KR20240044109A

KR20240044109A - 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20240044109A
Application number: KR1020220123450A
Authority: KR
Inventors: 김재욱; 줄리어스; 김중일; 이건호
Original assignee: 한국 한의학 연구원
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2024-04-04

Abstract

과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법은, 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출하는 단계; 상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른, 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가하는 단계; 및 상기 통계적인 변수와 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단하는 단계를 포함 할 수 있다.

Description

과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치{METHOD AND DEVICES OF SCREENING FOR COGNITIVE DECLINE BASED ON EYE MOVEMENT PERFORMANCE RATE ON TASK CONDUCTION TIME}

본 발명은 뇌의 집행기능 평가를 위해 개발된 안구움직임 과제를 통해 인지저하도를 판단하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명에서는, 뇌의 집행기능 평가를 위해 개발된 안구움직임 과제의 수행결과와 과제수행시간에 따른 수행력 향상도에 따른 인지저하를 정확하게 평가하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치를 제공한다.

안구는 인체해부학적으로 총 6개의 외안근(4개의 직근, 2개의 사근)을 통해 운동할 수 있고, 신경생리학적으로 동안신경을 비롯한 복잡한 뇌신경계의 조절 기전에 의해 운동한다.

그러나, 뇌 신경계의 퇴행은 기억력, 판단력, 집중력 등과 같은 인지기능의 저하 뿐만 아니라, 안구 운동에 관여하는 신경계에도 영향을 주어 안구운동장애가 발생할 수 있다.

이러한 안구운동의 장애는 알츠하이머 병을 비롯한 혈관성 치매, 루이체 치매, 파킨슨 병과 같은 퇴행성 뇌질환의 초기 증상으로 연결될 수 있다.

안구운동 평가는 뇌신경계 질환의 조기 진단에 도움이 될 수 있으며, 비침습적이면서 상시적으로 모니터링할 수 있는 지표로 활용될 수 있다.

안구운동은 현재의 주시(gaze)를 관심 있는 물체로 이동시켜(시선이동, gaze shift) 상이 중심와에 맺히도록 하는 단속성 안구운동(saccade), 이향운동(vergence)과 중심와에 맺힌 상이 흔들리지 않도록 주시를 안정시켜 선명한 시력을 확보하는 전정성 안구운동(vestibular eye movement), 시추적운동(smooth pursuit), 시운동성 안구운동(optokinetic eye movement), 시고정(visual fixation) 등으로 나눌 수 있다.

특히, 일상에서 글을 읽거나, 주변을 탐색하는 등의 중요한 역할을 하는 단속성 안구운동은 수평성, 수직성, 회선에 의한 공액 안구운동(conjugate eye movement)으로 가능하다.

이러한 안구운동은 맨 눈으로 직접 관찰하거나 고굴절 렌즈가 부착된 안경(Frenzel 안경)을 사용하여 검사자가 관찰하거나, 안구의 좌우 또는 상하에 부착된 전극의 전압차를 이용한 안전도(EOG, electro-oculography)나, 적외선 카메라를 이용하여 기록할 수 있다.

최근에는 시선추적장치를 이용하여 제시되는 시각자극에 따른 안구움직임 생체신호를 측정할 수 있어, 안구운동과 안구응시패턴을 분석하기 위한 다양한 연구에 활용되고 있다.

단속성 안구운동은 안구 운동 중 가장 빠른 운동으로, 특정한 시각 자극을 이용하여 표적(target) 자극의 위치과 동일한 방향(정방향)이나 반대 방향(역방향)으로 주시를 이동하도록 유도하는 정방향/역방향의 단속성 안구운동 과제를 수행하는 동안 안구운동 생체신호를 측정하여 표적에 대한 대상자의 안구 운동방향, 응답률, 응답 지연시간, 동공 크기 변화 등을 평가하는 데에 활용될 수 있다.

정방향/역방향의 단속성 안구운동 과제는 대상자가 제시되는 시각 자극의 표적을 보고 약속한 방향으로 안구를 움직여야 하므로, 시각 자극의 표적이 제시될 때 주의집중이 필요하며, 표적이 제시되는 방향에 따라 안구운동을 시행 및 억제하는 판단력이 요구될 수 있다.

정방향/역방향 단속성 안구운동 과제를 수행할 때 대상자의 안구운동은 신경생리학적으로 동안신경을 비롯한 대뇌 전두엽과 두정엽의 뇌신경계 조절 기전에 의해 가능하게 되는데, 이러한 단속성 안구운동 기능에 관여하는 뇌의 영역은 선택적 주의(selective attention), 인지적 억제(cognitive inhibitory)의 집행기능(executive function)을 담당하는 뇌 영역과 유사할 수 있다.

예컨대, 경도인지장애, 알츠하이머병, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌질환 환자는, 단속성 안구운동 속도의 감소, 응답지연시간의 연장, 정확도의 감소, 동공크기 변화 등 건강한 대상자에 비해 유의미한 차이를 가지고 있으며, 이는 주의 집중력의 감소와 억제 기능의 결손으로 설명될 수 있다.

또한, 동공 크기 변화는 아드레날린 신경전달에 의해 동공이 확대되거나 아세틸콜린 신경전달에 의해 동공이 축소되어 교감, 부교감신경의 자율신경계 조절에 의해 영향을 받게 되는데, 콜린성 시스템 손상이 선행되는 치매 특히 알츠하이머병의 경우 동공 반응을 분석하여 치매 위험 예측이 가능하다는 연구가 보고되고 있다.

