KR20210053631A - Method of entraining gamma brain wave using visible light and apparatus for providing visible stimulation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가시광선을 이용하여 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 방법 및 이를 위한 시각 자극 제공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for activating an EEG in a gamma band using visible light and an apparatus for providing visual stimulation therefor.
인체 뇌의 고유 진동(intrinsic oscillator) 주파수는 주파수 대역에 따라 델타파(δ, 0.5~4Hz), 쎄타파(θ, 4~8Hz), 알파파(α, 8~13Hz), 베타파(β, 13~30Hz), 감마파(γ, 30~100Hz) 등으로 분류한다. 이러한 각각의 고유 진동 주파수를 가진 뇌파는 서로 다른 인지 행동 기능에 영향을 미친다.The intrinsic oscillator frequency of the human brain varies depending on the frequency band: delta wave (δ, 0.5~4Hz), theta wave (θ, 4~8Hz), alpha wave (α, 8~13Hz), beta wave (β, 13~30Hz), gamma wave (γ, 30~100Hz), etc. The brain waves with each of these natural vibration frequencies affect different cognitive behavioral functions.
특히, 감마 대역의 뇌파가 가진 기능적 역할은 이미 많은 연구를 통해 알려져 있다. 주로, 감마 대역의 뇌파는 주의집중이나 기억, 대상에 대한 인식에 관여하며 상향식 신경조절 뿐만 아니라 하향식 신경조절에도 관여한다. In particular, the functional role of brain waves in the gamma band has already been known through many studies. Mainly, brain waves in the gamma band are involved in attention, memory, and recognition of objects, and are involved in top-down neuro-regulation as well as top-down neuro-regulation.
그러나 이 감마 대역 뇌파를 이용하여 인지기능을 개선하고자 하는 구체적 연구는 보고되지 않았다.However, no specific study to improve cognitive function using this gamma band EEG has been reported.
인지장애 중 가장 유병률이 높은 알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD)의 경우, 환자 군(group)에서 일반인보다 감소된 감마 대역 뇌파가 관찰된다. In the case of Alzheimer's disease (AD), which has the highest prevalence of cognitive impairment, a reduced gamma band EEG was observed in the patient group than in the general population.
그러나 알츠하이머병의 치료 방법은 현재 약물이나 자기장(rTMS) 또는 전류(tDCS)를 이용하는 방식에 머물러 있다. 이마저도 부작용을 통제하기 어렵고 고비용이며 효과를 검증하지 못하는 등 개발이 더딘 상황이다.However, the current treatment method for Alzheimer's disease remains in the method of using drugs, magnetic field (rTMS) or electric current (tDCS). Even the side effects are difficult to control, expensive, and the effects are not verified, and the development is slow.
본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 시지각(visual perception) 및 인지 능력의 향상, 그리고 알츠하이머병의 예방 및 치료 등과 같은 감마 대역 뇌파의 기능적 특성이 작용할 수 있도록, 시각 자극(visual stimulation)을 통하여 인체의 뇌에 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is through visual stimulation so that functional characteristics of gamma band brain waves such as improvement of visual perception and cognitive ability, and prevention and treatment of Alzheimer's disease can act. It is to provide a method and apparatus for activating EEG in a gamma band in the human brain.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 가시광선의 점멸 빛 자극(flickering light stimulation, 이하,'FLS'로 통칭함)을 제시하여 감마 진동을 동반이행(entrainment)시킴으로써, 시각 자극과 유사한 주파수를 가지는 뇌파를 유도하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to entrain gamma vibrations by presenting flickering light stimulation (hereinafter, collectively referred to as'FLS') of visible light, thereby generating brain waves having a frequency similar to that of visual stimulation. It is to provide a method and apparatus for inducing.
본 발명의 하나의 특징에 따르면, 뇌파 활성화 방법은 소정의 주파수를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 통하여 인간의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동반이행(entrainment)된 감마 진동을 유도하고, 상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 적어도 하나의 가시광원을 통하여 제공되고, 상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나의 광 신경 변조(photobiomodulation) 조건을 가진다.According to one feature of the present invention, the brainwave activation method induces gamma vibration entrained in at least one brain region of a human through flickering light stimulation (FLS) having a predetermined frequency, and stimulates the blinking light. (FLS) is provided through at least one visible light source, and the flickering light stimulation (FLS) has a photobiomodulation condition of at least one of stimulation time, wavelength, frequency, and light intensity.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 32Hz 이상, 그리고 40Hz 이하의 주파수로 설정될 수 있다.The flickering light stimulation (FLS) may be set to a frequency of 32 Hz or more and 40 Hz or less.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 600nm 이상의 파장을 가지도록 설정될 수 있다.The flickering light stimulation (FLS) may be set to have a wavelength of 600 nm or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 상기 점멸 빛 자극이 제1 시간 동안 제공된 후, 제2 시간 동안 제공되지 않는 휴지 시간을 가진 후, 다시 상기 제1 시간 동안 제공되기를 반복할 수 있다.The flickering light stimulus (FLS) may be repeatedly provided for the first time after the flickering light stimulus is provided for a first time, after having a rest time that is not provided for a second time.
상기 제1 시간은, 상기 감마 진동의 동반이행(entrainment)을 유도하는 특정 시간으로 설정될 수 있다.The first time may be set to a specific time to induce entrainment of the gamma vibration.
상기 제1 시간은, 2초 이상의 시간으로 설정될 수 있다.The first time may be set to 2 seconds or more.
상기 제2 시간은, 다수의 점멸 빛 자극(FLS)을 연달아 제공할 때 시각 순응에 의한 시신경 활동 억제를 일으키지 않는 특정 시간으로 설정될 수 있다.The second time may be set to a specific time that does not cause suppression of optic nerve activity due to visual adaptation when multiple flashing light stimuli (FLS) are provided in succession.
상기 제2 시간은, 3초 이상의 시간으로 설정될 수 있다.The second time may be set to 3 seconds or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 400 cd/m2이상의 빛 세기로 제공될 수 있다.The flickering light stimulation (FLS) may be provided with a light intensity of 400 cd/m 2 or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 소정의 자극 시간동안 소정의 빛 세기로 제공될 수 있다.The flickering light stimulation (FLS) may be provided with a predetermined light intensity during a predetermined stimulation time.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 시각 자극 제공 장치는 가시광선 파장대역의 광을 출력하는 가시광원, 그리고 자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나의 광 신경 변조(photobiomodulation) 조건을 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 출력하도록 상기 가시광원의 광 출력을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 가시광선 파장대역의 점멸 빛 자극(FLS)은, 인간의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동반이행(entrainment)된 감마 진동을 유도한다.According to another feature of the present invention, the apparatus for providing visual stimulation includes a visible light source that outputs light in a visible wavelength band, and a flashing light having a photobiomodulation condition of at least one of stimulation time, wavelength, frequency, and light intensity. And a control unit that controls the light output of the visible light source to output a stimulus (FLS), and the flickering light stimulation (FLS) in the visible light wavelength band is entrained in at least one brain region of a human being. Induce vibration.
상기 시각 자극 제공 장치는, 상기 점멸 빛 자극(FLS)이 제공되기 전과, 제공되는 동안과, 제공된 이후의 뇌파를 측정하는 측정부, 그리고 상기 측정부가 출력하는 뇌파 데이터를 분석하여 자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나를 포함하는 광 신경 변조 조건을 도출하는 분석부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 자극 시간, 상기 파장, 상기 주파수 및 상기 빛 세기 중 적어도 하나를 가변하여 점멸 빛 자극(FLS)을 출력하도록 제어할 수 있다.The visual stimulation providing device includes a measurement unit for measuring EEG data before, during, and after the flickering light stimulation (FLS) is provided, and the brain wave data output by the measurement unit to analyze stimulation time, wavelength, and And an analysis unit for deriving an optical nerve modulation condition including at least one of a frequency and light intensity, and the control unit includes a flashing light stimulation (FLS) by varying at least one of the stimulation time, the wavelength, the frequency, and the light intensity. ) Can be controlled to output.
상기 제어부는, 제1 시간 동안 제1 주파수를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공한 후, 제2 시간 동안 상기 점멸 빛 자극(FLS)을 중단하고, 이어서 상기 제1 시간 동안 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다.The controller provides a flickering light stimulation (FLS) having a first frequency for a first time, and then stops the flickering light stimulation (FLS) for a second time, and then, the first frequency and the first frequency for the first time. Flashing light stimulation (FLS) having a different second frequency may be provided.
상기 제어부는, 소정의 시간 동안 소정의 빛 세기를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하고, 상기 소정의 시간은, 1초 이상의 시간을 가지고, 상기 소정의 빛 세기는, 최소 10cd/m2 를 가질 수 있다.The control unit provides a flashing light stimulation (FLS) having a predetermined light intensity for a predetermined time, the predetermined time has a time of 1 second or more, and the predetermined light intensity is at least 10 cd/m 2 Can have.
상기 분석부는, 250ms 이상의 자극 시간, 600nm 이상의 파장, 400cd/m2이상의 빛 세기 및 32Hz 이상, 그리고 40Hz 이하의 주파수 중 적어도 하나를 광 신경 변조 조건으로 설정할 수 있다.The analysis unit, stimulation time of 250 ms or more, wavelength of 600 nm or more, 400 cd/m 2 or more At least one of a light intensity and a frequency of 32 Hz or more and 40 Hz or less may be set as an optical nerve modulation condition.
