WO2020013396A1 - 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템 및 방법 - Google Patents

청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템 및 방법 Download PDF

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WO2020013396A1
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signal
auditory
auditory stimulus
stimulus
control
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PCT/KR2018/014323
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강석환
박진혁
권현진
이영호
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가천대학교 산학협력단
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
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    • A61B5/374—Detecting the frequency distribution of signals, e.g. detecting delta, theta, alpha, beta or gamma waves
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    • A61M2230/00—Measuring parameters of the user
    • A61M2230/08—Other bio-electrical signals
    • A61M2230/10—Electroencephalographic signals

Definitions

  • the present invention relates to a system and method for strengthening attention concentration through auditory stimulation, and more specifically, to a user based on the brain wave of a user who applies a binaural beat-based auditory stimulus having an attention concentration inducing effect and simultaneously measures the user's brain waves.
  • a system and method for enhancing attention concentration to control stimulation are described in detail below.
  • Electroencephalogram is a measurement of the current generated by the electrodes attached to the scalp when a person thinks or acts about something and uses the neurotransmitters at the synapses in the brain to transmit information. Means that.
  • brain waves are delta waves (0.2-4 Hz), theta waves (4-8 Hz), alpha waves (8-13 Hz), beta waves (13-30 Hz), and gamma waves (30-50 Hz), in the order of low to high frequency, depending on frequency. Can be classified as).
  • the EEG in each frequency band has different characteristics, which can be used to determine the state of mental activity and attention of a person.
  • SMR waves (12-15 Hz) are brain waves representing a high concentration state, which is suitable for measuring attention.
  • Neurofeedback is a biofeedback technology that controls biosignals.
  • the neurofeedback refers to a process of inducing an electroencephalogram device to generate an electroencephalogram in a desired direction by using a signal obtained by measuring an electroencephalogram generated in a user's brain.
  • Neurofeedback is currently being used to improve brain-related potential or to improve clinical symptoms in patients.
  • neurofeedback training to enhance concentration was mainly provided as content based on visual stimulation.
  • this training has a limitation in that the efficiency of the training is largely influenced by ambient noise when only the visual stimulus is provided to the subjects with reduced concentration.
  • visual stimulation-based neurofeedback training to enhance concentration is often provided after the end of the training analysis of the subject's brain wave changes.
  • Some service methods may provide feedback to the user via a real-time display (PC monitor, tablet PC, mobile phone, etc.).
  • PC monitor PC monitor
  • tablet PC mobile phone
  • hearing is the first developing organ of human sense organs, and proper auditory stimulation stimulates the temporal lobe, which affects brain development.
  • One of the representative auditory concentration games is the 'white hearing play'. In this auditory concentration play, the areas of nerve and brain related to auditory concentration are related to hearing and focusing on the sound of the ear. Stimulated and trained
  • the present invention is an attention concentration reinforcement system through the auditory stimulation, the attention concentration reinforcement apparatus for performing the reinforcement training of attention concentration by applying an auditory stimulus to the user; And an EEG sensor for measuring the brain wave of the user;
  • the attention concentration enhancer Acoustic stimulation signal generating unit for generating a signal for the auditory stimulation capable of performing the reinforcement training of attention concentration;
  • An auditory stimulus signal output unit configured to output a signal for the auditory stimulus to the outside;
  • An EEG information input unit for receiving EEG data measured from the EEG sensor;
  • a neurofeedback controller configured to control the signal for the auditory stimulus by analyzing the brain wave data;
  • An auditory stimulus control unit controlling the auditory stimulus output from the auditory stimulus signal output unit;
  • a time controller configured to input the concentration measurement reference time and a rest time;
  • the attention concentration strengthening system comprising the above.
  • the auditory stimulus is a binaural beat-based auditory stimulus
  • the auditory stimulus signal generation unit a first stimulus signal generator for generating a first stimulus signal to apply an auditory stimulus to one ear of the user; And a second stimulus signal generator configured to generate a second stimulus signal that applies an auditory stimulus to an ear opposite the user.
  • the auditory stimulus signal output unit includes: a first stimulus signal output unit configured to output the first stimulus signal; And a second stimulus signal output unit outputting the second stimulus signal. It may include.
  • the first stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400Hz to 500Hz
  • the second stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400Hz to 500Hz
  • the first stimulus signal and The difference in frequency of the second stimulus signal may be 12 Hz to 15 Hz.
  • the neurofeedback control unit a pre-processing unit for performing the pre-processing for the received brain wave data;
  • An SMR wave extracting unit extracting SMR waves from the pre-processed brain wave data;
  • a control signal generator configured to generate a control signal for the auditory stimulus controller based on the extracted SMR wave. It may include.
  • the auditory stimulation control unit the control signal receiving unit for receiving a control signal from the control signal generation unit;
  • An auditory stimulus control unit controlling the auditory stimulus output from the auditory stimulus signal output unit based on the received control signal; It may include.
  • the auditory stimulation control unit controls the auditory stimulus based on the stop and playback signals received through the control signal.
  • the auditory stimulation control unit a user volume input unit for receiving a command for controlling the intensity of the signal for the auditory stimulation from the user;
  • the auditory stimulation control unit may further include controlling the auditory stimulus output from the auditory stimulus signal output unit based on the received control signal.
  • the time control unit the input unit for receiving the SMR wave average measurement time and rest reference time from the user; And a controller configured to control the reference time of measurement of the SMR wave by the neurofeedback controller based on the input time.
  • the present invention provides a method for reinforcing attention concentration through auditory stimulation, comprising: an auditory stimulus signal generating step of generating a signal for an auditory stimulus capable of performing reinforcement training of attention concentration; An auditory stimulus signal output step of outputting a signal for the auditory stimulus to the outside; A time setting step of setting an SMR wave average measurement reference time and a rest time; EEG measurement step for receiving the EEG data measured from the EEG sensor; A neurofeedback control step of controlling the signal for the auditory stimulus by analyzing the brain wave data; An auditory stimulus control step of controlling a signal for the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step; It provides a method of strengthening attention concentration comprising a.
  • the auditory stimulus is a binaural beat-based auditory stimulus
  • the auditory stimulus signal generating step the first stimulus signal to apply an auditory stimulus to one ear of the user and the other side of the user to the auditory stimulus
  • the second stimulus signal may be generated
  • the auditory stimulus signal output step may output the first stimulus signal and the second stimulus signal.
  • the first stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400Hz to 500Hz
  • the second stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400Hz to 500Hz
  • the first stimulus signal and The difference in frequency of the second stimulus signal may be 12 Hz to 15 Hz.
  • the neurofeedback control step the pre-processing step for performing the pre-processing for the received brain wave data; SMR wave extraction step of extracting SMR waves from the pre-processed brain wave data; And generating a control signal for a signal for the auditory stimulus based on the extracted SMR wave. It may include.
  • the auditory stimulus control step the control signal receiving step for receiving the control signal generated in the control signal generation step; And an auditory stimulus control step of controlling the intensity of the signal for the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step based on the received control signal. It may include.
  • the auditory stimulation control step the auditory stimulation is controlled based on the stop and playback signals received through the control signal.
  • the auditory stimulus control step the user volume input step of receiving a command for controlling the strength of the signal for the auditory stimulation from the user;
  • the auditory stimulus adjustment step may further include controlling the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step based on the received control signal.
  • the noise causing the concentration and cognitive deterioration of the user is blocked, and a high concentration inducing effect is induced to perform the user's attention concentration training. It can exert an effect.
  • the neurofeedback training effect may be exerted by measuring brain waves of a user who is training for attention concentration and controlling auditory stimulation based thereon.
  • the EEG generation training effect on the attention concentration of the user can be exhibited.
  • the neurofeedback training effect may be exerted by adjusting the auditory stimulus applied to the user based on the measured SMR wave.
  • the auditory stimulation is controlled to achieve a customized concentration training effect for each user. have.
  • the user can perform the attention concentration reinforcement training through the auditory stimulus, and perform the neurofeedback training based on the brain wave, thereby achieving the effect of effectively conducting the training even during personal activities such as study and work. have.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a system for concentrating attention in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a block diagram schematically showing the internal structure of the attention concentration enhancer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of an auditory stimulus signal generator according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of an auditory stimulus signal output unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a neuro feedback control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of the auditory stimulation control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a time controller according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an operation flow of the attention concentration system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a flow chart schematically showing the steps of the attention concentration method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart schematically showing the detailed steps of the neurofeedback control step of the attention concentration enhancement method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart schematically showing the detailed steps of the auditory stimulation control step of the attention concentration strengthening method according to an embodiment of the present invention.
  • an embodiment may not be construed as having any aspect or design described being better or advantageous than other aspects or designs.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a system for concentrating attention in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the attention concentration reinforcement system includes an attention concentration reinforcement apparatus 100 that performs an augmentation training of attention concentration by applying an auditory stimulus to a user 10; A sound output device for transmitting sound to the user 10 according to the control of the attention concentration apparatus; And an EEG sensor 300 for measuring the EEG of the user; It includes.