예를 들면, 뇌 인지기능이 정상군과 같거나 유사한 경도인지장애의 경우, 경도인지장애 환자군에서 인지기능 과제를 수행할 때 동공이 확대되어 정상군과 차이를 보여 동공 크기의 변화도 인지기능 저하를 주증상으로 하는 경도인지장애 및 치매 환자를 조기 진단하는데 유용한 지표로 보고되고 있다.

안구움직임을 활용한 뇌 질환의 조기 진단 가능성은 매우 높으며, 주로 미국, 일본, 중국 등 선진국 중심으로 연구가 이뤄지고 있어 한국인의 특성에 맞는 안구 움직임 기반 뇌 노화 정량화 기술 개발이 요구되고 있다.

이를 위해 대규모의 표본 집단 추적을 통해 정상, 경도인지장애, 치매로의 병인 요소를 확인하고 안구 움직임의 기능적 노화 및 퇴화 수준을 규명하는 코호트 연구가 요구되고 있으며, 치매 전임상 단계 환자의 한양방 융합 진단 기술을 위해 변증 지표와 유의미한 연관성을 보이는 안구 움직임 바이오마커 발굴 임상 연구를 통해 퇴행성 인지기능 저하를 객관적으로 평가할 수 있는 알고리즘 및 분석 기술 개발이 요구된다.

또한, 추후 한양방 융합 연구에서 인지기능 저하를 주증상으로 하는 질환의 임상적 진단 및 치료 기술 개발 관련 후속 연구에도 활용할 수 있어, 안구움직임 기반의 새로운 평가 기법으로 인지기능 저하를 평가하는 것이 요구된다.

따라서, 뇌의 집행기능 평가를 위해 개발된 안구움직임 과제를 통해 인지저하도를 판단하는 새로운 모델의 등장이 절실히 요구되고 있다.

본 발명의 실시예는, 안구움직임 과제를 수행하는 시간에 따른 목표 과제 성공률과 동공확대 패턴을 분석하여, 과제 수행 성공률, 지연시간, 동공크기 변화에 대한 평균, 표준편차 등의 통계적인 값 뿐만 아니라, 과제수행시간에 따른 집중도, 피로도, 학습도 변화를 평가하여 인지저하도 판단 정확도를 향상시키는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치를 제공하는 것을 해결과제로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 설문지표를 통해 인지기능 저하를 평가하는 임상현장에서 검사자 및 대상자의 주관적 모호성을 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 인지기능 저하를 주 증상으로 하는 경도인지장애, 치매 등의 질환에서 임상적 진단 도구로 활용하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는, VR, AR, MR 환경에서 인지기능을 쉽게 객관적으로 평가할 수 있는 평가 기술로 활용하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 안구움직임 수행과제의 수행결과(평균 정확도, 평균 지연시간 등)와 과제 수행시간에 따른 수행력 향상도에 따른 인지저하를 정확하게 평가하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법은, 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출하는 단계; 상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가하는 단계; 및 상기 통계적인 변수와, 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단하는 단계를 포함 할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치는, 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출하는 추출부; 상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른, 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가하는 평가부; 및 상기 통계적인 변수와, 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단하는 판단부를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 본 발명의 실시예는, 안구움직임 과제를 수행하는 시간에 따른 목표 과제 성공률과 동공확대 패턴을 분석하여, 과제 수행 성공률, 지연시간, 동공크기 변화에 대한 평균, 표준편차 등의 통계적인 값 뿐만 아니라, 과제수행시간에 따른 집중도, 피로도, 학습도 변화를 평가하여 인지저하도 판단 정확도를 향상시키는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법 및 장치를 제공 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해서는, 설문지표를 통해 인지기능 저하를 평가하는 임상현장에서 검사자 및 대상자의 주관적 모호성을 해결 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해서는, 인지기능 저하를 주 증상으로 하는 경도인지장애, 치매 등의 질환에서 임상적 진단 도구로 활용 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해서는, VR, AR, MR 환경에서 인지기능을 쉽게 객관적으로 평가할 수 있는 평가 기술로 활용 할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해서는, 안구움직임 수행과제의 수행결과(평균 정확도, 평균 지연시간 등)와 과제 수행시간에 따른 수행력 향상도에 따른 인지저하를 정확하게 평가 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 안구움직임 수행과제의 수행결과(평균 정확도, 평균 지연시간 등)와 과제 수행시간에 따른 수행력 향상도에 따른 인지저하 평가 방법을 설명하기 위한 도이다.
도 3은 과제 수행에 따른 동공 크기 변화 그래프이다.
도 4는 역방향 단속성 안구움직임을 수행하는 시간에 따른 인저정상군(control)과 경도인지장애군(mild cognitive impairment) 수행 정확도 변화 그래프이다.
도 5는 역방향 단속성 안구움직임을 수행하는 시간에 따른 인저정상군(control)과 경도인지장애군(mild cognitive impairment)의 동공크기 변화 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법을 도시한 흐름도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치의 구성을 도시한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치(이하, '인지저하 판단 장치'라 약칭함, 100)는, 추출부(110), 평가부(120), 및 판단부(130)를 포함하여 구성할 수 있다.

추출부(110)는 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출한다. 즉, 추출부(110)는 이동하는 표적을 추적하는 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동을 유도하는 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시키고, 해당 대상자의 안구에 관한 데이터를 수집하는 역할을 할 수 있다.

안구움직임 과제는, 피검사자인 대상자에게 노출되는 표적이, 정해진 구간에서 정해진 속도로 이동 함에 따라, 대상자가 안구를 움직여 상기 표적을 따라 추적하기 위해 설계되는 과제일 수 있고, 예컨대 대상자가 보는 디스플레이 상에서 표시되는 안구 동작 유도 프로그램 일 수 있다.