본 발명의 실시예에 따르면, 안전한 가시광 대역의 점멸 빛 자극(FLS)을 사용하여 낮은 비용으로 효율적인 감마 대역 뇌파를 유도할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an efficient gamma band EEG can be induced at low cost by using a safe flickering light stimulation (FLS) in a visible light band.
또한, 유도된 감마 대역 뇌파는 아밀로이드 베타의 축적을 지연시켜 알츠하이머병 예방에 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 더불어 유도된 감마 대역 뇌파는 경도인지장애나 알츠하이머병 환자의 인지기능을 향상시키는 방법으로도 활용 가능하다.In addition, the induced gamma band EEG can be used to prevent Alzheimer's disease by delaying the accumulation of amyloid beta. In addition, the induced gamma band EEG can be used as a method to improve the cognitive function of patients with mild cognitive impairment or Alzheimer's disease.
또한, 최적의 감마 대역 뇌파의 동반이행(entrainment)과 뇌 영역 간 기능적 연결성을 높이는 방법으로 감마 대역의 뇌파를 뇌에서 동기화시킴으로써, 감마 활동 관련 지각 및 인지기능의 향상, 그리고 알츠하이머병 예방 및 치료에 사용 할 수 있다.In addition, by synchronizing EEG in the gamma band in the brain as a method of enhancing the optimal gamma band EEG entrainment and functional connectivity between brain regions, it is used to improve the perception and cognitive function related to gamma activity, and to prevent and treat Alzheimer's disease. Can be used.
또한, 필요한 주파수, 시간, 밝기, 색상을 개인 별로 달리한 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있으므로, 개인화된 동반 이행 효과를 극대화할 수 있다.In addition, it is possible to provide a flickering light stimulus (FLS) in which the required frequency, time, brightness, and color are different for each individual, thus maximizing the personalized companion transition effect.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시각 자극 제공 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 뇌전극 배치도를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 가시광선의 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하는 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을 때 나타나는 감마 대역 뇌파의 활성 범위를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수를 변화시켰을 때 두정엽 전극(Pz)에서 사건 관련 동기화(Event related synchronization, 이하, 'ERS'로 통칭함)의 측정 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을 때 두정엽 전극(Pz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기(Light Intensity)에 따른 감마 대역 뇌파의 활성화 영역을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극의 빛 세기를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기에 따른 전두 영역(anterior)과 후두 영역(posterior) 간의 연결성을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 전두 영역과 후두 영역 간의 연결성 강도를 나타낸다.1 is a block diagram of an apparatus for providing visual stimulation according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of activating brain waves in a gamma band according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing an exemplary layout of a brain electrode used in an embodiment of the present invention.
4 shows a method of presenting a flashing light stimulation (FLS) of visible light that activates an EEG in a gamma band according to an embodiment of the present invention.
5 shows an active range of a gamma band EEG that appears when the color of a flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
6 shows the measurement results of event related synchronization (hereinafter, collectively referred to as'ERS') at the parietal lobe electrode Pz when the frequency of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention. .
7 shows the measurement results of ERS at the frontal lobe electrode Fz when the frequency of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
8 shows the measurement results of ERS at the parietal lobe electrode Pz when the color of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
9 shows the measurement results of ERS at the frontal lobe electrode (Fz) when the color of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
10 shows ERS values measured for each time period at the parietal lobe electrode Pz when the color of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
11 shows ERS values measured for each time period at the frontal lobe electrode Fz when the color of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
12 illustrates an active region of a gamma band EEG according to a light intensity of a flickering light stimulation (FLS) according to another embodiment of the present invention.
13 shows the measurement results of ERS at the parietal lobe electrode Pz when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
14 shows the measurement results of ERS at the frontal lobe electrode (Fz) when the light intensity of the blinking light stimulus is changed according to an embodiment of the present invention.
15 shows ERS values measured for each time period at the parietal lobe electrode Pz when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
16 shows ERS values measured for each time period at the frontal lobe electrode Fz when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
17 illustrates connectivity between an anterior and a posterior region according to the light intensity of a flickering light stimulation (FLS) according to an exemplary embodiment of the present invention.
18 shows the strength of the connectivity between the frontal region and the occipital region when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 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 의미한다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. In addition, terms such as "... unit", "... group", and "... module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which can be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software. I can.
본 발명에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명을 실행한다.The devices described in the present invention are composed of hardware including at least one processor, a memory device, a communication device, and the like, and a program that is combined with the hardware and executed is stored in a designated place. The hardware has the configuration and capability to implement the method of the present invention. The program includes instructions for implementing the operating method of the present invention described with reference to the drawings, and executes the present invention by combining it with hardware such as a processor and a memory device.
점멸 빛 자극(Flickering Light Stimulus, FLS)은 1Hz ~ 90Hz의 주파수 범위에서 사람에게 정상 상태 진동(steady-state oscillations)을 유발한다. 이 주파수 범위의 점멸 빛 자극(FLS)을 사용하는 감마(Gamma) 동반이행(entrainment)은 사람의 알츠하이머병(Alzheimer's disease, AD) 증상을 감소시키거나 발병을 막을 수 있는 비침습적 방법이 될 수 있다.Flickering Light Stimulus (FLS) induces steady-state oscillations in humans in the frequency range of 1Hz to 90Hz. Gamma entrainment using flashing light stimulation (FLS) in this frequency range can be a non-invasive way to reduce or prevent the onset of Alzheimer's disease (AD) symptoms in humans. .
점멸 빛 자극(FLS)에 의해 동반이행된 감마 진동은 시각 피질에서 미세 아교 세포의 아밀로이드 세포내 이입을 증가시켜 아밀로이드 부하를 감소시킨다. 점멸 빛 자극(FLS)에 의해 동반이행된 감마 진동은 치매 유발물질인 아밀로이드 베타 단백질(amyloid-β protein)의 감소나 인지 행동을 개선한다. Gamma oscillations accompanied by flickering light stimulation (FLS) increase amyloid endocytosis of microglia in the visual cortex and reduce amyloid load. Gamma vibration accompanied by flickering light stimulation (FLS) reduces the dementia inducer amyloid-β protein and improves cognitive behavior.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시각 자극 제공 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 방법을 나타낸 순서도이다. 1 is a block diagram of an apparatus for providing visual stimulation according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of activating an EEG in a gamma band according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 시각 자극(rhythmic visual stimulation) 제공 장치(100)는 빛 신경 변조(photobiomodulation) 기술을 사용한다. 시각 자극 제공 장치(100)는 사람(200)의 뇌 영역에서 동기화된 감마 진동(gamma oscillations)을 유도하는 가시광 대역의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공한다. Referring to FIG. 1, the
시각 자극 제공 장치(100)는 가시광원(101), 시각 자극 제어부(103), 시각 자극 조건 저장부(105), 측정부(107) 및 분석부(109)를 포함한다. The visual
시각 자극 제공 장치(100)는 인체에 무해한 가시광 대역의 빛으로 점멸 빛 자극(FLS)을 제공한다. 가시광원(101)은 시각 자극 제어부(103)의 제어에 따라 점멸 빛 자극(FLS)을 출력한다.The visual
강한 적외선이나 자외선 대역의 시각 자극은 망막에 손상을 일으킬 수 있으므로, 보다 위험성이 낮은 가시광 대역의 광원이 사용된다. Since the visual stimulation in the strong infrared or ultraviolet band can cause damage to the retina, a light source in the visible light band with a lower risk is used.
이때, 가시광 대역의 빛을 제공시, 국내 광원 안전성 기준인 기술표준원의 전기용품안전기준(K62471-1)에 규정된 노출 한계를 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.At this time, when providing light in the visible light band, it is desirable not to exceed the exposure limit specified in the electrical appliance safety standard (K62471-1) of the Korea Institute of Technology and Standards, which is a domestic light source safety standard.
한 예시에 따르면, 가시광원(101)은 발광 다이오드(Light-Emitting Diode, LED), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 양자점 발광 다이오드(quantum dot light-emitting device, QD-LED) 중 적어도 하나를 사용할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.According to one example, the visible
시각 자극 제어부(103)는 시각 자극 조건 저장부(105)에 저장된 복수의 가변 조건, 즉, 가시광원의 밝기(intensity), 파장(color), 주파수(frequency) 및 자극 시간 중 적어도 하나를 선택하고, 선택한 적어도 하나의 조건에 따른 가시광선을 출력하도록 가시광원(101)을 제어한다. The visual
도 2를 참조하면, 시각 자극 제공 장치(100)는 가시광원의 밝기, 파장, 구동 주파수 및 자극 시간 중 적어도 하나의 가변 조건을 결정한다(S101).Referring to FIG. 2, the
시각 자극 제공 장치(100)는 결정된 가변 조건으로 점멸 빛 자극(FLS)을 제시한다(S103). 이러한 점멸 빛 자극(FLS)은 인체의 행동적 인지기능에 연관된 고유 진동(Intrinsic oscillator)이 동반이행(entrainment)되어, 제시(S103)한 점멸 빛 자극(FLS)과 유사한 주파수를 가지는 뇌파를 유도한다(S105). 이렇게 유도된 진동수의 뇌파는 결과적으로 기능적 변화를 가져온다.The visual
가시광을 이용한 점멸 빛 자극(FLS)을 통해 자기장 또는 전류를 이용하지 않고도 감마 대역 뇌파를 유도할 수 있다.A gamma band EEG can be induced without using a magnetic field or current through blinking light stimulation (FLS) using visible light.