  • the attention focused apparatus 100 transmits a sound capable of applying an auditory stimulus to the user 10 through the sound output device 200.
  • the sound output device 200 may include various devices capable of converting electrical signals, such as headphones and earphones, into sound.
  • the sound output device 200 is preferably stereo headphones or stereo earphones to which separate auditory stimuli can be applied to both ears of the user 10.
  • the EEG sensor 300 may measure the EEG of the user 10 by including an electrode attached to the head of the user 10.
  • the EEG sensor 300 may measure an electric signal detected through the electrode and transmit the electrical signal to the attentional concentration enhancing apparatus 100.
  • the attention-focusing device 100 transmits a sound capable of applying an auditory stimulus to the user 10 through the sound output device 200, the user 10 measured through the EEG sensor 300
  • the sound capable of applying the auditory stimulus is controlled based on the EEG.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing an internal structure of the attention concentration apparatus 100 in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the attention concentration apparatus 100 includes an auditory stimulus signal generator 110; An auditory stimulus signal output unit 120; EEG information input unit 130; Neurofeedback control unit 140; Auditory stimulation control unit 150; And a time controller 160; It includes.
  • the auditory stimulus signal generation unit 110 generates a signal for the auditory stimulation that can perform the reinforcement training of attention concentration.
  • the auditory stimulus signal generator 110 may output the beat, music, sound, etc. through the sound output device 200 to stimulate the hearing of the user 10 to enhance the concentration of attention of the user 10. Generate or load from a stored memory.
  • the auditory stimulus signal output unit 120 outputs a signal for the auditory stimulus to the outside.
  • the auditory stimulus signal output unit 120 outputs a signal for the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generator 110 to the sound output device 200 to the user 10 to the sound output device 200. ) To allow for auditory stimulation.
  • the EEG information input unit 130 receives the EEG data measured from the EEG sensor 300.
  • the neurofeedback control unit 140 analyzes the EEG data and controls a signal for the auditory stimulus.
  • the neurofeedback controller 140 collects brain waves based on the time input through the time controller 160, performs preprocessing on the collected brain wave data, and performs the preprocessing.
  • An SMR wave is extracted from the data, and a control command is generated to control a signal for the auditory stimulus based on the extracted SMR wave.
  • the time controller 160 receives the SMR wave measurement time reference from the user, and controls the EEG data analysis reference time and the auditory stimulus control signal time to the neurofeedback control unit. Specifically, the time controller 160 receives the SMR wave measurement reference time and the rest time for the first time to the user, and transmits the received SMR wave measurement reference time to the neurofeedback controller 140, which is the average of the SMR waves in the neurofeedback controller 140. Used as an intensity measurement reference time. The average value of the measured SMR wave intensity is then compared to the average value of the measured SMR wave intensity for the same time, and continues to regenerate the auditory stimulus if it is higher than or maintained as before, and if it is lower than the previous time, the amount of rest time entered by the user. Stop hearing stimulation.
  • the time controller 160 is the last time the attention-enhancing device 100 is terminated and newly operated, if the user does not enter a new value through the time controller 160, finally When starting, it saves and executes the entered time value.
  • the SMR wave measurement reference time defaults to 25 minutes and the rest time to 5 minutes. have.
  • the auditory stimulus control unit 150 controls the auditory stimulus output from the auditory stimulus signal output unit 120.
  • the auditory stimulation control unit 150 may control the auditory stimulation under the control of the neurofeedback control unit 140.
  • the neurofeedback control unit 140 generates the control command to control the reproduction or stop of the auditory stimulus, and transmits the control command to the auditory stimulation control unit 150 to the auditory stimulation control unit 150. May control the auditory stimulus based on the control command.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically showing the internal structure of the auditory stimulus signal generator 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the auditory stimulus signal generator 110 may include a first stimulus signal generator configured to generate a first stimulus signal that applies an auditory stimulus to one ear of the user 10. 111); And a second stimulus signal generator 112 for generating a second stimulus signal that applies an auditory stimulus to the ear opposite the user 10. It includes.
  • the auditory stimulus may be a binaural beat based auditory stimulus.
  • Binaural beat technology is a resonance-based method that changes the brainwaves by the difference of frequencies by hearing sounds of different frequencies in both ears. Binaural beats can be combined with various sounds to induce brain relaxation or improve brain cognitive functions such as concentration.
  • the auditory stimulus signal generator 110 applies different first and second stimuli to each ear of the user 10. You can generate a signal.
  • the first stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400 Hz to 500 Hz
  • the second stimulus signal is an auditory stimulus signal having a frequency of 400 Hz to 500 Hz
  • the first stimulus signal and the The difference in frequency of the second stimulus signal may be 12 Hz to 15 Hz.
  • the 12 Hz to 15 Hz is a frequency corresponding to SMR waves (Sensorimotor Rhythm Wave) among the brain waves, and represents an extremely concentrated state.
  • SMR wave has a frequency between alpha wave (8 ⁇ 13Hz) and beta wave (13 ⁇ 30Hz) and shows the state that can concentrate on stress without stress and can accomplish the goal easily, simply and accurately without stress. .
  • a binaural beat-based auditory stimulus when a sound having a frequency difference of 12 Hz to 15 Hz is heard in both ears, the user 10 receives a brain wave corresponding to the frequency of 12 Hz to 15 Hz. The beat effect is generated.
  • the brain of the user 10 is exposed to an auditory stimulus by the first stimulus signal and the second stimulus signal as described above, and is induced to generate an SMR wave representing attention concentration through neurofeedback training.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the internal structure of the auditory stimulus signal output unit 120 according to an embodiment of the present invention.
  • the auditory stimulus signal output unit 120 may include a first stimulus signal output unit 121 for outputting the first stimulus signal; And a second stimulus signal output unit 122 for outputting the second stimulus signal. It includes.
  • the auditory stimulus signal output unit 120 outputs a signal for the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generator 110 to the sound output device 200 so that the auditory stimulus is transmitted to the ear of the user 10. To be able.
  • the signal for the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generating unit 110 is a first stimulus signal for applying an auditory stimulus to one ear of the user 10 and the auditory stimulus to the opposite ear of the user 10
  • the applying includes a second stimulus signal.
  • the first stimulus signal and the second stimulus signal for applying auditory stimuli of different frequencies to the ears of the user 10 are respectively provided by the first stimulus signal output unit 121 and the second stimulus signal output unit ( By being separately output from the 120, the sound output device 200 to deliver the auditory stimulus of different frequencies to both ears of the user (10).
  • the auditory stimulus signal output unit 120 uses a terminal standardized so that the user 10 can use various sound output devices 200.
  • a terminal standardized so that the user 10 can use various sound output devices 200.
  • a 3.5 mm stereo connector, an RCA terminal, or an SPDIF terminal can be used.
  • the user receives the auditory stimulus signal in the form of sound by connecting the sound output device 200 to the auditory stimulus signal output unit 120 as described above.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing the internal structure of the neuro feedback control unit 140 according to an embodiment of the present invention.
  • the neurofeedback control unit 140 may include a preprocessor configured to perform preprocessing on the brain wave data input by a reference time set through a neurofeedback time controller of a time controller. 141); An SMR wave extracting unit 142 extracting SMR waves from the pre-processed brain wave data; And a control signal generation unit 143 for generating a control signal for the auditory stimulation control unit 150 based on the extracted SMR wave. It includes.
  • the preprocessor 141 performs preprocessing on the EEG data measured by the EEG sensor 300 and received through the EEG information input unit 130.
  • the data received through the sensor includes noise and the like, and removes or processes signals that are not necessary for analyzing electroencephalogram data, such as power supply noise and electrocardiogram signals due to heartbeat, from the received brainwave data.
  • the SMR wave extractor 142 extracts an SMR wave from the brain wave data preprocessed through the preprocessor 141.
  • the SMR wave is a brain wave corresponding to a frequency of 12 Hz to 15 Hz, and the SMR wave extracting unit 142 may extract only the SMR wave by removing the brain wave thereof from the SMR wave and the like.
  • the control signal generation unit 143 generates a control signal for the auditory stimulation control unit 150 based on the extracted SMR wave.
  • the control signal generator 143 obtains an average of SMR wave intensities for a reference time set by the user 10, and compares the average of the SMR wave strengths with a previous average.
  • the user stops the binaural beat-based auditory stimulus by the rest time input by the time controller, and then plays the auditory stimulus again after the rest time.
  • the average of the SMR wave intensities is measured.