안구의 정방향 단속성 안구운동(Prosaccade)은 대상자에게, 표적의 이동방향과 같은 방향으로 상기 표적을 주시하도록 하여 얻어지는 움직임으로써, 대상자의 단순반응능력을 검사하는 지표로 활용될 수 있다.

반면, 안구의 역방향 단속성 안구운동(Antisaccade)은 대상자에게 표적의 이동방향과 반대 방향으로 상기 표적을 주시하도록 하여 얻어지는 움직임으로써, 방향오류(direction error)와 신속운동잠복기(saccade latency) 등을 측정하는 지표로 활용되어, 대상자의 인지적 정보처리능력을 평가할 수 있게 한다.

추출부(110)는 안구움직임 과제를 통해 제공하는 정방향 및 역방향 단속성 안구운동을, 대상자가 눈으로 확인 함에 따른, 정확도(Accuracy), 반응시간(Response time)을 산출하고, 이들을 이용하여 통계적인 변수를 추출 할 수 있다.

추출부(110)는, 상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 정확하게 수행하는 정도에 관한 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출할 수 있다.

추출부(110)는 안구움직임 과제에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 추적 경로와, 표적의 실제 이동 경로와의 차이를, 비율로서 환산하여 측정 할 수 있다.

예컨대, 정해진 구간을 20회 왕복하여 이동하는 표적을, 정방향/역방향 비율을 3:1 비율로 배합된 과제로 추적하는 데에 있어, 추출부(110)는 15회의 정방향 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '2'일 때 정확도 '86.7%'와, 5회의 역방향 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '1'일 때 정확도 '80.0%'로 각각 측정할 수 있으며, 정방향/역방향 전체의 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '3'이 되어 정확도 '85.0%'로 측정할 수 있다.

추출부(110)는 이러한 안구움직임 과제를 여러 번 반복하여 얻어진 정확도 관련 값들에 대해, 평균 및 표준편차를 구하여, 대상자의 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출할 수 있다.

또한, 추출부(110)는, 상기 안구움직임 과제가 노출되고 상기 대상자가 노출된 안구움직임 과제를 수행하기까지 걸리는 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출할 수 있다.

추출부(110)는 안구움직임 과제에서 제공되는 표적이 정해진 구간에서 이동하기 시작한 후, 이에 반응하여 안구로 표적을 추적하는 데에 걸리는 시간을 반응시간으로 측정할 수 있다.

예컨대, 정해진 구간을 20회 왕복하여 이동하는 표적을, 정방향/역방향 비율을 3:1 비율로 배합된 과제로 추적하는 데에 있어, 추출부(110)는 15회의 정방향 단속성 안구운동시의 안구의 시간 '0.4초'와, 5회의 역방향 단속성 안구운동시의 안구의 시간 '0.5초'로 각각 측정할 수 있으며, 정방향/역방향 전체의 단속성 안구운동시의, 안구의 반응시간 '0.42초'를 측정할 수 있다.

추출부(110)는 이러한 안구움직임 과제를 여러 번 반복하여 얻어진 반응시간 관련 값들에 대해, 평균 및 표준편차를 구하여, 대상자의 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출할 수 있다.

추출부(110)는 상기 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 상기 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))에 근거하여, 상기 통계적인 변수로서 '과제 수행 성공률'을 추출할 수 있다.

추출부(110)는 안구움직임 과제에 의한 표적 이동을 대상자가 안구를 움직여 정확하게 추적하는 정도를, 상기 '과제 수행 성공률'로서 추출할 수 있다. '과제 수행 성공률'의 추출시, 추출부(110)는, 안구움직임 과제를 제공하는 실험 환경을 고려하여, 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std)) 각각으로, 정해진 가중치를 부여할 수도 있다.

예컨대, 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))가, 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std)) 보다 인지능력 저하 평가에서 중요도가 더 높을 수 있다는 가정하에서, 추출부(110)는, 상기 '과제 수행 성공률'의 추출시 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))에 가중치 1.1을 부여 할 수 있다.

평가부(120)는 상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른, 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가한다. 즉, 평가부(120)는 안구움직임 과제를 수행하는 중의 대상자에게서 나타나는 능력을 수치적으로 평가하는 역할을 할 수 있다.

평가부(120)는 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t)), 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산하고, 이들을 이용하여 상기 대상자의 능력치로서, 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가할 수 있다.

평가부(120)는, 상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 수행함에 있어, 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t))를 계산할 수 있다.

예컨대, 평가부(120)는 안구움직임 과제에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 추적 경로와, 표적의 실제 이동 경로가 정확하게 일치하는 정확도를, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t))으로서 계산 할 수 있다.

또한, 평가부(120)는 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따라 상기 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산할 수 있다.

예컨대, 평가부(120)는 안구움직임 과제에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 동공이 커지거나 작아지는 정도를 관측하여, 상기 과제수행시간에 따른 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산할 수 있다.

실시예에 따라, 평가부(120)는, 동공 확장기의 최대 확장 지점에서의 반응 크기를 기준으로, 동공확장도와 동공반응시간을 추출하여 계산하고, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산할 수 있다.

즉, 평가부(120)는 대상자가 애초에 갖고 있는 최대 동공 크기에 대비하여, 안구움직임 과제 수행 중의, 대상자의 동공이 변화하는 크기/시간을 따져, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산할 수 있다.

또한, 평가부(120)는 상기 수행 정확도(Accuracy (t))와 상기 동공크기 변화(Pupil dilation(t))에 근거하여, 상기 과제 수행 능력치로서, 상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가할 수 있다.