시각 자극 제공 장치(100)는 감마파 유도의 핵심이 되는 동반이행을 극대화하는 자극 조건들을 이용하여 효과적인 빛 신경 치료를 제공한다.The
측정부(107)는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공받은 인간의 뇌파를 측정한다. The
분석부(109)는 측정부(107)로부터 전달받은 뇌파 데이터를 분석하여 감마 뇌파의 동반이행을 극대화할 수 있는 자극 조건의 최소 기준을 도출한다. The
측정부(107) 및 분석부(109)는 후술할 도 3 내지 도 18의 실험들을 구현하는데 사용될 수 있다. 이러한 실험들을 통해 도출된 감마 뇌파의 동반이행을 위한 최적의 자극 조건은 시각 자극 조건 저장부(105)에 저장될 수 있다.The
뇌 영역에서 동반이행된 감마 대역의 특성은 점멸 빛 자극(FLS)의 특성, 예를들어, 색상, 주파수, 빛 세기(light intensity)에 따라 다르다. 따라서, 시각 자극 제공 장치(100)는 가시광원의 밝기, 파장, 구동주파수 및 자극 시간 중 적어도 하나를 가변하여 점멸 빛 자극(FLS)을 제시할 수 있다.The characteristics of the gamma band carried out in the brain region differ depending on the characteristics of the flickering light stimulus (FLS), for example, color, frequency, and light intensity. Accordingly, the
동반이행된 감마 대역의 뇌파는 가시광원의 주파수가 54Hz 미만인 경우, 뇌의 전방 중심 영역에서 활성화된다. 반면, 가시광원의 주파수가 54Hz 이상인 경우, 뇌의 정수리 후두부 주변 영역으로 활성화가 국한된다. 따라서, 실시예에 따르면, 시각 자극 제공 장치(100)는 감마 대역 뇌파의 동반이행을 위하여, 사람의 감마 대역 고유 진동수에 부합하는 30~50Hz 범위의 점멸 빛 자극(FLS)을 제시할 수 있다.The accompanying gamma band EEG is activated in the anterior central region of the brain when the frequency of the visible light source is less than 54 Hz. On the other hand, when the frequency of the visible light source is 54 Hz or more, activation is limited to the area around the parietal occipital region of the brain. Accordingly, according to an embodiment, the
실시예에 따르면, 시각 자극 제공 장치(100)는 시각 순응에 의한 시신경 활동 억제를 일으키지 않도록 점멸 빛 자극(FLS)을 일정 시간 단위로 간헐적으로 제공할 수 있다. According to an embodiment, the
실시예에 따르면, 시각 자극 제공 장치(100)는 3초 이상의 시간차를 두어 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다. 즉, 한번의 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하고 나서 3초의 휴지기를 둔 후, 다음 번의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다.According to an embodiment, the
실시예에 따르면, 시각 자극 제공 장치(100)는 점멸 빛 자극(FLS)이 지속되는 시간, 즉, 자극 시간을 감마 진동의 동반이행(entrainment)을 유도하는 특정 시간으로 설정할 수 있다. 예를들어, 250밀리초(milisecond) 동안 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다.According to an embodiment, the visual
동반이행된 감마 대역의 스펙트럼 전력은 가시광원의 세기가 증가하면 함께 증가한다. 따라서, 실시예에 따르면, 시각 자극 제공 장치(100)는 높은 수준의 기능적 연결성을 확보하기 위해 자극 시간, 즉, 가시광원이 켜져있는 시간을 최소 1초 이상으로 설정한다. 그리고 유효 빛 세기(Light intensity)를 가시광원에서 2cm 떨어진 거리에서 측정하였을때 10cd/m2 이상으로 설정할 수 있다. 즉, 시각 자극 제공 장치(100)는 최소 1초 이상 동안 10cd/m2 이상의 빛 세기로 점멸하는 가시광원을 출력할 수 있다.The spectral power of the accompanying gamma band increases as the intensity of the visible light source increases. Accordingly, according to an embodiment, the
이상 전술한, 감마 대역의 동반이행을 유도하는 가시광원의 밝기, 파장, 구동주파수 및 자극 시간 중 적어도 하나를 포함하는 가변 조건은 다음의 실험들을 통해 도출되었다.The above-described variable condition including at least one of brightness, wavelength, driving frequency, and stimulation time of a visible light source that induces the companion transition of the gamma band was derived through the following experiments.
실험들에서, 점멸 빛 자극(FLS)은 한 쌍의 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED) 패널을 가진 안경을 통해 제공되었다. 이 안경의 OLED 패널은 빛 자극 파라미터 제어 시스템에 기초한 'LabVIEW' 프로그램에 의해 제어되는 함수 발생기에 의해 구동될 수 있다. 점멸 빛 자극(FLS)은 100% 변조 깊이(modulation depth) 및 50% 듀티 사이클(duty cycle)에서 구형파(square wave)로 OLED 패널에서 구현될 수 있다.In experiments, flickering light stimulation (FLS) was provided through glasses with a pair of Organic Light-Emitting Diode (OLED) panels. The OLED panel of these glasses can be driven by a function generator controlled by the'LabVIEW' program based on the light stimulation parameter control system. The flickering light stimulation (FLS) may be implemented in an OLED panel as a square wave at 100% modulation depth and 50% duty cycle.
실험들에서, 염화은 활성 전극(Ag-AgCl active surface electrode)들이 배치된 탄성 캡(elastic cap)을 착용한 사람의 뇌파, 즉, EEG(Electroencephalography) 및 SSVEP(Steady state visual evoked potential)를 측정하여, 점멸 빛 자극(FLS)이 사람에게 미치는 영향을 분석하였다. In the experiments, by measuring the EEG (Electroencephalography) and SSVEP (Steady state visual evoked potential) of a person wearing an elastic cap (elastic cap) on which the silver chloride active electrodes (Ag-AgCl active surface electrodes) are arranged, The effect of flickering light stimulation (FLS) on humans was analyzed.
실험들에서, 사람이 눈을 감은 상태에서의 뇌전도(electroencephalography, EEG)를 5분간 측정한 후에 눈을 뜬 상태에서 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하고, 정상 상태의 시각적 유발 가능성(measure steady-state visual evoked potential, SSVEP)을 측정하였다.In the experiments, a person's electroencephalography (EEG) was measured for 5 minutes with the eyes closed, and then the blinking light stimulation (FLS) was provided with the eyes open, and the possibility of visual induction in the normal state (measure steady-state). visual evoked potential, SSVEP) was measured.
SSVEP는 외부 자극에 의해 유발되는 비자발적 뇌파 특징으로 사용되는데, 사용자가 특정 주파수로 발광하는 광원을 응시할 때, 해당 주파수가 뇌에 투영되어 유발되는 뇌신호의 특징이다.SSVEP is used as a feature of involuntary EEG induced by an external stimulus. When a user gazes at a light source that emits light at a specific frequency, the corresponding frequency is projected onto the brain and is a characteristic of a brain signal.
실험들에서, 모든 전극 임피던스는 10Ω 이하로 유지되었다. 그리고 온라인 필터를 사용하지 않고 샘플링 레이트를 1000Hz로 세팅하였다. 왼쪽 눈의 왼편에 EOG(Electrooculography) 전극을 수직으로 배치하였다.In the experiments, all electrode impedances were kept below 10Ω. And the sampling rate was set to 1000Hz without using an online filter. An EOG (Electrooculography) electrode was placed vertically on the left side of the left eye.
이때, 전극의 배치는 국제적으로 통일되어 있는 10-20 전극 배치법을 사용하였으며, 이는 도 3과 같다.At this time, the electrode was arranged using the internationally unified 10-20 electrode arrangement method, as shown in FIG. 3.
도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 뇌전극 배치도를 예시적으로 나타낸 도면이다. 즉, 뇌파를 측정하기 위해 피험자의 머리에 접촉시키는 전극 배치의 일예를 도시한다.3 is a diagram showing an exemplary layout of a brain electrode used in an embodiment of the present invention. That is, an example of an electrode arrangement that is brought into contact with a subject's head to measure an EEG is shown.
도 3을 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)에 따른 뇌파를 측정하기 위해 복수개의 전극을 국제 전극 배치법인 10-20 전극 배치법에 따라 두피의 전 영역에 골고루 배치하였다. FCz에 기준 전극이 배치되고 이마에 접지 전극이 배치된다. Referring to FIG. 3, in order to measure EEG caused by flickering light stimulation (FLS), a plurality of electrodes were evenly disposed over the entire area of the scalp according to the 10-20 electrode placement method, which is an international electrode placement method. A reference electrode is placed on the FCz and a ground electrode is placed on the forehead.
배치된 복수개의 전극 중에서 두정엽 전극(Pz)과 전두엽 전극(Fz)에서 측정된 뇌파가 실험들에 사용되었다.Among the arranged plurality of electrodes, EEG measured by the parietal lobe electrode (Pz) and the frontal lobe electrode (Fz) were used in the experiments.
실험들에서, 점멸 빛 자극(FLS)은 도 4와 같이 제공될 수 있다.In experiments, a flickering light stimulation (FLS) may be provided as shown in FIG. 4.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 감마 대역의 뇌파를 활성화하는 가시광선의 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하는 방법을 나타낸다.4 shows a method of presenting a flashing light stimulation (FLS) of visible light that activates an EEG in a gamma band according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 각 실험예는 복수개의 세션으로 구성된다. 한 세션(session)은 10개의 블록(blocks)으로 구성된다. 각 블록 간에는 10초(s)의 간격을 이룬다.Referring to FIG. 4, each experimental example consists of a plurality of sessions. One session consists of 10 blocks. There is a 10 second (s) interval between each block.
