KR20240063037A

KR20240063037A - 뇌 전기 활동의 비접촉 신체 및 머리 기반 모니터링

Info

Publication number: KR20240063037A
Application number: KR1020230149063A
Authority: KR
Inventors: 피터 에이 프리어; 그웬 케이 프리어
Original assignee: 프리어 로직 인코포레이티드
Priority date: 2022-11-02
Filing date: 2023-11-01
Publication date: 2024-05-09
Also published as: DE102023130047A1

Abstract

머리 아래 신체 부위에 근접하게 배치된 전극이나 기타 센서를 사용하여 신체에 물리적으로 닿거나 머리카락과 의복에 침투하지 않고 원신호를 생성하는 사람의 뇌 내 전기 활동("뇌파")을 모니터링하는 장치 및 방법. 또한, 원신호를 생성하기 위해 머리 부위에 근접하게 배치된 비접촉 센서를 사용하여 사람의 뇌 내 전기 활동("뇌파")을 모니터링하는 장치 및 방법. 원신호는 필터링되어 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 동시에 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하는 분석 신호를 생성한다. 본 장치 및 방법은 바이오피드백 기반 주의력 훈련, 인간 수행 훈련, 게임, 생체인식, 인지 상태 검출 및 이완 훈련에 사용될 수 있다. 신호 처리와 분석 기능을 수행하기 위해 일반적으로 디지털 컴퓨터를 포함한 전자 회로에 유선 또는 무선 신호 연결이 이루어진다.

Description

뇌 전기 활동의 비접촉 신체 및 머리 기반 모니터링{NON-CONTACT BODY AND HEAD-BASED MONITORING OF BRAIN ELECTRICAL ACTIVITY}

본 출원은 2016년 4월 29일에 출원된 미국 가출원 제62/329,259호, "뇌 전기 활동의 비접촉 신체 및 머리 기반 모니터링"의 이익을 주장하는 미국 출원 제15/497,734호의 일부 계속출원이다(2017년 4월 26일 출원). 이 내용은 전체 내용이 참조로 여기에 포함된다.

본 명세서에 제공된 배경 설명은 개시 내용의 맥락을 일반적으로 제시하기 위한 것이다. 출원 당시 선행 기술로 인정되지 않을 수 있는 설명의 양태뿐만 아니라, 본원에 명명된 발명가의 작업은 이 배경 섹션에 설명된 작업이 본 발명에 대한 선행 기술로 명시적으로나 묵시적으로 인정되지 않는다.

뇌파검사(EEG)라는 용어는 일반적으로 사람의 두피에 배치된 전극에서 측정되거나 기록되는 뇌에서 생성되는 전기 활동을 측정하는 것을 의미한다. 전극에서 발생하는 전기 신호는 이에 상응하여 EEG 신호라고 하며 사람의 뇌 내 전기 활동을 기반으로 한다. 이러한 전기 활동을 일반적으로 "뇌파" 활동이라고 한다. 관련 용어인 뇌전도(electroencephalogram)는 EEG에 의해 생성된 그래픽 기록을 의미한다.

EEG 전극이 부착된 두피나 머리의 지점을 명명하는 체계가 개발되었다. 따라서 표준화를 위한 EEG 두피 전극의 위치를 설명하는 데 국제 "10-20" 체계가 널리 사용된다. 10-20 체계는 전극의 표면 배치와 대뇌 피질의 기본 영역과의 관계를 기반으로 한다. "10"과 "20"은 인접한 전극 사이의 실제 거리를 두개골의 전체 앞뒤 또는 좌우 거리의 10% 또는 20%를 의미한다. 또한, 각각 전두엽, 측두엽, 중앙, 정수리 및 후두엽을 나타내는 문자 F, T, C, P 및 O는 센서가 배치되는 엽을 식별하는 데 사용된다. 반구 위치를 식별하기 위해 숫자가 추가로 사용된다. 짝수(2, 4, 6, 8)는 우반구의 전극 위치를 나타내고, 홀수(1, 3, 5, 7)는 좌반구의 전극 위치를 나타낸다.

본 발명의 양태는 바이오피드백 기반 주의 훈련, 인지 상태 모니터링, 감정 모니터링, 졸음 모니터링, 스트레스 모니터링, 인지 부하 모니터링, 인간 수행 훈련, 게임 및 이완 훈련과 같은 목적을 위해 사람의 뇌 또는 신체와 접촉하지 않고 먼 거리에서 획득한 사람의 뇌 또는 신체 내 전기 활동의 모니터링에 관한 것이지만 이에 국한되지는 않는다.

본 발명의 양태는 사람의 뇌에 의해 발생된 전기 활동을 모니터링하기 위한 비접촉 뇌전도(EEG) 장치를 제공할 수 있다. 장치는 사람과 접촉하지 않고 사람의 뇌에 의해 생성된 전기 신호를 포함하는 전기 신호를 검출하도록 구성될 수 있는 비접촉 센서를 포함할 수 있다. 장치는 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭하여 비접촉 센서에 근접한 사람의 뇌에 의해 발생된 전기 활동에 대응하는 분석 신호를 발생하도록 구성된 비접촉 센서에 결합된 증폭 장치를 더 포함할 수 있다. 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치는 또한 비접촉 센서에 근접한 사람의 상태에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하기 위해 분석 신호를 분석하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다.

본 개시의 추가 양태에서, 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치는 비접촉 센서 근처에 있는 사람의 감정 상태, 인지 부하 상태 및 각성 상태 중 적어도 하나를 포함하는 비접촉 센서에 근접한 사람의 상태를 검출할 수 있다. 또한, 프로세서가 비접촉 센서에 근접한 사람의 미리 결정된 상태에 대응하는 패턴을 검출하는 경우, 프로세서는 후속 액션을 하기 위해 다른 장치에 액션 신호를 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치는 분석 신호를 분석하여 비접촉 센서에 근접한 사람의 활동에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다. 비접촉 센서 근처에 있는 사람의 활동에는 긍정적인 몸짓 또는 부정적인 몸짓으로 사람의 머리를 움직이는 것이 포함될 수 있다. 또한, 비접촉 센서에 근접한 사람의 활동에는 사람의 머리나 신체를 비접촉 센서에 근접한 안팎으로 움직이는 것이 포함되어, 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치는 비접촉 센서가 모니터링하는 공간이 사람에 의해 점유되어 있는지, 점유되어 있지 않은지를 각각 검출할 수 있다. 또한, 프로세서는 비접촉 센서에 근접한 사람의 활동에 대응하는 패턴을 검출하는 경우, 후속 액션을 하기 위해 다른 장치에 액션 신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 양태는 비접촉 센서가 헤드레스트(headrest), 시트(seat), 스텐션(stantion) 및 바이저(visor) 중 적어도 하나에 통합되는 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치를 또한 포함할 수 있다. 또한, 비접촉 센서는 사람의 머리로부터 멀리 떨어져 위치할 수 있으며, 사람의 목, 등 및 둔근 중 적어도 하나에 인접하여 위치할 수 있다. 비접촉식 센서는 바 어레이(bar array) 구성이나 동심 링 어레이 구성으로 구성할 수 있다.

본 발명의 추가 양태는 증폭 장치가 비접촉 센서에 결합되고 검출된 전기 신호의 저주파 성분을 감쇄함으로써 제1 필터링 신호를 발생하도록 구성된 고역 통과 필터를 추가로 포함할 수 있는 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치를 제공할 수 있다. 증폭 장치는 또한 고역 통과 필터에 결합되고 분석 신호와 관련된 제1 필터링 신호의 성분을 증폭하여 제1 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제1 증폭기를 포함할 수 있다. 증폭 장치는 제1 증폭기에 결합되고 분석 신호와 관련된 제1 필터링 신호의 성분을 증폭하여 제2 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제2 증폭기를 더 포함할 수 있다. 증폭 장치는 또한 제2 증폭기에 결합되고 제2 증폭 신호의 고주파 성분을 감쇄하여 제2 필터링 신호를 발생하도록 구성된 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 추가 실시예에서, 증폭 장치는 저역 통과 필터에 결합되고 분석 신호와 관련된 제2 필터링 신호의 성분을 증폭하여 분석 신호를 발생하도록 구성된 제3 증폭기를 포함할 수 있다.

본 발명의 추가 양태는 사람의 뇌에 의해 발생된 전기 활동을 모니터링하기 위한 장치를 제공한다. 장치는 복수의 비접촉 센서의 어레이를 포함하며, 각각의 비접촉 센서는 사람과의 접촉 없이 사람의 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호 검출하도록 구성되고, 각각의 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 사람으로부터 분리되며, 각각의 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 비접촉 센서는 사람 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 상기 어레이 내에 배치된다. 어레이 내 복수의 비접촉 센서 각각은 서로 다른 주파수 대역 내의 전기 신호를 검출하도록 구성되고, 복수의 비접촉 센서의 어레이는 사람으로부터 10 내지 36인치 떨어진 곳에서 전기 신호를 검출하도록 구성된다. 장치는 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭하여 사람의 뇌에서 생성된 전기 신호에 대응하는 분석 신호를 발생하도록 구성된 복수의 비접촉 센서의 어레이에 결합되는 증폭 장치를 더 포함한다.

위 양태의 장치에서, 서로 다른 주파수 대역은 3Hz 이하의 주파수를 갖는 델타 대역, 4Hz 내지 8Hz의 주파수를 갖는 세타 대역, 12Hz 내지 30Hz의 주파수를 갖는 알파 대역 및 26Hz 내지 100Hz의 주파수를 갖는 감마 대역을 포함한다.

또한, 위 양태의 장치에서, 증폭 장치는 복수의 비접촉 센서의 어레이에 결합되어 제1 필터링 신호를 발생하도록 구성된 고역 통과 필터; 고역 통과 필터로부터 제1 필터링 신호를 수신하고 제1 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제1 증폭기; 제1 증폭기로부터 제1 증폭 신호를 수신하여 제2 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제2 증폭기; 제2 증폭기로부터 제2 증폭 신호를 수신하고 제2 필터링 신호를 발생하도록 구성된 저역 통과 필터; 저역 통과 필터로부터 제2 필터링 신호를 수신하여 분석 신호를 발생하도록 구성된 제3 증폭기; 및 제3 증폭기로부터 분석 신호를 수신하여 분석 신호를 디지털화하는 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.

또한, 위 양태의 장치는 사람의 상태에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하기 위해 분석 신호에 대해 알고리즘을 실행하도록 구성된 프로세서를 더 포함한다.

또한, 위 양태의 장치에서, 사람의 상태는 사람의 감정 상태, 인지 부하 상태, 피로도, 졸음 정도, 주의력 및 각성 상태 중 적어도 하나를 포함하고, 프로세서는 사람의 각 상태에 대해 알고리즘을 실행하여 서로 다른 주파수 대역 내에서 검출된 전기 신호를 기반으로 사람의 상태를 결정한다.

또한, 위 양태의 장치에서, 프로세서가 사람의 미리 결정된 상태에 대응하는 패턴을 검출하는 경우, 프로세서는 후속 액션을 하기 위해 다른 장치로 액션 신호를 전송한다.

또한, 위 양태의 장치는 분석 신호를 분석하여 사람의 활동에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하도록 구성된 동일하거나 다른 프로세서를 또한 포함한다.