  • control signal generator 143 generates a control signal to stop the auditory stimulation when the SMR wave average value of the user decreases from the previous average value, and on the contrary, when the average of the SMR wave is increased or maintained. Generate a control signal to continue to reproduce the auditory stimulus. Such a control signal is transmitted to the auditory stimulation control unit 150 to control the auditory stimulus transmitted to the user 10.
  • FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of the auditory stimulation controller 150 according to an embodiment of the present invention.
  • the auditory stimulation controller 150 may include a control signal receiver 151 for receiving a control signal from the control signal generator 143; A user volume input unit 152 for receiving a command for controlling the strength of a signal for the auditory stimulus from a user 10; And an auditory stimulus control unit 153 for controlling the auditory stimulus output from the auditory stimulus signal output unit 110 based on the received control signal. It includes.
  • the control signal receiver 151 receives the control signal generated by the control signal generator 143 of the neuro feedback control unit 140.
  • the control signal may include a command for controlling the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generator 110 by extracting and analyzing SMR waves from the brain wave data measured by the user 10.
  • the user volume input unit 152 receives a command for controlling the strength of the signal for the auditory stimulus from the user 10.
  • the user volume input unit 152 when the user 10 inputs a command for adjusting the volume of the auditory stimulus to the attention concentration apparatus 100 using the volume control button provided, the user volume input unit 152. Receives this to control the strength of the signal for the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generator 110.
  • the user volume input unit 152 may include an input device such as a button that a user can directly input, or may include a communication device that can receive a command received from a separate input device.
  • the auditory stimulation controller 153 controls the auditory stimulus output based on the control signal received by the control signal receiver 151.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating an internal structure of a time controller according to an embodiment of the present invention.
  • the time controller 160 may include a time input unit 161 which receives an SMR wave intensity average measurement reference time and a rest time from the user 10; And a neurofeedback time control unit 162 for transmitting the value received from the time input unit 161 to the neurofeedback control unit 140. It includes.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating an operation flow of the attention concentration system in accordance with an embodiment of the present invention.
  • the auditory stimulus signal generation unit 110 in the attention concentration reinforcement system through the auditory stimulation signal for the auditory stimulation that can perform the attention concentration reinforcement training of the user 10 Create
  • the generated signal for the auditory stimulus is transmitted to the auditory stimulus signal output unit 120 via the auditory stimulus control unit 150.
  • the auditory stimulus signal output unit 120 transmits a signal for the auditory stimulus to the sound output device 200, the sound output device 200 generates an auditory stimulus from the signal for the auditory stimulus to the user (10) To).
  • the user 10 may change the brain wave by the auditory stimulus.
  • the user 10 inputs an SMR wave measurement time and a rest time through the time input unit 161. This value is transmitted to the neurofeedback control unit 140 through the neurofeedback time control unit 162, and provides a time reference for measuring the average SMR wave intensity value and a break provided when the user's SMR wave intensity average value is lower than the previous average value. Used as time
  • the EEG sensor 300 measures the EEG of the user 10 exposed to the auditory stimulus, and inputs the measured EEG data into the EEG information input unit 130.
  • the EEG information input unit 130 receives EEG data measured from an external EEG sensor 300 and transmits the EEG data to the neurofeedback control unit 140.
  • the neurofeedback controller 140 extracts an SMR wave from the brain wave data received from the brain wave information input unit 130, obtains an average of SMR wave strengths based on the time received by the neurofeedback time controller 162. A control signal is generated based on the average change in the SMR wave, and the generated control signal is transmitted to the auditory stimulation controller 150.
  • the auditory stimulus control unit 150 controls the auditory stimulus generated by the auditory stimulus signal generator 110. As described above, the signal for the auditory stimulus controlled by the auditory stimulation controller 150 is transmitted to the auditory stimulus signal output unit 120 again, and the auditory stimulus is generated through the sound output device 200 so that the user 10 To be delivered to.
  • the attention concentration reinforcement system through the auditory stimulation provides training to strengthen the attention concentration of the user 10.
  • FIG. 9 is a flow chart schematically showing the steps of the attention concentration method according to an embodiment of the present invention.
  • the attention concentration reinforcement method includes an auditory stimulus signal generation step (S100) for generating a signal for the auditory stimulation that can perform the reinforcement training of attention concentration; An auditory stimulus signal output step (S200) for outputting a signal for the auditory stimulus to the outside; A time setting step of setting an SMR wave average measurement reference time and a rest time (S250); EEG measurement step (S300) for receiving the EEG data measured from the EEG sensor; Neurofeedback control step of controlling the signal for the auditory stimulus by analyzing the brain wave data (S400); And a volume control step (S500) of controlling the intensity of the signal for the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step (S200). It includes.
  • an auditory stimulus signal generation step S100 of generating a signal for an auditory stimulus capable of performing reinforcement training of attention concentration is performed.
  • the auditory stimulus signal generation step (S100) a signal capable of outputting a bit, music, sound, etc., which can enhance the attention concentration of the user 10 through the sound output device 200 or the like, or from a stored memory Call it up.
  • an auditory stimulus signal output step S200 of outputting a signal for the auditory stimulus to the outside is performed.
  • a signal for the auditory stimulus generated in the auditory stimulus signal generation step (S100) is output to the sound output device 200, and the like to the user 10 to output the sound output device ( 200) to allow auditory stimulation.
  • the auditory stimulus is a binaural beat-based auditory stimulus
  • the auditory stimulus signal generating step S100 may include a first stimulus signal for applying an auditory stimulus to one ear of the user and an opposite side of the user.
  • the second stimulus signal may be generated by applying an auditory stimulus to the ear, and the auditory stimulus signal output step S200 may output the first stimulus signal and the second stimulus signal.
  • the user 10 is induced to generate an SMR wave representing attention concentration by the binaural beat effect. You will be able to perform reinforcement training.
  • a time setting step (S250) of setting an EEG mean measurement reference time and a rest time is performed.
  • the reference time of measurement of the SMR wave performed in the subsequent EEG measurement step S300 is set, and the reference time of execution of the neurofeedback control step S400 is controlled.
  • an EEG measurement step (S300) of receiving EEG data measured from an EEG sensor is performed based on the received time.
  • the neurofeedback control step (S400) of analyzing the EEG data and controlling the signal for the auditory stimulus is performed.
  • the neurofeedback control step (S400) performs preprocessing on the EEG data, extracts an SMR wave from the pre-processed EEG data, and extracts the auditory stimulus based on the extracted SMR wave. Generate a control command to control the signal to.
  • a volume control step (S500) of controlling the intensity of the signal for the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step (S200) is performed.
  • the auditory stimulus control step (S500) may control the auditory stimulus based on the control command generated in the neurofeedback control step (S400).
  • the signal for the auditory stimulus controlled through the auditory stimulus control step (S500) is again output to the outside via the auditory stimulus signal output step (S200).
  • FIG. 10 is a flowchart schematically showing the detailed steps of the neurofeedback control step of the attention concentration enhancement method according to an embodiment of the present invention.
  • the neurofeedback control step (S400) includes a preprocessing step (S410) for performing preprocessing on the received brain wave data; SMR wave extraction step (S420) of extracting SMR waves from the pre-processed brain wave data; And generating a control signal for the signal for the auditory stimulus based on the extracted SMR wave (S430, S440). It includes.
  • preprocessing of the brain wave data of the user 10 measured in the brain wave measuring step (S300) is performed.
  • the data received through the sensor includes noise and the like, and removes or processes signals that are not necessary for analyzing electroencephalogram data, such as power supply noise and electrocardiogram signals due to heartbeat, from the received brainwave data.
  • SMR waves are extracted from the EEG data preprocessed in the preprocessing step (S410).
  • SMR waves are brain waves corresponding to the frequency of 12Hz to 15Hz, the SMR wave extraction step (S420) can extract only the SMR waves by removing the brain waves from the SMR waves and the like through a filter.
  • the SMR wave determination step (S430) of determining whether the SMR wave extracted in the SMR wave extraction step (S420) increases from the previous value based on the time input to the time controller (S430). Do this.
  • the state of attention concentration of the user 10 is determined by determining whether the extracted SMR wave is increased, and applied to the user 10 based on this. Losing control of auditory stimulation.
  • the SMR wave determination step (S430) calculates an average intensity of the first SMR wave based on the time received from the time controller 160.
  • the average of the first and second SMR waves can be determined. Afterwards, if the attention training continues, the average intensity of the SMR wave before the reference time and the average intensity of the SMR wave at the present time are compared to determine whether the SMR wave is increased.
  • the intensity of the SMR wave is measured and the average value is calculated for 20 minutes. . Then, after measuring the intensity of the SMR wave for 20 minutes and calculating the average value, it is determined whether the intensity of the SMR wave is increased.
  • the average of the intensity is 80, it can be seen that more SMR waves are output than in the SMR wave determination step (S430).
  • the average of the intensity of the SMR waves measured from t2 to t3 is 40, the average of the intensity of the SMR waves measured from t1 to t2 is reduced to 80. Therefore, it may be determined that the SMR waves are output less than before.
