 SSVEP 측정 장치(200)는 사용자의 SNR 검사 또는 CCA 검사를 통해 시각 자극에 대응하는 사용자의 SSVEP의 반응이 측정되는 시각 자극의 주파수 대역을 확인할 수 있다.

또한 시각 피로도 측정 장치(300)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정한다(S230). 시각 피로도 측정 장치(300)는 예를 들면, 사용자의 눈 깜빡임 빈도수를 이용하여 사용자의 시각 피로도를 측정할 수 있으며, EOG(electrooculogram) 검사를 통해 사용자의 시각 피로도를 측정할 수 있다.

다음으로, 연산 장치(400)는 복수의 시각 자극에 대하여 사용자로부터 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 복수의 시각 자극 중 사용자가 사용하기에 적합한 주파수의 시각 자극을 한 개 이상 판별한다(S240).

예를 들어, 연산 장치(400)는 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 아래 수학식 1에 대입하여 각 시각 자극의 점수를 산출할 수 있다.

이때

는 '사용자의 시력/2.0'을 의미하며,

는 '1-

'를 의미한다. 한편 인식률의 단위는 SSVEP를 측정한 dB 크기이고, 시각 피로도는 1분 동안 눈을 깜박인 횟수를 의미한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자로부터 측정한 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 사용자에게 적합한 시각 자극의 주파수를 판별하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 연산 장치(400)는 a, b, c의 주파수로 점멸하는 시각 자극을 주시하는 사용자로부터 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 수학식 1을 통해 점수를 산출하고 산출된 점수에 따라 각 시각 자극을 순위화할 수 있다. 이때 측정된 SSVEP가 5dB 이하인 시각 자극 또는 시각 피로도를 40회/min 이상 발생시키는 시각 자극은 점수가 높더라도 순위화에서 제외시켜 해당 시각 자극을 사용하지 않을 수 있다. 시각 피로도를 낮게 발생시키더라도 SSVEP가 너무 낮게 측정된 시각 자극은 오류를 발생시킬 수 있으며, SSVEP가 높게 측정되더라도 시각 피로도를 높게 발생시키는 시각 자극은 사용자에게 불편을 유발하기 때문이다.

이를 통해, 도 6과 같이 사용자가 n개의 자판을 가진 BCI speller를 사용하는 경우 연산 장치(400)로부터 사용자가 사용하기에 적합한 것으로 판별된 n개의 시각 자극을 BCI speller의 자판 각각에 사용할 수 있다(S285). 이때 S240 단계를 통해 판별된 시각 자극의 순위대로 사용자가 자주 사용하는 빈도의 자판 순서에 대응시켜 사용할 수 있다.

이때 시각 피로도 측정 장치(300)는 사용자가 BCI speller를 사용하는 동안의 시각 피로도를 실시간으로 측정하고(S290), 이때 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안 각각의 자판 중 특정 자판에서 출력되는 시각 자극에 대한 시각 피로도가 소정의 임계치 이상 증가하는 경우, 연산 장치(400)는 해당 자판에서 출력되는 시각 자극을 S240 단계에서 판별된 시각 자극 중 현재 BCI speller에 사용되고 있지 않은 주파수의 시각 자극으로 변경할 수 있다(S295). 따라서 사용자가 BCI speller를 사용하는 도중 특정 시각 자극에 대하여 시각 피로도가 증가하는 경우에도 해당 시각 자극을 교체하여 사용자의 피로도를 줄일 수 있다.

한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면 최적의 시각 자극 판별 방법은 S210 내지 S240 단계 이후에, 사용자가 사용할 시각 자극의 모양, 색깔, 크기, 밝기 중 어느 하나를 결정할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 모양, 색깔, 크기 중 적어도 어느 하나를 달리한 시각 자극에 대한 사용자의 SSVEP 및 시각 피로도를 측정하여 최적의 시각 자극을 판별하는 것을 설명하기 위한 예시도이다.