또한, 위 양태에서, 사람의 활동에는 긍정적인 몸짓 또는 부정적인 몸짓으로 사람의 머리를 움직이는 것이 포함된다. 사람의 활동은 사람의 머리 또는 신체를 움직여 비접촉 센서에 의해 모니터링되는 공간이 사람에 의해 점유되어 있는지 또는 점유되어 있지 않은지를 각각 검출하는 것도 포함한다.

위 양태에서, 프로세서가 사람의 활동에 대응하는 패턴을 검출한 경우, 프로세서는 후속 액션을 하기 위해 다른 장치에 액션 신호를 전송한다.

또한, 위 양태의 장치에서, 비접촉 센서는 사람의 머리로부터 멀리 위치하지만, 사람의 목, 등 및 둔근 중 적어도 하나에 인접하여 위치한다. 비접촉식 센서는 바(bar) 구성과 동심 링(concentric ring) 구성 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.

위 양태의 장치에서, 고역 통과 필터는 제1 차단 주파수보다 낮은, 검출된 전기 신호의 주파수 성분을 감쇄하여 제1 필터링 신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 증폭기는 분석 신호와 관련된 제1 필터링 신호의 성분을 증폭하여 제1 증폭 신호를 발생하도록 구성되고, 제2 증폭기는 분석 신호와 관련된 제1 필터링 신호의 성분을 증폭하여 제2 증폭 신호를 발생하도록 구성될 수 있고, 저역 통과 필터는 제2 차단 주파수보다 높은 제2 증폭 신호의 주파수 성분을 감쇄하여 제2 필터링 신호를 발생하도록 구성될 수 있고, 제3 증폭기는 분석 신호와 관련된 제2 필터링 신호의 성분을 증폭하여 분석 신호를 발생하도록 구성될 수 있다.

또한, 위 양태의 장치에서, 프로세서는 청각, 시각 또는 촉각 피드백을 통해 사람의 머리의 위치에 따라 어레이에 의해 검출된 전기 신호의 신호 강도의 변화에 기초하여 사람에게 헤드레스트를 최대 보호 위치로 조정하게 유도하도록 또한 구성될 수 있다. 프로세서는 또한 전기 신호의 가장 큰 신호 강도를 획득하기 위해 어레이 내의 복수의 비접촉 센서를 기계적으로 조정하고, 헤드레스트로부터 다양한 거리에서 전기 신호의 가장 큰 신호 강도를 획득하기 위해 디지털 및 아날로그 프로세스를 수정하도록 추가로 구성될 수 있다.

위 양태의 장치에서, 프로세서는 검출된 전기 신호의 복수의 파동 중 적어도 제1 파동을 정확히 1/2 파장만큼 지연하고, 신경 주파수 대역에서 복수의 파동 중 적어도 제2 파동의 피크와 트로프(trough)를 매칭하고, 제1 파동의 진폭과 제2 파동의 진폭 사이의 차이를 계산하여 검출된 전기 신호의 노이즈를 감소하도록 추가로 구성될 수 있다.

위 양태의 장치에서, 복수의 비접촉 센서의 어레이는 증가된 표면적으로 인해 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하기 위해 안테나를 갖춘 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 포함할 수 있다. 복수의 비접촉 센서의 어레이에 결합된 증폭 장치는 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하기 위해 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 증폭하도록 구성될 수 있다.

위 양태의 장치에서, 프로세서는 분석 신호를 분석하여 인공지능(AI) 및/또는 머신러닝을 통해 사람의 상태에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하고, 감정 감지를 활용하여 사람의 상태에 기초하여 차량의 성능을 변경하는 차량 콘텐츠 및 동작을 개인화하도록 추가로 구성될 수 있다. 프로세서는 AI 및/또는 머신러닝을 통해 사람의 피로도 또는 졸음 정도 중 적어도 하나를 결정하고, 사람의 피로도 또는 졸음 정도 중 적어도 하나에 기초하여 사람에게 촉각 경고, 청각 경고 또는 시각 경고 중 적어도 하나인 경고를 제공하도록 추가로 구성될 수 있다. 프로세서는 사람에게 경고가 제공된 후 사람의 피로도 또는 졸음 정도 중 적어도 하나에 변화가 없는 것으로 결정하고, 차량이 안전한 지역에 정차(pull over)하도록 제어할 수 있다.

또한, 위 양태의 장치에서, 프로세서는 사람의 결정된 상태에 기초하여 다른 장치를 제어하도록 추가로 구성될 수 있다.

위 양태의 장치에서, 저역 통과 필터는 모놀리식 스위치드 커패시터(monolithic switched capacitor) 장치로 구현된 8차(8th order) 저역 통과 필터인 안티앨리어싱(antialiasing) 필터일 수 있다.

또한, 위 양태의 장치는 5개 또는 6개의 복수의 비접촉 센서의 어레이를 포함할 수 있다.

위 양태의 장치에서, 제1 증폭기는 평균 이득이 73인 일단 증폭기일 수 있고, 제2 증폭기는 평균 이득이 101인 연산 증폭기일 수 있으며, 제3 증폭기는 평균 이득이 2인 증폭기일 수 있다.

또한, 위 양태의 장치에서, 프로세서는 사람의 머리의 위치에 따라 어레이에 의해 신호 강도의 변화에 기초하여 사람의 머리의 방향을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다.

또한, 위 양태의 장치에서, 프로세서는 사람의 상태를 결정하기 위해 알고리즘을 사용하고, 사람의 상태에 기초하여 알고리즘을 사람에게 자동 보정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 양태는 또한 뇌에 의해 발생된 전기 활동을 모니터링하는 방법을 제공할 수 있다. 방법은 사람과의 접촉 없이 사람의 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해 검출하는 단계로서, 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 사람과 분리되고, 각각의 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 비접촉 센서는 사람 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 어레이 내에 배치되는 단계; 어레이 내 각각의 복수의 비접촉 센서에 의해 서로 다른 주파수 대역 내의 전기 신호를 검출하는 단계; 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해, 사람으로부터 10인치 내지 36인치 떨어진 곳에서 전기 신호를 검출하는 단계; 그리고 복수의 비접촉 센서의 어레이에 결합된 증폭 장치에 의해, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭함으로써, 사람의 뇌에서 생성된 전기 신호에 대응하는 분석 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가 양태는 컴퓨터에 의해 실행될 때 머리를 포함한 신체를 가진 사람의 생리학적 상태를 모니터링하는 방법을 컴퓨터로 하여금 수행하게 하는 컴퓨터 판독 가능 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 또한 제공할 수 있다. 방법은 사람과의 접촉 없이 사람의 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해 검출하는 단계로서, 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 상기 사람과 분리되고, 각각의 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 비접촉 센서는 사람의 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 어레이 내에 배치되는, 검출하는 단계; 어레이 내 각각의 복수의 비접촉 센서에 의해 서로 다른 주파수 대역 내의 전기 신호를 검출하는 단계; 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해, 사람으로부터 10인치 내지 36인치 떨어진 곳에서 전기 신호를 검출하는 단계; 그리고 복수의 비접촉 센서의 어레이에 결합된 증폭 장치에 의해, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭함으로써, 사람의 뇌에서 생성된 전기 신호에 대응하는 분석 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

실시예로서 제안된 본 발명의 다양한 실시예들이 다음 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치의 개략도이다.
도 4는 사람의 머리 뒤쪽을 향한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 5는 헤드레스트에서 사람의 머리 뒤쪽을 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 6은 시트백(seatback)에서 사람의 뒤쪽을 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 7은 사람의 피부에 닿지 않고 사람의 목 뒤쪽을 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 8은 사람의 피부에 닿지 않고 자동차 바이저에서 사람의 이마로 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 9는 사람의 피부에 닿지 않고 자동차 천장에서 사람의 머리 꼭지를 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 10은 사람의 피부에 닿지 않고 시트 바닥에서 사람의 둔근을 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 11은 사람의 피부에 닿지 않고 스텐션에서 사람의 면(side)을 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 12는 사람의 피부에 닿지 않고 휴대용 장치에서 사람의 신체 또는 머리의 어느 곳이든 향하는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 13a는 본 발명에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치와 함께 사용하기 위한 예시적인 바(bar) 어레이 센서 구성을 도시한다.
도 13b는 본 발명에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치와 함께 사용하기 위한 예시적인 동심 링 어레이 센서 구성을 도시한다.
도 14a는 사용자 근처에 위치하는 예시적인 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 14b는 사용자 근처에 위치하는 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 의해 검출될 수 있는 예시적인 신호를 도시한다.
도 15a는 사람 근처에 위치하는 예시적인 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다.
도 15b는 사용자 근처에 위치하는 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 의해 검출될 수 있는 예시적인 신호를 도시한다.
도 16a는 사람이 장치 근처에 있을 때 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 의해 검출된 예시적인 신호를 도시한다.
도 16b는 사람이 장치 근처에 있지 않을 때 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 의해 검출된 예시적인 신호를 도시한다.

본 개시에 설명된 장치 및 방법은 개인의 머리 또는 신체에 전극을 부착하지 않고도 개인의 뇌파 활동을 모니터링할 수 있다. 본 개시에 설명된 바와 같이, 비접촉 센서는 머리나 신체의 피부에 닿지 않고 머리나 신체의 일부에 근접하게 배치될 수 있다. 예를 들어, 비접촉식 센서는 신체로부터 6인치 이상의 거리에서 사용될 수 있으며, 머리카락, 의복, 덮개(upholstery) 등과 같은 다양한 물질을 통과하여 EEG 신호를 얻을 수 있다. 또한, 본 개시에 설명된 뇌파를 모니터링하기 위한 장치 및 방법은 객체에게 신호 주입을 필요로 하지 않는다. 또한, 본 개시에 설명된 뇌파 모니터링 장치 및 방법은 스타트렉 티비 시리즈의 유명한 '트라이코더(Tricorder)'와 유사한 방식으로 신체의 어느 곳에서나 EEG 신호를 획득하는 데 사용될 수 있다.

실시예에서, 장치는 센서가 일반적으로 신호 처리와 분석 기능을 수행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 전자 회로에 유선 또는 무선으로 결합될 수 있는 단일 장치 또는 다중 장치에 통합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 센서를 포함하는 신체 지향 마운트는 개인의 머리 또는 신체를 향해 지향될 수 있고 신호 처리와 같은 분석을 수행하도록 구성된 별도의 프로세서와 통신할 수 있다. 대안의 실시예는 모든 데이터 수집, 신호 처리 및 분석 기능을 수행하는 머리 또는 신체를 향한 단일 독립형(self-contained) 유닛을 사용할 수 있다. 다른 실시예는 별도의 분석 컴퓨터와 통신하여 머리를 향하는 신체 지향 마운트를 사용한다. 또 다른 실시예는 모든 데이터 수집, 신호 처리 및 분석 기능을 수행하는 머리 아래의 신체로 지향하는 단일 독립형 유닛을 사용한다. 본원에 설명된 바와 같이, 실시예 중 어느 것도 모니터링되는 사람의 신체 또는 머리의 피부와 접촉하지 않는다.

뇌에 관한 연구에 따르면 EEG 신호에는 여러 주파수 대역에 속하는 리듬 활동으로 인한 신호를 포함하여 여러 성분이 포함되어 있는 것으로 밝혀졌다. 이처럼 다양한 주파수 대역 내의 신호에 대해 일반적으로 인정되는 용어에는 델타(최고 3Hz), 세타(4Hz 내지 8Hz), 알파(8Hz 내지 12Hz), 베타(12Hz 내지 약 30Hz) 및 감마(약 26Hz 내지 100Hz)가 포함된다. 이처럼 서로 다른 뇌파 신호는 동시에 조합되어 생성되지만, 특정 시점에서 신호가 지배적인(가장 강한) 주파수 대역은 사람의 의식 상태 또는 사람의 생리적 상태를 나타낸다.