  • the intensity of the reference SMR wave may be a value that is changed through the attention concentration reinforcement learning step of the user 10, rather than a fixed value.
  • an auditory stimulus reproduction signal generation step S440a is performed.
  • the auditory stimulus reproduction signal generation step (S440a) it is determined that the attentional force of the user 10 is maintained and generates a signal for continuously maintaining the auditory stimulus output in the auditory stimulus signal output step (S200).
  • an auditory stimulus stop signal generation step S440b is performed.
  • the auditory stimulus stop signal generation step it is determined that the user's attention is reduced and the break is necessary, and the auditory stimulus signal output step is generated by generating an auditory stimulus stop signal corresponding to the break time input by the user through the time controller. A signal for stopping the auditory stimulus output from the S200 is generated.
  • control signal generation step by determining whether the extracted SMR wave is increased and generating a control signal corresponding thereto, EEG data measured in the brain of the user 10 through the EEG sensor 300 is measured. Using the neurofeedback training to induce to generate the EEG, in particular SMR wave in the direction desired by the user.
  • FIG. 11 is a flowchart schematically showing the detailed steps of the auditory stimulation control step of the attention concentration strengthening method according to an embodiment of the present invention.
  • the auditory stimulus control step (S500) includes: a control signal reception step (S510) for receiving a control signal generated in the control signal generation step; And an auditory stimulus control step (S530).
  • the auditory stimulation control step (S500) first, it is checked whether the control signal generated in the control signal generation step (S440) is received.
  • the control signal reception step (S510) the SMR wave is analyzed and a control signal including an auditory stimulus reproduction signal or an auditory stimulus stop signal generated according to the increase or decrease of the intensity average of the SMR waves is received.
  • the auditory stimulus adjustment step S530 adjusts the performance of the auditory stimulus signal output step S200 based on the auditory stimulus reproduction signal or the auditory stimulus stop signal according to the received control signal.
  • the user 10 When the user 10 performs the attention concentration reinforcement training by the attention concentration reinforcement method according to an embodiment of the present invention, the user (first by the auditory stimulus signal generation step (S100) and the auditory stimulus signal output step (S200)) 10) auditory stimulation is applied.
  • the brain wave measurement step S300 the brain wave data of the user 10 measured by the brain wave sensor 200 is received.
  • the pre-processing step (S410) and the SMR wave extraction step (S420) of the neurofeedback control step (S400) an SMR wave is extracted from the brain wave data.
  • control signal generation step a control signal is generated based on the average of the SMR wave intensities.
  • the control signal generation step generates a control signal for controlling the auditory stimulus transmitted to the user 10 based on the strength of the SMR wave.
  • the control signal may be an auditory stimulus reproduction signal for reproducing the auditory stimulus or an auditory stimulus stop signal for stopping the auditory stimulus.
  • the auditory stimulus capable of performing the reinforcement training of attention is thus applied to the user 10 and the feedback is received through the EEG of the user 10, thereby adjusting the size of the auditory stimulus.
  • the noise causing the concentration and cognitive deterioration of the user is blocked, and a high concentration inducing effect is induced to perform the user's attention concentration training. It can exert an effect.
  • the neurofeedback training effect may be exerted by measuring brain waves of a user who is training for attention concentration and controlling auditory stimulation based thereon.
  • the EEG generation training effect on the attention concentration of the user can be exhibited.
  • the neurofeedback training effect may be exerted by adjusting the size of the auditory stimulus applied to the user based on the measured SMR wave.
  • the size of the auditory stimulus applied to the user not to exceed the predetermined maximum value, to prevent surprise, stress, or loss of concentration caused by the changing auditory stimulus, continuous hearing It can exert the effect of preventing hearing loss by stimulation.
  • the user can perform the attention concentration reinforcement training through the auditory stimulus, and perform the neurofeedback training based on the brain wave, thereby achieving the effect of effectively conducting the training even during personal activities such as study and work. have.

Abstract

본 발명은 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에게 주의집중력 유도 효과가 있는 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 가하고, 동시에 측정한 사용자의 뇌파에 기초하여 청각 자극을 제어하는 주의집중력 강화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템 및 방법
본 발명은 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용자에게 주의집중력 유도 효과가 있는 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 가하고, 동시에 측정한 사용자의 뇌파에 기초하여 청각 자극을 제어하는 주의집중력 강화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
뇌파(Electroencephalogram: EEG)는 인간이 어떤 일에 대해 생각을 하거나 행동을 할 때, 뇌 속에 있는 시냅스에서 신경전달물질을 이용해 정보를 전달하는 과정에서 발생하는 전류를 두피에 부착한 전극을 통해 측정한 것을 의미한다.
이와 같은 뇌파는 주파수에 따라 저주파에서 고주파 영역 순으로 델타파(0.2~4hz), 세타파(4~8Hz), 알파파(8~13Hz), 베타파(13~30Hz), 감마파(30~50Hz)로 분류할 수 있다. 각 주파수 대역의 뇌파는 서로 다른 특징을 지니며 이를 바탕으로 사람의 정신 활동 상태 및 주의집중도를 알아낼 수 있다. 특히 SMR파(12~15Hz)는 고도의 집중 상태를 나타내는 뇌파로 주의집중력을 측정하기에 적절하다.
뉴로피드백은 생체 신호를 통제하는 바이오피드백 기술의 하나로서, 뇌파 측정 장치가 사용자의 뇌에서 발생하는 뇌파를 측정한 신호를 이용하여 사용자가 원하는 방향으로 뇌파를 발생시키도록 유도하는 과정을 말한다. 현재 뉴로피드백은 두뇌 관련 잠재능력을 향상시키거나, 환자의 임상 증상을 개선하는 데에 활용되고 있다.
기존의 집중력 강화를 위한 뉴로피드백 훈련은 주로 시각적 자극 기반의 콘텐츠로 제공되었다. 그러나 이러한 훈련은 집중력이 저하된 피험자에게 시각적 자극만이 제공되는 경우, 주변의 외부 소음에 의해 훈련의 효율성이 크게 좌우되는 한계가 있었다.
또한, 집중력 강화를 위한 시각자극 기반 뉴로피드백 훈련은 피험자의 뇌파 변화 분석 결과를 훈련이 종료된 뒤에 제공하는 경우가 많다. 일부 서비스 방법에서는 실시간 디스플레이(PC 모니터, 태블릿 PC, 핸드폰 등)를 통해 사용자에게 피드백을 제공하는 경우도 있다. 그러나 이는 디스플레이를 통해서만 피험자가 자신의 뇌파 변화를 모니터링 할 수 있었기에, 피험자가 학업 혹은 업무 등의 개인적인 활동을 하면서 동시에 집중 여부를 모니터링 하기에는 어려움이 있다.
반면, 청각은 사람의 감각기관 중 가장 먼저 발달하는 기관으로서, 적절한 청각 자극은 측두엽의 자극을 촉진하여 두뇌 발달에 많은 영향을 미친다. 대표적인 청각 집중력 놀이 중에는 '청기백기 놀이'가 있는데, 이와 같은 청각 집중력 놀이에서는 눈에 보이는 행동이 아닌, 귀로 들리는 말소리를 듣고 이에 집중하여 동작을 따라 해야 하기 때문에 청각 집중력에 관련된 신경 및 뇌의 영역이 자극되어 훈련된다.
본 발명은 사용자에게 주의집중력 유도 효과가 있는 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 가하고, 동시에 측정한 사용자의 뇌파에 기초하여 청각 자극을 제어하는 주의집중력 강화 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템으로서, 사용자에게 청각 자극을 가하여 주의집중력의 강화훈련을 수행하는 주의집중력강화장치; 및 상기 사용자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서; 를 포함하고, 상기 주의집중력강화장치는, 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호 발생부; 상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력부; 상기 뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파정보입력부; 상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어부; 및 상기 청각자극 신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 제어부; 상기 집중력 측정 기준 시간 및 휴식 시간을 입력하는 시간 제어부; 상기 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템을 제공한다.
본 발명에서는, 상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극이고, 상기 청각자극신호발생부는, 사용자의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호를 생성하는 제1자극신호발생부; 및 사용자의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하는 제2자극신호발생부; 를 포함하고, 상기 청각자극신호출력부는, 상기 제1자극신호를 출력하는 제1자극신호출력부; 및 상기 제2자극신호를 출력하는 제2자극신호출력부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 제1자극신호는, 400Hz 내지 500Hz의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제2자극신호는, 400Hz 내지 500Hz의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호의 주파수의 차이는, 12Hz 내지 15Hz일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 뉴로피드백제어부는, 입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리부; 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출부; 및 추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각자극 제어부에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 청각자극 제어부는, 상기 제어신호생성부로부터 제어신호를 수신하는 제어신호수신부; 및 수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 조절부; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 청각자극 조절부는, 제어 신호를 통해 수신한 정지 및 재생 신호를 바탕으로 청각 자극을 제어한다.