도 5를 참조하면, 출력 장치(100)는 특정 주파수로 점멸하는 시각 자극에 모양, 색깔, 밝기, 크기 중 적어도 어느 하나를 달리한 시각 자극(이하 '제2 시각 자극'으로 칭함)을 출력할 수 있다(S250). 이때 특정 주파수는 S240 단계에서 판별된 시각 자극 중 가장 높은 점수에 해당하는 주파수의 시각 자극 또는 측정된 SSVEP의 크기가 가장 높은 주파수에 해당하는 시각 자극을 사용할 수 있다. 이러한 시각 자극은 SSVEP 측정이 잘 되면서 시각 피로도가 낮기 때문에 해당 주파수로 제2 시각 자극을 측정을 하는 경우에도 이에 따라 달라지는 SSVEP 및 시각 피로도의 측정값을 보다 명확하게 측정할 수 있기 때문이다.

이후, SSVEP 측정 장치(200)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 제2 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP를 측정하고(S260), 시각 피로도 측정 장치(300)는 출력 장치(100)를 주시하는 사용자로부터 제2 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정한다(S270).

이에 따라, 연산 장치(400)는 각각의 제2 시각 자극에 대하여 사용자로부터 측정된 SSVEP 및 시각 피로도를 기초로 복수의 제2 시각 자극 중 사용자가 사용하기에 적합한 모양, 색깔, 밝기 및 크기를 판별할 수 있다(S280). 이때 연산 장치(400)는 S240 단계에서 수학식 1을 통해 최적의 시각 자극을 판별하는 방법과 동일한 방법을 사용할 수 있다.

이를 통해, 사용자가 n개의 자판을 가진 BCI speller를 사용하는 경우 S240 단계에서 사용자가 사용하기에 적합한 것으로 판별된 n개의 주파수에 대해 S280 단계에서 판별된 모양, 색깔, 밝기 및 크기를 적용하여 각 자판의 시각 자극을 생성할 수 있다. 이에, 주파수뿐만 아니라 특정 주파수를 발산할 때 시각 자극의 모양, 색깔, 밝기 및 크기까지 고려함으로써 사용자가 시각 자극을 장시간 주시하여도 피로도가 적고 효율이 좋은 시각 자극을 생성할 수 있다.

상술한 실시예에 따라 최적의 시각 자극을 판별한 이후, 도 6에 도시된 바와 같이, S240 단계 또는 S280 단계에서 판별된 시각 자극을 중 일부를 BCI speller의 자판의 각각에 사용할 수 있다(S285).

한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면 사용자의 시각 피로도를 실시간으로 측정하여 사용자로 하여금 피로도를 덜 느끼도록 각 자판의 주파수를 실시간으로 변경할 수 있다.

이를 위해, 시각 피로도 측정 장치(300)는 사용자가 BCI speller를 사용하는 동안의 시각 피로도를 실시간으로 측정하고(S290), 이때 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안 각각의 자판 중 특정 자판에서 출력되는 시각 자극에 대한 시각 피로도가 소정의 임계치 이상 증가하는 경우, 연산 장치(400)는 해당 자판에서 출력되는 시각 자극을 S240 단계에서 판별된 시각 자극 중 현재 BCI speller에 사용되고 있지 않은 주파수의 시각 자극으로 변경할 수 있다(S295). 따라서 사용자가 BCI speller를 사용하는 도중 특정 시각 자극에 대하여 시각 피로도가 증가하는 경우에도 해당 시각 자극을 교체하여 사용자의 피로도를 줄일 수 있다.