예를 들어, 수면 중에 뇌는 최고 3Hz의 주파수 범위를 갖는 지배적인 느린 델타파를 생성한다. 이는 진폭이 가장 높은 경향이 있고 가장 느린 파동이다. 4Hz 내지 8Hz 주파수 범위의 세타파는 일반적으로 백일몽이나 황혼기 수면 또는 졸음과 관련이 있다. 8Hz 내지 12Hz 주파수 범위의 알파파는 이완을 나타낸다. 12Hz 내지 약 30Hz 주파수 범위의 베타파는 적극적인 사고 또는 각성과 관련이 있다. 약 26Hz 내지 100Hz 주파수 범위의 감마파는 특정 인지 또는 운동 기능을 수행할 목적으로 네트워크를 형성하기 위해 함께 동작하는 다양한 뉴런 집단의 응집력을 나타내는 것으로 이론화되었다. 두개골과 두피의 필터링 특성으로 인해 감마파는 일반적으로 개두술이 필요한 피질뇌파검사(ECoG)로 알려진 침습적 시술(invasive procedure)을 통해 노출된 뇌의 표면에 직접 배치된 전극을 사용하여 기록할 수 있다.

뇌 내 전기 활동을 모니터링하기 위한 신호 획득은 다양한 이유로 인해 인간의 머리, 일반적으로 두피에 부착된 전극의 사용으로 제한되어 왔다. 머리 상의 전극 배치는 다양한 이유로 제한될 수 있다. 일 실시예로서, 사람이 스포츠나 운동에 활동적인 경우 활동 중에 머리의 움직임이 인공물(artifact)을 생성하여 신호 획득 자체를 방해하기 때문에 머리 경계 EEG 전극을 사용하여 뇌 내의 전기 활동을 정확하게 모니터링할 수 없다. 전극을 움직이면 신호 입력/출력이 중단될 수 있다. 또한, 머리 부상이나 외상성 뇌 손상(TBI)이 있는 사람은 조직 손상으로 인해 머리에 설치된 센서를 견디지 못할 수도 있다. 차량에서 사용하기 위해 머리에 전극을 부착하는 것은 대중에 의해 거부되었다. 기존의 유선 EEG 획득 센서와 최신 소비자 헤드셋에 통합된 머리 피부에 접촉하거나 심지어 가까이 근접하더라도 소비자 시장에서 EEG 사용이 다소 금지된다. 예를 들어, 머리에 부착된 가시 전선으로 인한 위협적이거나 무서운 효과를 암시하는 부정적인 공상과학의(science fiction) 고정관념을 강화할 수 있다.

본원에 개시된 장치는 EEG 기반 바이오피드백 모니터링, 인지 상태 검출, 인간 감정 검출, 인지 부하 검출, 졸음 및 수면 검출 분야에서 특히 유용할 수 있다. 그러나 이는 예시일 뿐이지 제한은 아니다. 따라서, 본 발명의 실시예는 다양한 목적을 위해 사람의 뇌 내 전기 활동에 기초한 신호를 획득하고 분석하는 데 사용될 수 있다.

예를 들어, 장치는 자동차나 비행기와 같은 차량에서 차량 운전자의 주의/산만함을 검출하는 데 사용될 수 있다. 또한, 정보를 간략하게 저장하는 단기 기억과 정보가 장기 기억으로 자리잡기 전 최소한으로 처리하는 작업 기억의 균형 등 차량 운전자의 인지 부하를 측정하는 데에 사용될 수 있다. 인지 부하가 너무 크면, 즉 처리할 정보가 너무 많으면 차량 운전자의 수행이 저하될 수 있다. 여기에는 안전에 중요한 이벤트를 검출하는 운전자의 능력이 포함될 수 있다. 인지 과부하의 원인은 종종 최신 차량에 설계되어 있으며 인포테인먼트 시스템, 내비게이션 시스템, 통신 등이 포함될 수 있다. 이러한 장치는 이러한 장치와 상호 작용하기 위해 도로에서 눈을 움직여 주의가 산만해지면 치명적일 수 있다.

이 장치는 운전자의 졸음을 검출하기 위해 차량에서도 사용할 수 있다. 기존의 눈 검출 또는 안구 기술은 눈의 처짐과 눈 깜박임을 모니터링하여 졸음을 검출한다. 졸음이 실제로 검출되는 시점에는 운전자가 완전 수면에 매우 가까우므로 이러한 기술에 의한 검출은 너무 늦게 이루어지는 경우가 많다. 본 개시에 설명된 장치는 기존의 안구 기술보다 훨씬 빨리 졸음을 검출할 수 있는 잠재력이 있다.

또한, 장치(apparatus)는 디바이스(device)를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출된 뇌 활동을 기반으로, 장치는 운전자의 감정 상태에 기초하여 차량에서 재생되는 음악을 변경하거나, 운전자의 스트레스 수준을 모니터링하여 공기 온도를 변경하거나, 운전자의 인지 부하가 너무 클 경우에는 심지어 디지털 디스플레이를 단순화하는 데 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 장치는 시트의 헤드레스트와 같이 모니터링 대상 사람과 근접하게 되는 모든 것에 통합될 수 있다. 장치는 장치로부터 떨어진 거리, 예를 들어 10인치 떨어진 곳에 있는 개인의 비접촉 모니터링을 수행할 수 있다. 또한, 터번, 모자, 머리카락 등과 같은 물질은 신호 검출에 거의 영향을 미치지 않는다. 헤드레스트에 통합될 경우, 헤드레스트의 해당 부분은 전자기 간섭(EMI)을 최소화하는 소재 중에서 선택할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 장치는 임의의 활동을 나타내는 뇌파 활동을 측정하는 데 사용될 수 있다. 활동이 감지되면 장치는 추가 액션을 트리거할 수 있다. 예를 들어, 제품 '피치'(product 'pitch’) 동안과 같이 신제품을 보는 청중에 대한 반응을 모니터링하기 위해 장치를 헤드레스트에 배치할 수 있다. 예를 들어, 장치는 비디오 도박이 가능한 카지노의 헤드레스트에 배치하여 장치가 무관심을 검출하여 게임 자체를 수정하고 도박꾼을 의자에 더 오래 머물게 할 수 있다. 또한, 장치를 매트리스에 설치하여 잠자는 사람의 수면을 모니터링할 수 있으며(수동 모니터링), 잠자는 사람이 불면증을 겪고 있는 경우 태블릿, PC, 휴대폰 등의 앱을 제어함으로써 수면 뇌 패턴을 유도하여 잠들거나 계속 잘 수 있도록 할 수 있다. 또한, 장치는 사용자가 잠든 것을 감지하면 리클라이너(recliner)가 완전히 기울어질 수 있는 가구(및 일부 매트리스)에 배치될 수 있다. 스마트 홈이나 사무실 환경에서는 장치가 스마트 장치와 상호 작용할 수 있다. 예를 들어, 장치가 사람이 잠들었다는 것을 검출하는 경우, 장치는 다른 기기에 조명을 끄고, 문을 잠그고, TV를 끄고, 온도조절장치를 선호하는 수면 온도로 설정하도록 신호를 보낼 수 있다.

주의력 훈련 및 컴퓨터화된 훈련 장치에 사용되는 EEG 기반 바이오피드백의 구체적인 예는 "뇌파검사 기반 바이오피드백 시스템 및 방법"(Electroencephalograph Based Biofeedback System and Method)이라는 명칭의 Freer 미국 특허 제6,097,981호; "학습 기술 개선을 위한 뇌파검사 기반 바이오피드백 시스템"(Electroencephalograph Based Biofeedback System For Improving Learning Skills)이라는 명칭의 Freer 미국 특허 제6,402,520호 및 제6,626,676호; 및 "바이오피드백 및 인지 기술 훈련과 통합된 행동 수정 및 행동 과제 훈련을 위한 시스템 및 방법"(Systems and Methods for Behavioral Modification and Behavioral Task Training Integrated with Biofeedback and Cognitive Skills Training)이라는 제목의 Freer 미국 특허 출원 제2004/0230549호에 공개되어 있다. 인간 수행 훈련에 사용되는 EEG 기반 바이오피드백의 구체적인 예는 2008년 4월 30일에 출원된 "뇌파 모니터링을 사용하는 훈련 방법 및 장치"(Training Method and Apparatus Employing Brainwave Monitoring)라는 명칭의 Freer 미국 특허 출원 제12/112,528호에 공개되어 있다. 위의 모든 내용은 그 전체가 본 출원에 참조로 포함된다.

일반적으로 단일 뉴런은 시냅스 간극(cleft)에서 신경전달물질의 이온화에 의해 생성된 전기장이 너무 작아서 검출할 수 없기 때문에 EEG로 측정되지 않는다. 대신 EEG 신호는 수십만에서 수백만 개의 뉴런이 발사된 결과이다. 피라미드 뉴런은 피질 표면에 가깝고 공간적으로 정렬되어 있기 때문에 EEG 신호를 생성하는 것으로 의심된다. 따라서, EEG는 볼륨 전도(volume conduction)라고도 불리는 에너지 장을 생성하는 최소 수십만에서 수백만 개의 뉴런의 합계이다. 피질 표면에 가까운 세포에서 생성된 미세한 EEG 신호는 센서가 이를 검출하는 진피 표면에 도달하기 전에 다양한 매체(뇌척수액, 수막, 두개골 및 진피)를 통과해야 한다. 따라서, 최상의 환경에서도 오염되거나 번지거나 왜곡될 수 있다. 실제로, EEG는 뇌의 상층부(피질) 아래에서 발생하는 신경 활동을 제대로 측정하지 못한다. 또한, 활성 뇌 영역을 볼 수 있는 기능성 자기공명영상, 즉 기능성 MRI(fMRI)와 달리 EEG는 특정 반응에 의해 어떤 영역이 활성화되는지도 제안하려면 장기간의 분석이 필요하다.

그렇다면 EEG는 신호를 생성하는 뉴런의 넓은 영역을 포괄하는 에너지 장이다. 일반적으로 이러한 미세한 신호는 사람이 착용하는 스컬 캡(skull cap)에서와 같이 에너지 장 바로 위에 또는 에너지 장에서 밀리미터 떨어진 곳에 센서 플레이트를 배치하여 모니터링할 수 있다. 이 방법은 본질적으로 전체 에너지 장을 보는 기능을 포기하고, 대신 특정의 국소화된 데이터 포인트를 모니터링하려는 의도적인 시도에 중점을 둔다. 임상 용도의 경우 이는 특정 국소 부위가 이상, 기능 장애 또는 조절 장애를 진단하고 치료하는 데 필요한 뇌에 관한 고유한 정보를 제공한다고 믿기 때문에 매우 기능적이다. 일반적으로 임상 EEG에서 전자 장치는 각 단에서 이득이 낮은 다단으로 구성된다. 각각의 다단(예: 6 내지 10개의 증폭기 단)은 증폭과 2극 필터를 모두 제공하여 신호 대 잡음 비를 개선한다. 예를 들어 12극 필터와 동일한 6단의 2극 필터가 있다.