1 블록은 60.5초(s)의 시간을 가진다. 1 블록은 10회의 시험(trials)으로 구성된다. 1회의 시험(trial)은 한 번의 점멸 빛 자극(FLS) 구간 및 한 번의 점멸 빛 자극(FLS) 간 간격(Inter-stimulus Interval, 이하, 'ISI'로 통칭함) 구간으로 구성된다. ISI 구간은 점멸 빛 자극(FLS)이 없는 휴지 구간이다.One block has a time of 60.5 seconds (s). One block consists of 10 trials. One trial consists of one flashing light stimulation (FLS) section and one flashing light stimulation (FLS) interval (Inter-stimulus Interval, hereinafter referred to as'ISI'). The ISI section is a resting section without flickering light stimulation (FLS).
이때, 점멸 빛 자극(FLS) 구간은 2초(s)로 설정되고 ISI 구간은 3~6초(s)로 설정될 수 있다. 즉, 2초(s) 동안 점멸 빛 자극(FLS)이 제공되다가 3~6초(s) 동안 점멸 빛 자극(FLS)이 중지된 후, 다시 2초(s) 동안 점멸 빛 자극(FLS)이 제공되는 과정이 반복될 수 있다.At this time, the flickering light stimulation (FLS) period may be set to 2 seconds (s) and the ISI period may be set to 3 to 6 seconds (s). In other words, after the flickering light stimulation (FLS) is provided for 2 seconds (s), the flickering light stimulation (FLS) is stopped for 3 to 6 seconds (s), and then the flickering light stimulation (FLS) for 2 seconds (s) The process provided can be repeated.
여기서, 휴지 구간을 가지는 이유는 다수의 점멸 빛 자극(FLS)을 연달아 제공할 때 시각 순응에 의한 시신경 활동 억제를 일으키지 않도록 하기 위해서이다.Here, the reason for having a rest period is to prevent suppression of optic nerve activity due to visual adaptation when multiple flashing light stimuli (FLS) are provided in succession.
한 블록 내에서 점멸 빛 자극(FLS) 구간들은 동일한 주파수를 가진다. 블록이 바뀔 때, 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수는 변경된다.Flashing light stimulation (FLS) sections within a block have the same frequency. When the block changes, the frequency of the flashing light stimulus (FLS) changes.
점멸 빛 자극(FLS)의 주파수는 10개의 주파수(32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, 50Hz) 중에서 선택된 하나의 주파수가 사용될 수 있다.The frequency of the flickering light stimulation (FLS) may be one frequency selected from 10 frequencies (32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, 50Hz).
각 세션은 백색(White), 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 중 하나의 색상을 가진 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다. 이때, 첫번째 세션은 백색(White)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하고 다음 세션부터는 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue) 중 하나의 색상을 랜덤하게 선택하여 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 수 있다. Each session may provide a flashing light stimulus (FLS) having one color of white, red, green, and blue. At this time, the first session provides a white flickering light stimulation (FLS), and from the next session, a flickering light stimulation (FLS) by randomly selecting one of red, green, and blue colors. ) Can be provided.
순차적으로 제공되는 복수의 세션에서 백색(White) 점멸 빛 자극(FLS)을 제공할 경우, 각 세션의 백색(White)광의 빛 세기(Light intensity)는 10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2 및 700cd/m2 로 각각 다르게 제공될 수 있다. 이때, 첫번째 세션에서는 가장 낮은 빛 세기(10cd/m2)를 제공하고 그 다음 세션부터는 나머지 빛 세기들(100cd/m2, 400cd/m2 및 700cd/m2) 중에서 랜덤하게 선택한 빛 세기가 제공될 수 있다.When white flashing light stimulation (FLS) is provided in a plurality of sequentially provided sessions, the light intensity of white light in each session is 10 cd/m 2 , 100 cd/m 2 , 400 cd/ m 2 and 700 cd/m 2 may be provided differently. At this time, in the first session provides the lowest light levels (10cd / m 2), and that in a future session, the remaining light intensity (100cd / m 2, 400cd / m 2 and 700cd / m 2) provides the selected at random from the light intensity Can be.
실험예에서, 다양한 조건의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하고 측정된 뇌파 데이터는 전처리된 후 분석될 수 있다.In the experimental example, flashing light stimulation (FLS) of various conditions is provided and the measured EEG data can be analyzed after pre-processing.
뇌파의 전처리 과정은 다음과 같다. 뇌파 데이터는 1Hz 고역 통과 FIR(Finite Impulse Response) 필터와 60Hz 노치 필터(notch lter)를 사용하여 필터링된 후 일반적인 평균 기준이 적용될 수 있다. 뇌파 데이터는 FIR 필터 및 노치 필터를 통과함으로써, 뇌파 신호 이외의 노이즈가 제거된다.The preprocessing process of EEG is as follows. The EEG data is filtered using a 1Hz high-pass Finite Impulse Response (FIR) filter and a 60Hz notch filter, and then a general average criterion can be applied. The EEG data passes through the FIR filter and the notch filter, so that noise other than the EEG signal is removed.
뇌파 데이터는 독립된 성분 분석을 사용하여 눈깜빡임 등과 같은 시각상 인위 구조(ocular artifacts)가 제거될 수 있다. 연속된 EEG는 점멸 빛 자극(FLS)의 개시(onset)전에 1000ms에서 점멸 빛 자극(FLS)의 중단(offset) 후에 3000ms까지 4초 에포크(epochs)로 세그먼트될 수 있다. 즉, EEG 신호를 에포크 단위로 생성할 수 있다. 그 에포크들 중에서 비뇌 활동(non-cerebral activity)에 의해 생성된 에포크들은 인위 구조(ocular artifacts)로 식별되어 제거되었다.EEG data can be removed from ocular artifacts such as eye blinking using independent component analysis. The continuous EEG can be segmented into 4 second epochs from 1000 ms before the onset of the flashing light stimulation (FLS) up to 3000 ms after the offset of the flashing light stimulation (FLS). That is, the EEG signal can be generated in units of epochs. Among the epochs, those generated by non-cerebral activity were identified as ocular artifacts and removed.
전처리된 뇌파 데이터의 분석 과정은 다음과 같다. 즉, 감마 EEG에서 빛의 색상 및 주파수가 미치는 영향을 조사하기 위해 전처리된 에포크들을 ERSP(Event-Related Spectral Perturbation) 방법을 사용하여 시간 주파수 분해에 적용할 수 있다. 에포크 단위의 뇌파 신호를 시간 도메인 및 주파수 도메인으로 각각 분석할 수 있다.The analysis process of the preprocessed EEG data is as follows. In other words, in order to investigate the effect of the color and frequency of light in the gamma EEG, pre-processed epochs can be applied to time frequency decomposition using the Event-Related Spectral Perturbation (ERSP) method. The EEG signals in epoch units can be analyzed in the time domain and the frequency domain, respectively.
점멸 빛 자극(FLS)이 시작되기 전에 -1000ms ~ 0ms에 이르는 윈도우(Window)에서 각각의 평균적인 베이스라인 스펙트럼을 분할하여 개별 스펙트럼 변환을 정규화할 수 있다. 모든 정규화된 응답 변환들을 데시벨에서 평균 ERSP를 생성하도록 평균화할 수 있다. 스펙트럼 전력을 측정하기 위하여, 기록된 EEG 신호들에 ERSP 해석이 적용될 수 있다.Individual spectral transformations can be normalized by dividing each average baseline spectrum in a window ranging from -1000ms to 0ms before the start of the flickering light stimulation (FLS). All normalized response transforms can be averaged to produce an average ERSP in decibels. To measure the spectral power, an ERSP analysis can be applied to the recorded EEG signals.
점멸 빛 자극(FLS)에 대한 응답으로서 SSVEP를 정량화하기 위하여 SSVEP의 ERD(event-related desynchronization)/ERS(event-related synchronization)를 생성할 수 있다. In order to quantify SSVEP as a response to flickering light stimulation (FLS), an event-related desynchronization (ERD)/event-related synchronization (ERS) of SSVEP can be generated.
T0에서 T10까지 11개의 시간 윈도우로 구성된 250ms 인터벌을 가진 점멸 빛 자극(FLS) 개시(onset)로부터 -250ms에서 2,500ms에 이르는 ERD/ERS의 시간 윈도우를 추출할 수 있다. It is possible to extract the time window of ERD/ERS from -250ms to 2,500ms from onset of flashing light stimulation (FLS) with a 250ms interval consisting of 11 time windows from T0 to T10.
점멸 빛 자극(FLS)의 제시 시간은 2초이다. 이 시간(2초)을 250ms 단위로 분할하고 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하기 전 기저선(baseline, -250ms~0ms)을 T0로 한다. 즉, T0은 점멸 빛 자극(FLS) 이전의 시간 윈도우를 나타낸다. 그리고 점멸 빛 자극(FLS)을 제시한 시점(0ms)부터 첫번째 250ms 구간을 T1으로 하고, 그 다음 250ms 구간을 T2로 설정한다. 이러한 방식으로 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하는 전체 구간 T1~T8의 시간 윈도우가 설정된다. 점멸 빛 자극은 0ms~2000ms (T1~T8)사이에 지속적으로 제시된다. T9 및 T10은 점멸 빛 자극(FLS) 오프셋 이후의 시간 윈도우를 나타낸다.The presentation time of the flashing light stimulation (FLS) is 2 seconds. Divide this time (2 seconds) in units of 250 ms and set the baseline (-250 ms to 0 ms) as T0 before presenting the flickering light stimulus (FLS). That is, T0 represents the time window before the flickering light stimulation (FLS). The first 250ms section is set as T1 from the time point at which the flickering light stimulus (FLS) is presented (0ms), and the next 250ms section is set as T2. In this way, the time window of the entire section T1 to T8 presenting the flickering light stimulus (FLS) is set. The blinking light stimulus is presented continuously between 0ms and 2000ms (T1 to T8). T9 and T10 represent the time window after the blinking light stimulation (FLS) offset.