본 발명에서는, 상기 청각자극제어부는, 사용자로부터 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 명령을 입력 받는 사용자볼륨입력부; 를 더 포함하고, 상기 청각자극조절부는, 수신한 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 시간 제어부는, 사용자로 부터 SMR파 평균 측정 시간 및 휴식 기준 시간을 입력 받는 입력부; 입력된 시간을 바탕으로 뉴로피드백 제어부에서 SMR파의 측정 기준 시간을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 방법으로서, 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호발생단계; 상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력단계; SMR파 평균 측정 기준 시간 및 휴식시간을 설정하는 시간설정단계; 뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파측정단계; 상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어단계; 및 상기 청각자극신호출력단계에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 청각자극 제어단계; 를 포함하는 주의집중력 강화 방법을 제공한다.
본 발명에서는, 상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극이고, 상기 청각자극신호발생단계는, 사용자의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호 및 사용자의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하고, 상기 청각자극신호출력단계는, 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호를 출력할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 제1자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제2자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호의 주파수의 차이는, 12Hz 내지 15Hz일 수 있다.
본 발명에서는, 상기 뉴로피드백제어단계는, 입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리단계; 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출단계; 및 추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각 자극에 대한 신호에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 청각자극제어단계는, 상기 제어신호생성단계에서 생성된 제어신호를 수신하는 제어신호수신단계; 및 수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력단계에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 청각자극조절단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에서는, 상기 청각자극 조절단계는, 제어 신호를 통해 수신한 정지 및 재생 신호를 바탕으로 청각 자극을 제어한다.
본 발명에서는, 상기 청각자극 제어단계는, 사용자로부터 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 명령을 입력 받는 사용자볼륨입력단계; 를 더 포함하고, 상기 청각자극 조절단계는, 수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력단계에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 사용자에게 가함으로써 사용자의 집중 및 인지 저하를 야기하는 소음을 차단시키고, 높은 집중력 유도 효과를 이끌어 내어 사용자의 주의집중력 강화 훈련을 수행하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 주의집중력 강화 훈련중인 사용자의 뇌파를 측정하고 이에 기초하여 청각 자극을 제어함으로써 뉴로피드백 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자의 뇌파 중 SMR파를 추출하여 뉴로피드백 훈련에 사용함으로써 사용자의 주의집중력에 대한 뇌파 발생 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 측정된 SMR파에 기초하여 사용자에게 가하는 청각 자극을 조절함으로써 뉴로피드백 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자의 집중 기준 시간 입력값을 기준으로 SMR파 세기의 평균을 측정하고, 이를 기준 시간 마다 비교하여 청각자극을 제어하기 때문에 사용자 개인 별 맞춤형 집중력 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자는 청각적 자극을 통해 주의집중력 강화 훈련을 수행하고, 뇌파에 기초하여 뉴로피드백 훈련을 수행함으로써 학업, 업무 등의 개인적인 활동 중에도 훈련을 효과적으로 진행하는 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화장치의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극신호발생부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극신호출력부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로피드백제어부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극제어부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 제어부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 시스템의 동작 흐름을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 뉴로피드백제어단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 청각자극 제어단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 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 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 시스템은 사용자(10)에게 청각 자극을 가하여 주의집중력의 강화훈련을 수행하는 주의집중력강화장치(100); 상기 주의집중력강화장치의 제어에 따라 사용자(10)에게 소리를 전달하는 소리출력장치(200); 및 상기 사용자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서(300); 를 포함한다.
상기 주의집중력강화장치(100)는 상기 소리출력장치(200)를 통해 사용자(10)에게 청각 자극을 가할 수 있는 소리를 전달한다. 상기 소리출력장치(200)는 헤드폰, 이어폰 등 전기적 신호를 소리로 변환할 수 있는 다양한 장치를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 소리출력장치(200)는 사용자(10)의 양쪽 귀에 별도의 청각 자극을 분리하여 가할 수 있는 스테레오 헤드폰 혹은 스테레오 이어폰임이 바람직하다.
상기 뇌파측정센서(300)는 상기 사용자(10)의 머리에 부착되는 전극 등을 포함함으로써 상기 사용자(10)의 뇌파를 측정할 수 있다. 상기 뇌파측정센서(300)는 상기 전극 등을 통해 검출되는 전기신호를 측정하여 상기 주의집중력강화장치(100)로 전달할 수 있다.
상기 주의집중력강화장치(100)는 상기 소리출력장치(200)를 통해 사용자(10)에게 청각 자극을 가할 수 있는 소리를 전달하고, 상기 뇌파측정센서(300)를 통해 측정 된 사용자(10)의 뇌파에 기초하여 상기 청각 자극을 가할 수 있는 소리를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력강화장치(100)의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력강화장치(100)는 청각자극신호발생부(110); 청각자극신호출력부(120); 뇌파정보입력부(130); 뉴로피드백제어부(140); 청각자극 제어부(150); 및 시간제어부(160); 를 포함한다.
상기 청각자극신호발생부(110)는 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성한다. 상기 청각자극신호발생부(110)에서는 사용자(10)의 청각을 자극하여 상기 사용자(10)의 주의집중력을 강화할 수 있는 비트, 음악, 소리 등을 상기 소리출력장치(200)를 통해 출력할 수 있는 신호를 생성하거나, 혹은 저장된 메모리로부터 불러온다.
청각자극신호출력부(120)는 상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력한다. 상기 청각자극신호출력부(120)는 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 상기 청각 자극에 대한 신호를 상기 소리출력장치(200)로 출력하여 사용자(10)에게 상기 소리출력장치(200)를 통해 청각적 자극을 가할 수 있도록 한다.
뇌파정보입력부(130)는 상기 뇌파측정센서(300)로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신한다.
뉴로피드백제어부(140)는 상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 뉴로피드백제어부(140)는 시간제어부(160)를 통해 입력 받은 시간을 기준으로 뇌파를 수집하고, 수집한 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하고, 전처리를 수행한 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하고, 추출한 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 제어명령을 생성한다.
상기 시간제어부(160)는 사용자에게 SMR파 측정 시간 기준을 입력 받고, 뉴로피드백 제어부에 뇌파 데이터 분석 기준 시간 및 청각 자극 제어 신호 시간을 제어한다. 구체적으로 상기 시간제어부(160)는, 사용자에게 제일 처음 SMR파 측정 기준 시간과 휴식 시간을 입력 받고 이를 상기 뉴로피드백제어부(140)에 전달하며, 이는 상기 뉴로피드백제어부(140)에서 SMR파의 평균 세기 측정 기준 시간으로 사용된다. 측정된 SMR파 세기의 평균값은 그 다음 동일한 시간 만큼 측정된 SMR파 세기의 평균값과 비교하여, 이전보다 상승하거나 그대로 유지된다면 청각 자극을 계속해서 재생하고, 이전보다 하락하였다면 사용자가 입력한 휴식 시간 만큼 청각 자극을 중지한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 시간제어부(160)는 상기 주의 집중력강화장치(100)가 종료되었다가 새로 가동되었을 때, 사용자가 상기 시간제어부(160)를 통해 새로운 값을 입력하지 않는다면, 마지막으로 가동하였을 때 입력한 시간 값을 저장하였다가 실행하며, 사용자가 주의 집중력 강화장치를 제일 처음 실행하고 아무것도 설정 하지 않았을 때는 SMR파 측정 기준시간은 기본값으로 25분, 휴식시간은 5분으로 설정 될 수 있다.
상기 청각자극 제어부(150)는 상기 청각자극신호출력부(120)에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어한다. 상기 청각자극 제어부(150)는 상기 뉴로피드백제어부(140)의 제어에 따라 상기 청각 자극을 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 뉴로피드백제어부(140)는, 상기 청각자극의 재생 혹은 정지를 제어할 수 있는 제어명렁을 생성하고, 상기 제어명령을 상기 청각자극 제어부(150)로 전달함으로써 상기 청각자극 제어부(150)는 상기 제어명령에 기초하여 상기 청각 자극을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극신호발생부(110)의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 청각자극신호발생부(110)는, 사용자(10)의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호를 생성하는 제1자극신호발생부(111); 및 사용자(10)의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하는 제2자극신호발생부(112); 를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극일 수 있다.
바이노럴 비트 기술은 공명을 이용한 원리로 사람의 양쪽 귀에 서로 다른 주파수의 소리를 들려줌으로써 주파수의 차이로 뇌파를 변화시키는 방법이다. 바이노럴 비트는 다양한 소리와 결합하여 뇌의 휴식을 유도하거나, 집중력 등의 두뇌 인지기능을 높일 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
이와 같은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극을 사용자(10)에게 가하기 위하여 상기 청각자극신호발생부(110)는 상기 사용자(10)의 양쪽 귀에 가해지는 각각 서로 다른 제1자극신호 및 제2자극신호를 생성할 수 있다. 바람직하게는 상기 제1자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제2자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고, 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호의 주파수의 차이는, 12Hz 내지 15Hz일 수 있다.