이러한 기존 EEG 획득, 즉 앰프-필터, 앰프-필터를 적층하는 방식은 국소 장 에너지를 모니터링하는 임상 용도에 가장 적합한 솔루션을 제공한다. 그러나 본 개시에 설명된 기술과 달리, 기존 EEG 획득은 머리 아래 신체로부터 EEG 신호를 획득하지 못하며, 심지어 신호가 손실되기 전에 머리로부터 몇 밀리미터 이상 떨어져 있는 곳에서도 신호를 획득하지 못한다. 이는 기존 임상 EEG 장치에서 밝혀진 앰프-필터, 앰프-필터 적층 방식의 고유한 신호 손실과 증가된 신호 대 잡음 비 때문이다. 본질적으로, 앰프-필터, 앰프-필터 적층 방식을 사용하면 머리에서 떨어진 곳에서 EEG를 측정하려고 하면 단순히 잡음을 증폭시키는 것이 된다. 따라서 기존 임상 EEG 장치는 머리 아래 신체의 EEG 신호를 구별할 수 없거나, 센서 플레이트가 1밀리미터 이상 떨어져 있으면 머리에서 EEG를 감지할 수 없다. 이는 머리 아래 신체나 머리로부터 상당한 거리에서 EEG를 측정하는 것이 불가능하다고 생각되었던 이유이기도 하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)의 예시적인 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 장치(22)는 3개의 증폭기(50, 51, 53)에 결합된 고역 통과 필터(60)를 포함할 수 있다. 또한, 2개의 초기 증폭기(50, 51)와 최종 증폭기(53) 사이에는 안티앨리어싱 필터(62)가 배치될 수 있다. 최종 증폭기(53)의 출력은 아날로그-디지털 변환기(ADC)(64)에 의해 수신되고 이어서 제어기/무선 송신기(70)로 전송된다. 위의 구성요소는 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)의 증폭기 및 무선 송신기 유닛(24)으로 집합적으로 그룹화된다.

장치(22)는 사람으로부터 EEG 데이터를 수집하고 고역 통과 필터(HPF)(60)에 결합되는 비접촉 센서(26 , 28)를 더 포함할 수 있다. 또한, 접지 또는 기준 전극(30)이 센서 어레이의 일부로서 포함될 수 있다. 비접촉 센서(26, 28)는 인간 객체로 DC 전류가 흐를 가능성을 줄이거나 방지하고 증폭기의 DC 입력 오프셋이 후속 단을 과도하게 구동하는 것을 방지하기 위해 고역 통과 필터(60)에 AC로 결합될 수 있다. 예를 들어, HPF 60은 전기화학적 반응으로 인해 전극과 피부 사이의 공간에서 발생할 수 있는 DC 오프셋을 차단할 수 있다. 이 시스템의 차단 주파수는 1Hz로 설정될 수 있으므로 1Hz보다 높은 모든 신호는 필터를 통과하지만, 1Hz 미만의 모든 신호는 60dB/데케이드만큼 감쇄된다. 이러한 방식은 60Hz를 포함한 모든 잡음을 대폭 증폭할 수 있다.

동작 시, 그리고 고역 통과 필터(60)를 통과한 후, 사람으로부터 감쇄된 EEG 원신호를 포함하는 제1 필터링 신호는 초기 일단 증폭기(50)에 의해 크게 증폭되어 제1 증폭 신호를 생성할 수 있다. 제1 증폭 단(50)은 예를 들어, 기존 시스템에서 수행되는 필터가 아니라 제2 증폭 단에 결합될 수 있는 73의 이득을 갖는 차동 계측 증폭기일 수 있다.

제2 증폭 단(51)은 제1 증폭 신호를 수신할 수 있고, 예를 들어 제1 단(50)에 AC 결합될 수 있는 101의 이득을 갖는 싱글-엔디드(single-ended) 반전 증폭기일 수 있다. 동작 시, 제2 증폭 단(51)은 모놀리식 스위치드 커패시터 집적 회로를 갖도록 구현될 수 있는 안티앨리어싱 필터(62)와 같은 8차 타원형 저역 통과 필터로 전송될 수 있는 제2 증폭 신호를 출력할 수 있다. 필터의 -3db 또는 코너 주파수는 베타 주파수 대역의 상한이기도 한 40Hz로 설정할 수 있다. 이 주파수 설정은 75Hz(샘플 레이트 = 150 샘플/초) 미만이므로 앤티앨리어싱 필터(62) 역할을 하여 ADC 샘플링 전에 나이퀴스트(Nyquist) 주파수 75Hz 이상의 성분과 50/60Hz AC 라인 잡음의 가장 큰 간섭 신호를 제거한다.

동작 시, 안티앨리어싱 필터(62)는 관심 주파수 대역 위에 있고 사람의 뇌 내 전기 활동과 관련이 없는 신호 주파수 성분을 감쇄하거나 최소화하도록 구성될 수 있다. 뇌 전기 활동과 관련이 없고 적절하지 않은 잠재적인 주파수 성분은 50Hz 또는 60Hz AC 전력선에서 결합된 신호이다. 일례로서, 차단 주파수가 20 내지 40Hz 범위 내인 저역 통과 필터가 적합할 수 있다. 더 구체적인 실시예에서, 저역 통과 필터(62)는 22Hz의 차단 주파수를 갖는 5차 스위치드 커패시터 저역 통과 필터이다. 도 1 실시예에서 관심 뇌파 신호 성분은 50Hz 또는 60Hz보다 훨씬 낮으며 22Hz 저역 통과 필터가 간단하고 효과적일 수 있다. 관심 뇌파 신호 성분의 주파수 범위가 50Hz 또는 60Hz를 포함하는 애플리케이션에서는 저역 통과 필터 대신 노치 필터를 사용할 수 있다.

안티앨리어싱 필터(62)는 예를 들어 안티앨리어싱 필터(62)에 결합된 AC인 2의 이득을 갖는 싱글-엔디드 반전 증폭기일 수 있는 제3 증폭 단(53)으로 전달될 수 있는 제2 필터링 신호를 출력한다. 제3 증폭 단(53)은 분석 신호를 ADC(64)로 전송할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용되는 ADC(64)는 12비트일 수 있고, 12비트 이진수는 0부터 2의 12승 빼기 1까지의 범위일 수 있으므로 0부터 4095까지 출력을 허용한다. ADC(64)(12비트)의 범위는 정밀도 670 microV의 2.7 V일 수 있다. 시스템의 총 이득은 14,746에서 필터 스테이지의 감쇄를 뺀 값이 될 수 있다. 이를 통해 센서 어레이 표면에서 50 나노볼트(nV)까지 EEG 신호를 검출할 수 있다('나노'는 10^-9의 인수를 나타내므로, 1 나노볼트 = 10^-9 볼트이다). 이를 통해 또한 센서 어레이 표면에서 50 나노와트(nW)까지 EEG 신호를 검출할 수 있다('나노'는 10^-9의 인수를 나타내므로 1 나노와트 = 10^-9 와트이다).

이는 밀리볼트(mV, 1/1000 또는 10^-3 볼트에 해당하는 전위차 단위)만 검출할 수 있는 기존 EEG 획득 기술과 큰 차이가 있다. 머리에 직접 부착하거나 머리에 매우 근접하게 부착된 센서를 사용하면 Hz당 볼트 제곱(V²/Hz)과 같은 단위로 보고되는, 전력 스펙트럼 대역 전력을 검출하기 위해 훨씬 적은 증폭이 필요하므로 이는 편의상의 문제일 수 있다. 센서가 검출하는 에너지에 근접해 있기 때문에 밀리볼트가 사용된다. 이는 뇌의 특정 영역에 국한된 에너지를 확인하기 위한 임상 적용에 필요하다.

ADC(64)의 출력은 분석 신호의 디지털 버전일 수 있으며 마이크로컨트롤러(70) 및 Bluetooth® 장치(32)와 같은 무선 송신기에 결합될 수 있다. 동작 시, 마이크로컨트롤러(70)는 분석 신호를 분석하여 특정 뇌파 활동에 대응하는 신호의 패턴을 인식할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러(70)는 모니터링되는 사람의 감정 상태, 인지 부하 상태, 피로도, 졸음 정도, 주의력, 각성 상태 등 개인의 정신 상태에 대응하는 분석 신호의 패턴을 식별할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(70)는 예를 들어 그 사람이 긍정적이거나 부정적인 움직임으로 머리를 움직일 때를 포함하여 비접촉 센서에 근접한 사람의 활동에 대응하는 분석 신호의 패턴을 식별할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(70)는 사람이 자신의 머리나 신체를 비접촉 센서 안팎으로 또는 그 근처로 움직이는 경우를 포함하여 비접촉 센서 근처에 있는 사람의 활동에 대응하는 분석 신호의 패턴을 식별하여 비접촉 뇌파검사(EEG) 장치가 비접촉 센서가 모니터링하는 공간이 점유되어 있는지 비어 있는지를 검출할 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러는 분석 신호에서 사람의 상태에 대응하는 패턴을 검출하기 위해 분석 신호에 대한 알고리즘을 실행하도록 구성될 수 있다. 즉, 마이크로컨트롤러(70)는 사람의 각 상태에 대한 알고리즘을 실행함으로써 서로 다른 주파수 대역 내에서 검출된 전기 신호에 기초하여 사람의 상태를 결정하도록 구성될 수 있다.

또한, 마이크로컨트롤러(70)는 분석 신호를 분석하여 인공지능(AI) 및/또는 머신러닝을 통해 사람의 상태에 대응하는 분석 신호의 패턴을 검출하고, 감정 감지를 활용하여 사람의 상태에 기초하여 차량의 성능을 변경하는 차량 콘텐츠 및 동작을 개인화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 컨트롤러(70)는 AI 및/또는 머신러닝을 통해 사람의 피로도 및/또는 졸음 정도를 결정하고, 사람의 피로도 및/또는 졸음 정도에 기초하여 사람에게 경고를 제공하도록 구성될 수 있다. 경고는 촉각 경고, 청각 경고, 시각 경고 중 적어도 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 마이크로컨트롤러(70)는 또한 사람에게 경고가 제공된 후 사람의 피로도 또는 졸음 정도 중 적어도 하나에 변화가 없는 것으로 결정하고, 차량이 안전한 지역에 정차하도록 제어할 수 있다.

마이크로컨트롤러(70)는 또한 사람의 상태를 결정하기 위해 알고리즘을 사용하고, 사람의 상태에 기초하여 사람에 대한 알고리즘을 자동 보정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사람의 상태 수준(예: 스트레스 없음, 가벼운 스트레스, 보통 스트레스 또는 높은 스트레스)을 결정하기 위해 알고리즘을 실행하면 알고리즘은 일정 시간에 걸쳐 기준선을 설정하는 대신 개인에 맞게 자동 보정된다. 이 기능은 일반적으로 소프트웨어가 동작하거나 현재 상태를 알기 전에 소프트웨어가 보정될 때까지 기다리지 않기 때문에 소비자에게 매우 필요하다. 둘째로, 시간을 절약하는 자동 보정 기능은 시간을 절약하므로 생명을 구할 수 있다. 예를 들어, 운전을 시작한 지 5 내지 10분이 아니라 차량을 움직이기 시작할 때 사람이 어떤 피로 상태에 있는지 아는 것이 매우 유익하다.