이처럼, 시간 윈도우를 설정하여 ERD/ERS 분석을 진행한다. 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되는 동안과 사라진 후에 ERS의 변화가 일어나는 양상을 살펴보기 위하여 250ms씩 구간을 나누어 분석한다.In this way, ERD/ERS analysis is performed by setting a time window. In order to examine the change in ERS during and after the flickering light stimulus (FLS) is presented, it is analyzed by dividing the interval by 250 ms.
시공간 분해(spatial-temporal decomposition)는 먼저, 모든 이벤트 관련 시도(event-related trials)를 위한 대역 필터링(bandpass filtering)한다. 다음, 전력 샘플을 얻기 위해 진폭 샘플을 제곱(squaring the amplitude samples)한다. 다음, 모든 시험에서 전력 샘플의 평균화를 한다. 다음, 데이터 평활화 및 변동성 제거를 위한 시간 샘플의 평균화를 한다.In spatial-temporal decomposition, first, bandpass filtering is performed for all event-related trials. Next, square the amplitude samples to obtain power samples. Next, the power samples are averaged in all tests. Next, the time samples are averaged for smoothing the data and removing variability.
ERD/ERS를 사용하여 SSVEP의 전력 변화의 분포를 지형도로 구성하여 대뇌 피질 활성화의 역학을 시각화할 수 있다. 감마 동반 이행의 최적의 색상 및 주파수를 찾기 위해 색상, 점멸 빛 자극(FLS) 주파수, 시간 윈도우를 가변하여 분산 컴퓨팅으로 ERS를 반복해서 측정할 수 있다.ERD/ERS can be used to visualize the dynamics of cortical activation by constructing a topographical map of the distribution of power changes in SSVEP. In order to find the optimal color and frequency of the gamma companion transition, ERS can be repeatedly measured by distributed computing by varying the color, flickering light stimulus (FLS) frequency, and time window.
이상 기재한 바를 기초로, 다음과 같이 두가지 실험을 실시하였다. Based on the above description, two experiments were conducted as follows.
[실험예 1][Experimental Example 1]
실험예 1에서는 감마 진동을 동반이행하는 최적의 점멸 빛 자극(FLS)의 색상 및 주파수를 조사하였다. 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수와 색상을 달리하고 빛 세기를 동일하게 적용하였다. 2Hz 간격을 가지고 32Hz에서 50Hz에 이르는 10개의 서로 다른 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수를 적용하였다. 또한, 광학 컬러 필터를 사용하여 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 백색(White), 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)으로 다르게 적용하였다. 이때, 백색(White)의 피크 파장은 610nm이고, 적색(Red)의 피크 파장은 700nm이며, 녹색(Green)의 피크 파장은 530nm이고, 청색(Blue)의 피크 파장은 440nm이다. 그리고 OLED 패널의 전압은 백색(White)의 경우 7.04V, 적색(Red)의 경우 7.19V, 녹색(Green)의 경우 7.25V, 청색(Blue)의 경우 7.99V를 적용하였다.In Experimental Example 1, the color and frequency of the optimal flickering light stimulation (FLS) accompanied by gamma vibration was investigated. The frequency and color of the flickering light stimulation (FLS) were different, and the light intensity was applied equally. The frequencies of 10 different flickering light stimuli (FLS) ranging from 32Hz to 50Hz were applied with 2Hz intervals. In addition, the color of the flickering light stimulation (FLS) was applied differently to white, red, green, and blue using an optical color filter. At this time, the peak wavelength of white is 610 nm, the peak wavelength of red is 700 nm, the peak wavelength of green is 530 nm, and the peak wavelength of blue is 440 nm. In addition, the voltage of the OLED panel was 7.04V for white, 7.19V for red, 7.25V for green, and 7.99V for blue.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을 때 나타나는 감마 대역 뇌파의 활성 범위를 나타낸다.5 shows an active range of a gamma band EEG that appears when the color of a flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 실험 결과에 'FDR(False discovery rate) 보정(correction)'을 사용하였다. FDR 보정은 다중 검정에 사용되는 통계 방법으로서, FDR 보정은 거짓 양성(false positive)에 전체 양성(total positive)을 나눈 비율을 의미한다. 이 방법은 1종 오류를 줄이기 위해 p-값(p-value, probability value)을 보정하는 방법이다. Referring to FIG. 5,'False discovery rate (FDR) correction' was used for the experimental result. FDR correction is a statistical method used in multiple tests, and FDR correction refers to the ratio of false positives divided by total positives. This method is a method of correcting a p-value (probability value) to reduce
이때, 복수개의 전극에서 측정된 스펙트럼 전력의 분포도를 나타내었다. 또한, 스펙트럼 전력이 임계값 이상(예, 0.6 이상)으로 측정된 전극을 활성화 포인트로 나타내었다. 즉, 감마 스펙트럼 전력의 증가를 통하여 뇌 반응 활성화 정도를 측정할 수 있고, 감마 스펙트럼 전력의 증가는 뇌 반응의 활성화를 판단하는 단서가 된다. 도 5의 실험예에서 사용한 백색(White), 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)은 각각 610nm, 700nm, 530nm 혹은 440nm의 파장을 가진다.At this time, the distribution of the spectral power measured by a plurality of electrodes is shown. In addition, an electrode whose spectral power was measured to be greater than or equal to a threshold value (eg, greater than or equal to 0.6) was represented as an activation point. That is, the degree of activation of the brain response can be measured by increasing the power of the gamma spectrum, and the increase of the power of the gamma spectrum serves as a clue for determining the activation of the brain response. White, red, green, and blue used in the experimental example of FIG. 5 have wavelengths of 610 nm, 700 nm, 530 nm, or 440 nm, respectively.
백색(White) 및 적색(Red)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하였을 때, 감마 대역의 뇌파는 후두부 주변의 영역에서 뇌의 중심 영역에 이르기까지 활성화되었다. When white and red flashing light stimulation (FLS) was provided, the EEG in the gamma band was activated from the region around the occipital region to the central region of the brain.
반면, 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 점멸 빛 자극(FLS)을 각각 제공하였을 때, 뇌의 정수리 후두부 주변 영역으로 활성화가 국한되었다.On the other hand, when green and blue flashing light stimuli (FLS) were provided, respectively, activation was limited to the area around the parietal occipital region of the brain.
이처럼, 백색(White) 또는 적색(Red)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하였을 때, 녹색(Green)이나 청색(Blue)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공했을때보다 후두부 주변의 영역(E)부터 뇌의 중심 영역(C), 즉, 전두엽 방향으로 더 많이 활성화됨을 알 수 있다.In this way, when a white or red flashing light stimulation (FLS) is provided, the area around the occipital region (E) than when a green or blue flashing light stimulation (FLS) is provided. ) From the central region of the brain (C), that is, more active in the frontal lobe direction.
또한, 백색(White) 또는 적색(Red)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하였을 때, 녹색(Green)이나 청색(Blue)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제공했을때보다 감마 뇌활동의 스펙트럼 전력이 더 높다. In addition, when white or red flashing light stimulation (FLS) is provided, the spectral power of gamma brain activity is more than when green or blue flashing light stimulation (FLS) is provided. Is higher.
따라서, 600nm 이상의 파장의 점멸 빛 자극(FLS)이 더 넓은 뇌 영역에서 더 높은 감마 뇌파의 활성화를 유발하는 것을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the flickering light stimulation (FLS) of a wavelength of 600 nm or more causes a higher activation of gamma EEG in a wider brain region.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수를 변화시켰을 때 두정엽 전극(Pz)에서 ERS의 측정 결과를 나타내고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.6 shows the measurement results of ERS at the parietal lobe electrode Pz when the frequency of the flickering light stimulation (FLS) according to the embodiment of the present invention is changed, and FIG. 7 is the flickering light stimulation (FLS) according to the embodiment of the present invention. When the frequency of) is changed, the measurement result of ERS at the frontal lobe electrode (Fz) is shown.
이때, 도 6 및 도 7에서 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수는 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, 50Hz가 사용되었다.At this time, the frequencies of the flickering light stimulation (FLS) in FIGS. 6 and 7 were 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz, 44Hz, 46Hz, 48Hz, and 50Hz.
막대그래프 상에서 *로 그룹 지어진 것은 *에 해당하는 선이 시작되는 주파수와 선이 끝나는 지점(*이 붙어있는 꺾인 선의 끝)에 해당하는 주파수가 통계적으로 차이가 나고 구분지어지는 상태를 나타낸다. 즉, 36Hz은 48Hz와 차이가 나고 38Hz는 40, 42, 44, 46, 48, 50Hz와 통계적으로 유의한 차이가 있음을 의미한다.Grouped with * on the bar graph indicates a state in which the frequency at which the line starts and ends (the end of the broken line with *) is statistically different and distinguished. That is, 36Hz is different from 48Hz, and 38Hz has statistically significant difference from 40, 42, 44, 46, 48, 50Hz.