상기 '집중도'는 안구움직임 과제를 수행하는 대상자가 과제 수행에 집중하는 정도를 지칭할 수 있다.

평가부(120)는, 상기 동공확장도의 진폭이 상기 과제수행시간에 따라 감소하는 정도 및 기울기를 기준으로, 상기 '집중도'를 평가할 수 있다.

예컨대, 안구움직임 과제를 수행하는 대상자의 동공이 표적을 추적하면서 최대로 확장된 상태에서, 동공확장도의 진폭이 과제수행시간에 따라 느리게 감소하고, 또한 동공확장도의 기울기가 완만하게 줄어드는 경우에, 대상자의 '집중도'가 상대적으로 높은 것으로 평가할 수 있다.

상기 '피로도'는 안구움직임 과제를 수행하는 동안, 대상자가 느끼는 지침의 정도를 지칭할 수 있다.

평가부(120)는, 상기 과제수행시간에 따라, 상기 동공확장도의 진폭이 감소하는 정도와 기울기, 및 눈 감빡임 횟수가 증가하는 정도를 기준으로, 상기 '피로도'를 평가할 수 있다.

예컨대, 안구움직임 과제를 수행하는 대상자의 동공이 표적을 추적하면서 최대로 확장된 상태에서, 동공확장도의 진폭이 과제수행시간에 따라 빠르게 감소하고, 또한 동공확장도의 기울기가 급하게 줄어들며, 또한 눈 감빡임 횟수가 많아짐에 따라, 대상자의 '피로도'가 상대적으로 높은 것으로 평가할 수 있다.

상기 '학습능력'은 대상자가 상기 안구움직임 과제를 효과적으로 수행하는 정도를 지칭할 수 있다.

평가부(120)는, 과제 수행 평균 정확도와, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도의 기울기를 조합하여, 상기 '학습능력'을 평가 할 수 있다.

예컨대, 대상자가 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 정확하게 수행하는 과제 수행 평균 정확도를 과제 수행 시간 내내 높게 유지되고, 또한 수행 정확도가 과제수행시간에 따라 완만하게 줄어드는 경우에, 대상자의 '학습능력'이 상대적으로 높은 것으로 평가할 수 있다.

실시예에 따라, 평가부(120)는 인지부하(cognitive load)를 평가할 수 있다.

여기서 인지부하는, 대상자가 안구움직임 과제를 수행할 때 대상자의 인지체계에 부과되는 부하를 의미할 수 있다. 인지부하는, 내재적, 외재적, 본유적 인지부하로 분류할 수 있다.

내재적 인지부하는 과제를 구성하고 있는 ‘수’ 및 ‘요소’간 상호작용의 정도에 따라 발생하는 학습내용의 양적 측면과 관련된 인지부하이고, 외재적 인지부하는 작동기억의 제한을 무시하고 비합리적 교수설계를 감행하여 대상자에게 부담이 되는 내용이 제시됨에 따라 발생하는 부하현상이며, 본유적 인지부하는 작동기억 용량의 범위 안에서 학습과 직접 관련이 있는 정신적 노력으로 인해 발생하는 인지부하를 의미할 수 있다.

인지부하의 평가에 있어, 평가부(120)는, 상기 과제수행시간에 따라, "수행 정확도 - (weight factor * 동공확장도)"의 변화도를 기준으로, 상기 대상자에 대한 인지부하(cognitive load)를 평가할 수 있다.

예컨대, 과제수행시간에 따른 수행 정확도가 0.85(85%)이고, 동공확장도가 0.1(10%)이면, 평가부(120)는 과제 수행 환경에 따른 weight factor '1.1'을 동공확장도 0.1에 적용하여, '0.74(='0.85-(1.1*0.1))'를 해당 대상자의 인지부하로 평가할 수 있다.

판단부(130)는 상기 통계적인 변수와 상기 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단한다. 즉, 판단부(130)는 앞서 추출된 '과제 수행 성공률'과, 평가된 '집중도', '피로도', '학습능력' 각각을 임계범위와 비교하고, 비교 결과 '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', '학습능력' 중 어느 하나가, 상기 임계범위를 벗어나면, 대상자의 인지기능에 이상이 있음으로 판단할 수 있다.

상기 임계범위는 인지기능이 정상인 집단에서 획득한 '과제 수행 성공률', 평가된 '집중도', '피로도', '학습능력' 등을, 본 발명의 운영자가 발명 구현 환경을 고려하여 적절히 조정하여 선정할 수 있다.

상기 '과제 수행 성공률', 상기 '집중도', 상기 '피로도', 및 상기 '학습능력' 중 어느 하나라도, 선정된 임계범위를 벗어남에 따라, 상기 대상자가, 인지기능 저하 초기 증상을 가지고 있는 것으로 판단하되, 상기 인지기능 저하 초기 증상을 갖는 대상자를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 또는, 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화하여 판단할 수 있다.

즉, 판단부(130)는, '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화를 고려하여, 대상자가 겯고 있는 인지능력 저하에 대한 구체적인 상태를 판단할 수 있다.

예컨대, 판단부(130)는, '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화가 속하는 레인지 내 등급에 따라, 상기 인지기능 저하에 대한 세부 상태를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 또는, 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화하여 판단할 수 있다.

기억성 경도인지장애(Amnestic MCI)는 건망증과 치매의 중간단계로 정상인에 비해 기억력은 저하되지만 일상생활은 가능해 치매로 보기 어려운 상태를 지칭할 수 있다.

인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)은 대상자가 알츠하이머병을 포함한 치매에 이를 수 있는 위험 상태를 지칭할 수 있다.

즉, 판단부(130)는 '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화에 해당하는 레인지 내 특정의 등급을 식별하고, 식별된 등급에 대해 대응하는, 인지능력 저하의 상태를 세부적으로 인지할 수 있게 한다.

본 발명의 인지저하 판단 장치(100)는, 뇌의 집행기능 평가를 위해 개발된 안구움직임 과제를 통해 인지저하도를 판단 할 수 있다.

단속성 안구움직임은 정방향/역방향 안구움직임 과제를 1:1 내지 3:1의 비율로 무작위적으로 발생시켜, 집중력(attention), 억제력(inhibition), 실행력(execution), 단기기억력(short-term memory), 작업기억력(working memory) 중심의 뇌 집행기능을 평가하도록 설계할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 오답율(error rate), 지연시간(latency), 동공확장(pupil size dilation)을 인지저하도 평가 변수로 사용할 수 있다.

자연스러운 노화 대비 인지기능 저하가 동반되는 퇴행성 노화에 있어서, 인지저하 판단 장치(100)는, 오답율 감소, 응답 지연시간 증가, 동공크기 변화 등을, 유의미한 변화로서 관찰할 수 있다.

지연시간 카테고리는 예측(anticipatory), 급속(express, short-latency stimulus-driven saccades), 정상 지연시간(regular-latency saccade)으로 구분하고, 인지기능 평가 분석변수로는 정상 지연시간을 사용할 수 있다.

일반적인 안구움직임 기반 인지기능 평가를 위해서는, 단속성 안구움직임 과제에서 추출된 오답율(또는 정답율), 지연시간, 동공확장 변수들의 평균, 표준편차 등의 통계적 값을 사용한다.

반면, 인지저하 판단 장치(100)는, 과제수행시간에 따른 집중도, 피로도, 학습도 변화 정도를 정량화 함으로써, 기존의 통계적 평가변수만 사용하여 인지저하도를 평가하는 방법 보다도 진일보한 방법을 제안하여, 인지저하 예측 정확도를 개선시키는 구성을 포함할 수 있다.

도 2는 안구움직임 수행과제의 수행결과(평균 정확도, 평균 지연시간 등)와 과제 수행시간에 따른 수행력 향상도에 따른 인지저하 평가 방법을 설명하기 위한 도이다.

단계 201에서 인지저하 판단 장치(100)는, 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 하고, 대상자의 안구움직임에 관한 다양한 정보를 수집할 수 있다(Eye movement task paradigm).

단계 202, 203에서 인지저하 판단 장치(100)는, 수집된 정보를 분석하여, 안구움직임 과제를 대상자가 정확하게 수행하는 것에 관한 데이터(Accuracy (mean, std))와, 안구움직임 과제에 대한 대상자의 반응시간에 관한 데이터(Response time (mean, std))를 산출하여, 과제 수행 성공률을 추출할 수 있다.

단계 204에서 인지저하 판단 장치(100)는, 안구움직임 과제를 대상자가 수행하는 데에 요구되는 수행 시간에 따른 정확도(Accuracy (t))를 산출할 수 있다.

단계 205에서 인지저하 판단 장치(100)는, 안구움직임 과제를 수행하는 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 산출할 수 있다.

단계 206에서 인지저하 판단 장치(100)는, Accuracy (t), Pupil dilation(t)을 이용하여, 대상자의 집중도, 피로도, 학습능력을 평가할 수 있다.

단계 207에서 인지저하 판단 장치(100)는, 앞서 산출/평가된 다수의 파라미터(과제 수행 성공률, 집중도, 피로도, 학습능력)를 이용하여, 대상자가 인지기능 저하 상태인지를 판단할 수 있다(Cognitive decline ?).

인지기능 저하 상태가 아니면(단계 207의 No 방향), 단계 208에서 인지저하 판단 장치(100)는, 대상자를 인지기능 정상으로 확인할 수 있다(Cognitive normal).

인지기능 저하 상태이면(단계 207의 Yes 방향), 단계 209에서 인지저하 판단 장치(100)는, 대상자를 인지기능 저하로 확인할 수 있다(Cognitive decline).

인지기능 저하로 확인 됨에 따라, 단계 210에서 인지저하 판단 장치(100)는, 대상자에게 인지기능 저하 초기 증상이 있는지를 확인할 수 있다(Early symptom of Cognitive decline).

추가하여, 단계 211, 212에서 인지저하 판단 장치(100)는, 인지기능 저하 초기 증상이 있는 대상자를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 및 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화 할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 안구움직임 과제를 수행하여, 과제 수행 성공률, 지연시간, 동공크기 변화에 대한 평균, 표준편차 등의 통계적인 값을 추출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 과제수행시간에 따른 목표 과제 성공률과 동공크기 변화 패턴을 추출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 시간에 따른 과제 성공률과 동공크기 변화도에 기반하여 과제수행시간에 따른 집중도, 피로도, 학습능력을 평가할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 통계적인 변수와 시간에 따른 집중도, 피로도, 학습도를 통합적으로 활용하는 인지저하 정도를 판단할 수 있다.

동공크기 변화는, 동공 확장기(자극 종류 제시(CUE) 후 또는 목표자극물 제시(TAR) 후 300ms 전후 시점)의 최대 확장 지점에서의 반응 크기를 기준으로 동공확장도 및 반응 시간을 기준으로 지연시간을 정할 수 있다.

집중도는, 동공확장도의 진폭이 시간에 따라 감소하는 정도 및 기울기를 기준으로 평가할 수 있다.

학습능력은, 과제 수행 평균 정확도와 과제수행시간에 따른 수행정확도의 기울기를 조합하여 평가할 수 있다.

피로도는, 동공확장도 진폭이 시간에 따라 감소하는 정도, 기울기 및 눈 감빡임 횟수의 시간에 따른 증가 정도를 기준으로 평가할 수 있다.

인지부하는, 과제수행시간에 따라, “수행 정확도- w*동공확장도”의 변화도를 기준으로 평가할 수 있다. 여기서, w는 weight factor일 수 있다.

도 3은 과제 수행에 따른 동공 크기 변화 그래프이다.

도 3에서는 단속성 안구움직임 과제에 따른 saccade(신속 운동)에 의한 동공을 변화를 그래프로 보여준다.

Antisaccade는 시각 목표와 반대 방향으로의 눈 움직임에 관한 것이고, prosaccades는 대상을 향한 빠른 눈 움직임(반사적, 자발적)에 관한 것이다.

도 3의 단속성 안구움직임 과제에 있어, 인지저하 판단 장치(100)는, 기저선 대비 과제 제시시점에서 대상자의 동공이 확대되는 것을 확인할 수 있고, 목표자극이 제시되면 다시 동공이 확대되는 것을 확인할 수 있다.

도 4는 역방향 단속성 안구움직임을 수행하는 시간에 따른 인저정상군(control)과 경도인지장애군(mild cognitive impairment) 수행 정확도 변화 그래프이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 안구움직임 과제에 노출되는 시간이 증가할수록, 인저정상군(control)과 경도인지장애군(mild cognitive impairment) 모두에서 수행 정확도는 점차로 높아지는 추세에 있으며, 인저정상군(control)의 수행 정확도는, 경도인지장애군(mild cognitive impairment) 보다 항상 높게 유지된다.

도 5는 역방향 단속성 안구움직임을 수행하는 시간에 따른 인저정상군(control)과 경도인지장애군(mild cognitive impairment)의 동공크기 변화 그래프이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 안구움직임 과제에 노출되는 시간이 증가할수록, 인저정상군(control)의 동공 크기는 일정 값으로 수렴하는 반면, 경도인지장애군(mild cognitive impairment)의 동공크기는 일정 값의 수렴 없이 크게 변화하는 것을 확인할 수 있다.

표 1에서는, 정방향/역방향 단속성 안구움직임 수행 결과를 이용하여 기계학습 판별식(XGBoosting)을 적용한 경우, AUC 값을 나열한다.

표 1에서 알 수 있듯이, 평가 변수 조합의 개수가 많을 수록, AUC는 증가하여 연산 될 수 있다.

예컨대, 기본적인 인구학적 정보에 대한 AUC는 0.623974이나, 상기 인구학적 정보에 MMSE, 안구움직임 과제 정확도, 동공크기변화가 조합되는 경우의 AUC는 0.800616으로 증가되어 연산 될 수 있다.

이하, 도 6에서는 본 발명의 실시예들에 따른 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법을 도시한 흐름도이다.

본 실시예에 따른 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법은, 인지저하 판단 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.

우선, 인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출한다(610). 단계(610)는 이동하는 표적을 추적하는 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동을 유도하는 안구움직임 과제를 대상자에게 노출시키고, 해당 대상자의 안구에 관한 데이터를 수집하는 과정일 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제를 통해 제공하는 정방향 및 역방향 단속성 안구운동을, 대상자가 눈으로 확인 함에 따른, 정확도(Accuracy), 반응시간(Response time)을 산출하고, 이들을 이용하여 통계적인 변수를 추출 할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 정확하게 수행하는 정도에 관한 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 추적 경로와, 표적의 실제 이동 경로와의 차이를, 비율로서 환산하여 측정 할 수 있다.

예컨대, 정해진 구간을 20회 왕복하여 이동하는 표적을, 정방향/역방향 비율을 3:1 비율로 배합된 과제로 추적하는 데에 있어, 인지저하 판단 장치(100)는 15회의 정방향 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '2'일 때 정확도 '86.7%'와, 5회의 역방향 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '1'일 때 정확도 '80.0%'로 각각 측정할 수 있으며, 정방향/역방향 전체의 단속성 안구운동시의, 안구의 움직임과 상기 표적의 이동경로와의 이탈 횟수가 '3'이 되어 정확도 '85.0%'로 측정할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 이러한 안구움직임 과제를 여러 번 반복하여 얻어진 정확도 관련 값들에 대해, 평균 및 표준편차를 구하여, 대상자의 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출할 수 있다.

또한, 인지저하 판단 장치(100)는, 상기 안구움직임 과제가 노출되고 상기 대상자가 노출된 안구움직임 과제를 수행하기까지 걸리는 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제에서 제공되는 표적이 정해진 구간에서 이동하기 시작한 후, 이에 반응하여 안구로 표적을 추적하는 데에 걸리는 시간을 반응시간으로 측정할 수 있다.

예컨대, 정해진 구간을 20회 왕복하여 이동하는 표적을, 정방향/역방향 비율을 3:1 비율로 배합된 과제로 추적하는 데에 있어, 인지저하 판단 장치(100)는 15회의 정방향 단속성 안구운동시의 안구의 시간 '0.4초'와, 5회의 역방향 단속성 안구운동시의 안구의 시간 '0.5초'로 각각 측정할 수 있으며, 정방향/역방향 전체의 단속성 안구운동시의, 안구의 반응시간 '0.42초'를 측정할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 이러한 안구움직임 과제를 여러 번 반복하여 얻어진 반응시간 관련 값들에 대해, 평균 및 표준편차를 구하여, 대상자의 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 상기 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 상기 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))에 근거하여, 상기 통계적인 변수로서 '과제 수행 성공률'을 추출할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제에 의한 표적 이동을 대상자가 안구를 움직여 정확하게 추적하는 정도를, 상기 '과제 수행 성공률'로서 추출할 수 있다. '과제 수행 성공률'의 추출시, 인지저하 판단 장치(100)는, 안구움직임 과제를 제공하는 실험 환경을 고려하여, 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std)) 각각으로, 정해진 가중치를 부여할 수도 있다.

예컨대, 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))가, 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std)) 보다 인지능력 저하 평가에서 중요도가 더 높을 수 있다는 가정하에서, 인지저하 판단 장치(100)는, 상기 '과제 수행 성공률'의 추출시 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))에 가중치 1.1을 부여 할 수 있다.

또한, 인지저하 판단 장치(100)는 상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른, 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가한다(620). 단계(620)는 안구움직임 과제를 수행하는 중의 대상자에게서 나타나는 능력을 수치적으로 평가하는 과정일 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t)), 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산하고, 이들을 이용하여 상기 대상자의 능력치로서, 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 수행함에 있어, 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t))를 계산할 수 있다.

예컨대, 인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 추적 경로와, 표적의 실제 이동 경로가 정확하게 일치하는 정확도를, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도(Accuracy (t))으로서 계산 할 수 있다.

또한, 인지저하 판단 장치(100)는 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따라 상기 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산할 수 있다.

예컨대, 인지저하 판단 장치(100)는 안구움직임 과제의 수행에 따른 안구의 정방향 및 역방향 단속성 안구운동 시의 동공이 커지거나 작아지는 정도를 관측하여, 상기 과제수행시간에 따른 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산할 수 있다.

실시예에 따라, 인지저하 판단 장치(100)는, 동공 확장기의 최대 확장 지점에서의 반응 크기를 기준으로, 동공확장도와 및 동공반응시간을 추출하여 계산하고, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산할 수 있다.

즉, 인지저하 판단 장치(100)는 대상자가 애초에 갖고 있는 최대 동공 크기에 대비하여, 안구움직임 과제 수행 중의, 대상자의 동공이 변화하는 크기/시간을 따져, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산할 수 있다.

또한, 인지저하 판단 장치(100)는 상기 수행 정확도(Accuracy (t))와 상기 동공크기 변화(Pupil dilation(t))에 근거하여, 상기 과제 수행 능력치로서, 상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 상기 동공확장도의 진폭이 상기 과제수행시간에 따라 감소하는 정도 및 기울기를 기준으로, 상기 '집중도'를 평가할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 상기 과제수행시간에 따라, 상기 동공확장도의 진폭이 감소하는 정도와 기울기, 및 눈 감빡임 횟수가 증가하는 정도를 기준으로, 상기 '피로도'를 평가할 수 있다.

인지저하 판단 장치(100)는, 과제 수행 평균 정확도와, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도의 기울기를 조합하여, 상기 '학습능력'을 평가 할 수 있다.

실시예에 따라, 인지저하 판단 장치(100)는 인지부하(cognitive load)를 평가할 수 있다.

인지부하의 평가에 있어, 인지저하 판단 장치(100)는, 상기 과제수행시간에 따라, "수행 정확도 - (weight factor * 동공확장도)"의 변화도를 기준으로, 상기 대상자에 대한 인지부하(cognitive load)를 평가할 수 있다.

예컨대, 과제수행시간에 따른 수행 정확도가 0.85(85%)이고, 동공확장도가 0.1(10%)이면, 인지저하 판단 장치(100)는 과제 수행 환경에 따른 weight factor '1.1'을 동공확장도 0.1에 적용하여, '0.74(='0.85-(1.1*0.1))'를 해당 대상자의 인지부하로 평가할 수 있다.

계속해서, 인지저하 판단 장치(100)는 상기 통계적인 변수와 상기 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단한다(630). 단계(630)는 앞서 추출된 '과제 수행 성공률'과, 평가된 '집중도', '피로도', '학습능력' 각각을 임계범위와 비교하고, 비교 결과 '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', '학습능력' 중 어느 하나가, 상기 임계범위를 벗어나면, 대상자의 인지기능에 이상이 있음으로 판단하는 과정일 수 있다.

즉, 인지저하 판단 장치(100)는, '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화를 고려하여, 대상자가 겯고 있는 인지능력 저하에 대한 구체적인 상태를 판단할 수 있다.

예컨대, 인지저하 판단 장치(100)는, '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화가 속하는 레인지 내 등급에 따라, 상기 인지기능 저하에 대한 세부 상태를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 또는, 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화하여 판단할 수 있다.

즉, 인지저하 판단 장치(100)는 '과제 수행 성공률', '집중도', '피로도', 및 '학습능력' 각각이 임계범위를 벗어나는 정도 또는 변화에 해당하는 레인지 내 특정의 등급을 식별하고, 식별된 등급에 대해 대응하는, 인지능력 저하의 상태를 세부적으로 인지할 수 있게 한다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

100 : 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치
110 : 추출부
120 : 평가부
130 : 판단부

Claims

안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출하는 단계;
상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가하는 단계; 및
상기 통계적인 변수와, 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 과제 수행 능력치를 평가하는 단계는,
상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 수행함에 있어, 과제수행시간에 따라 수행 정확도(Accuracy (t))를 계산하는 단계;
상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따라 상기 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산하는 단계; 및
상기 수행 정확도(Accuracy (t))와 상기 동공크기 변화(Pupil dilation(t))에 근거하여, 상기 과제 수행 능력치로서, 상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제2항에 있어서,
상기 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산하는 단계는,
동공 확장기의 최대 확장 지점에서의 반응 크기를 기준으로 동공확장도 및 동공반응시간을 계산하고, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제3항에 있어서,
상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가하는 단계는,
상기 동공확장도의 진폭이 상기 과제수행시간에 따라 감소하는 정도 및 기울기를 기준으로, 상기 '집중도'를 평가하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제3항에 있어서,
상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가하는 단계는,
상기 과제수행시간에 따라, 상기 동공확장도의 진폭이 감소하는 정도와 기울기, 및 눈 감빡임 횟수가 증가하는 정도를 기준으로, 상기 '피로도'를 평가하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제3항에 있어서,
상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가하는 단계는,
과제 수행 평균 정확도와, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도의 기울기를 조합하여, 상기 '학습능력'을 평가하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제2항에 있어서,
상기 통계적인 변수를 추출하는 단계는,
상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 정확하게 수행하는 정도에 관한 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출하는 단계;
상기 안구움직임 과제가 노출되고 상기 대상자가 노출된 안구움직임 과제를 수행하기까지 걸리는 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출하는 단계; 및
상기 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 상기 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))에 근거하여, 상기 통계적인 변수로서 '과제 수행 성공률'을 추출하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제7항에 있어서,
상기 인지저하 정도를 판단하는 단계는,
상기 '과제 수행 성공률', 상기 '집중도', 상기 '피로도', 및 상기 '학습능력' 중 어느 하나라도, 선정된 임계범위를 벗어남에 따라, 상기 대상자가, 인지기능 저하 초기 증상을 가지고 있는 것으로 판단하는 단계로서, 상기 인지기능 저하 초기 증상을 갖는 대상자를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 또는, 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화하여 판단하는 단계
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 과제수행시간에 따라, "수행 정확도 - (weight factor * 동공확장도)"의 변화도를 기준으로, 상기 대상자에 대한 인지부하(cognitive load)를 평가하는 단계
를 더 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 방법.
안구움직임 과제를 대상자에게 노출시켜 수행하게 함으로써, 상기 대상자의 안구움직임에 관한 통계적인 변수를 추출하는 추출부;
상기 대상자가, 상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따른, 상기 대상자의 과제 수행 능력치를 평가하는 평가부; 및
상기 통계적인 변수와, 과제수행시간에 따른 상기 과제 수행 능력치를 이용하여, 상기 대상자가 갖는 인지저하 정도를 판단하는 판단부
를 포함하는, 과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제10항에 있어서,
상기 평가부는,
상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 수행함에 있어, 과제수행시간에 따라 수행 정확도(Accuracy (t))를 계산하고,
상기 안구움직임 과제를 수행하는 과제수행시간에 따라 상기 대상자의 동공크기 변화(Pupil dilation(t))를 계산하며,
상기 수행 정확도(Accuracy (t))와 상기 동공크기 변화(Pupil dilation(t))에 근거하여, 상기 과제 수행 능력치로서, 상기 대상자의 '집중도', '피로도', '학습능력'을 평가하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제11항에 있어서,
상기 평가부는,
동공 확장기의 최대 확장 지점에서의 반응 크기를 기준으로, 동공확장도 및 동공반응시간을 계산하고, 상기 대상자의 동공크기 변화를 계산하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제12항에 있어서,
상기 평가부는,
상기 동공확장도의 진폭이 상기 과제수행시간에 따라 감소하는 정도 및 기울기를 기준으로, 상기 '집중도'를 평가하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제12항에 있어서,
상기 평가부는,
상기 과제수행시간에 따라, 상기 동공확장도의 진폭이 감소하는 정도와 기울기, 및 눈 감빡임 횟수가 증가하는 정도를 기준으로, 상기 '피로도'를 평가하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제12항에 있어서,
상기 평가부는,
과제 수행 평균 정확도와, 상기 과제수행시간에 따른 수행 정확도의 기울기를 조합하여, 상기 '학습능력'을 평가하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제11항에 있어서,
상기 추출부는,
상기 안구움직임 과제를 규정된 규칙에 따라 상기 대상자가 정확하게 수행하는 정도에 관한 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))를 산출하고,
상기 안구움직임 과제가 노출되고 상기 대상자가 노출된 안구움직임 과제를 수행하기까지 걸리는 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))를 산출하며,
상기 정확도 평균 및 표준편차(Accuracy (mean, std))와, 상기 반응시간 평균 및 표준편차(Response time (mean, std))에 근거하여, 상기 통계적인 변수로서 '과제 수행 성공률'을 추출하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제16항에 있어서,
상기 판단부는,
상기 '과제 수행 성공률', 상기 '집중도', 상기 '피로도', 및 상기 '학습능력' 중 어느 하나라도, 선정된 임계범위를 벗어남에 따라, 상기 대상자가, 인지기능 저하 초기 증상을 가지고 있는 것으로 판단하되, 상기 인지기능 저하 초기 증상을 갖는 대상자를, 기억성 경도인지장애(Amnestic MCI) 또는, 인지 장애에 대한 높은 위험(Higher risk for cognitive impairment)으로 세분화하여 판단하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제10항에 있어서,
상기 평가부는,
상기 과제수행시간에 따라, "수행 정확도 - (weight factor * 동공확장도)"의 변화도를 기준으로, 상기 대상자에 대한 인지부하(cognitive load)를 평가하는
과제수행시간별 수행 능률을 이용한 안구움직임 기반 인지저하 판단 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.