또한, 마이크로컨트롤러(70)는 검출된 EEG 데이터를 처리하고 필요에 따라 EEG 데이터를 다른 장치에 무선으로 전송하기 위해 증폭기 및 무선 송신기 유닛(24)의 구성요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 또한, 마이크로컨트롤러(70)의 제어 하에, 검출된 EEG 데이터는 다른 장치의 추가 처리 및/또는 제어를 위해 다른 장치로 전송될 수 있다.

본 개시에 설명된 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)는 이 시스템이 개인으로부터 10인치 이상 떨어진 곳(예: 개인으로부터 10인치 내지 36인치 떨어짐)에서 머리 또는 신체와 접촉 없이 머리 아래 신체로부터 EEG 신호를 얻도록 허용한다. 본 개시에 설명된 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)는 EEG 신호를 획득하기 위해 머리 또는 머리 아래 신체에 근접하거나 접촉할 필요가 없다. 크게 다른 기술은 뇌에서 나오는 모든 사용 가능한 장 에너지를 실시간으로 모니터링해야 한다. 기존 시스템과 비교할 때 이는 석유 시추와 금 채굴이 다른 바와 같이 간주될 수 있다. 즉, 제안된 시스템은 뇌에서 국부적인 정보를 얻기 위해 센서를 부착하는 대신에 뇌 정보의 모든 사용 가능한 전기장 데이터를 지속적으로 가져와 광범위한 처리를 통해 데이터를 사용 가능한 EEG 데이터로 파스(parse)할 수 있다.

또한, 본 개시에 설명된 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)는 믿을 수 없을 정도로 적은 양의 검출된 나노와트 및/또는 나노볼트 에너지를 사용 가능한 정보로 변환할 수 있다. 예를 들어, 얻은 값은 두 자리 64진수를 사용하여 10진수로 변환하고 2048을 빼서 정보를 -2048과 +2047 사이의 부호 있는(signed) 파형으로 재구성할 수 있다. 이는 0을 중심으로 하는 AC 파형이다. 그런 다음 사용 가능한 정보는 디지털 필터링 알고리즘, RMS(평균 제곱근) 알고리즘뿐만 아니라 뇌파 정보를 주의력, 불안 수준, 졸음 또는 뇌 상태의 다른 측정값으로 변환하도록 설계된 알고리즘과 같은 기타 알고리즘을 통해 전달될 수 있다. 따라서, 기존 시스템과 달리, 값은 원래 전압 측정에서 여러 번의 복잡한 변환 및 크기 조정 작업을 거쳤으며 더 이상 볼트 단위에 대한 간단한 선형 상관 관계가 없다.

비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)의 또 다른 특징은 볼륨 전도로부터 발생하는 EEG 장 에너지를 획득하기 위해 비접촉 센서 어레이를 사용한다는 점이다. 기존 시스템은 EEG 신호의 국소적 획득을 위해 단일 센서를 활용한다. 신호를 획득하려면 이러한 센서가 머리에 매우 가깝거나 머리에 직접 부착되어야 한다. 본 개시에 설명된 바와 같이, 비접촉 어레이는 단일 채널 전기장 검출 시스템으로 사용될 수 있다. 이 방법은 센서 어레이가 최대 10인치 이상의 뇌 신호를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 머리의 위치도 검출할 수 있다는 점에서 다른 시스템에 비해 뚜렷한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 헤드레스트에 장착된 경우 어레이는 시트 탑승자가 왼쪽, 오른쪽, 아래 또는 위를 보고 있는지 검출할 수 있다.

또한, 어레이를 사용하면 탑승자의 머리 움직임을 검출할 수도 있다. 비제한적인 실시예로서, 사람의 머리가 '아니요'에 대한 보편적 기호에서 왼쪽에서 오른쪽으로 흔들리면 머리가 어레이를 가로질러 왼쪽에서 오른쪽으로 또는 오른쪽에서 왼쪽으로 움직일 때 움직임은 독특한 물결 패턴을 생성한다. 또한, 탑승자가 고개를 끄덕여 '예'라고 표시하면 해당 움직임은 고유한 패턴을 생성한다. 따라서 차량에서는 운전자의 손이 운전대에서 떨어지거나 눈이 도로에서 떠나지 않고도 '예'와 '아니요'라는 명령을 인식할 수 있다.

본 개시에 설명된 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)의 또 다른 용도는 공항이나 호텔에서 스크리닝 장치로서 어레이를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어레이를 출입구의 스텐션에 배치할 수 있는 경우 장치를 사용하여 통과하는 개인의 불안, 스트레스 및/또는 기질을 측정할 수 있다. 마찬가지로, 헤드레스트나 시트백에 사용되는 경우 어레이는 시트 탑승자의 기질이나 조종사의 각성에 대해 비행 승무원에게 경고할 수 있다. 또한, 어레이는 자율주행 상황에서 유용할 수 있는 시트가 점유되어 있는지 또는 비어 있는지를 간단히 결정하는 데 사용될 수 있다.

도 1에서, 비접촉 센서(26, 28)는 전도성 젤 또는 페이스트를 필요로 하지 않고 신체와 물리적으로 접촉하지 않는 "건식" 전극과 같은 모든 유형의 비접촉 전극일 수 있을 뿐만 아니라 비접촉 또는 무접촉 생체전위 센서일 수 있다. 액티브 센서로서, 센서(26, 28)는 다양한 어레이로 구성되거나 전극의 크기와 모양이 다를 수 있다. 예를 들어, 다중 센서는 설계 고려 사항과 의도된 용도에 따라 동심 링이나 평행 바 패턴과 같은 다양한 패턴과 크기로 설계될 수 있다.

또한, 다중 센서 각각 또는 그 이상은 인쇄회로기판(PCB)의 형태일 수도 있다. 예를 들어, 다중 센서의 어레이는 표면적 증가로 인해 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하기 위해 안테나를 갖춘 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 포함할 수 있다. 다중 센서의 어레이에 결합된 증폭 장치는 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 증폭하여 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.

대칭 및/또는 비대칭 센서의 어레이는 뇌의 피질 표면을 가로질러, 생물학적 조직을 통해, 그리고 머리에서 떨어진 공간에서 전파되는 전자기장을 캡처할 수 있다.

대칭 어레이는 전기적으로 다층 소형 안테나이다. 각 층은 대칭이며 일반적으로 스택으로 배열된다. 스택은 1Hz에서 300Hz까지 뇌 출력의 기본 주파수에서 공진하여 안테나의 방사 효율을 높인다. 효과적인 필터링, 증폭, 차폐 및 적절한 기판을 사용하여 대칭 에레이를 쌓으면 뇌의 전자기장이 캡처될 수 있는 거리를 늘리는 동시에 각 층의 잡음을 줄일 수 있다. 뇌는 송신 안테나 역할을 한다. 대칭 어레이는 수신 안테나이다. 파 전파는 대칭형 송신 안테나와 수신 안테나 사이에서 자주 발생하는 문제이다. 파 전파는 파괴적인 다중 경로 간섭을 유발한다. 이는 무선 신호가 두 개 이상의 경로를 통해 수신 안테나에 도달하는 현상이다. 두 개 이상의 경로로 인해 복조 문제가 발생하고 부호 간 간섭(ISI)으로 알려진 비트가 중복될 수 있다. ISI에서는 데이터 손상으로 인해 신호 품질이 저하된다. 대칭형 어레이를 사용하면 ISI가 감소하고 신호 품질이 향상된다. 대칭형 설계 계층화(layering)의 특성이 본질적으로 파괴적인 다중 경로 간섭을 상쇄하기 때문이다.

뇌를 라디오 방송탑과 유사하게 생각한다면, 비대칭 안테나 어레이는 전파 잡음(와트)을 흡수하도록 단방향으로 설계되었기 때문에 무선 수신 안테나로 사용할 수 있다. 어레이는 효과적으로 전파 잡음 흡수 플랫폼 역할을 한다. 효과적인 필터링, 증폭, 차폐 및 적절한 기판을 사용하여 비대칭 어레이를 쌓으면 뇌의 전자기장이 캡처될 수 있는 거리를 늘리는 동시에 각 층의 소음을 줄일 수 있다. 각 비대칭 어레이는 여러 요소로 구성될 수 있다. 잡음을 줄여 거리를 늘리고 신호를 개선하려면 각 요소가 비대칭 안테나의 다른 요소와 관련된 공진 주파수와 거의 동일해야 한다.

동작 시, 센서 어레이는 EEG 데이터를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 수신된 신호의 방향성을 제공할 수 있다. 즉, 비접촉 센서 어레이(26, 28)는 머리나 신체의 다양한 부분으로부터 신호를 수신하는 것을 목표로 할 수 있다. 이는 단일 어레이에서 풍부한 EEG 데이터를 수집할 수 있다는 점에서 이 기술의 고유한 적용을 확고히 한다. 채널 용량을 추가하여 더 많은 센서 어레이를 추가하면 수집되는 정보의 양이 늘어날 수 있다. 이는 간섭계를 통해 더 높은 해상도를 제공하기 위해 단일 망원경으로 함께 동작하여 광활한 우주를 관찰하는 일련의 전파 망원경과 유사한다. 현재 시스템에서 이 기술의 장점은 지루하고 침습적이며 소비자 사용에 부적합한 스컬 캡을 사용하지 않고도 풍부한 임상 EEG 스컬 캡에서 EEG 데이터를 생성할 수 있다는 것이다. 또한, 여러 개의 비접촉 숨겨진 어레이(예: 5 내지 6개)를 사용하면 임상 스컬 캡에 종종 30 내지 60개 이상인 많은 센서의 필요성을 최소화할 수 있다. 둘째로, 이러한 어레이의 구성은 신호 충실도와 데이터 양을 증가시킬 뿐만 아니라 각 어레이 내에서 검출되는 신호 강도가 머리의 위치에 따라 달라지므로 인간 머리가 바라보는 방향을 확인하는 데에도 활용될 수 있다. 예를 들어, 움직이는 차량에서 운전자가 어디에 주의를 기울이고 있는지에 대한 이 정보는 필수적이다. 옆 창문 밖으로 전방 도로를 바라보거나 디스플레이 콘솔의 설계된 방해 요소(engineered distraction)를 바라보는 것은 비참한 결과를 낳을 수 있다.

비신체 접촉 지향성 EEG 장치(22)는 사람의 머리 또는 신체 일부 근처에 배치되도록 구성될 수 있다. 이의 다양한 특정 실시예가 도 4 내지 도 12를 참조하여 아래에서 상세히 설명된다. 따라서, 사용 중에 비접촉 센서(26, 28)는 적어도 사람 신체의 어느 부분에나 근접하게 배치된다. 비접촉 센서(26, 28)는 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 원신호("뇌파" 신호)를 생성한다. 이는 초기 신호가 하기와 같을 수 있기 때문에 본질적으로 무차별(brute force) 신호 수집 방법이다: a) 소스(뇌)로부터 아주 멀리, 아마도 머리에서 멀리 떨어져 있거나 신체(예: 어깨 또는 허리)로부터 수집되며 머리 기반 임상 유닛의 신호보다 상당히 작다. b) 가벼운 천이나 머리카락과 같은 물질을 통과하여 6 내지 10인치 거리에서 얻는다. c) 신체의 피부에서 6 내지 10인치 떨어진 곳에서 얻는다. d) 신체 피부에서 10 내지 36인치 거리에서 얻는다.