상기 12Hz 내지 15Hz는 뇌파 중 SMR파(Sensorimotor Rhythm Wave)에 해당하는 주파수로서, 고도의 집중 상태를 나타내는 뇌파이다. 이와 같은 SMR파는 알파파(8~13Hz)와 베타파(13~30Hz) 사이의 주파수를 갖고 긴장하지 않은 상태에서 집중이 이루어져 스트레스를 받지 않고 쉽고도 간단하면서 정확히 목표를 수행할 수 있는 상태를 나타낸다.
이와 같이 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극에 있어서, 양쪽 귀에 12Hz 내지 15Hz의 주파수 차이를 갖는 소리를 들려주게 되면, 사용자(10)에게 상기 12Hz 내지 15Hz의 주파수에 해당하는 뇌파가 유도되는 바이노럴 비트 효과가 발생된다.
사용자(10)의 뇌는 상기와 같은 제1자극신호 및 제2자극신호에 의한 청각 자극에 노출되면서, 뉴로피드백 훈련을 통해 주의집중력을 나타내는 SMR파를 발생시키도록 유도된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극신호출력부(120)의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 청각자극신호출력부(120)는, 상기 제1자극신호를 출력하는 제1자극신호출력부(121); 및 상기 제2자극신호를 출력하는 제2자극신호출력부(122); 를 포함한다.
상기 청각자극신호출력부(120)는 상기 소리출력장치(200)로 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 청각 자극에 대한 신호를 출력하여 사용자(10)의 귀에 상기 청각 자극이 전달될 수 있도록 한다.
이 때, 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 상기 청각 자극에 대한 신호는 사용자(10)의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호 및 사용자(10)의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 포함한다.
이와 같이 사용자(10)의 양 쪽 귀에 각각 다른 주파수의 청각 자극을 가하기 위한 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호는 상기 제1자극신호출력부(121) 및 상기 제2자극신호출력부(120)에서 각각 분리되어 출력됨으로써, 상기 소리출력장치(200)가 사용자(10)의 양 쪽 귀에 서로 다른 주파수의 청각 자극을 전달할 수 있도록 한다.
바람직하게는 상기 청각자극신호출력부(120)는 사용자(10)가 다양한 소리출력장치(200)를 사용할 수 있도록 표준화 된 단자를 사용한다. 예를 들면 3.5 mm 스테레오 커넥터, RCA 단자, 혹은 SPDIF 단자 등이 사용될 수 있다.
사용자는 이와 같은 청각자극신호출력부(120)에 소리출력장치(200)를 연결함으로써 상기 주의집중력강화장치(100)로부터 청각자극신호를 소리의 형태로 전달받게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로피드백제어부(140)의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 5를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 뉴로피드백제어부(140)는, 시간 제어부의 뉴로피드백 시간 제어부를 통해 설정된 기준 시간만큼의 입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리부(141); 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출부(142); 및 추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각자극 제어부(150)에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성부(143); 를 포함한다.
상기 전처리부(141)는 상기 뇌파측정센서(300)에서 측정되어 상기 뇌파정보입력부(130)를 통해 입력 받은 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행한다. 센서를 통해 입력 받은 데이터에는 노이즈 등이 포함되어 있어 입력 받은 상기 뇌파 데이터로부터 전원 노이즈, 심장 박동에 의한 심전도 신호 등 뇌파 데이터를 분석하는데 필요 없는 신호를 제거 또는 처리한다.
상기 SMR파추출부(142)는 상기 전처리부(141)를 통해 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출한다. SMR파는 12Hz 내지 15Hz의 주파수에 해당하는 뇌파로서, 상기 SMR파추출부(142)는 상기 SMR파 이와의 뇌파를 필터 등을 통해 제거함으로써 상기 SMR파 만을 추출할 수 있다.
상기 제어신호생성부(143)는 추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각자극 제어부(150)에 대한 제어신호를 생성한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제어신호생성부(143)는 사용자(10)가 상기 시간제어부(160)에서 설정한 기준 시간만큼의 SMR파 세기의 평균을 구한 뒤 이를 이전의 평균값과 비교해서 평균값이 감소하는 경우 사용자(10)의 주의 집중력이 감소하였다고 판단하여, 사용자가 상기 시간 제어부에서 입력한 휴식 시간만큼 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 중지한 뒤 휴식 시간이 지나면 다시 청각 자극을 재생하고 SMR파 세기의 평균을 측정한다. 이를 위해 상기 제어신호생성부(143)는 사용자의 SMR파 평균 값이 이전의 평균 값보다 감소하는 경우 청각 자극을 중지하는 제어신호를 생성하고, 상기 SMR파의 평균이 증가하거나 유지되는 경우 반대로 사용자가에게 청각자극을 계속해서 재생하는 제어 신호를 생성한다. 이와 같은 제어신호는 상기 청각자극 제어부(150)로 전달되어 사용자(10)에게 전달되는 청각 자극을 제어하게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 청각자극 제어부(150)의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 청각자극 제어부(150)는, 상기 제어신호생성부(143)로부터 제어신호를 수신하는 제어신호수신부(151); 사용자(10)로부터 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 명령을 입력 받는 사용자볼륨입력부(152); 및 수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력부(110)에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 조절부(153); 를 포함한다.
상기 제어신호수신부(151)는 상기 뉴로피드백제어부(140)의 제어신호생성부(143)에서 생성된 제어신호를 수신한다. 상기 제어신호는 상기 사용자(10)로부터 측정된 뇌파 데이터 중 SMR파를 추출하고 분석하여, 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 상기 청각 자극을 제어할 수 있는 명령을 포함한다.
상기 사용자볼륨입력부(152)는 사용자(10)로부터 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 명령을 입력 받는다. 본 발명의 일 실시예에서는 사용자(10)가 구비된 볼륨조절버튼 등을 이용하여 상기 주의집중력강화장치(100)에 상기 청각 자극의 볼륨을 조절하는 명령을 입력하면, 상기 사용자볼륨입력부(152)는 이를 입력 받아 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어할 수 있도록 한다. 이를 위해 상기 사용자볼륨입력부(152)는 사용자가 직접 입력할 수 있는 버튼 등의 입력장치를 포함할 수도 있고, 혹은 별도의 입력장치로부터 입력 받은 명령을 전송 받을 수 있는 통신장치를 포함할 수도 있다.
상기 청각자극 조절부(153)는 상기 제어신호수신부(151)에서 수신한 제어신호에 기초하여 출력되는 상기 청각 자극을 제어한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 제어부의 내부 구조를 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 7을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 시간제어부(160)는, 사용자(10)로부터 SMR파 세기 평균 측정 기준 시간 및 휴식 시간을 입력 받는 시간입력부(161); 및 상기 시간입력부(161)로부터 입력 받은 값을 상기 뉴로피드백제어부(140)로 전달하는 뉴로피드백시간제어부(162); 를 포함한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 시스템의 동작 흐름을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템에서 청각자극신호발생부(110)는 사용자(10)의 주의집중력 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성한다.
생성된 상기 청각 자극에 대한 신호는 청각자극 제어부(150)를 거쳐 청각자극신호출력부(120)로 전달된다. 상기 청각자극신호출력부(120)에서는 소리출력장치(200)로 상기 청각 자극에 대한 신호를 전달하고, 상기 소리출력장치(200)는 상기 청각 자극에 대한 신호로부터 청각 자극을 생성하여 사용자(10)에게 전달한다.
이 때, 사용자(10)는 상기 청각 자극에 의해 뇌파에 변화가 일어날 수 있다.
사용자(10)는 시간입력부(161)를 통해 SMR파 측정 시간 및 휴식 시간을 입력한다. 이 값은 뉴로피드백시간제어부(162)를 통해 뉴로피드백제어부(140)에 전달되어, SMR파 세기 평균 값을 측정하는 시간 기준 및 사용자의 SMR파 세기 평균 값이 이전 평균 값보다 하락한 경우 제공하는 휴식시간으로 사용된다.
이 후, 상기 뇌파측정센서(300)는 상기 청각 자극에 노출된 사용자(10)의 뇌파를 측정하고, 측정된 뇌파 데이터를 뇌파정보입력부(130)로 입력한다.
상기 뇌파정보입력부(130)는 외부의 뇌파측정센서(300)로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하여 뉴로피드백제어부(140)로 전달한다.