도 6을 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)이 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, 42Hz 중 적어도 하나의 주파수로 제시되었을때 두정엽 전극(Pz)에서 측정된 ERS 값이 다른 주파수가 제시되었을때의 ERS 값보다 유의하게 높다. 42Hz를 초과하는 주파수의 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되었을 때, ESR 값은 상대적으로 낮다.Referring to FIG. 6, when the flickering light stimulation (FLS) is presented at at least one of 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz, and 42Hz, the ERS value measured by the parietal lobe electrode (Pz) is different from the frequency. Is significantly higher than the ERS value of. When a flickering light stimulus (FLS) with a frequency exceeding 42 Hz is presented, the ESR value is relatively low.
도 7을 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수는 점멸 빛 자극(FLS)이 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, 40Hz 중 적어도 하나의 주파수로 제시되었을때 전두엽 전극(Fz)에서 측정된 ERS 값이 다른 주파수가 제시되었을때의 ERS 값보다 유의하게 높다. 40Hz를 초과하는 주파수의 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되었을 때, ESR 값은 상대적으로 낮다.Referring to FIG. 7, the frequency of the flickering light stimulation (FLS) is the ERS value measured by the frontal lobe electrode (Fz) when the flickering light stimulation (FLS) is presented at at least one of 32Hz, 34Hz, 36Hz, 38Hz, and 40Hz. These other frequencies are significantly higher than the ERS values when presented. When a flickering light stimulus (FLS) with a frequency exceeding 40 Hz is presented, the ESR value is relatively low.
도 6 및 도 7에 따르면, 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수가 32Hz 이상, 그리고 40Hz 이하로 제시되었을 때, 유의하게 높은 ERS 값을 동반하였다.According to FIGS. 6 and 7, when the frequency of the flickering light stimulation (FLS) is 32 Hz or more and 40 Hz or less, a significantly high ERS value is accompanied.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 ERS의 측정 결과를 나타내고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.8 shows the measurement results of ERS at the parietal lobe electrode Pz when the color of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed, and FIG. 9 is a flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention. When the color of) is changed, the measurement result of ERS at the frontal lobe electrode (Fz) is shown.
이때, 도 8 및 도 9에서 점멸 빛 자극(FLS)의 색상은 백색(White), 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)이 사용되었다.In this case, the colors of the flickering light stimulation (FLS) in FIGS. 8 and 9 were white, red, green, and blue.
도 8을 참조하면, 두정엽 전극(Pz)에서 적색(Red)의 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되었을때 가장 높은 ERS 값을 동반했다. 그 다음으로, 백색(White), 녹색(Green), 청색(Blue)의 순서로 ERS 값이 높았다.Referring to FIG. 8, when a red flashing light stimulation (FLS) was presented at the parietal lobe electrode (Pz), the highest ERS value was accompanied. Next, the ERS values were high in the order of white, green, and blue.
백색(White)의 ERS 값은 녹색(Green) 또는 청색(Blue)의 ERS값보다 상당히 높다. 녹색(Green)은 청색(Blue)의 ERS 값보다 높다.The ERS value of white is considerably higher than that of green or blue. Green is higher than the ERS value of Blue.
도 9를 참조하면, 전두엽 전극(Fz)에서 적색(Red)과 백색(White)은 ERS값이 유사하나, 다만, 백색(White)의 ERS 값이 적색(Red)의 ERS 값보다 다소 높다. 그 다음으로, 녹색(Green), 청색(Blue)의 순서로 ERS 값이 높았다. 녹색(Green)은 청색(Blue)의 ERS 값보다 높다. 이에 따르면, 전두엽 전극(Fz)에서는 백색(White)과 적색(Red)의 ERS 값은 차이가 거의 없는 것으로 확인되었다.Referring to FIG. 9, in the frontal lobe electrode Fz, ERS values of red and white are similar, but the ERS value of white is slightly higher than the ERS value of red. Next, the ERS value was higher in the order of green and blue. Green is higher than the ERS value of Blue. According to this, in the frontal lobe electrode (Fz), it was confirmed that there is little difference between the ERS values of white and red.
도 8 및 도 9에 따르면, 백색(White)과 적색(Red)의 빛 자극(FLS)이 제시되었을 때 유의하게 높은 ERS 값을 동반함을 알 수 있다.8 and 9, it can be seen that when white and red light stimuli (FLS) are presented, significantly higher ERS values are accompanied.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을 때 두정엽 전극(Pz)에서 시간대 별로 측정된 ERS 값을 나타내고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 색상을 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 시간대 별로 측정된 ERS 값을 나타낸다.FIG. 10 shows the ERS values measured for each time period at the parietal lobe electrode (Pz) when the color of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed, and FIG. 11 is a blinking light stimulation according to an embodiment of the present invention. When the color of (FLS) is changed, it shows the ERS value measured at each time period at the frontal lobe electrode (Fz).
이때, 도 10 및 도 11에서, 가로축의 T1에서 T8까지는 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되고 있는 시간대이다. T0는 점멸 빛 자극(FLS)의 제시 직전의 기저선이다. T9과 T10은 점멸 빛 자극(FLS)이 꺼진 이후의 추이를 나타낸다. 도 10 및 도 11을 참고하면, T1에서 T4까지의 시간 범위에서 ERS 값은 T0의 값보다 높다. T2에서 T8에 비해 T9 및 T10에서 ERS 값이 현저히 낮다. 이는 점멸 빛 자극(FLS)이 꺼진 이후 ERS가 급격히 감소했음을 의미한다.At this time, in FIGS. 10 and 11, from T1 to T8 on the horizontal axis are time zones in which the flickering light stimulation (FLS) is presented. T0 is the baseline just before the presentation of the flashing light stimulus (FLS). T9 and T10 represent the transition after the flickering light stimulation (FLS) is turned off. Referring to FIGS. 10 and 11, the ERS value is higher than the value of T0 in the time range from T1 to T4. Compared to T8 in T2, ERS values are significantly lower in T9 and T10. This means that the ERS decreased rapidly after the flickering light stimulation (FLS) was turned off.
도 10을 참고하면, 두정엽 전극(Pz)에서 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되는 T1부터 T8까지의 시간동안 백색(White)과 적색(Red)은 유의미하게 높은 ERS 값이 유지되는 반면, 녹색(Green)과 청색(Blue)에서는 상대적으로 낮은 ERS 값이 측정되었다. Referring to FIG. 10, during the time period from T1 to T8 when the flashing light stimulation (FLS) is presented at the parietal lobe electrode (Pz), significantly high ERS values are maintained in white and red, whereas green ( In green) and blue (blue), relatively low ERS values were measured.
도 11을 참고하면, 전두엽 전극(Fz)에서도 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되는 T1부터 T8까지의 시간동안 백색(White)과 적색(Red)은 유의미하게 높은 ERS 값이 유지되는 반면, 그 값의 크기는 두정엽 전극(Pz)에서의 값의 절반 정도에 해당한다. Referring to FIG. 11, significantly higher ERS values are maintained for white and red during the time period from T1 to T8 when the flickering light stimulation (FLS) is presented even at the frontal lobe electrode (Fz), while the values The size of is about half of the value at the parietal lobe electrode (Pz).
도 10 및 도 11에 따르면, 백색(White)과 적색(Red)의 점멸 빛 자극(FLS)이 녹색(Green)과 청색(Blue)보다 높은 수준의 감마 뇌파 동기화를 유도하는데 유리함을 알 수 있다. 또한, 시각 영역에서부터 전두 영역까지 감마 뇌파의 활동을 전달하는데도 백색(White)과 적색(Red)이 유리함을 의미한다.According to FIGS. 10 and 11, it can be seen that white and red blinking light stimulation (FLS) is advantageous in inducing a higher level of gamma brainwave synchronization than green and blue. In addition, it means that white and red are advantageous in transmitting the activity of gamma brain waves from the visual area to the frontal area.
도 5 내지 도 11에 따르면, 600nm 이상의 파장 또는 40Hz 이하의 주파수를 가진 점멸 빛 자극(FLS)이 더 넓은 뇌 영역에서 더 높은 감마 뇌파의 활성화를 유발함을 알 수 있다.According to FIGS. 5 to 11, it can be seen that flickering light stimulation (FLS) having a wavelength of 600 nm or more or a frequency of 40 Hz or less causes higher activation of gamma brain waves in a wider brain region.
[실험예 2][Experimental Example 2]
실험예 2에서는 감마 진동을 동반이행하는 최적의 점멸 빛 자극(FLS)의 복사 조도(단위:cd/m2)를 시뮬레이션하였다. 실험예 2에서는, 점멸 빛 자극(FLS)의 주파수와 빛 세기를 달리하고 색상을 동일하게 적용하였다. 두정엽 전극(Pz) 및 전두엽 전극(Fz)에 대한 백색(White)의 점멸 빛 자극(FLS)을 제시하였다. 빛 세기(Light Intensity)는 10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2 및 700cd/m2를 적용하였다. 7.04V, 7.38V, 7.71V 및 7.91V의 전압으로 각각의 빛 세기(10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2 및 700cd/m2)를 생성하였다. 빛 세기는 광원에서 2cm 떨어진 거리에서 측정한 것이다.In Experimental Example 2, the irradiance (unit: cd/m 2 ) of the optimal flickering light stimulation (FLS) accompanied by gamma vibration was simulated. In Experimental Example 2, the frequency and light intensity of the flickering light stimulation (FLS) were different, and the same colors were applied. White blinking light stimulation (FLS) for the parietal lobe electrode (Pz) and the frontal lobe electrode (Fz) was presented. Light intensity was applied to 10 cd/m 2 , 100 cd/m 2 , 400 cd/m 2 and 700 cd/m 2 . Each light intensity (10 cd/m 2 , 100 cd/m 2 , 400 cd/m 2 and 700 cd/m 2 ) was generated with voltages of 7.04V, 7.38V, 7.71V and 7.91V. Light intensity is measured at a distance of 2 cm from the light source.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기(Light Intensity)에 따른 감마 대역 뇌파의 활성화 영역을 나타낸다.12 illustrates an active region of a gamma band EEG according to a light intensity of a flickering light stimulation (FLS) according to another embodiment of the present invention.