거리의 제곱으로 신호가 감소하므로 머리에서 멀리 떨어진 신체의 신호는 나노와트 및/또는 나노볼트 단위일 수 있다. 그렇다면, 실시예에서, 고역 통과 필터(60)에 수집된 미세한 신호는 평균 이득이 73인 일단 증폭기(50)에서 크게 증폭되어야 한다. 이 차동 계측 증폭기(50)는 평균 이득이 101인 연산 증폭기(51)(즉, ‘op-amp’)에 AC 결합된다. 그런 다음, 모놀리식 스위치드 커패시터 장치로 구현된 8차 저역 통과 필터인 안티앨리어싱 필터(62)가 적용될 수 있다. 이 기능의 -3db 주파수는 40Hz이며 이는 베타 주파수 대역의 상한이기도 하다. 안티앨리어싱 필터는 ADC 샘플링 전에 나이퀴스트 주파수 75Hz를 초과하는 성분을 제거할 수 있다. 그런 다음, 안티앨리어싱 필터(62)는 평균 이득이 2인 최종 증폭기(53)와 결합될 수 있다. 이 독특한 조합은 50 나노와트 및/또는 나노볼트까지 매우 강력한 EEG 검출기를 생성하므로 머리로부터 6인치를 넘는 거리에서 또는 접촉 없이 머리에서 떨어진 신체를 통해 지금까지 검출할 수 없었던 데이터를 검출할 기능을 제공한다.

도 1의 증폭기와 무선 송신기 유닛(24) 내의 다양한 요소들은 디지털과 아날로그 기술의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 더욱이, 증폭기와 무선 송신기 유닛(24)은 다양한 기능을 수행하기 위해 소프트웨어를 실행하는 마이크로컨트롤러(70)를 갖는 "지능형(intelligent)" 및 재프로그램 가능 장치로서 구현될 수 있다. 마이크로컨트롤러(70)는 무선 양방향 데이터 통신이 가능하여 "펌웨어"를 업데이트하는 것과 같이 증폭기와 무선 송신기 유닛의 기능 수정과 조정을 용이하게 한다.

단일 장치로 도시되어 있지만, 장치의 기능은 도 1에 도시된 증폭기 및 무선 송신기 유닛(24)과 같은 단일 장치의 사용을 통해 다양한 방식으로 달성되거나 대안으로 다수의 장치에 걸쳐 분산될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 뇌파 신호는 제1 장치에 의해 수집되어 처리를 위해 제2 장치로 전송될 수 있다.

도 2는 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 분석 신호를 생성하는 일반화된 장치(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 2의 장치(100)는 커패시터(106, 108)를 통해 증폭기(114)의 높은 임피던스 입력(110, 112)에 결합될 수 있는 활성 전극과 같은 2개의 대표적인 비접촉 센서(102, 104)를 포함할 수 있다. 비접촉 센서(102, 104)는 원시 뇌파 신호를 검출하기 위해 사람의 신체 일부에 근접하게 배치될 수 있다. 증폭기(114)는 필터(120)의 입력(118)에 결합된 출력(116)을 갖는다. 도 2의 신호 처리는 아날로그, 디지털 또는 이들의 조합일 수 있다.

필터(120)는 관심 주파수 성분과 관련이 없고 뇌 전기 활동과 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄한다. 필터(120)의 출력(122)에서 생성된 것은 추가 처리와 분석을 위한 뇌파 신호에 대응하는 분석 신호로 명명될 수 있으며, 분석 신호는 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함한다. 도 1의 필터(62)를 참조하여 전술한 바와 같이, 도 2의 필터(120)는 예를 들어 저역 통과 필터 또는 노치 필터일 수 있다. 필터(120)의 선택과 설계는 뇌 전기 활동과 관련이 있는 관심 주파수 성분뿐만 아니라 예상되는 특정의 관련이 없는 주파수 성분에 따라 달라진다. 필터(120)는 디지털 신호 처리(DSP) 기술을 사용하여 구현될 수 있고 적응적일 수 있다.

저역 통과 필터(120)의 출력(122)에서 "뇌파" 신호는 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 출력(122)에서 신호는 관련되지 않은 주파수 성분이 감쇄된, 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 분석 신호이다. 비접촉 센서(102, 104)는 원신호를 생성하기 위해 머리 아래 사람의 신체 부분에 적어도 근접하게 위치된다.

일반적으로 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분이 관심 있는 경우, 특히 델타파(최대 3Hz)를 포함한 주파수 성분이 관심 있는 경우 사람의 심장 박동(약 1Hz 내지 2Hz)에 대응하는 신호 성분은 특히 우려되는 관련이 없는 주파수 성분이다. 센서가 머리 아래 신체 일부에 연결되어 있는 경우 사람 심장의 전기 활동에 대응하는 관련되지 않은 주파수 성분의 크기가 특히 높다. 본원에 설명된 장치는 사람 심장의 전기 활동으로 인한 원신호의 신호 성분이 능동적으로 감쇄되는 시스템으로 구현될 수 있다. 이상적인 경우에는 사람 심장의 전기 활동으로 인한 신호 성분이 능동 상쇄를 통해 완전히 상쇄된다.

도 3은 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 분석 신호를 생성하기 위해 이러한 능동 감쇄를 사용하는 일반화된 장치(130)를 나타낸 것이다. 도 3의 장치(130)는 커패시터(136, 138)를 통해 증폭기(144)의 높은 임피던스 입력(140, 142)에 연결된 두 개의 대표적인 비접촉 센서(132, 134)를 다시 사용한다. 적어도 비접촉 센서(132, 134)는 원신호를 생성하기 위해 머리 아래 사람의 신체 부분에 근접하게 위치된다.

도 3의 증폭기(144)는 두 개의 신호 분기에 연결된 출력(146)을 갖는다. 하나의 분기는 합산 접합부(150)의 (+) 입력(148)에 연결되고, 다른 분기는 사람 심장의 전기 활동으로 인한 신호 성분을 추출하는 심박수 신호 추출기(154)의 입력(152)에 연결된다. 심박수 신호 추출기(154)의 출력(156)은 합산 접합부(150)의 (-) 입력(158)에 연결된다. 관련되지 않은 주파수 성분이 감쇄된 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함하는 분석 신호는 합산 접합부(150)의 출력(160)에서 생성된다.

따라서, 합산 접합부(150) 내에서 사람 심장의 전기 활동으로 인한 신호 성분이 적극적으로 감쇄된다. 다시 말하면, 이상적인 경우에는 사람 심장의 전기 활동으로 인한 신호 성분이 능동 상쇄를 통해 완전히 상쇄된다.

심박수 신호 추출기(154)는 사람 심장의 전기 활동으로 인해 발생하는 신호 성분을 인식, 분리 및 추적하기 위해 디지털 신호 처리(DSP) 기술을 사용할 수 있다. 심박수 모니터는 사람의 하트비트 또는 심박수를 인식하고 추적할 수 있으며 일반적으로 디지털 디스플레이를 제시한다. 이렇게 인식되고, 격리되고, 추적된 신호는 심박수 신호 추출기(154)의 출력으로 제공된다. 적절한 크기 조정을 통해 사람 심장의 전기 활동으로 인한 주파수 또는 신호 성분을 감쇄하거나 상쇄할 수 있다. 따라서, 합산 접합부(150)의 출력(160)에서 사람 심장의 전기 활동을 포함하지 않는 뇌파 신호가 생성될 수 있다.

다시 말하면, 합산 접합부(150)의 출력(160)에서 뇌파 신호는 다양한 목적으로 사용될 수 있다. 출력(160)에서 신호는 감쇄된 관련되지 않은 주파수 성분과 함께 뇌 전기 활동과 관련이 있는 주파수 성분을 포함한다. 다시 말하면, 중요한 것은 원신호를 생성하기 위해 적어도 센서(132, 134)가 머리 아래 사람의 신체 부분에 근접하게 위치한다는 것이다.

도 3의 심박수 신호 추출기(154) 및 합산 접합부에 대한 대안으로서, 도 2의 토폴로지를 사용하여 유사한 기능을 제공할 수 있다. 더 구체적으로, 도 2 필터(120)는 사람 심장의 전기 활동뿐만 아니라 뇌의 전기 활동과 관련이 없고 적절하지 않은 다른 신호(예: 결합된 50Hz 또는 60Hz AC 전력선 신호)로 인해 발생하는 신호 성분을 감쇄하도록 프로그래밍된 적응형 DSP 필터일 수 있다.

사람 심장의 전기 활동으로 인해 발생하는 신호 성분은 본 발명의 실시예에서 적어도 두 가지 다른 목적으로 사용될 수 있다. 이러한 다른 목적 중 하나는 신체 방향 장치, 특히 비접촉 센서(26 및 28, 102 및 104 또는 132 및 134)가 실제로 사람의 신체(편의상 집합적으로 "존재"라고 함)를 지향하지만 접촉하지 않거나 달리 기능적으로 근접하게 지향되도록 하는 것이다. 그러한 존재를 확인하는 것은 뇌파 주파수 대역 내에서 감지된 신호 성분이 실제로 뇌파를 대표하고 주변 공급원(environmental source)에서 결합된 표유(stray) 신호의 결과가 아닌지 확인하기 위해, 즉 EEG 신호가 수집되고 있는지 검증하기 위해 사용될 수 있다. 사람 심장의 전기 활동으로 인해 발생하는 신호 성분 없음이 존재가 없음을 나타낼 때 저전력 "대기" 모드로 진입함으로써 이러한 존재를 확인하는 것을 사용하여 배터리 수명을 보존할 수도 있다.

또 다른 목적은 사람의 인지 및 생리학적 상태에 대한 더 포괄적인 분석과 표시를 위해 뇌 전기 활동(즉, EEG)과 사람 심장의 전기 활동(즉, EKG)으로 인한 표시를 결합하는 것이다. 따라서 본 발명의 실시예는 더 포괄적인 생리학적 상태 모니터링을 위한 이중 기술 접근법(EEG 및 EKG)에 대한 기반을 제공한다.

도 4 내지 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 사람과 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 사용하는 실시예를 도시한다.

비신체 접촉 지향성 EEG 장치(172) 또는 적어도 도 4와 도 5의 비접촉 센서(198, 199)는 사람(174)의 머리 부분에 대한 방향 조준을 위해 구성된다. 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(170)는 적어도 비접촉 센서(198, 199), 기준 전극(196)은 물론 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)을 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 머리(176)에 대한 장치의 방향 조준을 위해 구성된 하우징(170)의 형태를 취한다(도 4). 도 5에 도시된 바와 같이, 비접촉 센서(198, 199)는 사람(174)이 앉아 있는 시트의 헤드레스트(180) 부분(도 5)에 통합되어 사람(174)의 뇌파 활동을 검출할 수 있다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(172) 또는 적어도 비접촉 센서(198, 199)는 사람(174)의 등(181) 부분을 방향 조준하도록 구성될 수 있다. 다시 말하면, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(170)는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)뿐만 아니라 적어도 비접촉 센서(198, 199)를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 사람(174)의 등(181)(도 6) 또는 목 뒤(182)(도 7)에 대한 장치의 방향 조준을 위해 구성된 하우징(170)의 형태를 취한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 비접촉 센서(198, 199)는 사람(174)이 앉아 있는 시트에 통합되어 사람(174)의 뇌파 활동을 검출할 수 있다.

도 1에서 접지 전극(30)에 대응하는 접지 전극(196)을 또한 포함할 수 있는 도 1을 참조하여 전술한 센서(26, 28)에 대응하는 한 쌍의 비접촉 센서(198, 199)가 하우징(170)에 의해 결합 및/또는 지지된다. 센서(198, 199)는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)에 전기적으로 결합될 수 있고 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 동작할 수 있다. 따라서, 센서(198, 199)는 사용 중에 적어도 사람의 머리(174) 부분(도 5) 또는 신체 뒤쪽(182)(도 6)에 근접하게 배치된다.

도 8 및 도 9에서, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치는 사람(174)의 머리(176) 부분에 인접하게 배치되도록 구성될 수 있다. 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(170)는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)에 대한 구조적 지지를 제공하고, 비접촉 센서(196, 198)는 사람(174)의 머리(176) 방향을 위해 구성된 자동차 선바이저(184)에 통합될 수 있다.

도 9에서, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치 또는 적어도 비접촉 센서(198, 199)가 사람(174)의 머리(176)에 근접하게 배치되도록 구성될 수 있는 실시예를 설명한다. 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)뿐만 아니라 비접촉 센서(198, 199)를 포함하는 비신체 접촉 방향성 EEG 장치(170)는 예를 들어 사람(174)의 머리(176)를 향한 방향으로 구성된 자동차 내부 천장(185)에 통합될 수 있다.

도 1을 참조하여 전술한 비접촉 센서(26, 28)에 대응하는 한 쌍의 능동형 비접촉 센서(198, 199)는 도 8 및 도 9의 바이저와 천장 배치에 의해 또한 지지되며, 이는 도 1의 접지 전극(30)에 대응하는 접지 전극(196)을 포함할 수 있다. 비접촉 센서(198, 199)는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)에 전기적으로 연결되고, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 동작한다. 따라서, 비접촉 센서(198, 199)는 사용 중에 적어도 머리(176) 근처 사람(174)의 신체 부분에 근접하게 배치되어 사람(174)의 뇌파 활동을 검출한다.

도 10은 예를 들어 자동차(186)의 시트를 통해 사람과 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 사용하는 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, EEG 장치(170)의 센서는 사람(174)의 둔근(177)으로부터 신호를 검출하도록 지시된다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 사람에게 사용하는 실시예를 도시한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(170) 또는 적어도 비접촉 센서(198, 199)는 머리 아래 사람(174)의 신체 일부에 근접하게 배치되도록 구성된다. 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(170)는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)에 대한 구조적 지지를 제공하며, 더 구체적으로는 사람(174)의 신체 근처에 배치하기 위한 스텐션(187)의 형태를 취한다(도 11).

도 12의 예시적인 실시예에서, 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)은 무선 핸드헬드 비신체 접촉 지향성 EEG 장치의 일체형 부분이거나 분리 가능한 요소일 수 있다. 휴대용 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(188)의 내부 표면에는 도 1을 참조하여 전술한 비접촉 센서(26, 28)에 대응하는 한 쌍의 비접촉 센서(198, 199)가 있다. 도 12에서, 센서는 보이지 않지만, 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)의 일반적인 위치에서 핸드헬드 유닛(188)의 내부 표면에 위치할 수 있다. 비접촉 센서(198, 199)를 포함하는 센서는 증폭기와 무선 송신기 유닛(172)에 전기적으로 연결되고, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 동작한다. 동작 시, 비접촉 센서(198, 199)는 적어도 사람(174)의 머리 아래 신체 부분 및/또는 머리(176)에 근접하게 배치된다(도 12).

또한, 도 12에 도시된 실시예는 모든 데이터 수집, 신호 처리 및 분석 기능이 사람의 신체 또는 머리에 근접하게 배치된 단일 독립형 유닛에서 구현되는 대안의 실시예를 도시한다. 도 12의 장치(188) 상의 디스플레이에 의해 표현된 바와 같이, 신호 처리는 관심 있는 다양한 뇌파 주파수 대역에서 뇌파 활동의 크기 표시를 결정하고 구동하기 위해 사용될 수 있다. 도 12에서, 디스플레이는 "세타", "알파" 및 "베타" 주파수 대역에서 뇌파 활동의 크기를 나타낸다. 또는, 개인의 주의 수준이나 기타 측정값에 대한 단일 표시가 제공될 수 있다. 어느 경우든, 사전 프로그래밍된 특정 임계값이 초과되거나 도달되지 않은 시기를 나타내기 위해 청각 신호 또는 촉각 반응이 사용될 수도 있으며, 이에 따라 사용자에게 생리적 변화가 필요함을 경고한다.

도 13a는 다수의 비접촉 센서가 배열될 수 있는 예시적인 3개의 바 어레이 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 센서(1310, 1320, 1330)는 헤드레스트(1300) 내에 평행 바로 배치되어 장치(1340)에 결합된다. 따라서, 사람이 시트에 앉을 때, 사람의 머리는 자연스럽게 헤드레스트(1300)에 인접하여 위치하게 되며, 이에 따라 센서(1310, 1320, 1330)도 인접하여 위치하게 된다. 헤드레스트(1300)와 바 어레이는 센서(1310, 1320, 1330)의 검출 능력을 방해하지 않는 재료로 덮일 수 있다. 물론, 센서(1310, 1320, 1330)의 바 어레이 구성은 적용에 따라 임의의 수의 다른 항목에 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 13b는 다수의 비접촉 센서가 배열될 수 있는 예시적인 동심 링 어레이 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 센서(1310, 1320, 1330)는 시트의 헤드레스트(1300) 내에 동심 링으로 배열되고 장치(1340)에 결합된다. 따라서, 사람이 시트에 앉을 때, 사람의 머리는 자연스럽게 헤드레스트(1300)에 인접하여 위치하게 되며, 이에 따라 센서(1310, 1320, 1330)도 인접하여 위치하게 된다. 위와 유사하게, 센서(1310, 1320, 1330)의 동심 링 어레이 구성은 적용에 따라 임의의 수의 항목에 적용되고 통합될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

센서(1310, 1320, 1330)의 동심 링 어레이 구성은 구성이 고도로 방향성일 수 있다는 점을 포함하여 많은 이점을 포함한다. 따라서, 동심 링 어레이를 사람의 머리나 신체의 특정 부분에 조준할 수 있을 뿐만 아니라 사람의 머리의 방향이나 움직임도 검출할 수 있다. 그런 다음, 검출된 방향이나 움직임은 움직임을 인식하고 다른 장치를 제어하기 위해 추가 프로세스가 될 수 있다. 또한, 동심 링 어레이 구성은 센서가 헤드레스트(1300)와 같은 항목에 조밀하게 배치되는 것을 허용한다. 헤드레스트(1300)의 예에서 제곱 인치당 더 많은 센서 재료는 사람으로부터 원신호를 검출하는 센서의 능력을 증가시킬 수 있다.

도 14a는 사람 근처에 위치하는 적어도 센서를 갖는 예시적인 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다. 이 실시예에서, 헤드레스트(1400)에는 센서(1410)의 동심 링 어레이 구성이 장착된다. 센서(1410)는 센서(1410)에 근접하거나 멀리 위치할 수 있는 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 결합된다. 사람(1450)이 앉을 때 머리는 헤드레스트(1400)에 인접하게 위치하므로, 센서(1410)는 사람(1450)으로부터 원시 뇌파 활동 신호를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같이, 센서(1410)의 동심 링 어레이 구성은 센서(1410)에 의해 검출된 신호가 사람의 머리와 같은 신호를 방출하는 물체의 방향이 변함에 따라 변할 수 있다는 점에서 지향성이 있을 수 있다. 따라서, 사람(1450)이 "예" 동작으로 고개를 끄덕임에 따라(화살표 1460), 센서(1410)에 의해 검출된 신호가 달라질 수 있다. 머리의 이러한 특정 움직임은 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(1420)가 식별할 수 있는 특정 서명을 가질 수 있는 신호의 변화를 유발할 수 있다. 이 실시예에서, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(1420)는 신호의 시그너처(signature)를 긍정적인 몸짓 또는 응답으로 식별할 수 있다.

일단 검출되면, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(1420)는 검출된 응답을 실행하거나 다른 장치에 전달하여 몸짓과 일치하는 후속 액션을 할 수 있다. 예를 들어, 자동차 설정에서 자동화는 운전자에게 운전 중에 걸려오는 전화를 받을지 여부를 물을 수 있다. 사람(1450)이 긍정적인 몸짓으로 응답하면 통화가 자동으로 연결될 수 있다. 그렇지 않으면 통화가 거부될 수 있다.

도 14b는 센서(1410)에 의해 검출될 수 있는 예시적인 신호(1460)를 도시한다. 이 실시예에서, 신호(1460)는 센서(1410)에 근접한 사람(1450)의 특정 행동에 대응하는 시그너처 패턴을 식별하도록 처리될 수 있다. 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 긍정적 몸짓 또는 응답에 대응하는 신호(1460) 부분은 "예" 동작(1470)으로 식별된다. 다시 말하면, 일단 식별되면, 검출된 "예" 동작(1470)이 기록될 수 있고/있거나 추가 이벤트를 지시하는 데 사용될 수 있다.

위의 도 14a와 유사한 방식으로, 도 15a는 사람 근처에 위치하는 예시적인 비신체 접촉 지향성 EEG 장치를 도시한다. 다시 말하면, 헤드레스트(1500)에는 센서(1510)의 동심 링 어레이 구성이 장착된다. 센서(1510)는 뇌파 활동 신호를 검출하는 센서(1510)에 근접하거나 멀리 위치할 수 있는 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 결합된다.

이 실시예에서, 사람(1550)이 "아니요" 동작으로 머리를 움직일 때(화살표 1560), 센서(1510)에 의해 검출된 신호가 달라질 수 있다. 이 실시예에서, 비신체 접촉 지향성 EEG 장치(1520)는 신호의 시그너처를 부정적인 몸짓 또는 응답으로 식별할 수 있다.

도 15b는 센서(1510)에 의해 검출될 수 있는 예시적인 신호(1560)를 도시한다. 다시 말하면, 신호(1560)는 사람의 특정 행동에 대응하는 시그너처 패턴을 식별하기 위해 처리될 수 있다. 도시된 바와 같이, 위에서 설명한 부정적인 몸짓 또는 응답에 대응하는 신호(1560)의 부분은 "아니요" 동작(1570)으로 식별된다. 일단 식별되면, 검출된 "아니요" 동작(1570)이 기록될 수 있고/있거나 추가 이벤트를 지시하는 데 사용될 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 각각 사람이 장치에 근접하거나 근접하지 않을 때 비신체 접촉 지향성 EEG 장치에 의해 검출된 신호를 도시한다. 이러한 검출은 의자에 앉아 있는 것과 같은, 공간에 사람이 존재하는지 여부를 아는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 도 16a에서 검출된 신호(1610)(세타 대역)는 사람이 센서 근처에 존재함을 나타내는 시그너처 패턴을 갖는 반면, 도 16b에서 검출된 신호(1620)는 사람이 센서 근처에 존재하지 않음을 나타내는 다른 시그너처 패턴을 갖는다. 서로 다른 신호 패턴은 크기 및/또는 주파수 패턴이 다를 수 있으며 비신체 접촉 지향성 EEG 장치로 식별할 수 있다. 일단 식별되면 추가 이벤트를 지시하기 위해 기록 및/또는 사용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 본원에 도시되고 설명되었지만, 당업자라면 수많은 수정 및 변경이 일어날 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 모든 그러한 변경 및 변화를 포함하도록 의도된 것으로 이해되어야 한다.

Claims

사람의 뇌에서 발생하는 전기 활동 모니터링 장치로서,
복수의 비접촉 센서의 어레이로서, 각각의 상기 비접촉 센서는 상기 사람과의 접촉 없이 상기 사람의 상기 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호 검출하도록 구성되고, 각각의 상기 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 상기 사람으로부터 분리되며, 각각의 상기 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 상기 비접촉 센서는 상기 사람의 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 상기 어레이 내에 배치되고,
상기 어레이 내 각각의 상기 복수의 비접촉 센서는 서로 다른 주파수 대역 내의 상기 전기 신호를 검출하도록 구성되고,
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이는 상기 사람으로부터 10인치 내지 36인치 떨어진 곳에서 상기 전기 신호를 검출하도록 구성되는, 복수의 비접촉 센서의 어레이; 및
상기 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 상기 검출된 전기 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭함으로써 상기 사람의 상기 뇌에서 생성된 상기 전기 신호에 대응하는 상기 분석 신호를 발생하도록 구성되는 상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 결합된 증폭 장치를 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 서로 다른 주파수 대역은 3Hz 이하의 주파수를 갖는 델타 대역, 4Hz 내지 8Hz의 주파수를 갖는 세타 대역, 12Hz 내지 30Hz의 주파수를 갖는 알파 대역 및 26Hz 내지 100Hz의 주파수를 갖는 감마 대역을 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 증폭 장치는,
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 결합되어 제1 필터링 신호를 발생하도록 구성된 고역 통과 필터;
상기 고역 통과 필터로부터 상기 제1 필터링 신호를 수신하여 제1 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제1 증폭기;
상기 제1 증폭기로부터 상기 제1 증폭 신호를 수신하여 제2 증폭 신호를 발생하도록 구성된 제2 증폭기;
상기 제2 증폭기로부터 상기 제2 증폭 신호를 수신하여 제2 필터링 신호를 발생하도록 구성된 저역 통과 필터;
상기 저역 통과 필터로부터 상기 제2 필터링 신호를 수신하여 상기 분석 신호를 발생하도록 구성된 제3 증폭기; 및
상기 제3 증폭기로부터 상기 분석 신호를 수신하여 상기 분석 신호를 디지털화하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 사람의 상태에 대응하는 상기 분석 신호의 패턴을 검출하기 위해 상기 분석 신호에 대해 알고리즘을 실행하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제4항에 있어서, 상기 사람의 상기 상태는, 상기 사람의 감정 상태, 인지 부하 상태, 피로도, 졸음 정도, 주의력 및 각성 상태 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 사람의 각 상태에 대해 상기 알고리즘을 실행함으로써 상기 서로 다른 주파수 대역 내에서 상기 검출된 전기 신호에 기초하여 상기 사람의 상기 상태를 결정하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제4항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 사람의 미리 결정된 상태에 대응하는 패턴을 검출하는 경우, 상기 프로세서는 후속 액션을 하기 위해 다른 장치로 액션 신호를 전송하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서,
상기 분석 신호를 분석하여 상기 분석 신호에서 상기 사람의 활동에 대응하는 패턴을 검출하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제7항에 있어서, 상기 사람의 상기 활동은 긍정적인 몸짓 또는 부정적인 몸짓으로 상기 사람의 상기 머리를 움직이는 것을 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제7항에 있어서, 상기 사람의 상기 활동은, 상기 비접촉 센서에 의해 모니터링되는 공간이 상기 사람에 의해 점유되어 있는지 또는 점유되어 있지 않은지를 상기 장치가 각각 검출하도록, 상기 사람의 상기 머리 또는 신체를 움직이는 것을 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제7항에 있어서, 상기 프로세서가 상기 사람의 상기 활동에 대응하는 상기 패턴을 검출하는 경우, 상기 프로세서는 후속 액션을 하기 위해 다른 장치로 액션 신호를 전송하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 비접촉 센서는 상기 사람의 상기 머리로부터 원격 위치하되, 상기 사람의 목, 등 및 둔근 중 적어도 하나에 인접하여 위치하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 비접촉 센서는 바(bar) 구성 및 동심 링 구성 중 적어도 하나로 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제3항에 있어서, 상기 고역 통과 필터는 상기 검출된 전기 신호 중 제1 차단 주파수보다 낮은 주파수 성분을 감쇄하여 상기 제1 필터링 신호를 발생하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제13항에 있어서, 상기 제1 증폭기는, 상기 제1 필터링 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 성분을 증폭하여 상기 제1 증폭 신호를 발생하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제14항에 있어서, 상기 제2 증폭기는, 상기 제1 필터링 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 상기 성분을 증폭하여 상기 제2 증폭 신호를 발생하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제15항에 있어서, 상기 저역 통과 필터는, 상기 제2 증폭 신호 중 제2 차단 주파수보다 높은 주파수 성분을 감쇄하여 상기 제2 필터링 신호를 발생하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제16항에 있어서, 상기 제3 증폭기는, 상기 제2 필터링 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 성분을 증폭하여 상기 분석 신호를 발생하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는 청각, 시각 또는 촉각 피드백을 통해 상기 사람의 상기 머리의 위치에 따라 상기 어레이에 의해 검출된 상기 전기 신호의 신호 강도의 변화에 기초하여 상기 사람에게 헤드레스트를 최대 보호 위치로 조정하게 유도하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제18항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 전기 신호 중 최대 신호 강도를 획득하기 위해 상기 어레이 내 상기 복수의 비접촉 센서를 기계적으로 조정하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제19항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 헤드레스트로부터 다양한 거리에서 상기 전기 신호 중 상기 최대 신호 강도를 획득하기 위해 디지털 및 아날로그 프로세스를 수정하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 검출된 전기 신호의 복수의 파동 중 적어도 제1 파동을 정확히 1/2 파장만큼 지연하고, 신경 주파수 대역에서 상기 복수의 파동 중 적어도 제2 파동의 피크와 트로프(trough)를 매칭하고, 상기 제1 파동의 진폭과 상기 제2 파동의 진폭 사이의 차이를 계산하여 상기 검출된 전기 신호의 잡음을 감소하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이는 표면적이 증가한 것으로 인해 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하기 위한 안테나를 갖춘 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제22항에 있어서, 상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 결합된 상기 증폭 장치는 상기 대칭 또는 비대칭 회로 기판의 층을 증폭하여 더 먼 거리에서 신경 신호를 획득하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제4항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 분석 신호를 분석하여 인공지능(AI) 및/또는 머신러닝을 통해 상기 사람의 상태에 대응하는 상기 분석 신호의 패턴을 검출하고,
감정 감지를 활용하여 상기 사람의 상기 상태에 기초하여 차량의 성능을 변경하는 상기 차량 콘텐츠 및 동작을 개인화하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제24항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 AI 및/또는 상기 머신러닝을 통해 상기 사람의 피로도 또는 졸음 정도 중 적어도 하나를 결정하고,
상기 사람의 상기 피로도 또는 상기 졸음 정도 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 사람에게 경고를 제공하도록 더 구성되며, 상기 경고는 촉각 경고, 청각 경고 또는 시각 경고 중 적어도 하나인, 전기 활동 모니터링 장치.
제25항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 경고가 상기 사람에게 제공된 후에 상기 사람의 상기 피로도 또는 상기 졸음 정도 중 적어도 하나가 변하지 않았음을 결정하고,
상기 차량을 제어하여 안전한 지역으로 정차(pull over)하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제5항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 사람의 상기 결정된 상태에 기초하여 다른 장치를 제어하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제3항에 있어서, 상기 저역 통과 필터는 모놀리식 스위치드 커패시터 소자로 구현된 8차(8th order) 저역 통과 필터인 안티앨리어싱(antialiasing) 필터인, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 복수의 비접촉 센서의 5개 또는 6개의 어레이를 더 포함하는, 전기 활동 모니터링 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 증폭기는 평균 이득 73의 일단(single stage) 증폭기이고, 상기 제2 증폭기는 평균 이득 101의 연산 증폭기이고, 상기 제3 증폭기는 평균 이득 2의 증폭기인, 전기 활동 모니터링 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 사람의 상기 머리의 위치에 따라 상기 어레이에 의해 검출된 신호 강도의 변화에 기초하여 상기 사람의 상기 머리의 방향을 결정하도록 더 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
제5항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 알고리즘을 사용하여 상기 사람의 상기 상태를 결정하고, 상기 사람의 상기 상태에 기초하여 상기 알고리즘을 상기 사람에게 자동 보정하도록 구성되는, 전기 활동 모니터링 장치.
뇌에서 발생하는 전기 활동 모니터링 방법으로서,
사람과의 접촉 없이 상기 사람의 상기 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호를 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해 검출하는 단계로서, 상기 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 상기 사람과 분리되고, 각각의 상기 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 상기 비접촉 센서는 상기 사람의 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 상기 어레이 내에 배치되는, 검출하는 단계;
상기 어레이 내 각각의 상기 복수의 비접촉 센서에 의해 서로 다른 주파수 대역 내의 상기 전기 신호를 검출하는 단계;
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 의해, 상기 사람으로부터 10인치 내지 36인치 떨어진 곳에서 상기 전기 신호를 검출하는 단계; 및
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 결합된 증폭 장치에 의해, 상기 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 상기 검출된 전기 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭함으로써, 상기 사람의 상기 뇌에서 생성된 상기 전기 신호에 대응하는 상기 분석 신호를 발생하는 단계를 포함하는, 전기 활동 모니터링 방법.
컴퓨터에 의해 실행될 때, 머리를 포함한 신체를 가진 사람의 생리적 상태를 모니터링하는 방법을 상기 컴퓨터로 하여금 수행하게 하는 컴퓨터 판독 가능 명령어를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 방법은,
상기 사람과의 접촉 없이 상기 사람의 뇌에서 생성되는 50 나노와트(nW)까지의 전기 신호를 복수의 비접촉 센서의 어레이에 의해 검출하는 단계로서, 상기 비접촉 센서는 비접촉으로 구성된 외부 물체에 부착되어 사용 중에 상기 사람과 분리되고, 각각의 상기 비접촉 센서는 인쇄회로기판(PCB) 형태의 건식 전극 또는 비접촉 생체전위 센서 중 적어도 하나이고, 각각의 상기 비접촉 센서는 상기 사람의 상기 머리의 복수의 상이한 배향을 수용하기 위해 상기 어레이 내에 배치되는, 검출하는 단계;
상기 어레이 내 각각의 상기 복수의 비접촉 센서에 의해 서로 다른 주파수 대역 내의 상기 전기 신호를 검출하는 단계;
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 의해, 상기 사람으로부터 10인치 내지 36인치 떨어진 곳에서 상기 전기 신호를 검출하는 단계; 및
상기 복수의 비접촉 센서의 상기 어레이에 결합된 증폭 장치에 의해, 상기 검출된 전기 신호 중 분석 신호와 관련이 없는 주파수 성분을 감쇄하면서, 상기 검출된 전기 신호 중 상기 분석 신호와 관련이 있는 주파수 성분을 증폭함으로써, 상기 사람의 상기 뇌에서 생성된 상기 전기 신호에 대응하는 상기 분석 신호를 발생하는 단계를 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.