상기 뉴로피드백제어부(140)는 상기 뇌파정보입력부(130)로부터 수신한 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하고, 상기 뉴로피드백시간제어부(162)에서 수신한 시간에 기초하여 SMR파 세기의 평균을 구하고 상기 SMR파에 평균 변화에 기초하여 제어신호를 생성하고, 생성된 상기 제어신호를 청각자극 제어부(150)로 전달한다.
상기 청각자극 제어부(150)는 상기 청각자극신호발생부(110)에서 생성된 청각 자극을 제어한다. 이와 같이 상기 청각자극 제어부(150)를 통해 제어된 상기 청각 자극에 대한 신호는 다시 청각자극신호출력부(120)로 전달되고, 소리출력장치(200)를 통해 청각 자극이 생성되어 사용자(10)에게 전달되게 된다.
이와 같은 과정을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템은 사용자(10)의 주의집중력을 강화할 수 있는 훈련을 제공하게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 단계를 개략적으로 도시하는 순서도이다.
도 9를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법은 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호발생단계(S100); 상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력단계(S200); SMR파 평균 측정 기준 시간 및 휴식시간을 설정하는 시간설정단계(S250); 뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파측정단계(S300); 상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어단계(S400); 및 상기 청각자극신호출력단계(S200)에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 볼륨제어단계(S500); 를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법에서는, 우선 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호발생단계(S100)가 수행된다. 상기 청각자극신호발생단계(S100)에서는 사용자(10)의 주의집중력을 강화할 수 있는 비트, 음악, 소리 등을 소리출력장치(200) 등을 통해 출력할 수 있는 신호를 생성하거나, 혹은 저장된 메모리로부터 불러온다.
이 후, 상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력단계(S200)가 수행된다. 상기 청각자극신호출력단계(S200)에서는 상기 청각자극신호발생단계(S100)에서 생성된 상기 청각 자극에 대한 신호를 상기 소리출력장치(200) 등으로 출력하여 사용자(10)에게 상기 소리출력장치(200) 등을 통해 청각적 자극을 가할 수 있도록 한다.
이 때, 바람직하게는 상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극이고, 상기 청각자극신호발생단계(S100)는, 사용자의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호 및 사용자의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하고, 상기 청각자극신호출력단계(S200)는, 상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호를 출력할 수 있다.
이와 같이 사용자(10)의 양 쪽 귀에 서로 다른 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 가함으로써, 사용자(10)에게 바이노럴 비트 효과에 의해 주의집중력을 나타내는 SMR파를 발생시키도록 유도하여 주의집중력 강화 훈련을 수행할 수 있게 된다.
이 후, 뇌파 평균 측정 기준 시간 및 휴식시간을 설정하는 시간설정단계(S250)를 수행한다. 상기 시간 설정 단계에서는 이후의 뇌파 측정단계(S300)에서 수행하는 SMR파의 측정 기준 시간을 설정하고 이를 통해 제어하는 뉴로 피드백 제어단계(S400)의 수행 기준 시간을 설정한다.
이 후, 입력 받은 시간에 기초하여 뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파측정단계(S300)를 수행한다.
이 후, 상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어단계(S400)를 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 뉴로피드백제어단계(S400)에서는 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하고, 전처리를 수행한 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하고, 추출한 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 제어명령을 생성한다.
이 후, 상기 청각자극신호출력단계(S200)에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 볼륨제어단계(S500)를 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 청각자극 제어단계(S500)에서는 상기 뉴로피드백제어단계(S400)에서 생성된 제어명령에 기초하여 상기 청각 자극을 제어할 수 있다. 이와 같은 청각자극 제어단계(S500)를 통해 제어된 상기 청각 자극에 대한 신호는 다시 상기 청각자극신호출력단계(S200)를 거쳐 외부로 출력된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 뉴로피드백제어단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다,
도 10을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 뉴로피드백제어단계(S400)는 입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리단계(S410); 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출단계(S420); 및 추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 상기 청각 자극에 대한 신호에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성단계(S430, S440); 를 포함한다.
상기 전처리단계(S410)에서는 상기 뇌파측정단계(S300)에서 측정된 사용자(10)의 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행한다. 센서를 통해 입력 받은 데이터에는 노이즈 등이 포함되어 있어 입력 받은 상기 뇌파 데이터로부터 전원 노이즈, 심장 박동에 의한 심전도 신호 등 뇌파 데이터를 분석하는데 필요 없는 신호를 제거 또는 처리한다.
이 후, SMR파추출단계(S420)에서는 상기 전처리단계(S410)에서 전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출한다. SMR파는 12Hz 내지 15Hz의 주파수에 해당하는 뇌파로서, 상기 SMR파추출단계(S420)는 상기 SMR파 이와의 뇌파를 필터 등을 통해 제거함으로써 상기 SMR파 만을 추출할 수 있다.
이 후, 제어신호생성단계에서는 우선 상기 SMR파추출단계(S420)에서 추출된 상기 SMR파가 시간 제어부로 입력 받은 시간을 기준으로 이전보다 평균값이 증가하는지 여부를 판단하는 SMR파판단단계(S430)를 수행한다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 SMR파판단단계(S430)에서는 추출된 상기 SMR파의 평균 증가 여부를 판단함으로써 사용자(10)의 주의집중력의 상태를 파악하고, 이에 기초하여 사용자(10)에게 가해지는 청각 자극을 조절하게 된다. 상기 SMR파의 증가 여부를 판단하기 위해서 상기 SMR파판단단계(S430)에서는 시간제어부(160)로부터 입력 받은 시간을 기준으로 첫 번째 SMR파의 평균 세기를 계산한다. 그리고 해당 평균값을 기준으로, 입력 시간을 기준으로 두 번째 SMR파의 평균 세기를 계산한 후 첫 번째와 두 번째 SMR파의 평균의 증가 여부를 판단할 수 있다. 이 후, 주의 집중도 훈련을 계속 해서 진행하는 경우 기준 시간 이전의 SMR파의 평균 세기와 현재 시간에서의 SMR파의 평균 세기를 비교하여 SMR파의 증가 여부를 파악한다.
예를 들어, 처음 주의 집중력 강화 장치를 사용 하는 경우 사용자가 시간 제어부를 통해 주의 집중 시간을 20분, 휴식 시간을 5분으로 설정 하는 경우, 20 분 동안 SMR파의 세기를 측정하고 평균값을 계산한다. 그리고 다시 20분 동안 SMR파의 세기를 측정하고 평균값을 계산한 뒤 SMR파의 세기의 증가 여부를 판단한다. 제일 처음 사용자가 t0에서 주의 집중력 강화 장치를 이용하기 시작한 경우 t1은 사용자가 입력한 주의 집중력 측정 시간이며 t0에서 t1까지 측정된 SMR파의 세기의 평균이 60 이고, t1 부터 t2까지 측정된 SMR파의 세기의 평균이 80 인 경우 상기 SMR파판단단계(S430)에서는 SMR파가 이전보다 많이 출력되었다고 볼 수 있다. 반대로 t2에서 t3까지 측정된 SMR파의 세기의 평균이 40인 경우 t1에서 t2까지 측정된 SMR파의 세기의 평균인 80 보다 감소 하였으므로, SMR파가 이전보다 덜 출력되었다고 판단할 수 있다.
이와 같은 실시예에서 상기 기준SMR파의 세기는 고정된 값이 아닌, 사용자(10)의 주의집중력 강화 학습 단계 등을 통해 변화하는 값일 수도 있다.
상기 SMR파판단단계(S430)에서 추출된 상기 SMR파가 증가되었다고 판단되는 경우, 청각자극재생신호생성단계(S440a)가 수행된다. 상기 청각자극재생신호생성단계(S440a)에서는 사용자(10)의 주의 집중력이 유지 되고 있다고 판단하여, 상기 청각자극신호 출력단계(S200)에서 출력되는 청각 자극을 계속해서 유지하는 신호를 생성한다.
상기 SMR파판단단계(S430)에서 추출된 상기 SMR파가 증가되지 않았다고 판단되는 경우, 청각자극정지신호생성단계(S440b)가 수행된다. 상기 청각자극 정지 신호 생성 단계에서는 사용자(10)의 주의 집중력이 떨어져 휴식이 필요하다고 판단하여, 사용자가 시간 제어부를 통해 입력한 휴식시간만큼의 청각 자극 정지 신호를 생성하여 상기 청각자극신호 출력단계(S200)에서 출력되는 청각 자극을 정지하는 신호를 생성한다.
이와 같이 상기 제어신호생성단계에서는 추출된 상기 SMR파의 증가 여부를 판단하여 그에 상응하는 제어신호를 생성함으로써 뇌파측정센서(300)를 통해 사용자(10)의 뇌에서 발생하는 뇌파를 측정한 뇌파 데이터를 이용하여 사용자가 원하는 방향으로 뇌파, 특히 SMR파를 발생시키도록 유도 하는 뉴로피드백 훈련을 진행하게 된다.