상술한 실시예에 따르면, 사용자에게 시각 피로도를 줄이면서 시각 자극에 대한 SSVEP의 반응이 명확하게 측정되는 주파수를 판별하여 뇌와 기계간 인터페이스를 처리하는 장치의 시각 자극으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 사용자로 하여금 뇌파와 연동된 기계의 제어 효율을 유지하면서 시각 피로도를 저하시키는 시각 자극을 사용할 수 있도록 하여 간질 발생 등의 부작용을 줄일 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 시각 자극 판별 시스템
100: 출력 장치
200: SSVEP 측정 장치
300: 시각 피로도 측정 장치
400: 연산 장치

Claims (12)

1. 출력 장치의 화면 내에 서로 다른 소정의 주파수로 깜박이는 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 단계;
   상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP(steady-state visually evoked potentials)를 측정하는 단계;
   상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 단계; 및
   상기 복수의 제1 시각 자극의 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계를 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 단계는,
   상기 주파수가 높은 제1 시각 자극에서 상기 주파수가 낮은 제1 시각 자극의 순서로 출력하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 서로 다른 소정의 주파수는,
   50Hz 이상 70Hz 이하의 범위 이내인
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계는,
   상기 복수의 제1 시각 자극에 대하여 측정한 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를
   [수학식 1]
   

   

   (상기

   

   는 상기 사용자의 시력/2.0, 상기

   

   는 1-

   

   )
   에 대입하여 계산한 점수를 순위화하여 상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계를 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 단계는,
   상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 SSVEP가 5dB 이하이거나 상기 시각 피로도를 40회/min 이상 발생시키는 시각 자극을 상기 순위화에서 제외시키는 단계를 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 n개의 제1 시각 자극 중 어느 하나의 제1 시각 자극에 해당하는 주파수로 깜빡이면서 모양, 색깔, 밝기, 크기 중 적어도 어느 하나를 달리한 복수의 제2 시각 자극을 출력하는 단계;
   상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제2 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP를 측정하는 단계;
   상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제2 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 단계; 및
   상기 복수의 제2 시각 자극 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제2 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 모양, 색깔, 밝기 및 크기를 판별하는 단계를 더 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 어느 하나의 제1 시각 자극은
   상기 SSVEP의 크기가 가장 높게 측정된 주파수를 가지는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   상기 시각 피로도를 측정하는 단계는,
   상기 사용자의 EOG(electrooculogram)를 측정하는 단계를 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 n개의 제1 시각 자극 중 일부를 BCI(brain computer interface) speller의 자판의 각각에 사용하는 단계;
   상기 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안의 시각 피로도를 측정하는 단계; 및
   상기 사용자가 상기 BCI speller를 사용하는 동안 상기 자판의 각각 중 특정 자판에서 출력되는 제1 시각 자극에 대한 시각 피로도가 소정의 임계치 이상 증가하는 경우, 상기 특정 자판에서 출력되는 제1 시각 자극을 상기 n개의 제1 시각 자극 중 사용되고 있지 않은 제1 시각 자극으로 변환시키는 단계를 포함하는
   최적의 시각 자극 판별 방법.
   
10. 화면 내에 서로 다른 소정의 주파수로 깜박이는 복수의 제1 시각 자극을 출력하는 출력 장치;
    상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의하여 발생하는 SSVEP(steady-state visually evoked potentials)를 측정하는 SSVEP 측정 장치;
    상기 출력 장치를 주시하는 사용자로부터 상기 복수의 제1 시각 자극에 의한 시각 피로도를 측정하는 시각 피로도 측정 장치; 및
    상기 복수의 제1 시각 자극의 각각에 대하여 상기 사용자로부터 측정된 상기 SSVEP 및 상기 시각 피로도를 기초로 상기 복수의 제1 시각 자극 중 상기 사용자가 사용하기에 적합한 n개의 제1 시각 자극을 판별하는 연산 장치를 포함하는
    최적의 시각 자극 판별 시스템.
    
11. 제1항 내지 제9항의 방법을 프로세서가 수행하도록 하는 컴퓨터 판독 가능 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
    
12. 제1항 내지 제9항의 방법을 프로세서가 수행하게 하는 명령어를 포함하는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능 기록매체.

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