이때, 복수개의 전극에서 측정된 스펙트럼 전력의 분포도를 나타내었다. 또한, 스펙트럼 전력이 임계값 이상(예, 0.8 이상)으로 측정된 전극을 활성화 포인트로 나타내었다. 즉, 감마 스펙트럼 전력의 증가를 통하여 뇌 반응 활성화 정도를 측정할 수 있고, 감마 스펙트럼 전력의 증가는 뇌 반응의 활성화를 판단하는 단서가 된다.At this time, the distribution of the spectral power measured by a plurality of electrodes is shown. In addition, an electrode whose spectral power was measured to be greater than or equal to a threshold value (eg, greater than or equal to 0.8) was represented as an activation point. That is, the degree of activation of the brain response can be measured by increasing the power of the gamma spectrum, and the increase of the power of the gamma spectrum serves as a clue for determining the activation of the brain response.
도 12를 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 각각 10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2, 700cd/m2로 달리하여 제공한 경우, 감마 대역 뇌파의 활성화 영역을 도시하였다. If the Referring to Figure 12, provided by varying the light intensity of a flash light stimulation (FLS) with each 10cd / m 2, 100cd / m 2, 400cd /
이때, 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 뇌파 활성화 영역이 정수리 주변의 후두엽 영역에서 뇌의 전두엽 영역으로 그 범위가 확대되는 것을 알 수 있다. 또한, 뇌파 스펙트럼 전력이 더 높아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 빛 세기가 클수록 더 넓은 뇌 영역에서 더 높은 감마 뇌파의 활성화를 유발하는 것을 알 수 있다.At this time, it can be seen that as the light intensity increases from 10 cd/m 2 → 100 cd/m 2 → 400 cd/m 2 → 700 cd/m 2 , the EEG activation area expands from the occipital lobe area around the parietal to the frontal lobe area of the brain. have. In addition, it can be seen that the EEG spectrum power is higher. Therefore, it can be seen that the higher the light intensity, the higher the activation of gamma brain waves in a wider area of the brain.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.13 shows the measurement results of ERS at the parietal lobe electrode Pz when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed.
도 13을 참조하면, 두정엽 전극(Pz)에서 측정된 ERS값은 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 더 높은 값이 유도되었다.13, the ERS value measured by the parietal lobe electrode (Pz) increases as the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) increases to 10 cd/m 2 → 100 cd/m 2 → 400 cd/m 2 → 700 cd/m 2 . Higher values were derived.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극의 빛 세기를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 ERS의 측정 결과를 나타낸다.14 shows the measurement results of ERS at the frontal lobe electrode (Fz) when the light intensity of the blinking light stimulus is changed according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 전두엽 전극(Fz)에서 측정된 ERS값은 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 더 높은 값이 유도되었다.Referring to FIG. 14, the ERS value measured by the frontal lobe electrode (Fz) increases as the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) increases to 10 cd/m 2 → 100 cd/m 2 → 400 cd/m 2 → 700 cd/m 2 . Higher values were derived.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 두정엽 전극(Pz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타내고, 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 전두엽 전극(Fz)에서 시간대 별로 측정된 ERS값을 나타낸다.15 shows the ERS value measured for each time period at the parietal lobe electrode Pz when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) according to an embodiment of the present invention is changed, and FIG. 16 is a flickering light according to an embodiment of the present invention. When the light intensity of the stimulus (FLS) is changed, the ERS value measured by the frontal lobe electrode (Fz) for each time period is shown.
이때, 도 15 및 도 16에서, 가로축의 T1에서 T8까지는 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되고 있는 시간대이다. T0는 점멸 빛 자극(FLS)의 제시 직전의 기저선이다. T9과 T10은 점멸 빛 자극(FLS)이 꺼진 이후의 추이를 나타낸다.At this time, in FIGS. 15 and 16, from T1 to T8 on the horizontal axis are time zones in which the flickering light stimulation (FLS) is presented. T0 is the baseline just before the presentation of the flashing light stimulus (FLS). T9 and T10 represent the transition after the flickering light stimulation (FLS) is turned off.
도 15를 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되는 T1 ~ T8 동안 모든 빛 세기에서 ERS값이 높게 유지되었다. 이때, 빛 세기가 400cd/m2와 700cd/m2일 때, 다른 빛 세기(10cd/m2와 100cd/m2)에 비해 ERS값이 유의하게 높은 값으로 관찰되었다. 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 더 높은 ERS값이 유도되었다.Referring to FIG. 15, the ERS value was maintained high at all light intensities during T1 to T8 in which the flickering light stimulation (FLS) was presented. At this time, when the light intensities were 400 cd/m 2 and 700 cd/m 2 , the ERS value was observed to be significantly higher than the other light intensities (10 cd/m 2 and 100 cd/m 2 ). As the light intensity increased from 10 cd/m 2 → 100 cd/m 2 → 400 cd/m 2 → 700 cd/m 2 , higher ERS values were induced.
도 16을 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)이 제시되는 T1 ~ T8 동안 모든 빛 세기에서 ERS값이 높게 유지되었다. 이때, 빛 세기가 10cd/m2일 때 보다 100cd/m2, 400cd/m2, 700cd/m2일 때, ERS값이 유의하게 높은 값으로 관찰되었다. 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 더 높은 ERS값이 유도되었다.Referring to FIG. 16, the ERS value was maintained high at all light intensities during T1 to T8 in which the flickering light stimulation (FLS) was presented. At this time, the light intensity was observed as a more 100cd / m 2, 400cd / m 2, 700cd /
전두엽 전극(Fz)에서도 두정엽 전극(Pz)에서처럼 T1~T8에 해당하는 시간에서 ERS가 높게 유지됨을 알 수 있다. 또한, 빛 세기가 400cd/m2와 700cd/m2일 때, 다른 빛 세기(10cd/m2와 100cd/m2)에 비해 ERS값이 유의하게 높은 값으로 관찰되었다.In the frontal lobe electrode (Fz) as well as in the parietal lobe electrode (Pz), it can be seen that the ERS is maintained high at a time corresponding to T1 to T8. In addition, when the light intensities were 400 cd/m 2 and 700 cd/m 2 , the ERS value was significantly higher than that of other light intensities (10 cd/m 2 and 100 cd/m 2 ).
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기에 따른 전두 영역(anterior)과 후두 영역(posterior) 간의 연결성을 나타낸다.17 illustrates connectivity between an anterior and a posterior region according to the light intensity of a flickering light stimulation (FLS) according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 17(a)을 참조하면, 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2, 700cd/m2로 변경하였을 때, 각 빛 세기에서 감마 뇌파의 유의미한 연결성을 나타낸다. 63개의 뇌파 전극의 위치를 전두 영역부터 후두 영역으로의 순서로 1번부터 63번으로 매트릭스에 배열하였다. 0 이상의 값을 가지는 것들이 각 전극에서 뇌파 신호가 서로 관련이 있으며, 유의한 기능적 연결성을 가짐을 의미한다. 각 매트릭스에서 왼쪽 상단, 오른쪽 하단에서 보이는 유의한 값이 전두 영역과 후두 영역 사이에 유의미한 연결이 있음을 나타낸다.Referring to FIG. 17(a), when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) is changed to 10 cd/m 2 , 100 cd/m 2 , 400 cd/m 2 , 700 cd/m 2 , the gamma EEG at each light intensity Shows significant connectivity. The positions of the 63 EEG electrodes were arranged in the matrix from No. 1 to No. 63 in the order from the frontal region to the occipital region. Those with a value of 0 or more mean that the EEG signals at each electrode are related to each other and have a significant functional connection. Significant values seen in the upper left and lower right of each matrix indicate that there is a significant connection between the anterior and posterior regions.
도 17(b)를 참조하면, 도 17(a)의 매트릭스로 표현한 내용을 전체 63개 전극 중 21개 전극만 선별하여 채널 간의 유의한 값이 있는 경우, 두 채널을 선으로 연결하여 나타내었다. 'edge'는 유의미한 연결이 있는 채널 쌍의 개수를 나타내는 수치이다. 통계적으로 반복 측정으로 인한 1종 오류의 증가를 방지하기 위하여 p값을 Bonferroni correction을 이용하여 보정하였다.Referring to FIG. 17(b), when only 21 electrodes out of 63 electrodes are selected and there is a significant value between channels, the contents expressed in the matrix of FIG. 17(a) are shown by connecting the two channels with a line. 'edge' is a number representing the number of channel pairs with meaningful connections. Statistically, the p value was corrected using Bonferroni correction in order to prevent an increase in
도 17(a) 및 도 17(b)를 참조하면, 10cd/m2에서보다 100cd/m2, 400cd/m2, 700cd/m2에서 각 전극(채널)간 연결성이 높아진 것을 확인할 수 있다. 이는 뇌 영역들 사이의 기능적 연결성이 높아졌음을 의미한다. Figure 17 (a) and it can be seen that FIG. 17 (b) When the reference, the connectivity between each of the electrodes (channels) from 100cd / m 2, 400cd / m 2, 700cd /
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 점멸 빛 자극(FLS)의 빛 세기를 변화시켰을때 전두 영역과 후두 영역 간의 연결성 강도(strength)를 나타낸다.18 shows the strength of the connection between the frontal region and the occipital region when the light intensity of the flickering light stimulation (FLS) is changed according to an embodiment of the present invention.