도 11 은 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법의 청각자극 제어단계의 세부 단계들을 개략적으로 도시하는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 청각자극제어단계(S500)는, 상기 제어 신호 생성 단계에서 생성된 제어 신호를 수신하는 제어신호 수신단계(S510); 및 청각자극 조절단계(S530)을 포함한다.
상기 청각자극제어단계(S500)에서는 우선 상기 제어신호생성단계(S440)에서 생성된 제어신호가 수신되었는지 확인한다. 상기 제어신호수신단계(S510)에서는 SMR파를 분석하여, 상기 SMR파의 세기 평균의 증감에 따라 생성된 청각자극 재생신호 혹은 청각자극 정지 신호를 포함하는 제어신호를 수신한다.
상기 청각 자극 조절 단계(S530)는 수신한 상기 제어신호에 따라 청각자극 재생신호 혹은 청각자극 정지신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력단계(S200)의 수행을 조절한다.
사용자(10)가 본 발명의 일 실시예에 따른 주의집중력 강화 방법에 의해 주의집중력 강화 훈련을 수행하는 경우, 우선 청각자극신호발생단계(S100) 및 청각자극신호출력단계(S200)에 의해 사용자(10)에게 청각 자극이 가해진다.
이 후, 뇌파측정단계(S300)에서 뇌파측정센서(200)에 의해 측정된 상기 사용자(10)의 뇌파 데이터를 수신한다. 뉴로피드백제어단계(S400)의 전처리단계(S410) 및 SMR파추출단계(S420)에서는 상기 뇌파데이터로부터 SMR파가 추출된다.
이 후, 제어신호생성단계에서는 상기 SMR파 세기의 평균에 기초하여 제어신호를 생성한다. 상기 제어신호생성단계에서는 상기 SMR파의 세기에 기초하여 사용자(10)에게 전달되는 청각 자극을 제어할 수 있는 제어신호를 생성한다. 이와 같은 제어신호는 상기 청각 자극을 재생하는 청각 자극 재생신호 혹은 상기 청각 자극을 정지하는 청각자극 정지신호 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이와 같이 주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극을 사용자(10)에게 가하고 사용자(10)의 뇌파를 통해 피드백을 받아, 상기 청각 자극의 크기를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 바이노럴 비트 기반의 청각 자극을 사용자에게 가함으로써 사용자의 집중 및 인지 저하를 야기하는 소음을 차단시키고, 높은 집중력 유도 효과를 이끌어 내어 사용자의 주의집중력 강화 훈련을 수행하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 주의집중력 강화 훈련중인 사용자의 뇌파를 측정하고 이에 기초하여 청각 자극을 제어함으로써 뉴로피드백 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자의 뇌파 중 SMR파를 추출하여 뉴로피드백 훈련에 사용함으로써 사용자의 주의집중력에 대한 뇌파 발생 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 측정된 SMR파에 기초하여 사용자에게 가하는 청각 자극의 크기를 조절함으로써 뉴로피드백 훈련 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자에게 가해지는 청각 자극의 크기가 기설정된 최대값을 넘지 않도록 제어함으로써 변화하는 청각 자극에 의해 놀라거나, 스트레스를 받거나, 집중력 손실이 발생하는 것을 방지하고, 지속적인 청각 자극에 의한 청력 손실을 방지하는 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 사용자는 청각적 자극을 통해 주의집중력 강화 훈련을 수행하고, 뇌파에 기초하여 뉴로피드백 훈련을 수행함으로써 학업, 업무 등의 개인적인 활동 중에도 훈련을 효과적으로 진행하는 효과를 발휘할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 시스템으로서,
    사용자에게 청각 자극을 가하여 주의집중력의 강화훈련을 수행하는 주의집중력강화장치; 및
    상기 사용자의 뇌파를 측정하는 뇌파측정센서; 를 포함하고,
    상기 주의집중력강화장치는,
    주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호발생부;
    상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력부;
    상기 뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파정보입력부;
    상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어부;
    상기 청각자극신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 제어부; 및
    집중력 측정 기준 시간 및 휴식 시간에 대한 정보를 입력하는 시간제어부; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극이고,
    상기 청각자극신호발생부는,
    사용자의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호를 생성하는 제1자극신호발생부; 및
    사용자의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하는 제2자극신호발생부; 를 포함하고,
    상기 청각자극신호출력부는,
    상기 제1자극신호를 출력하는 제1자극신호출력부; 및
    상기 제2자극신호를 출력하는 제2자극신호출력부; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고,
    상기 제2자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 의 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고,
    상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호의 주파수의 차이는, 12Hz 내지 15Hz인, 주의집중력 강화 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 뉴로피드백제어부는,
    입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리부;
    전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출부; 및
    추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각자극 제어부에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성부; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 청각자극 제어부는,
    상기 제어신호생성부로부터 제어신호를 수신하는 제어신호수신부; 및
    수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 조절부; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어신호생성부는,
    상기 SMR파에 기초하여 청각 자극에 대한 정지신호 혹은 재생신호를 포함하는 제어신호를 생성하고,
    상기 청각자극 조절부는,
    제어 신호에 포함되어 수신한 상기 정지신호 혹은 재생신호에 기초하여 청각 자극을 제어하는, 주의집중력 강화 시스템.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 청각자극 제어부는,
    사용자로부터 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 명령을 입력 받는 사용자볼륨입력부; 를 더 포함하고,
    상기 청각자극 조절부는, 입력 받은 상기 명령에 기초하여 상기 청각자극신호출력부에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는, 주의집중력 강화 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 시간제어부는, 사용자로부터 SMR파 평균 측정 시간 및 휴식 기준 시간을 입력 받는 입력부; 및
    입력된 상기 평균 측정 시간 및 상기 휴식 기준 시간에 기초하여 상기 뉴로피드백 제어부에서 SMR파의 평균 세기 측정 기준 시간을 제어하는 제어부; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  9. 청각 자극을 통한 주의집중력 강화 방법으로서,
    주의집중력의 강화훈련을 수행할 수 있는 청각 자극에 대한 신호를 생성하는 청각자극신호발생단계;
    상기 청각 자극에 대한 신호를 외부로 출력하는 청각자극신호출력단계;
    집중력 측정 기준 시간 및 휴식 시간에 대한 정보를 설정하는 시간설정단계;
    뇌파측정센서로부터 측정된 뇌파 데이터를 수신하는 뇌파측정단계;
    상기 뇌파 데이터를 분석하여 상기 청각 자극에 대한 신호를 제어하는 뉴로피드백제어단계; 및
    상기 청각자극신호출력단계에서 출력되는 상기 청각 자극에 대한 신호의 세기를 제어하는 청각자극 제어단계;
    를 포함하는, 주의집중력 강화 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 청각 자극은 바이노럴 비트 기반의 청각적 자극이고,
    상기 청각자극신호발생단계는,
    사용자의 한 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제1자극신호 및 사용자의 반대 쪽 귀에 청각 자극을 가하는 제2자극신호를 생성하고,
    상기 청각자극신호출력단계는,
    상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호를 출력하고,
    상기 제1자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고,
    상기 제2자극신호는, 400Hz 내지 500Hz 주파수를 갖는 청각적 자극신호이고,
    상기 제1자극신호 및 상기 제2자극신호의 주파수의 차이는, 12Hz 내지 15Hz인, 주의집중력 강화 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 뉴로피드백제어단계는,
    입력 받은 상기 뇌파 데이터에 대한 전처리를 수행하는 전처리단계;
    전처리 된 상기 뇌파 데이터로부터 SMR파를 추출하는 SMR파추출단계; 및
    추출된 상기 SMR파에 기초하여 상기 청각 자극에 대한 신호에 대한 제어신호를 생성하는 제어신호생성단계; 를 포함하는, 주의집중력 강화 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 청각자극 제어단계는,
    상기 제어신호생성단계에서 생성된 제어신호를 수신하는 제어신호수신단계; 및
    수신한 상기 제어신호에 기초하여 상기 청각자극신호출력단계에서 출력되는 상기 청각 자극을 제어하는 청각자극 조절단계; 를 포함하고,
    상기 제어신호생성단계는,
    상기 SMR파에 기초하여 청각 자극에 대한 정지신호 혹은 재생신호를 포함하는 제어신호를 생성하고,
    상기 청각자극 조절단계는,
    제어 신호에 포함되어 수신한 상기 정지신호 혹은 재생신호에 기초하여 청각 자극을 제어하는, 주의집중력 강화 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 시간설정단계는, 사용자로부터 SMR파 평균 측정 시간 및 휴식 기준 시간을 입력 받는 입력단계; 및
    입력된 상기 평균 측정 시간 및 상기 휴식 기준 시간에 기초하여 상기 뉴로피드백 제어부에서 SMR파의 평균 세기 측정 기준 시간을 제어하는 제어단계; 를 포함하는, 주의집중력 강화 방법.
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