이때, 각 빛 세기에 따른 연결 강도를 확인하기 위하여 네트워크 분석을 추가적으로 실시한 결과를 나타낸다.At this time, the result of additionally performing network analysis to check the connection strength according to each light intensity is shown.
도 18을 참조하면, 빛 세기가 10cd/m2 → 100cd/m2 → 400cd/m2 → 700cd/m2로 커질수록 연결성 강도가 더 큰 값으로 관찰되었다. 이는 뇌 영역간 신호의 연결성이 유의미하게 높음을 의미한다.Referring to FIG. 18, as the light intensity increased to 10 cd/m 2 → 100 cd/m 2 → 400 cd/m 2 → 700 cd/m 2 , the greater the connection strength was observed. This means that the connectivity of signals between brain regions is significantly higher.
이상, 두가지 실험예를 통해서, 감마 뇌파의 활성은 빛 세기가 높아질수록 증가하고 주파수가 32Hz에서 50Hz로 증가함에 따라 감소하였다. 특히, 44Hz를 초과할 때 그 감소의 폭이 커짐을 알 수 있다.As described above, through the two experimental examples, the activity of gamma EEG increases as the light intensity increases and decreases as the frequency increases from 32 Hz to 50 Hz. In particular, when it exceeds 44Hz, it can be seen that the width of the reduction increases.
또한, 전두엽 전극(Fz)에서는 두정엽 전극(Pz)에서와는 다른 결과가 관찰되었다. 감마 뇌파의 동반이행은 두정엽 전극(Pz)에서 10cd/m2, 100cd/m2, 400cd/m2, 700cd/m2로 빛 세기가 커질수록 감마 뇌파의 활성이 더 커졌다. In addition, different results were observed in the frontal lobe electrode (Fz) than in the parietal lobe electrode (Pz). Accompanied by the implementation of the gamma EEG is the larger the light intensity in the parietal electrode (Pz) in 10cd / m 2, 100cd / m 2, 400cd /
두정엽 전극(Pz)에서는 모든 빛 세기 및 주파수를 통해 눈에 띄는 감마 뇌파 활성이 관찰되었다. 그러나 전두엽 전극(Fz)에서는 400cd/m2, 700cd/m2의 빛 세기를 가지는 주파수에서만 감마 뇌파의 활성이 커졌다.In the parietal lobe electrode (Pz), striking gamma EEG activity was observed through all light intensities and frequencies. However, in the frontal lobe electrode (Fz), the activity of gamma EEG increased only at frequencies with light intensity of 400 cd/m 2 and 700 cd/m 2.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
Claims (15)
상기 점멸 빛 자극(FLS)은, 적어도 하나의 가시광원을 통하여 제공되고,
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나의 빛 신경 변조(photobiomodulation) 조건을 가지는, 뇌파 활성화 방법.Inducing gamma vibration entrained in at least one brain region of a human through flickering light stimulation (FLS) having a predetermined frequency,
The flickering light stimulation (FLS) is provided through at least one visible light source,
The blinking light stimulation (FLS),
A method of activating brain waves having at least one photobiomodulation condition of stimulation time, wavelength, frequency, and light intensity.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
32Hz 이상, 그리고 40Hz 이하의 주파수로 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 1,
The blinking light stimulation (FLS),
EEG activation method, which is set to a frequency of 32 Hz or more and 40 Hz or less.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
600nm 이상의 파장을 가지도록 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 1,
The blinking light stimulation (FLS),
Brain wave activation method that is set to have a wavelength of 600 nm or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
상기 점멸 빛 자극이 제1 시간 동안 제공된 후, 제2 시간 동안 제공되지 않는 휴지 시간을 가진 후, 다시 상기 제1 시간 동안 제공되기를 반복하는, 뇌파 활성화 방법.In claim 1,
The blinking light stimulation (FLS),
After the blinking light stimulus is provided for a first time, after having a rest time that is not provided for a second time, the EEG activation method is repeated to be provided again for the first time.
상기 제1 시간은,
상기 감마 진동의 동반이행(entrainment)을 유도하는 특정 시간으로 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 4,
The first time,
The brain wave activation method is set to a specific time to induce entrainment of the gamma vibration.
상기 제1 시간은,
2초 이상의 시간으로 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In clause 5,
The first time,
EEG activation method set to a time of 2 seconds or more.
상기 제2 시간은,
다수의 점멸 빛 자극(FLS)을 연달아 제공할 때 시각 순응에 의한 시신경 활동 억제를 일으키지 않는 특정 시간으로 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 4,
The second time,
EEG activation method that is set at a specific time that does not cause inhibition of optic nerve activity by visual adaptation when multiple flashing light stimuli (FLS) are provided in succession.
상기 제2 시간은,
3초 이상의 시간으로 설정되는, 뇌파 활성화 방법.In clause 7,
The second time,
EEG activation method set to a time of 3 seconds or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
400 cd/m2이상의 빛 세기로 제공되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 1,
The blinking light stimulation (FLS),
EEG activation method provided with a light intensity of 400 cd/m 2 or more.
상기 점멸 빛 자극(FLS)은,
소정의 자극 시간동안 소정의 빛 세기로 제공되는, 뇌파 활성화 방법.In claim 1,
The blinking light stimulation (FLS),
A method of activating brain waves, provided with a predetermined light intensity during a predetermined stimulation time.
자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나의 광 신경 변조(photobiomodulation) 조건을 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 출력하도록 상기 가시광원의 광 출력을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 가시광선 파장대역의 점멸 빛 자극(FLS)은,
인간의 최소한 하나의 뇌 영역에서 동반이행(entrainment)된 감마 진동을 유도하는, 시각 자극 제공 장치.A visible light source that outputs light in the visible wavelength band, and
A control unit for controlling the light output of the visible light source to output a flashing light stimulation (FLS) having at least one photobiomodulation condition of stimulation time, wavelength, frequency, and light intensity,
Flashing light stimulation (FLS) in the visible light wavelength band,
A device for providing visual stimulation that induces gamma vibration entrained in at least one brain region of a human.
상기 점멸 빛 자극(FLS)이 제공되기 전과, 제공되는 동안과, 제공된 이후의 뇌파를 측정하는 측정부, 그리고
상기 측정부가 출력하는 뇌파 데이터를 분석하여 자극 시간, 파장, 주파수 및 빛 세기 중 적어도 하나를 포함하는 광 신경 변조 조건을 도출하는 분석부를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 자극 시간, 상기 파장, 상기 주파수 및 상기 빛 세기 중 적어도 하나를 가변하여 점멸 빛 자극(FLS)을 출력하도록 제어하는, 시각 자극 제공 장치.In clause 11,
A measuring unit for measuring brain waves before, during, and after the flickering light stimulation (FLS) is provided, and
Including an analysis unit for analyzing the EEG data output from the measurement unit to derive an optical nerve modulation condition including at least one of stimulation time, wavelength, frequency, and light intensity,
The control unit,
A visual stimulation providing device for controlling to output a blinking light stimulation (FLS) by varying at least one of the stimulation time, the wavelength, the frequency, and the light intensity.
상기 제어부는,
제1 시간 동안 제1 주파수를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공한 후, 제2 시간 동안 상기 점멸 빛 자극(FLS)을 중단하고, 이어서 상기 제1 시간 동안 상기 제1 주파수와 다른 제2 주파수를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하는, 시각 자극 제공 장치.In claim 12,
The control unit,
After providing a flashing light stimulation (FLS) having a first frequency for a first time, the flashing light stimulation (FLS) is stopped for a second time, and then a second frequency different from the first frequency during the first time A device for providing a visual stimulation providing a flashing light stimulation (FLS) having a.
상기 제어부는,
소정의 시간 동안 소정의 빛 세기를 가지는 점멸 빛 자극(FLS)을 제공하고,
상기 소정의 시간은, 1초 이상의 시간을 가지고,
상기 소정의 빛 세기는, 최소 10cd/m2 를 가지는, 시각 자극 제공 장치.In claim 12,
The control unit,
Provides a flashing light stimulation (FLS) having a predetermined light intensity for a predetermined time,
The predetermined time has a time of 1 second or more,
The predetermined light intensity is at least 10 cd/m 2 Having, a visual stimulation providing device.
상기 분석부는,
250ms 이상의 자극 시간, 600nm 이상의 파장, 400cd/m2이상의 빛 세기 및 32Hz 이상, 그리고 40Hz 이하의 주파수 중 적어도 하나를 광 신경 변조 조건으로 설정하는, 시각 자극 제공 장치.
In claim 12,
The analysis unit,
Stimulation time of 250 ms or more, wavelength of 600 nm or more, 400 cd/m 2 or more A visual stimulation providing apparatus for setting at least one of a light intensity and a frequency of 32 Hz or more and 40 Hz or less as an optical nerve modulation condition.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |