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KR20030002677A - Wireless telemetric system and method for neurofeedback training using parameters of electroencephalogram(EEG) - Google Patents

Wireless telemetric system and method for neurofeedback training using parameters of electroencephalogram(EEG) Download PDF

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KR20030002677A
KR20030002677A KR1020010038366A KR20010038366A KR20030002677A KR 20030002677 A KR20030002677 A KR 20030002677A KR 1020010038366 A KR1020010038366 A KR 1020010038366A KR 20010038366 A KR20010038366 A KR 20010038366A KR 20030002677 A KR20030002677 A KR 20030002677A
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KR
South Korea
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signal
neurofeedback
training
eeg
brain
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임종진
이방형
이강희
소하제에스타테
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림스테크널러지주식회사
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Abstract

본 발명은 지속적으로 변하는 뇌파 활동 수준에 관한 정보를 시각과 청각의 자극의 형태로 제공해 줌으로써 개인으로 하여금 뇌파 활동에 따른 뇌파의 특성을 변화시켜 훈련을 하도록 하는 뉴로피드백 훈련 무선 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a neurofeedback training wireless system and a method for training an individual by changing the characteristics of EEG according to EEG activity by providing information about continuously changing EEG activity levels in the form of visual and auditory stimuli. will be.

본 발명에 따른 뉴로피드백 시스템은 전극이 부착된 헤드셋을 통해 두피로부터 생체전기 신호를 추출하는 뇌신호 검출부, 헤드셋으로부터 검출된 신호를 증폭, 필터링, 디지털 변환을 하여 그 신호를 무선으로 송신해주는 뇌신호 데이터 무선 송신부, 송신된 신호를 무선으로 수신하고 뉴로피드백 실행부와의 직렬 송수신을 담당하는 뇌신호 데이터 무선 수신부, 그리고 뇌신호 데이터 수신부로부터 수신된 직렬신호를 분석하여 개인의 정신생리적 상태를 디스플레이하고 게임의 형태로 뉴로피드백 훈련을 할 수 있게 한 뉴로피드백 실행부로 구성되어 있다.Neurofeedback system according to the present invention is a brain signal detection unit for extracting a bioelectrical signal from the scalp through a headset with an electrode, a brain signal for wirelessly transmitting the signal by amplifying, filtering, and digitally converting the signal detected from the headset Analyze the individual's psychophysiological status by analyzing the serial signal received from the data radio transmitter, the brain signal data radio receiver that receives the transmitted signal wirelessly and performs serial transmission and reception with the neurofeedback execution unit, and the brain signal data receiver. It consists of a Neurofeedback Execution Unit that allows you to do Neurofeedback training in the form of a game.

또한, 본 발명의 방법은 머리에 쓰게 되어 있는 일련의 전극이 구비된 헤드셋으로부터 생체전기 신호(EEG, EOG, EMG)를 추출하고, 그 신호를 뇌신호 데이터 무선 수신부와 직렬포트로 연결되어 있는 원격지에 위치되어 있는 호스트 컴퓨터에 무선 송신하여, 그래프, 수치, 영상 및 청각 신호의 형태로 EEG 전류 활동 수준에 관한 정보를 모니터에 디스플레이하여, 개인으로 하여금 컴퓨터 게임의 형태로 설정된 훈련 세션과 프로토콜을 포함하는 뉴로피드백 훈련을 실행하도록 한다.In addition, the method of the present invention extracts the bioelectrical signals (EEG, EOG, EMG) from a headset equipped with a series of electrodes intended to be used in the head, and the signal is remotely connected to the brain signal data wireless receiver via a serial port. Wirelessly transmits to a host computer located at the PC, displays information about the EEG current activity level in the form of graphs, figures, images and audio signals on the monitor, allowing the individual to include training sessions and protocols set up in the form of computer games. Conduct neurofeedback training.

Description

뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템 및 그 방법 { Wireless telemetric system and method for neurofeedback training using parameters of electroencephalogram(EEG) }Wireless system and method for neurofeedback training using EEG parameters {wireless telemetric system and method for neurofeedback training using parameters of electroencephalogram (EEG)}

본 발명은 뇌파의 스펙트럼 특성에 기초하여 초점적 주의나 지속적 주의를 포함한 사용자의 정신 상태를 변화시키기 위한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템과 피드백 방법을 제공하고자 하는 것이다.The present invention seeks to provide a wireless system and feedback method for neurofeedback training to change a user's mental state, including focus attention or sustained attention, based on the spectral characteristics of EEG.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 가볍고 편리하며 신뢰성 있는 뇌파 신호를 전송해 주는 스프레드 스펙트럼 무선 송수신 기술을 적용한 무선 RF 뇌파 전송 시스템을 개발함으로써 유선으로 인해 종래 사용자가 느꼈던 불편함을 제거함과 동시에 그 사용 범위도 확장시키고자 한다.In addition, to achieve the above object by developing a wireless RF EEG transmission system applying a spread spectrum wireless transmission and reception technology that transmits light, convenient and reliable EEG signals to remove the inconvenience that the conventional user felt due to the wire, while using the range We also want to expand it.

본 발명은 뉴로피드백(neurofeedback) 훈련을 위한 무선 시스템과 그 방법에 관한 것이며, 구체적으로 본 발명은 뇌파 활동의 파라미터에 의해 통제되는 일반 뉴로피드백 훈련 프로토콜이나 컴퓨터 게임으로 설계된 훈련을 이용하여 이완이나 주의 상태를 유도하거나 수행을 향상시킬 목적으로 뇌파의 실시간 스펙트럼 분석에 의해 도출된 파라미터에 기초하여 뉴로피드백을 실시하기 위한 라디오 텔레메트릭(radio telemetric; 이하 무선 RF 송수신이라 부름) 시스템과 그 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to wireless systems and methods for neurofeedback training, and in particular, the present invention relates to relaxation or attention using training designed with general neurofeedback training protocols or computer games controlled by parameters of EEG activity. A radio telemetric system and method for performing neurofeedback based on parameters derived by real-time spectral analysis of brain waves for inducing states or improving performance. .

본 발명은 세 가지 주제 영역과 관련될 수 있다: 1) 바이오피드백(특히 EEG(electroencephalogram) 바이오피드백, 혹은 뉴로피드백), 2) 정신 상태와 관련된 뇌파(이하, EEG라고 부름), 특히 인간 조작자의 수행에 적용될 수 있는 주의력 향상이나 주의-관련 장애를 가진 환자의 인지 기능 향상에 적용되는 뉴로피드백 절차, 그리고 3) 실시간 모니터링과 뉴로피드백 시스템을 위한 EEG 신호의 RF 무선송신.The present invention may relate to three subject areas: 1) biofeedback (especially electroencephalogram (EEG) biofeedback, or neurofeedback), 2) brain waves associated with mental states (hereinafter referred to as EEG), in particular human operators. Neurofeedback procedures applicable to attention enhancement or cognitive functioning in patients with attention-related disorders that may be applied to performance, and 3) RF radio transmission of EEG signals for real-time monitoring and neurofeedback systems.

바이오피드백은 사람에게 이전에는 직접적으로 지각하지 않았던 한 가지 이상의 생리적 활동을 실시간으로 보여주고 이러한 생리적 피드백 정보를 활용하여 의도된 방향으로 생리적 활동을 변화시키도록 훈련을 시키고, 요구된 변화 목표에 도달할 때 보상을 해 줌으로써 바람직한 정신생리적 상태를 유도할 수 있게 해주는 기술이다. 바이오피드백 훈련은 생리 심리학과 응용 생리학에서 사용되는 조작적 조건화(operant conditioning)와 유사하다. 바이오피드백 기법은 선택된 어떤 생리적 활동(예, 심전도)의 획득과 처리를 위해 실시간으로 측정되는 선택된 목표 파라미터(예, 심장박동)의 제시로 구성될 수 있다. 목표 파라미터가 사전에 선택된 역치 수준에 도달될 때, 사용자는 그에 대한 보상으로 피드백 신호를 받게 된다. 예를 들어, 심장박동 바이오피드백을 수행하는 동안 분당 심박수가 75에서 70으로 떨어지고, 훈련의 목표가 심장박동을 분당 70으로 감소시키는 훈련 역치로 설정되어 있다면, 그에 대한 즉각적인 보상으로 청각 신호가 주어질 수 있다.Biofeedback shows humans one or more physiological activities that were not previously perceived in real time, and trains them to use these physiological feedback information to change physiological activities in the intended direction and reach the required change targets. It is a technique that can induce a desirable psychophysiological state by rewarding time. Biofeedback training is similar to the operational conditioning used in physiological psychology and applied physiology. The biofeedback technique may consist of the presentation of selected target parameters (eg, heart rate) measured in real time for the acquisition and processing of any selected physiological activity (eg, electrocardiogram). When the target parameter reaches a preselected threshold level, the user receives a feedback signal as a reward for it. For example, if your heart rate drops from 75 to 70 during your heart rate biofeedback, and your training goal is set to a training threshold that reduces your heart rate to 70 per minute, you may receive an auditory signal as an immediate reward. .

뉴로피드백은 사용자의 생리적 활동으로 EEG만을 사용하는 것을 의미한다. 즉 고속퓨리에 변환(Fast Fourier Transform; FFT)(이하, FFT라고 부름) 등에 의해 얻어진 특정한 대역폭의 스펙트럼 파워와 같은 선택된 EEG 활동이 바이오피드백을 위한 목표로서 사용된다. EEG는 뇌에 의해 생성된 생체전기 활동(약 0.5에서 42 Hz의 주파수 범위에서 1-100 μV의 피크 진폭)으로 그 활동 신호는 전형적으로 두피에 부착된 센서에 의해 기록된다. 보다 정확하게 말하면, 여러 개의 EEG 전극, 즉 센서들이 두피의 표준화된 위치에 부착되어 내부 대뇌피질에 의해 생성되는 지속적이며, 자발적인 유발 생체전기 활동을 측정하게 된다. 피질에서 발생하는 많은 인지적 및 다른 정신 과정(예, 주의)이 특별한 생체전기 피질 활동과 관련되어 있으며, 뇌 활성화 상태 또한 이러한 EEG 파라미터에 의해 평가될 수 있다. 여러 인지 및 정신상태를 특징지어주는 다양한 EEG의 진폭 및 주파수 파라미터들이 있으며, FFT 분석은 정의된 진폭의 EEG 리듬 활동 파라미터들을 평가하기 위한 가장 일반적인 방법 가운데 하나이다.Neurofeedback means using only EEG as a user's physiological activity. That is, selected EEG activity, such as the spectral power of a particular bandwidth obtained by Fast Fourier Transform (FFT) (hereinafter referred to as FFT) and the like, is used as the target for biofeedback. EEG is bioelectric activity produced by the brain (peak amplitude of 1-100 μV in the frequency range of about 0.5 to 42 Hz) and its activity signal is typically recorded by a sensor attached to the scalp. More precisely, several EEG electrodes, or sensors, are attached to standardized locations on the scalp to measure the continuous, spontaneous induced bioelectric activity produced by the internal cortex. Many cognitive and other mental processes (eg, attention) that occur in the cortex are associated with specific bioelectric cortical activity, and brain activation status can also be assessed by these EEG parameters. There are various EEG amplitude and frequency parameters that characterize different cognitive and mental states, and FFT analysis is one of the most common methods for evaluating EEG rhythm activity parameters of defined amplitude.

일반적으로 네 가지의 주요 EEG 대역들이 제시되어 있다: 일반적으로 눈을 뜨고 주의집중을 하거나 경계 상태에 있을 때 발생하는 베타리듬(13.0-40.0 Hz); 눈을 감은 상태에서 보다 이완되어 있으며, 경계가 늦추어졌을 때 주로 발생하는 알파 리듬(8.0-12.0 Hz); 보다 느린 뇌파 활동으로 특징지어지는 백일몽을 꾸는 것과 같은 상태에서 주로 발생하는 세타 리듬(4.0-8.0 Hz); 수면과 때때로 병리적인 뇌 활동과 관련되는 델타 리듬(0.5-4.0 Hz). 이외에도 감각운동 리듬(Sensorymotor Rhythm; SMR, 12.0-15.0 Hz)(이후, SMR이라고 부름)과 같은 특별한 뇌파 리듬도 보고되었다. 과학자 Sterman 등(1974)은 이 리듬이 간질 발작과 관련되어 있다고 알려지고 있다.In general, four main EEG bands are presented: beta rhythms (13.0-40.0 Hz), which usually occur when eyes are open, focused or alert; Alpha rhythm (8.0-12.0 Hz), which is more relaxed with eyes closed and occurs mainly when the boundaries are slowed down; Theta rhythms (4.0-8.0 Hz) that occur predominantly in conditions such as daydreaming characterized by slower EEG activity; Delta rhythm (0.5-4.0 Hz) associated with sleep and sometimes pathological brain activity. In addition, special EEG rhythms have been reported, such as Sensorymotor Rhythm (SMR, 12.0-15.0 Hz) (hereinafter referred to as SMR). Scientist Sterman et al. (1974) are known to have linked this rhythm to epileptic seizures.

또한, SMR은 운동 과정의 억제와도 관련되어 있다. 그러나 현대 정신생리학에서는 흔히 느린 알파(8.0-10.0 Hz)와 빠른 알파(10.0-13.0 Hz), 느린 베타(13.0-20.0 Hz)와 빠른 베타(20.0-35.0 Hz)와 같은 보다 협소 대역의 리듬과 보다 높은주파수 대역(예, 감마, 36.0-42.0 Hz)을 사용하고 있다. 현재까지 이 분야에서는 1 Hz에 기초된 협소 EEG 활동 대역들이 그 자체로 어떤 기능적 중요성을 가지고 있으며, 정신 상태와 보다 더 정확하게 상관이 될 수 있는 것으로 알려져 있다.SMR is also associated with the inhibition of the motor process. However, in modern psychophysiology, narrower band rhythms, such as slow alpha (8.0-10.0 Hz) and fast alpha (10.0-13.0 Hz), slow beta (13.0-20.0 Hz) and fast beta (20.0-35.0 Hz), High frequency band (eg gamma, 36.0-42.0 Hz) is used. To date, it is known that narrow EEG bands of activity based on 1 Hz are of some functional importance in themselves and can be more accurately correlated with mental states.

정신 상태를 통제할 수 있는 능력은 뉴로피드백 훈련에 의해 얻어질 수 있는 것으로 알려져 있다. 정신 상태 통제 능력을 획득시키기 위한 많은 상이한 접근법이 EEG 바이오피드백에 적용되었다.The ability to control mental state is known to be gained by neurofeedback training. Many different approaches have been applied to EEG biofeedback to achieve mental state control.

미국 특허 제 5,406,957는 뇌파 자료의 모니터링, 분석 및 이용에 관한 장치와 방법을 기재하고 있으며, 또 다른 미국 특허 제 4,928,704는 EEG 활동의 효과적인 자발적인 통제 능력을 개발시키기 위한 훈련 장치와 방법을 기재하고 있다. 통제된 실험실 환경에서 EEG 신호를 추출하기 위해 머리의 피질 영역들에 EEG 센서가 부착되고, 이렇게 하여 추출된 신호들은 증폭되고 이미 정의된 하위 주파수 대역인 알파, 세타, 베타 및 델타로 필터링되어 시각, 청각 혹은 촉각 자극의 형태로 사람에게 피드백되어 모니터를 할 수 있게 된다. 그러나 최근의 관심사는 주의를 훈련시키려는 목적으로 뉴로피드백을 사용하는 것이다. 상이한 장치와 뉴로피드백 방법들이 EEG 활동을 사용하여 사용자에게 주의 수준을 알려주고 주의력을 향상시켜주기 위하여 EEG 훈련을 시키기 위해 제안되었다. 미국 특허 제 5,377,100은 사람들의 주의 폭을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은 EEG 탐지 하드웨어를 통해 사용자의 주의 수준을 난이도별로 구성된 비디오게임과 관련시킴으로써 사용자의 주의력 수준을 향상시키는 훈련 방법을 제공한다. 다른 미국 특허 제 5,447,166은 사용자의 EEG 신호와 물리적 반응을 모니터하고 이 신호와 반응을 변화시키기 위해 컴퓨터 프로그램을 사용하는 신경인지 적응 컴퓨터 인터페이스 시스템을 제안한다. 컴퓨터 신경망은 피훈련자의 초점적 주의 수준을 구체적으로 특징짓는 EEG 신호와 다른 생리적 변수들의 조합을 계산한다. 또한, 미국 특허 제 6,097,981은 무선 적외선 EEG 바이오피드백 시스템을 사용하여 EEG 반응을 분석하고 애니메이션을 통제할 수 있는 장치를 제안한다. EEG 신호는 컴퓨터 애니메이션을 통제하는 데 사용될 수 있으며, 그러한 애니메이션 가운데 하나가 주의력 향상 게임과 관련되어 있다.U.S. Patent 5,406,957 describes a device and method for monitoring, analyzing and using EEG data, while another U.S. Patent 4,928,704 describes a training device and method for developing an effective voluntary control of EEG activity. An EEG sensor is attached to the cortical areas of the head to extract the EEG signal in a controlled laboratory environment, whereby the extracted signals are amplified and filtered by the predefined lower frequency bands alpha, theta, beta and delta. It can be fed back to a person in the form of auditory or tactile stimuli to monitor. A recent concern, however, is the use of neurofeedback for the purpose of training attention. Different devices and neurofeedback methods have been proposed to train EEG to use EEG activity to inform the user of the level of attention and to improve attention. U.S. Patent No. 5,377,100 relates to a method for improving people's attention, which provides a training method for enhancing the user's attention level by relating the user's attention level to the difficulty level video game through EEG detection hardware. do. Another US Pat. No. 5,447,166 proposes a neurocognitive adaptive computer interface system that monitors a user's EEG signal and physical response and uses a computer program to change the signal and response. Computer neural networks calculate a combination of EEG signals and other physiological variables that specifically characterize the trainee's level of attention. In addition, US Pat. No. 6,097,981 proposes a device that can analyze EEG response and control animation using a wireless infrared EEG biofeedback system. EEG signals can be used to control computer animation, one of which involves attention-enhancing games.

최근에 가장 일반적인 아동의 정신병적 장애 가운데 하나가 주의결핍(Attention Deficit Disorder; ADD) 및 과잉활동 장애(Attention Deficit & Hyperactive Disorder; ADHD)(이하, ADD/ADHD라 부름)가 사회적 문제로 대두되고 있는 데, 학교 수업 문제, 부모 양육의 어려움, 그리고 대인관계에 문제점을 가지고 있는 이런 장애에 대해 적용되는 수량적 EEG와 뉴로피드백 치료가 아동들의 주의력과 인지 기능을 향상시키고 행동 문제를 감소시키는 중요한 치료기법의 하나로 평가받고 있다. 미국 특허 제 6,097,980은 ADHD에 대한 QEEG 진단을 위해 주파수 대역의 수와 두피 부착 위치의 수를 간략화시키는 법에 대해 제안한다. 즉 이 방법은 귀를 기준점(AA)하여 하나의 뇌 위치(Cz)에서 두 개의 주파수 대역(4.0-8.0 Hz와 13.0-21.0 Hz)의 FFT 스펙트럼 파워를 분석한다. 따라서 ADHD와 13.0-21.0 Hz에서 기록된 느린 베타의 파워에 대해 4.0-8.0 Hz의 세타의 파워에 대한 비율의 관계성이 조사된다. 이렇게 하여 계산된 평균은 ADHD가 없는 정상적인 아동들로부터 얻어진 규준 데이터베이스와 비교되어, ADHD의 존재와 그 정도가 경정된다. ADHD를 위한 뉴로피드백은 의약 치료에 따른 효과를 보지 못하거나 부작용을 보이는 아동과 성인 환자 모두에게 효과적인 대안으로 제시되고 있으며, 뉴로피드백에 따른 ADHD 치료 효과에 관한 연구는 훈련을 통해 전두엽이나 감각운동영역에서 발생하는 세타/베타 비율과 세차 대역의 진폭을 감소시킴으로써 괄목할만한 향상을 가져오는 것으로 나타나고 있다.Recently, one of the most common psychotic disorders in children is Attention Deficit Disorder (ADD) and Attention Deficit & Hyperactive Disorder (ADHD) (hereinafter referred to as ADD / ADHD). In addition, quantitative EEG and neurofeedback therapy, which is applied to school disorders, parenting difficulties, and interpersonal problems, is an important treatment that improves children's attention and cognitive function and reduces behavioral problems. It is considered one of the U. S. Patent No. 6,097, 980 proposes a method of simplifying the number of frequency bands and the number of scalp attachment sites for QEEG diagnosis for ADHD. In other words, this method analyzes the FFT spectral power of two frequency bands (4.0-8.0 Hz and 13.0-21.0 Hz) at one brain location (Cz) with reference to the ear (AA). Therefore, the relationship between the ratio of theta to the power of theta at 4.0-8.0 Hz to the power of the slow beta recorded at 13.0-21.0 Hz was examined. The mean calculated in this way is compared with a normative database obtained from normal children without ADHD, to determine the presence and extent of ADHD. Neurofeedback for ADHD has been suggested as an effective alternative for both children and adult patients who do not see the effects of medication or have side effects, and studies on the effects of neurofeedback on ADHD treatment have been conducted through training. Reducing the theta / beta ratio and the amplitude of the precession bands has been shown to result in significant improvement.

무선 RF 송신 범위는 EEG 시스템의 중요한 진보를 나타내며, 이 무선 시스템은 종래 의 기술분야에서 뉴로피드백 방법과 간접적으로 관련될 수 있는 몇 가지 응용 분야에 제한적으로 기재되어 있다. 미국 특허 제 5,755,230은 모니터링의 목적을 위한 EEG를 포함한 생리적 활동의 RF 송신을 위한 몇 개 채널을 이용한 무선 시스템 프로그램에 대해 기재하고 있다. 또한 미국 특허 제 6,001,065는 비디오게임, 영화, 가상현실, 그리고 컴퓨터 애니메이션과 같은 다양한 전자 매체의 적극적 혹은 수동적 통제를 위해 생리 신호(예, EEG와 electromyograph;EMG)를 측정하고 분석하기 위한 단일 채널 RF 모니터링 장치를 제안한다. 이 시스템은 RF 무선 송신 방식으로 EEG 신호를 컴퓨터로 송신하여 가정용 전자제품과 같은 외부 장치를 통제하기 위해 적외선 채널을 사용한다.The wireless RF transmission range represents an important advance in the EEG system, which is limited to several applications in the prior art that may be indirectly related to neurofeedback methods. U. S. Patent No. 5,755, 230 describes a wireless system program using several channels for RF transmission of physiological activity, including EEG for monitoring purposes. U.S. Patent No. 6,001,065 also discloses single channel RF monitoring for measuring and analyzing physiological signals (e.g., EEG and electromyograph; EMG) for active or passive control of various electronic media such as videogames, movies, virtual reality, and computer animation. Suggest a device. The system uses an infrared channel to transmit EEG signals to a computer via RF wireless transmission to control external devices such as home appliances.

무선 RF 송신 방식의 주요 장점은 기존의 유선 및 적외선 송신 방식보다 송신 범위가 넓어지며 작은 파워를 가지고도 간편한 EEG 시스템을 구축할 수 있다는 점이다. 생체 의학 분야에 적용하는 데 따른 문제점으로는 허가 없이 사용될 수 있는 주파수 대역(예, 미국의 경우 약 900 MHz)에서 뇌파 무선 RF 전송 신호가 보다 강력한 다른 일차 상용 주파수 파에 의해 간섭을 받을 수 있다는 것이다. 그러나 최근 RF 전송을 위한 스프레드 스펙트럼 기술을 뇌파 무선 RF 전송에 적용할 때 그러한 간섭 영향을 충분히 제거할 수 있다. 이전의 실시간 EEG 모니터링이나 뉴로피드백 무선 시스템 구현 기술에서는 그러한 스프레드 스펙트럼 송수신(spread spectrum telemetry) 방식의 적용을 고려하지 않았다.The main advantage of the wireless RF transmission method is that the transmission range is wider than that of the conventional wired and infrared transmission methods, and the EEG system can be constructed with a small power. The problem with biomedical applications is that EEG radio RF transmission signals can be interfered by other, more powerful first-order commercial frequency waves in the frequency bands that can be used without permission (eg, around 900 MHz in the United States). . However, the recent application of spread spectrum technology for RF transmission to EEG wireless RF transmission can sufficiently eliminate such interference effects. Previous real-time EEG monitoring or neurofeedback radio system implementation techniques did not consider the application of such spread spectrum telemetry.

지금까지 기술된 시스템들과 방법들이 사용자의 주의력 향상에 지향되어 있는 훈련을 포함하여 모두 뉴로피드백 사용을 위한 실시간 EEG 분석에 초점을 맞추고 있다고는 할지라도, 어느 것도 EEG의 스프레드 스펙트럼 무선 RF 전송 바이오피드백 시스템에 기초한 주의력 향상이나 이완 증진을 위한 장치와 그 방법에 초점을 맞추고 있지 않다. 또한 종래의 바이오피드백 시스템은 많은 제한 사항을 가지고 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,097,981은 EEG 베이스 바이오피드백 시스템에 따른 무선 장치와 그 방법에 대해 개진하고 있으나, 기술된 시스템은 적외선 전송을 사용하고 있으며, 그 적용은 주의 향상 게임에만 한정되어 있다. 적외선 전송 시스템의 주요 단점은 송신기 수신기 사이의 통로의 직진성과 거리의 범위에 대한 제한에 있다. 즉 송신기와 수신기 사이의 거리가 어느 정도 떨어져 있고 그 사이에 어떤 장애물이 있을 때 신호가 수신기에 도달하지 못하거나 왜곡이 일어날 수 있다는 것이다.Although the systems and methods described so far all focus on real-time EEG analysis for neurofeedback use, including training aimed at improving the user's attention, none of EEG's spread spectrum wireless RF transmission biofeedback It does not focus on the systems and methods of improving attention or relaxation based on the system. In addition, conventional biofeedback systems have many limitations. For example, US Pat. No. 6,097,981 discloses a wireless device and method thereof in accordance with an EEG-based biofeedback system, but the described system uses infrared transmission, and its application is limited to attention enhancement games. The main disadvantage of the infrared transmission system lies in the straightness of the path between the transmitter receivers and the limitation on the range of distance. In other words, when the distance between the transmitter and the receiver is some distance and there is an obstacle between them, the signal may not reach the receiver or distortion may occur.

또한 종래의 기술은 실제로 순수한 EEG 신호를 추출하는 데 따른 부정확성을 가지고 있다. 즉 두피로부터 뇌파를 추출하는 것으로 가정하는 기존의 기술들은 실제로 근육 활동(예, EMG)이 혼입된 뇌파 신호를 사용하고 있으며, 뇌파로부터 근육활동을 필터링하는 기술이 결여되어 있다. 특히 헤드밴드 형식의 뇌파 센서 장치를 이마(전두엽으로 가정하여)에 부착하여 뇌파를 추출하는 시스템들은 이마에서 발생하는 근육의 움직임, 즉 근전도(이하, EMG라고 부름)은 물론 눈동자의 움직임으로 발생하는 신호, 즉 안전도(이하 EOG라고 부름), 즉 소음들이 혼입된 신호를 뇌파로 가정하고 있기 때문에 매우 부정확한 뇌파 시스템으로 볼 수 있다. 따라서 이러한 시스템을 통해 사용자로 하여금 통제 능력을 획득하도록 하는 동기를 유지시키지 않은 채, EEG 활동에 대한 어떤 중요한 수의적 통제 능력을 가르친다는 것은 불가능하다. 바이오피드백 시스템의 성공은 명백하게 통제의 난이도를 조성하고 조절하며, 목표 EEG 파라미터의 정확한 변화를 보상해 줌으로써 사용자로 하여금 훈련을 계속하도록 고무시키는 동기를 제공하는 수단(예를 들어, 게임 등)을 가지고 있어야 한다.The prior art also has inaccuracies in actually extracting pure EEG signals. In other words, conventional techniques that assume that EEG is extracted from the scalp actually use EEG signals incorporating muscle activity (eg, EMG), and lack the technique of filtering muscle activity from EEG. In particular, systems for extracting EEG by attaching a headband type EEG sensor device to the forehead (assuming frontal lobe) are generated by the movement of muscles in the forehead, namely EMG (hereinafter referred to as EMG), as well as eye movement. It is a very inaccurate EEG system because it assumes that the signal, that is, safety (hereinafter referred to as EOG), or the signal in which noises are mixed, is assumed as an EEG. Therefore, it is impossible to teach some important voluntary control over EEG activities without maintaining the motivation for users to gain control over these systems. The success of the biofeedback system clearly has the means (eg games) to motivate the user to continue training by creating and adjusting the difficulty of control and by compensating for accurate changes in the target EEG parameters. Should be

따라서 본 발명은 이러한 문제점들을 인식하고, 종래의 기술에서는 볼 수 없던 중요한 개선과 개발을 꾀하였다.Accordingly, the present invention recognizes these problems, and has made important improvements and developments not seen in the prior art.

우선, 본 발명은 여러 뇌 위치에서 뇌파를 추출할 수 있는 시스템의 유연성을대폭 높였다. 예컨대, 본 발명의 하위 시스템인 전극이 부착된 헤드세트 시스템은 EEG 추출 위치들을 적절하게 조합시킬 수 있게 하였고, 단극 유도법(monopolar configuration)과 양극 유도법(bipolar configuration)을 모두 사용할 수 있게 하였다. 즉, 귓불이나 귀 후면 돌기부분을 접지 그리고 이마의 정 중앙인 Fpz 위치를 기준점으로 하여 전두엽 F3, F4 위치나 감각운동영역 C3, C4 각각에 대해 단극 유도법을 적용시킬 수 있으며, Fp1-Fp2 위치의 경우 Fpz 위치를 접지점으로 하여 양극 유도법을 적용시킬 수 있다. 특히, 귀의 후면 돌출부위를 기준점으로 하고 Fpz 위치를 접지점으로 하여 두개골 상부 정중앙 Cz 위치에서 추출되는 신호에 단극 유도법을 적용하는 경우, 근육이나 눈동자의 움직임으로 일어나는 소음으로부터 영향을 받지 않게 된다.First, the present invention greatly increased the flexibility of a system that can extract brain waves at various brain locations. For example, an electrode-attached headset system, a sub-system of the present invention, allows for the proper combination of EEG extraction positions and allows both monopolar and bipolar configurations to be used. In other words, using the earlobe or the posterior part of the ear as the reference point, the Fpz position, which is the center of the forehead, can be applied to the frontal lobe F3 and F4 or the sensory motor region C3 and C4, respectively. In this case, the anode induction method can be applied with the Fpz position as the ground point. In particular, when the unipolar induction method is applied to the signal extracted from the upper center Cz position of the skull with the rear projection of the ear as the reference point and the Fpz position as the grounding point, the noise caused by the movement of muscles or eyes is not affected.

또한, 본 발명은 뉴로피드백 훈련을 위한 EEG 리듬의 협소 하위 대역을 선택해서 그 그 조합의 편리성을 성취하였다.In addition, the present invention selects a narrow subband of the EEG rhythm for neurofeedback training and achieves the convenience of the combination.

나아가, 본 발명은 낮은 파워의 무선 RF 전송법을 적용함으로써 사용자로 하여금 안전하게 무선으로 컴퓨터와 연결할 수 있게 해 주었다.Furthermore, the present invention allows the user to safely connect to the computer wirelessly by applying a low power wireless RF transmission method.

더 나아가, 본 발명은 다른 무선 RF 전송 출처로부터의 소음과 간섭을 최소화시키는 것으로 알려진 스프레드 스팩트럼 송수신 방식을 처음으로 적용했다.Furthermore, the present invention first applied spread spectrum transmission and reception schemes known to minimize noise and interference from other wireless RF transmission sources.

본 발명은 주의력을 향상시키고 수행을 증진시키는 데 지향되어 있는 전통적인 뉴로피드백 프로토콜과 게임 기반 훈련 절차 모두를 사용할 수 있게 해 주었다. 시각이나 청각 피드백 통제를 위한 EEG 활동 파라미터들이 이완 및 활동 상태를 나타내는 사용자의 EEG 특성과 비교하여 조정되고 선택되어지며, 또한 규준 데이터베이스와 비교하여 뉴로피드백 훈련의 목표와 역치가 적절하게 선택되고 조절될 수 있다.The present invention allows the use of both traditional neurofeedback protocols and game-based training procedures that are directed at improving attention and enhancing performance. EEG activity parameters for visual or auditory feedback control are adjusted and selected in relation to the user's EEG characteristics indicating relaxation and activity status, and the goals and thresholds of neurofeedback training can be appropriately selected and adjusted in comparison with the normative database. Can be.

도 1은 본 발명에 따른 일실시 예에 의한 무선 뉴로피드백 시스템의 사용 환경을 도시한 도면.1 is a view showing a usage environment of a wireless neurofeedback system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 뉴로피드백 시스템에서 사용하는 뇌신호 전송을 위한 구성을 도시한 블록 다이아그램.Figure 2 is a block diagram showing the configuration for transmitting brain signals used in the neurofeedback system of the present invention.

도 3은 본 발명의 뇌신호 검출을 위해 사용되는 헤드셋 및 그 내부 전극선 연결배열 도면.Figure 3 is a headset used for detecting the brain signal of the present invention and the internal electrode wire connection arrangement diagram.

도 4는 뉴로피드백 시스템에 의한 뇌신호의 RF 전송 처리 과정.4 is a RF transmission process of the brain signal by the neurofeedback system.

도 5는 뉴로피드백 시스템에 의한 뇌신호의 RF 수신 및 뉴로피드백 실행을 위한 처리과정.5 is a process for RF reception and neurofeedback execution of the brain signal by the neurofeedback system.

도 6은 뉴로피드백 시스템의 자료 처리에 대한 단계별 플로우챠트.6 is a step-by-step flowchart for data processing of a neurofeedback system.

도 7은 본 발명에 따른 뉴로피드백 실행 절차를 단계별로 설명하는 플로우 챠트.7 is a flowchart illustrating step by step a neurofeedback execution procedure according to the present invention.

전술한 바와 같이, 본 발명은 최소한 두 군데 이상의 두피 위치로부터 EEG 활동의 추출, 전처리, 무선 RF 전송, 실시간 분석 및 시청각적 제시를 위한 시스템과 그 방법에 관한 것이다.As noted above, the present invention relates to systems and methods for the extraction, preprocessing, wireless RF transmission, real-time analysis and audiovisual presentation of EEG activity from at least two scalp locations.

본 발명의 구성은 구체적으로 다음과 같이 이루어진다.Specifically, the configuration of the present invention is as follows.

사용자의 적어도 하나 이상의 두피 영역으로부터 생체 전기 신호를 검출하는 뇌신호 검출부와, 상기 뇌신호 검출부의 신호를 감지하는 감지수단과, 상기 감지수단으로부터 감지된 신호를 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 장치와 무선 RF 전송 방식으로 뇌신호 데이터 송신부와 뉴로피드백 실행부(호스트 컴퓨터)간의 양방향 송수신하는 무선 시스템과 그 방법에 관한 것이다.Apparatus for neurofeedback training using a brain signal detector for detecting a bio-electrical signal from at least one scalp area of a user, sensing means for detecting a signal of the brain signal detector, and the signal detected from the sensing means And a wireless system for transmitting and receiving bidirectionally between a brain signal data transmission unit and a neurofeedback execution unit (host computer) by a wireless RF transmission method.

여기서, 뇌신호 검출부는 사용자의 이마 또는 전-전두엽, 전두엽, 감각운동 영역으로부터 적어도 하나 이상의 생체전기 신호(EOG, EMG, EEG)를 검출하기 위한 다원 전극 센서 배열로 이루어진다. 여기서, 헤드셋은 이마 정중앙과 양 귓불 또는 귀의 후방 돌출부(mastoid)에 위치하게 된 접지와 참조전극 세트로 이루어진다. 또한, 전극 센서 배열은 생체전기 신호 처리를 위한 단극 또는 양극 유도법의 선택적 적용이 가능하다.Here, the brain signal detection unit is composed of a multi-electrode sensor array for detecting at least one bioelectric signal (EOG, EMG, EEG) from the user's forehead or front-frontal lobe, frontal lobe, sensory motor region. Here, the headset is composed of a ground and a reference electrode set positioned at the center of the forehead and both the earlobe or the rear mastoid of the ear. In addition, the electrode sensor array can be selectively applied to the unipolar or bipolar induction method for bioelectric signal processing.

여기서, 상기 전극 센서배열을 통해 사용자의 두피로부터 검출된 신호의 감지 및 처리단을 포함하는 무선 RF 송신부는 적어도 하나 이상의 EEG 신호와 하나의 EOG 또는 EMG 신호의 증폭, 필터링, A/D 변환을 위한 전기회로를 포함한다. 또한, 양방향 무선 RF 신호 송수신부는 적어도 하나 이상의 RF 신호에 대한 변조와 복조를 위한 스프레드 스펙트럼 송수신 수단을 포함한다. 그러나 스프레드 스펙트럼 송수신 수단 대신에, 주파수 변환 키(FSK), 위상 변환 키(PSK), FM 변환 수단이 사용될 수도 있다. 또한, 양방향 무선 RF 신호 송수신부는 RS-232C 방식의 직렬 입출력장치를 포함한다. 상기 다원 전극 센서 배열을 포함하여 헤드셋을 구성할 수 있다.Here, the wireless RF transmitter including a detection and processing stage of the signal detected from the user's scalp through the electrode sensor array for the amplification, filtering, A / D conversion of at least one EEG signal and one EOG or EMG signal Electrical circuits. In addition, the bidirectional wireless RF signal transceiver includes a spread spectrum transmission and reception means for modulation and demodulation of at least one RF signal. However, instead of spread spectrum transmission and reception means, a frequency conversion key (FSK), a phase conversion key (PSK), and an FM conversion means may be used. In addition, the two-way wireless RF signal transceiver includes an RS-232C serial input and output device. The headset may be configured to include the multi-electrode sensor array.

뉴로피드백 실행부(컴퓨터)는 생체전기 신호의 실시간 분석을 처리하기 위한 컴퓨터 프로그램, 뉴로피드백을 위한 훈련 프로토콜 및 시청각 피드백을 포함한다. 또한, 뉴로피드백을 위한 훈련 프로토콜은 EEG 신호가 저장되고 그 신호가 동일한 사용자로부터 사전에 저장된 EEG 신호나 규준 데이터베이스와 비교되도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함하며, 상기 EEG 신호를 컴퓨터 메모리에 저장된 역치값 혹은 안정기 기저수준이나 기준값(normative value)과의 변화를 비교할 수 있도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함한다.The neurofeedback execution unit (computer) includes a computer program for processing real-time analysis of bioelectrical signals, a training protocol for neurofeedback and audiovisual feedback. In addition, the training protocol for neurofeedback includes a computer program in which an EEG signal is stored and that signal is compared with a previously stored EEG signal or normative database from the same user, and the threshold value or ballast stored in the computer memory. It includes a computer program that allows you to compare changes with base level or normative values.

여기서, 뉴로피드백을 위한 훈련 프로토콜은 EEG 신호와 적어도 하나 이상의 이전에 저장된 생체전기 신호나 규준 데이터베이스와의 비교에 기초하여 역치를 변화시킬 수 있도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 또한, 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 이전에 저장된 EEG 신호나 규준 EEG 데이터베이스에 기초하여 역치값을 설정할 수 있도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 일련의 단계들로 진행하여 사용자의 주의를 증진시키고, 사용자의 뇌의 전기적 활동을 측정하고, 측정된 신호를 실시간으로 분석하여 분석된 전기 활동을 통해 의도된 변화가 나타났을 경우, 그에 상응하는 보상으로 시각적 디스플레이나 청각적 신호를 통해 최소한 하나의 피드백 출력 신호를 제공함으로써, 사용자로 하여금 정해진 시간 동안 하나의 전기 활동 수준을 유지하도록 유도하는 것을 특징으로 한다. 또한, 이 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 일련의 단계로 진행하는 컴퓨터 게임에 의해 사용자의 주의를 증진시키며, 측정된 뇌의 전기 활동을 무선 RF 신호의 형태로 컴퓨터에 전송하는 것을 특징으로 한다.Here, the training protocol for neurofeedback includes a computer program adapted to change the threshold based on a comparison of the EEG signal with at least one previously stored bioelectrical signal or normative database. The neurofeedback training protocol also includes a computer program that allows for setting threshold values based on previously stored EEG signals or normative EEG databases. Neurofeedback training protocols go through a series of steps to enhance the user's attention, measure the electrical activity of the user's brain, and analyze the measured signals in real time to reveal the intended changes through the analyzed electrical activity. By providing at least one feedback output signal through a visual display or an audio signal as a corresponding reward, the user is encouraged to maintain one level of electrical activity for a defined time. In addition, the neurofeedback training protocol promotes the user's attention by computer games in a series of stages, and transmits the measured brain electrical activity to the computer in the form of a wireless RF signal.

뇌파는 기준 전극과 전비 전극을 포함하여 여러 개의 EEG 전극이 설치되어 있는 헤드셋을 사용하여 적절한 두피 위치들로부터 추출된다(각 전극의 임피던스는 10 kΩ 이하로 유지되게 하였다). 추출된 신호는 무선 RF 송수신부 채널을 통해 컴퓨터로 전달된다. EEG는 EOG(electroculargram)와 EMG 등의 잡음으로부터 필터링되고, 잡음이 제거된 EEG 신호는 컴퓨터에 구축된 프로그램에 의해 실시간 FFT에 의해 분석된다. 분석된 EEG 활동의 파라미터들은 뉴로피드백 목적을 위해 사용된다.EEG was extracted from the appropriate scalp locations using a headset equipped with several EEG electrodes, including the reference electrode and the parabolic electrode (impedance of each electrode was kept below 10 kΩ). The extracted signal is transmitted to a computer through a wireless RF transceiver channel. EEG is filtered from noise such as EOG (electroculargram) and EMG, and the noise-free EEG signal is analyzed by real-time FFT by a computer built program. The parameters of the analyzed EEG activity are used for neurofeedback purposes.

예를 들어, (1) 4.0-8.0 Hz 대역의 EEG 활동의 파워 지수를 12.0-15.0 Hz 대역의 EEG 활동 파워로 나누거나 (2) 13.0-18.0 Hz 대역의 EEG 파워를 4.0-12.0 Hz 대역의 EEG 파워로 나눈 값 등과 같은 EEG 스펙트럼 파워 지수들이 사용자에게 제시되고, 사용자는 사전에 선정된 훈련 프로토콜이나 컴퓨터 게임 절차에 의해 정의된 방향과 정도로 지수를 변화시켜줌으로써 보상을 받게 된다.For example, (1) the power index of EEG activity in the 4.0-8.0 Hz band divided by the EEG activity power in the 12.0-15.0 Hz band, or (2) the EEG power in the 13.0-18.0 Hz band EEG in the 4.0-12.0 Hz band. EEG spectral power indices, such as divided by power, are presented to the user and the user is rewarded by varying the indices and directions defined by pre-selected training protocols or computer game procedures.

뉴로피드백 절차와 게임의 설계는 뉴로피드백 훈련 세션이 진행되는 동안 보다 나은 결과를 얻도록 사용자의 동기를 충분한 수준으로 유지시킬 수 있도록 조절된다. 매 시행에서 구체적인 과제 난이도가 사용자의 이전 정신생리 자료에서 얻어진 범위 내에서 그리고 개인의 반응 변산도(VARIABILITY)내에서 일정 수준으로 유지된다. 개인별로 조정된 각 뉴로피드백 훈련 시행에서의 역치와 목표 선정은 최적 수준 내에서 너무 어렵거나 쉬운 훈련 목표를 피하고 적절한 훈련 과제의 난이도를 유지하기 위해 사용되는 접근이다.The neurofeedback procedure and game design are adjusted to keep the user motivated enough to achieve better results during the neurofeedback training session. In each trial, the specific task difficulty is maintained at a level within the range obtained from the user's previous psychophysiological data and within the individual's VARIABILITY. Thresholds and goal selection in each individual neurofeedback training run, adjusted to individual levels, is an approach used to avoid too difficult or easy training goals within optimal levels and to maintain appropriate training task difficulty.

본 발명에서는 주의력 증진을 위한 방법으로 뉴로피드백 절차나 EEG 컨트롤 컴퓨터 게임이 사용될 수 있다. 뇌파는 좌측 전두엽(F3)과 우측 전두엽(F4), 감각운동영역 중앙부(Cz), 좌측 감각운동영역(C3)이나 우측 감각운동영역(C4)에서 추출되며 목적에 따라 양극이나 단극 유도법을 적절히 적용하여 신호를 측정하게 되며, EEG 대역의 비율에 기초된 지수가 목표 방향으로 접근해 갈 때마다, 즉 각 두피 위치에서 느린 베타 주파수 대역(13.0-18.0 Hz)의 EEG 파워가 증가되고 낮은 알파나 세타 주파수 대역(4.0-12.0 Hz)의 EEG 파워가 감소될 때마다 사용자에게 신호 보상을 해 준다. 또한 본 발명은 초점적-이완된 주의(예, 고도의 집중을 요하는 사격 선수와 같은) 훈련에 응용될 수 있다. 즉 이러한 상태는 좌반구에서 빠른 알파 대역(10.0-12.0 Hz)의 스펙트럼 파워를 증가시키고, 동시에 베타 대역(18.0-22.0 Hz)의 스펙트럼 파워를 감소시키며, 좌우반구 모두에서 세타 대역(6.0-8.0 Hz)의 스펙트럼 파워를 증가시킴으로써 달성된다. 또 다른 뉴로피드백 훈련 절차는 지속적 주의를 유지시키는 것으로, 사용자로 하여금 높은 수준의 주의를 유지하면서 과제를 수행할 수 있도록 하는 목적을 달성하도록 하기 위해 전체 베타 대역(18.0-42.0 Hz)의 파워를 증진시키고 세타(4.0-8.0 Hz)와 알파(8.0-12.0 Hz)의 스펙트럼 파워를 감소시키도록 한다.In the present invention, a neurofeedback procedure or an EEG control computer game may be used as a method for improving attention. EEG is extracted from the left frontal lobe (F3) and the right frontal lobe (F4), the center of the sensory motor region (Cz), the left sensory motor region (C3), or the right sensory motor region (C4). Each time the exponent based on the ratio of the EEG band approaches the target direction, the EEG power of the slow beta frequency band (13.0-18.0 Hz) increases at each scalp position and the low alpha or theta Whenever the EEG power in the frequency band (4.0-12.0 Hz) is reduced, it compensates the user. The invention can also be applied to training with focus-relaxed attention (eg, shooting athletes who require high concentration). This condition increases the spectral power of the fast alpha band (10.0-12.0 Hz) in the left hemisphere, simultaneously decreases the spectral power of the beta band (18.0-22.0 Hz), and theta band (6.0-8.0 Hz) in both hemispheres. Is achieved by increasing the spectral power of. Another neurofeedback training procedure is to maintain constant attention, increasing the power of the entire beta band (18.0-42.0 Hz) to achieve the goal of allowing users to perform tasks while maintaining high levels of attention. And reduce the spectral power of theta (4.0-8.0 Hz) and alpha (8.0-12.0 Hz).

피드백 신호는 어떤 표준적인 형태, 즉 바, 그래프, 챠트, 애니메이션, 그리고 청각 신호 등이 사용될 수 있다. 이 때 사용자가 그의 올바른 행동에 대한 정보를 어떻게 얻는지는 문제가 되지 않으며, 단지 그가 이러한 피드백 정보를 실시간으로 얻을 수 있는가 하는 것이 관건이다. 따라서, 본 발명은 사용자로 하여금 주의력을 증가시켜주고 목표 EEG 패턴을 얻을 수 있도록 해 줌으로써 수행을 증진시킬 수 있도록 뉴로피드백 장치와 그 방법을 제공하도록 하는 것은 물론 시스템의 무선화를 달성함으로써 편리하고 광범위한 적용을 제공하는 데 있다.The feedback signal may be of any standard type, i.e. bar, graph, chart, animation, and audio signal. It doesn't matter how the user gets information about his correct behavior, it's just a matter of whether he can get this feedback information in real time. Accordingly, the present invention provides a neurofeedback device and its method to enhance performance by allowing a user to increase attention and to obtain a target EEG pattern, as well as to achieve a convenient and wide range of applications by achieving system wirelessization. To provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 여러 두피 위치로부터 생체전기 신호를 검출하는 뇌신호 검출부, 검출된 신호를 감지하여 처리한 후에 무선 RF 디지털 송신 신호로 변조시켜 주는 뇌신호 데이터 무선 송신부, 무선 송신된 신호를 받아 호스트 컴퓨터로 신호를 보내는 뇌신호 데이터 무선 수신부 및 생체전기신호 상태에 따라 뉴로피드백 훈련을 할 수 있도록 프로토콜과 알고리듬으로 구성된 프로그램을 실행하는 뉴로피드백 실행부를 포함하고 있다.In order to achieve the above object, the present invention provides a brain signal detection unit for detecting a bioelectric signal from various scalp positions, the brain signal data wireless transmission unit for detecting and processing the detected signal and then modulating it into a wireless RF digital transmission signal, wireless It includes a brain signal data radio receiver for receiving a transmitted signal and a signal to a host computer, and a neurofeedback execution unit for executing a program composed of protocols and algorithms for neurofeedback training according to the state of the bioelectrical signal.

본원은 양호한 실시예 뿐만 아니라, 추가의 목적 및 효과들은 첨부한 도면을 참조하여 이하의 발명의 상세한 설명 및 실시예의 설명을 통해서 보다 명확히 이해할 수 있다.The present invention, as well as the preferred embodiment, may be more clearly understood through the following detailed description of the invention and the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 일실시 예에 의한 무선 뉴로피드백 시스템 환경을 개략적으로 도시한 도식적 다이아그램이다. 도 1에 의하면 다중 전극이 부착되어 있는 헤드셋(2)을 사용자의 두피(1)에 위치시켜 헤드셋(2)의 활성 전극들을 통해 표준 뇌 위치(국제 10/20 시스템)로부터 수십 마이크로 볼트 단위의 미세한 뇌 신호를 검출하면, 검출된 신호는 뇌신호 데이터 무선 송신부(3)에서 밀리볼트 단위로 증폭되어 아날로그 필터링을 거친 다음 디지털로 변환된 후, 다시 RF 송신신호로 변조되어 송신안테나(4)를 통해 뇌신호 데이터 수신부(6)로 전송된다. 뇌신호 데이터 수신부(6)의 수신안테나(5)로부터 수신된 신호는 다시 복조되어 뉴로피드백 실행부(7)에서 읽을 수 있도록 부호화되어 직렬포트를 통해 뉴로피드백 실행부(7)로 들어간다. 뉴로피드백 실행부(7)는 신호에 대해 FFT 등을 포함한 각종 신호분석을 실시간으로 수행하고, 뉴로피드백 프로토콜을 실행한다. 뉴로피드백에 대한 피드백은 디스플레이(8) 상에 시각적 형태나 오디오 스피커(9)를 통한 청각적 형태로 제공된다.1 is a schematic diagram schematically showing a wireless neurofeedback system environment according to an embodiment of the present invention. According to FIG. 1, a headset 2 having multiple electrodes attached thereto is placed on the user's scalp 1 so that the active electrodes of the headset 2 can be used to measure microscopic units of tens of microvolts from a standard brain position (international 10/20 system). When the brain signal is detected, the detected signal is amplified in millivolts by the brain signal data wireless transmitter 3, subjected to analog filtering, converted to digital, and then modulated into an RF transmission signal and transmitted through the transmission antenna 4. The brain signal data receiver 6 is transmitted. The signal received from the receiving antenna 5 of the brain signal data receiving section 6 is demodulated again, encoded so that it can be read by the neurofeedback executing section 7, and enters the neurofeedback executing section 7 through the serial port. The neurofeedback execution unit 7 performs various signal analysis including a FFT on a signal in real time, and executes a neurofeedback protocol. Feedback to the neurofeedback is provided on the display 8 in visual form or in audio form through the audio speaker 9.

도 2에 의하면, 본 발명에 의한 뉴로피드백 무선 송수신 시스템은 뇌신호 검출부(1), 뇌신호 데이터 무선 송신부(2), 뇌신호 데이터 무선 수신부(3) 및 뉴로피드백 실행부(4)로 구성되어 있다. 뇌신호 데이터 무선 송신부(2)와 뇌신호 데이터 무선 수신부(3)/뉴로피드백 실행부(4)사이에는 양방향 인터페이스로 구성된다.2, the neurofeedback wireless transmission and reception system according to the present invention is composed of a brain signal detection unit 1, a brain signal data radio transmitter 2, a brain signal data radio receiver 3 and a neurofeedback execution unit 4 have. The brain signal data radio transmitter 2 and the brain signal data radio receiver 3 / neurofeedback execution unit 4 are configured as bidirectional interfaces.

뇌신호 검출부(1)는 전극들을 이용하여 사용자의 두피의 표준 위치로부터 3채널의 뇌파신호를 검출한다. 3채널의 전극들은 이마 혹은 전-전두엽(pre-frontal), 전두엽(pre-frontal) 및 감각운동(sensory-motor) 영역으로부터 단극 및 양극 유도법을 선택적으로 적용할 수 있는 뇌신호를 검출한다. 뇌신호 데이터 무선 송신부(2)는 커넥터(7)를 통해 헤드셋의 전극선들(6)과 접속되며, 이를 통해 전극들로부터 검출된 신호를 받아들인다. 뇌신호 데이터 무선 송신부(2)로 들어온 신호는 아날로그 신호 조정장치(8)를 통해 증폭, 전치증폭 및 필터링된다. 조정된 신호는 아날로그-디지털 변환 장치(9)로 들어가 디지털 신호로 변환되며, 변환된 신호는 저 파워 마이크로 컨트롤러(10)를 거쳐 RF 송수신기(13)에서 변조된 후에 송신안테나(14)를 통해 무선 RF 전송된다. 뇌신호 데이터 무선 송신부(2)의 제어는 스위치(12)를 통해 이루어진다. On/Off 스위치(12A)는 무선 송신부(2)를 작동시키거나 작동을 중지시킨다. 선택 스위치(12B)는 LCD(11)에 연속적인 신호 프롬프트(prompts)와 그 결과들을 디스플레이 해 줄 것인가를 선택하기 위한 것이다. 작동 스위치(12C)는 무선 송신부(2)가 신호의 획득, 처리, 및 전송을 시작하게 하는 작동 모드를 작동시키기 위한 것이다.The brain signal detecting unit 1 detects three channels of EEG signals from the standard position of the user's scalp using electrodes. The three-channel electrodes detect brain signals that can be selectively applied by unipolar and bipolar induction from the forehead or pre-frontal, pre-frontal, and sensory-motor regions. The brain signal data wireless transmitter 2 is connected to the electrode wires 6 of the headset via the connector 7 and receives the signals detected from the electrodes. The signal entering the brain signal data radio transmitter 2 is amplified, preamplified and filtered through the analog signal conditioner 8. The adjusted signal enters the analog-to-digital converter 9 and is converted into a digital signal, which is modulated by the RF transceiver 13 via the low power microcontroller 10 and then wirelessly transmitted via the transmission antenna 14. RF transmission. The control of the brain signal data radio transmitter 2 is performed through the switch 12. The on / off switch 12A activates or deactivates the radio transmitter 2. The selector switch 12B is for selecting whether to display successive signal prompts and the results on the LCD 11. The operation switch 12C is for activating an operation mode that causes the radio transmitter 2 to start acquiring, processing, and transmitting a signal.

본 발명의 바람직한 점은 EEG가 단극 유도법과 양극 유도법 모두에 의해 기록될 수 있다는 것이다. 즉 두개골 정중앙 감각운동 피질 위치인 Cz를 기준으로 우측 전두엽 위치인 F4와 그에 대응하는 좌측 전두엽 위치인 F3의 신호를 비교하는 것이 양극 유도법에 해당된다. 정면 이마 부위인 Fpz는 접지전극의 위치가 된다. 양극 유도법은 접지전극에 대해 두 개의 활성 전극(예, F3와 F4)을 부착시키는 것을 포함한다. 이때 각 피질 영역에서 발생되는 전위차가 측정된다. 몇몇 뉴로피드백 접근에서는 중앙선을 중심으로 한 이러한 양극 유도법이 비교적 EMG 잡음의 영향을 덜 받기 때문에 바람직하다. 또 다른 EEG 기록 기법은 단극 유도법을 위한 표준적인 참조 위치를 사용하는 것이다. 단극 유도법은 측정의 관심이 되는 위치에 활성전극을 부착하는 것을 포함한다. 이 방법에서는 참조전극이라 불리는 또 다른 전극이 비교적 전기적 활동이 적은 위치에 부착된다. 그러한 위치의 예는 양쪽 귀(A1, A2), 귓불(AA), 귀 후방 돌출부(mastoid) 등이 해당된다. 본 발명에서는 이러한 참조전극의 위치로 몸쪽 귀 후방 돌출부가 사용된다. 따라서 단극 유도법을 위해 Fpz를 접지 위치로 하여 C3-A1(좌측 귀 후방 돌출부), C4-A2(우측 귀 후방 돌출부), 혹은 Cz-귀 후방 돌출부 각각이 측정된다.It is a preferred aspect of the present invention that EEG can be recorded by both monopolar and bipolar induction. That is, the bipolar induction method compares the signals of the right frontal lobe F4 and the corresponding left frontal lobe F3 based on Cz, which is the center of the cranial sensory motor cortex. Fpz, the front forehead portion, becomes the position of the ground electrode. Anodic induction involves attaching two active electrodes (eg, F3 and F4) to the ground electrode. At this time, the potential difference generated in each cortical region is measured. In some neurofeedback approaches, this bipolar induction around the centerline is preferred because it is relatively less affected by EMG noise. Another EEG recording technique is to use a standard reference position for unipolar induction. Monopolar induction involves attaching an active electrode at a location of interest for measurement. In this method, another electrode, called the reference electrode, is attached at a location with relatively little electrical activity. Examples of such locations include both ears A1, A2, earlobe AA, ear posterior mastoid, and the like. In the present invention, the body ear rear protrusion is used as the position of the reference electrode. Therefore, C3-A1 (left ear posterior protrusion), C4-A2 (right ear posterior protrusion), or Cz-ear posterior protrusion, respectively, is measured with Fpz in the ground position for unipolar induction.

뇌신호 데이터 무선 송신부(2)에 장착된 송신안테나(14)로부터 전송된 무선 RF 신호는 뇌신호 데이터 무선 수신부(3)에 장착된 수신안테나(15)에 의해 수신된다. 수신된 신호는 RF 송수신기(16)를 통해 복조되고, 마이크로컨트롤러(17)를 통해 직렬 방식으로 부호화된다. 직렬포트(18)를 통해 신호 데이터는 뉴로피드백 실행부(4)로 들어간다. 뉴로피드백 실행부(4)는 부호화된 신호를 수신하고 분석하며, 또한 뉴로피드백 프로토콜을 포함하고 있는 호스트 컴퓨터(19), 사용자에게 시청각 모달리티를 통한 피드백 정보를 제공하기 위한 디스플레이(20)와 최소한 한 대의 이상의 오디오-스피커(21), 그리고 컴퓨터(19)와의 인터페이스를 위한 키보드(22)와 같은 주변 기기를 포함한다.The wireless RF signal transmitted from the transmission antenna 14 mounted on the brain signal data radio transmitter 2 is received by the reception antenna 15 mounted on the brain signal data radio receiver 3. The received signal is demodulated via the RF transceiver 16 and encoded in a serial manner via the microcontroller 17. The signal data enters the neurofeedback execution section 4 through the serial port 18. The neurofeedback execution unit 4 receives and analyzes the encoded signal, and also includes a host computer 19 that includes a neurofeedback protocol, a display 20 for providing feedback information via audiovisual modality to the user, and at least one of them. Peripherals such as a plurality of ideal audio-speakers 21 and a keyboard 22 for interfacing with the computer 19.

도 3은 뇌신호 검출 장치에서 사용되는 다중 전극이 내장된 헤드셋(2)을 도시한 것이며, 또한 헤드셋의 내부 전극선 연결배열을 보여주는 도시이다. 헤드셋(2)은 이마 중앙부를 가로질러 머리둘레에 위치하게 되는 이마 밴드(56), 머리 상부를 가로질러 양쪽 귀의 상단까지 위치하게 되는 횡단밴드(57), 이마 중앙부에서 두개골 중앙선을 따라 세로로 후미 중간까지 위치되는 종단밴드(58), 그리고 양쪽 귀나 귀의 후방 돌출부(mastoid)에 위치되도록 이마밴드(56)의 양쪽 귀 위치에 조인트(54)로 연결된 두 개의 참조밴드(59, 59A)로 구성된다. 헤드셋은 탄성재료가 이용되어 적절한 압력이 유지될 수 있도록 만들어지며, 사람의 머리 사이즈에 맞도록 스트랩(61, 61A, 62, 62A)을 이용하여 조절할 수 있게 설계된다. 호환형으로 이 헤드셋에는 참조밴드 위치에 내장형 이어폰, 진동 센서(예, 골도 진동), 마이크로폰 등을 장착하여 다기능 뉴로피드백 및 커뮤니케이션 헤드셋으로도 활용할 수 있다.3 shows a headset 2 having a built-in multiple electrode used in a brain signal detecting device, and also shows an internal electrode wire connection arrangement of the headset. The headset 2 has a forehead band 56 positioned at the head circumference across the center of the forehead, a transverse band 57 positioned at the top of both ears across the top of the head, and longitudinally along the skull centerline at the center of the forehead. An endband 58 positioned to the middle, and two reference bands 59 and 59A connected by joints 54 at both ear positions of the forehead band 56 so as to be located at both ears or posterior mastoid of the ear. . The headset is made of elastic material so that proper pressure can be maintained and is designed to be adjusted using straps 61, 61A, 62, 62A to fit the size of the human head. Compatible, the headset also features built-in earphones, vibration sensors (such as bone conduction vibration) and microphones in the reference band position, making it a versatile neurofeedback and communication headset.

이마밴드(56)에는 이마 정중앙의 Fpz(접지전극)을 중심으로 좌측에 Fp1, 그리고 우측에 Fp2의 전극이 배치된다. 실제로 이마밴드 전극들은 EOG와 EMG를 검출한다. 횡단밴드(57)에는 두개골 정중앙 상부의 Cz를 중심으로 좌측에 C3, 그리고 우측에 C4의 전극이 배치되어 두개골 중앙의 감각운동영역으로부터 EEG를 검출하며, C3와 C4의 전방 위치에 각각 F3와 F4의 전극이 배치되어 전두엽 영역으로부터 EEG를 검출한다. C3-C4와 F3-F4는 뉴로피드백 프로토콜에 따라 선택된다. 두 개의 참조밴드(59, 59A)에는 각각 하나씩의 참조전극 A1과 A2가 배치된다.In the forehead band 56, an Fp1 electrode on the left side and an Fp2 electrode on the right side are disposed around the Fpz (ground electrode) at the center of the forehead. Indeed, forehead band electrodes detect EOG and EMG. In the transverse band 57, the electrodes of C3 on the left side and C4 on the right side of the center of Cz in the center of the skull are arranged to detect EEG from the sensory motor region of the center of the skull, and F3 and F4 at the front positions of C3 and C4, respectively. Electrodes are arranged to detect EEG from the frontal lobe region. C3-C4 and F3-F4 are selected according to neurofeedback protocol. One reference electrode A1 and one A2 are disposed in the two reference bands 59 and 59A, respectively.

뇌파 검출을 위한 전극은 금-금도금 혹은 은-은도금의 금속재질의 건식 및 습식이 사용되며, 머리카락을 고려하여 적절한 높이를 가진 톱니모양이나 만일 접착제를 사용한다면 컵모양의 접착면을 가지는 것이 바람직하다. 또한 특별한 전도성 접착제(예, TEN20TM, Weaver & Co.)나 EEG 전극 크림(예, EC2TM, Grass Instruments)이 전극의 임피던스를 낮게 유지하기 위해 사용될 수도 있다. 모든 전극은 헤드셋 내부에 실드선에 의해 커낵션(55)에 연결되어 전극에서 검출된 뇌신호들은 뇌신호 데이터 송신부에 들어간다.Electrodes for detecting EEG are used in metals of gold-gold plated or silver-silver plated dry and wet type, and it is preferable to have a cup-shaped adhesive surface if a tooth is provided with an appropriate height in consideration of hair or an adhesive. . Special conductive adhesives (eg TEN20TM, Weaver & Co.) or EEG electrode creams (eg EC2TM, Grass Instruments) can also be used to keep the electrode low. All electrodes are connected to the connection 55 by a shield line inside the headset so that the brain signals detected by the electrodes enter the brain signal data transmitter.

도 4는 본 발명에 따른 귀나 귀의 후방 돌출부 A1(22)과 A2(25)를 기준으로 감각운동 피질 영역에 위치된 C3(23)와 C4(24) 각각의 신호를 측정하는 단극 유도법과 이마 정면 위치 Fpz(27)를 기준으로 전-전두엽 피질 영역에 위치된 Fp1(26)과 Fp2(28)의 전위차를 측정하는 양극 유도법이 가능하도록 구성된 전송단자의 전형적인 실행 구성을 도시한 것이다. 두피로부터 검출되는 뇌신호는 3채널을 통해 송신부로 수용된다. 헤드셋에 부착된 전극들로부터 나온 전선은 커넥터(29)를 통하여 신호 조정 및 송신을 위한 뇌신호 데이터 무선 송신부와 연결된다. 송신부는 뇌신호를 지속적으로 획득하고, 처리하며 전송할 수 있는 기능을 가진 소형 휴대용 장치이다. 전원은 내장형 충전 배터리(40)와 전압 조정기(41)에 의해 생성된다. 배터리(40)는 일반 핸드폰에서 사용되는 것과 유사한 충전용 8V DC가 선호된다. 사용자의 안전을 위해 배터리(40)는 전송단자가 헤드셋과 분리될 때만 충전될 수 있다.4 is a unipolar induction method and forehead front surface measuring signals of C3 (23) and C4 (24) located in the sensory cortical region with respect to the ear or the rear protrusions A1 (22) and A2 (25) of the present invention. The typical implementation of the transmission terminal is configured to enable an anodic induction method for measuring the potential difference between Fp1 26 and Fp2 28 located in the prefrontal cortex region relative to position Fpz 27. The brain signal detected from the scalp is received by the transmitter through three channels. Wires from the electrodes attached to the headset are connected to the brain signal data radio transmitter for signal coordination and transmission via the connector 29. The transmitter is a small handheld device with the ability to continuously acquire, process and transmit brain signals. Power is generated by the built-in rechargeable battery 40 and the voltage regulator 41. The battery 40 is preferably a rechargeable 8V DC similar to that used in ordinary cell phones. For the safety of the user, the battery 40 can only be charged when the transmitter is disconnected from the headset.

전극선들은 채널별로 각각 증폭기(30) 혹은 전치증폭기(30A)에 서로 다르게 연결된다. 전치 증폭기(30A)는 최소한 0.5-50.0 Hz의 아날로그 대역폭을 가지는 EEG를 증폭하며, 외부잡음이 적고 높은 증폭비를 가지도록 설계된다. 송신부의 전치 증폭기(30A)는 100이라는 전극 신호의 초기 증폭비를 제공한다. 채널 1, 채널 2, 그리고 채널 3으로 들어오는 증폭된 아날로그 신호는 디지털로 변환되기 전에 대역(band-pass) 필터(31, 32)를 거쳐 약 0.5에서 45.0 Hz의 주파수 대역을 통과시키며, 이 신호는 다시 저역(low-pass 혹은 anti-alias) 필터(33, 34)를 거치게 된다. 채널 1로부터 들어온 신호(EOG, EMG)는 전치증폭기의 동작 없이 바로 증폭기(30)를 통해 증폭된 후, 대역필터(31)와 저역필터(33)을 거쳐 아날로그-디지털 변환기(36)에 의해 디지털신호로 변환되지만, 채널 2와 채널 3으로부터 들어온 신호는 전치증폭기(30A)에 의해 1차 증폭된 후, 대역필터(32)와 저역필터(34)를 거쳐 증폭기(35)를 통과 한 후 2차 증폭을 실행한다. 그런 다음 아날로그-디지털 변환기(36)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 디지털로 변환된 신호는 디지털 처리기인 저 파워 마이크로 컨트롤러(37)를 통해 처리된다. 아날로그-디지털 변환기(36)에서는 초당 256 회의 샘플링과 8비트(혹은 12 비트)의 분해능을 가진 디지털 처리를 해준다.The electrode wires are connected to the amplifier 30 or the preamplifier 30A differently for each channel. The preamplifier 30A amplifies an EEG having an analog bandwidth of at least 0.5-50.0 Hz, and is designed to have low external noise and a high amplification ratio. The preamplifier 30A of the transmitter provides an initial amplification ratio of the electrode signal 100. The amplified analog signals coming into channels 1, 2, and 3 pass through a band-pass filter 31, 32 and pass a frequency band of about 0.5 to 45.0 Hz before being converted to digital. Again pass through a low-pass or anti-alias filter (33, 34). Signals (EOG, EMG) from channel 1 are amplified directly through amplifier 30 without the operation of the preamplifier, and then digitally generated by the analog-to-digital converter 36 via the band pass filter 31 and the low pass filter 33. Although converted into a signal, the signal from channels 2 and 3 is first amplified by the preamplifier 30A, and then passes through the amplifier 35 through the band filter 32 and the low pass filter 34 and then the second order. Perform amplification. It is then converted into a digital signal through an analog-to-digital converter 36. The digitally converted signal is processed by a low power microcontroller 37 which is a digital processor. The analog-to-digital converter 36 provides digital processing with 256 sampling and 8 bits (or 12 bits) resolution per second.

채널 1을 통해 전-전두엽 영역으로부터 양극 Fp1(26)-Fp2(28) 뇌신호를 표집할 때, 3개의 전극이 필요하다. 이 가운데 2개의 전극은 Fp1(26)과 Fp2(28)의 전위차를 측정하기 위한 것으로 이 전위차 입력 신호는 증폭기(30)를 거치게 되며, 나머지 하나의 전극은 참조전극으로 이마 정중앙 Fpz(27)에 위치된다. 채널 1은 증폭기(30)를 통해 보다 큰 증폭율을 갖는 신호를 대역 필터(31)와 저역 필터(33)를 통해 전송하며, 채널 2와 채널 3은 각각 다른 전치 증폭기(30A)를 통해 얻어진 큰 증폭율을 가진 신호를 각각 다른 대역 필터(32)와 저역 필터(34)를 통해 전송한다. 따라서 채널 1의 신호는 주로 눈을 수평적으로 움직일 때 발생하는 전위인 EOG와 EMG 요소가 보다 많이 포함되어 있으며, 이 신호는 마이크로 컨트롤러(37)에서 채널 2와 채널 3의 신호들에 포함되어 있는 EOG 잡음을 필터링하기 위한 준거로 사용된다.When sampling the bipolar Fp1 (26) -Fp2 (28) brain signals from the frontal-frontal region through channel 1, three electrodes are needed. Two of these electrodes are used to measure the potential difference between Fp1 (26) and Fp2 (28). The potential difference input signal passes through the amplifier 30, and the other electrode is a reference electrode at the center of the forehead Fpz (27). Is located. Channel 1 transmits a signal having a larger amplification rate through the amplifier 30 through the band pass filter 31 and the low pass filter 33, and channel 2 and channel 3 are each obtained through a different preamplifier 30A. Signals having amplification rates are transmitted through different band filters 32 and low pass filters 34, respectively. Therefore, the signal of channel 1 mainly contains more EOG and EMG elements, which are potentials generated when the eye moves horizontally, which are included in the signals of channels 2 and 3 in the microcontroller 37. Used as a reference for filtering EOG noise.

두개골 중앙 왼쪽의 감각운동영역에 위치되는 C3 활성전극(23)과 왼쪽 귀나 후방 돌출부 위치에 부착되는 A1 참조전극(22)으로 검출되는 EEG 신호는 채널 2를 통해 전송되며, 두개골 중앙 우측의 C4 위치에 부착되는 활성전극(24)과 왼쪽 귀 후방 돌출부 A2 위치에 부착되는 참조전극(25)으로 검출되는 EEG 신호는 채널 3을통해 전송된다. 이때 Fpz(27)는 이러한 단극 유도법에서 채널 2와 채널 3을 위한 접지 전극으로 사용된다.The EEG signal detected by the C3 active electrode 23 located in the sensory motor region on the left side of the center of the skull and the A1 reference electrode 22 attached on the left ear or the rear projection is transmitted through channel 2, and the C4 position on the right side of the center of the skull. The EEG signal detected by the active electrode 24 attached thereto and the reference electrode 25 attached to the left ear rear protrusion A2 position is transmitted through channel 3. At this time, Fpz 27 is used as the ground electrode for channel 2 and channel 3 in this unipolar induction method.

뇌신호 획득이 시작되기 전에 피험자의 두피에서 전극의 임피던스가 마이크로 컨트롤러(37)에 의해 컨트롤되는 임피던스 검사 회로(38)에 의해 측정됨으로써, 이미 알려진 진폭과 근원 임피던스를 가진 신호들이 각 전극들을 통해 커넥터(29)를 경유한다. 합성 신호는 위에서 기술된 과정을 통해 마이크로 컨트롤러(37)에 의해 측정되고, 그것에 기초하여 각 전극의 임피던스가 피험자의 두피에 적합한지 계산된다. 만일 피험자의 머리에 부착된 어떤 전극의 임피던스가 높다면, "HIGH"라는 경고 메시지, 그리고 전극 임피던스가 10 kΩ이하이면, "OK" 메시지가 LCD 디스플레이(15)에 제시된다. 따라서 전극 임피던스 검사 프로그램을 작동시키면 각 채널에 대해 활성전극 입력 신호가 고정된 사각파 신호원으로 스위치되어 증폭율이 감소된다. 한편 각 채널의 출력 신호는 또한 마이크로 컨트롤러(37) 소프트웨어에 의해 평가되어 개개 전극의 임피던스가 100 kΩ 척도 범위에서 보다 정확하게 표시된다.Before the acquisition of the brain signal begins, the impedance of the electrode in the subject's scalp is measured by an impedance test circuit 38 controlled by the microcontroller 37, so that signals with known amplitude and source impedance are connected through the connectors. Via (29). The synthesized signal is measured by the microcontroller 37 through the process described above, and based on it, it is calculated whether the impedance of each electrode is suitable for the subject's scalp. If the impedance of any electrode attached to the subject's head is high, a warning message " HIGH " and an " OK " message are shown on the LCD display 15 if the electrode impedance is 10 kΩ or less. Therefore, when the electrode impedance test program is activated, the amplification factor is reduced by switching the active electrode input signal to a fixed square wave signal source for each channel. On the other hand, the output signal of each channel is also evaluated by the microcontroller 37 software so that the impedance of the individual electrodes is displayed more accurately in the 100 kΩ scale range.

내부 교정 절차를 위한 교정(calibration) 회로(39)를 통해 모든 채널의 활동 전극 입력은 낮은 임피던스값을 가지는 고정된 사각파 신호원으로 스위치된다. 이것은 교정 목적을 위해 아날로그-디지털 변환기(36)에서 측정될 수 있는 고정된 진폭을 가진 전극 신호를 시뮬레이트해 준다. 교정 자료는 채널 2와 채널 3으로부터 기록되는 EEG 진폭을 정확하게 추정하기 위해 사용된다.Through the calibration circuit 39 for the internal calibration procedure, the active electrode inputs of all channels are switched to a fixed square wave signal source having a low impedance value. This simulates an electrode signal with a fixed amplitude that can be measured in the analog-to-digital converter 36 for calibration purposes. The calibration data is used to accurately estimate the EEG amplitudes recorded from channel 2 and channel 3.

이 장치는 계속해서 피험자의 두피로부터 분석을 위한 EEG 신호를 획득한다. 마이크로 컨트롤러(37)는 교정된 값들을 분석하고, 그 결과를 RF 변조를 위해 부호화하며, 부호화된 신호는 RF 스펙트럼 송수신기(42)를 통해 변조된 후 전송된다. 본 발명이 요구하는 정밀한 무선 뇌파 전송 방식을 위해 적용된 스프레드 스펙트럼 변환 기술은 정보를 전송하는 데 요구되는 최소 대역폭보다 더 큰 주파수 대역에 RF 전송신호를 "확산"시키는 기술이다. 이 변환 기술에는 주파수 호핑(Frequency Hopping)과 직접 순서(Direct Sequence)라 불리는 두 가지 자료 전송 방식이 통상적으로 사용되는데, 본 장치는 주파수 호핑 방식을 채택한다. 또한 그리 정밀한 뇌파 전송 방식이 요구되지 않는다면, 스프레드 스펙트럼 변환 방식 대신에 주파수 변환 키(Frequency Shift Key) 방식, 위상 변환 키(Phase Shift Key) 방식, 혹은 FM 변환방식이 적용될 수 있다. 이 변환 방식은 스프레드 스펙트럼 변환 방식과 비교할 때 자료 변환을 정밀하게 처리해주지 못한다는 단점이 있으나, 구축이 훨씬 더 용이하기 때문에, 의학용 진단과 같은 정밀한 자료를 요구하는 상황이 아닌 간단한 응용 상황에서는 매우 바람직한 방식이다. 스프레드 스펙트럼 무선 송수신을 충족시키기 위한 자료 전송 주파수 범위는 산업, 과학, 그리고 의학 분야에서 허가를 받지 않고도 사용할 수 있는 902-928 MHz 대역이다.The device subsequently acquires an EEG signal for analysis from the subject's scalp. The microcontroller 37 analyzes the calibrated values, encodes the result for RF modulation, and the encoded signal is modulated via the RF spectrum transceiver 42 and then transmitted. The spread spectrum conversion technique applied for the precise wireless EEG transmission method required by the present invention is a technique for "spreading" the RF transmission signal in a frequency band larger than the minimum bandwidth required for transmitting information. In this conversion technique, two data transmission methods commonly called frequency hopping and direct sequence are commonly used. The apparatus adopts frequency hopping. In addition, if a precise EEG transmission method is not required, a frequency shift key method, a phase shift key method, or an FM conversion method may be applied instead of the spread spectrum conversion method. This conversion method has the disadvantage of not being able to handle the data conversion precisely compared to the spread spectrum conversion method, but since it is much easier to construct, it is very simple in a simple application situation that does not require precise data such as medical diagnosis. This is the preferred way. The data transmission frequency range to meet spread spectrum radio transmission is the 902-928 MHz band, which can be used without permission in the industrial, scientific and medical fields.

본 발명의 RF 전송은 양방향으로 구현된다. 즉 송신부는 또한 안테나(4)를 통해 스프레드 스펙트럼 송수신기(42)안의 스프레드 스펙트럼 수신기(44)를 경유하는RF 신호를 수신할 수 있다. 들어온 신호는 전극 임피던스 검사를 작동시키고, 신호 획득 채널을 변경시키는 등의 마이크로 컨트롤러(37)의 조작을 제어하기 위해 사용된다.The RF transmission of the present invention is implemented in both directions. That is, the transmitter can also receive the RF signal via the spread spectrum receiver 44 in the spread spectrum transceiver 42 via the antenna 4. The incoming signal is used to control the operation of the microcontroller 37, such as triggering the electrode impedance test, changing the signal acquisition channel, and the like.

도 5는 뇌신호 데이터 무선 수신부(45)가 뇌신호 데이터 무선 송신부로부터 전송된 무선 신호를 처리하는 과정을 설명하기 위한 블록 다이아그램이다. 직렬 부호기(50)는 직렬 케이블(52)과 연결된 RS-232C 직렬포트(53)를 통해 컴퓨터(7)로 직렬 부호화된 신호를 보낸다. 수신부(45)는 또한 직렬 케이블(52)을 통해 전원을 공급받으며, 전원은 정압기(51)에 의해 일정한 전압이 유지된다. 수신부(45)는 수신안테나(5)를 통해 송신안테나로부터 전송된 RF 신호를 받는다. 수신된 신호는 스프레드 스펙트럼 수신기(47)와 스프레드 스펙트럼 송신기(48)가 포함된 스프레드 스펙트럼 송수신기(46)를 통해 양방향 소통을 한다. 따라서 RF 신호는 수신안테나(5)를 통해 송신안테나로 전송될 수 있으며, 전송된 신호는 복조된 후에 송신부의 마이크로 컨트롤러의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 수신부(45)는 스프레드 스펙트럼 변-복조 포맷을 사용한다.FIG. 5 is a block diagram illustrating a process in which the brain signal data radio receiver 45 processes a radio signal transmitted from the brain signal data radio transmitter. The serial encoder 50 sends a serially encoded signal to the computer 7 through the RS-232C serial port 53 connected to the serial cable 52. The receiver 45 is also supplied with power via the serial cable 52, which is maintained at a constant voltage by the voltage regulator 51. The receiver 45 receives the RF signal transmitted from the transmission antenna through the reception antenna 5. The received signal is bidirectionally communicated via a spread spectrum transceiver 46 including a spread spectrum receiver 47 and a spread spectrum transmitter 48. Therefore, the RF signal may be transmitted to the transmission antenna through the reception antenna 5, and the transmitted signal may be used to control the operation of the microcontroller of the transmitter after demodulation. The receiver 45 uses spread spectrum modulation-demodulation format.

수신된 RF 신호는 스프레드 스펙트럼 송수신기를 통해 복호화되고, 이렇게 복호화된 신호는 마이크로 컨트롤러(49)를 거쳐 직렬 전송을 위해 부호화(50)되어 직렬포트(53)와 연결된 직렬 케이블(52)을 통해 컴퓨터(7)가 읽을 수 있도록 전송된다.The received RF signal is decoded through a spread spectrum transceiver, and the decoded signal is encoded 50 for serial transmission via a microcontroller 49 and connected via a serial cable 52 connected to a serial port 53 to a computer ( 7) is sent to read.

도 6은 EEG 입력 자료의 흐름을 설명하기 위한 플로우챠트로, 한 채널의 EEG 신호가 단계별로 처리되는 흐름을 보여주기 위한 도시이다. 작동이 시작되고(101), 신호가 감지되면(102) 임피던스 검사 단계(103)를 진행한다. 만일 임피던스가 10 kΩ 이하로 판정되면 EEG 신호를 조정단(201)을 진행하며, 그 이상이면 다시 신호 검출단계(102)로 돌아간다. EEG 신호 조정단(201)에 들어온 신호는 전치증폭 단계(104)를 거쳐 고정 파라미터를 가진 아날로그 필터에 의한 필터링 단계(105)를 진행하며, 필터링된 신호는 다시 증폭단계(106)를 거쳐 아날로그-디지털 변환 단계(107)를 거쳐 디지털 신호로 변환된다. 디지털로 변환된 신호는 부가적인 어댑티브 필터를 통해 EOG나 EMG 잡음을 제거해주는 단계(108)를 거쳐 신호전송 및 수신단(202)으로 들어간다.FIG. 6 is a flowchart for explaining the flow of EEG input data, and is a view for showing a flow in which an EEG signal of one channel is processed step by step. Operation begins 101, and if a signal is detected 102 proceeds to the impedance check step 103. If the impedance is determined to be 10 kΩ or less, the EEG signal is advanced to the adjusting stage 201, and if it is higher, the signal returns to the signal detection step 102 again. The signal entering the EEG signal adjusting stage 201 is subjected to a preamplification step 104, a filtering step 105 by an analog filter having a fixed parameter, and the filtered signal is again subjected to an amplification step 106. Through the digital conversion step 107 is converted into a digital signal. The digitally converted signal enters the signal transmission and reception stage 202 via a step 108 of removing EOG or EMG noise through an additional adaptive filter.

신호전송 및 수신단(202)으로 들어온 잡음이 제거된 순수 EEG 디지털 신호는 RF 신호로 변조되어(109) 전송된다(110). 전송된 변조 신호는 신호전송 및 수신단(202)의 단계 111을 통해 체크가 이루어지는 데, 만일 RF 신호로 판정되면 다음 단계를 진행하고(112), 그렇지 않은 경우는 단계 111로 복귀한다. RF 신호로 판정된 신호는 복조화되고(112) RF 소음 필터링 단계(113)를 통해 잡음이 제거된다. 잡음이 제거된 RF 신호는 다시 증폭되고(114) 직렬방식으로 부호화하여 직렬포트를 통해 디지털 신호 처리단(203)으로 전송된다(115).The noise-free pure EEG digital signal entering the signal transmission and reception stage 202 is modulated (109) into an RF signal and transmitted (110). The transmitted modulated signal is checked at step 111 of the transmitting and receiving end 202, if it is determined to be an RF signal, proceed to the next step 112, otherwise returning to step 111. The signal determined to be an RF signal is demodulated (112) and noise is removed via the RF noise filtering step 113. The noise-free RF signal is amplified again (114) and serially encoded and transmitted to the digital signal processing stage 203 through the serial port (115).

디지털 신호 처리단(203)으로 들어온 신호는 실시간 FFT 등의 분석 단계(116)를 거쳐 선택된 EEG 대역의 파워와 비율 파라미터를 계산한다(117). 다음 단계에서컴퓨터 프로그램은 EEG 패턴을 사전에 설정된 역치와 비교, 분류한다(118).The signal entering the digital signal processing stage 203 passes through an analysis step 116 such as a real-time FFT to calculate the power and ratio parameters of the selected EEG band (117). In a next step, the computer program compares and classifies the EEG pattern with a preset threshold (118).

이 분석값은 피드백단(204)을 작동시켜, 시각 피드백을 위한 디스플레이로 그래픽이나 챠트를 구현하거나(119) 혹은 오디오 피드백을 생성시킨다(120). 그 다음 단계(121)에서 시행의 계속 여부가 결정되는 데, 시행의 지속은 디지털 처리부(203)로 복귀하며, 그렇지 않으면 종료한다(122).This analysis value actuates the feedback stage 204 to implement graphics or charts as a display for visual feedback (119) or to generate audio feedback (120). It is then determined in step 121 whether or not to continue the trial, which continues to return to the digital processing unit 203, otherwise terminates (122).

뉴로피드백 훈련의 목표와 역치 설정을 위해, 먼저 훈련 세션에 앞서 안정기 기저수준이 동일한 사용자에 대해 최소한 한번 이상의 이전 EEG 기록이나 규준 데이터베이스와 비교되고, 느린 베타의 파워와 같은 선정된 파라미터의 변화를 정의하기 위한 기초로 사용된다. 만일 훈련 세션의 목표가 느린 베타 파워를 증가시키는 것이라면, 역치는 기저값의 20%를 초과하는 수준에서 설정된다. 따라서 파라미터의 증가가 기저수준보다 20% 이상이 되면, 시각이나 청각 피드백 신호에 의해 보상되고, 그 시행의 점수가 디스플레이로 제시된다. 점수는 역치를 초과한 전체 회수나 적중한 회수, 즉 사전에 정해진 시간동안 목표 파라미터가 역치 수준을 넘어섰을 때의 회수로 제시될 수 있다. 행동조성 프로토콜로 각 시행에서 역치는 계속되는 EEG 활동 수준에 대해 조정되고, 과제는 보다 나은 결과에 도달하기 위해 점점 더 어려워진다. 만일 피험자가 요구된 정도의 목표 파라미터를 변화시키지 않을 때, 과제 난이도는 점점 쉬워지게 된다. 결국 보상 기준은 학습을 촉진시키기 위해 필요에 따라 난이도의 증가나 감소를 통해 정해질 수 있다.To set goals and thresholds for neurofeedback training, we first define changes in selected parameters, such as the power of the slow beta, compared to at least one previous EEG record or norm database for users with the same ballast baseline prior to the training session. Used as a basis for If the goal of the training session is to increase slow beta power, the threshold is set at a level above 20% of the baseline. Thus, if the increase in parameters is more than 20% above the baseline level, it is compensated by visual or auditory feedback signals and the score of the trial is presented on the display. The score may be presented in terms of the total number of times the threshold has been exceeded or the number of hits, that is, the number of times the target parameter has crossed the threshold level for a predetermined time. In the behavioral protocols, the thresholds in each trial are adjusted for continued levels of EEG activity, and tasks become increasingly difficult to achieve better results. If the subject does not change the target parameter to the required degree, the task difficulty becomes easier. In the end, reward criteria can be set through increasing or decreasing difficulty as needed to facilitate learning.

본 발명에 의한 일반적인 EEG 뉴로피드백 절차에서 가능한 실시예들을 여섯가지만 예시하면 다음과 같다.Six possible embodiments of the general EEG neurofeedback procedure according to the present invention are illustrated below.

1. 두개골 상부나 전부에서 훈련전 안정기 기저수준 이상의 느린 베타(13.0-18.0 Hz)가 발생할 때 시각 혹은 청각적 피드백 신호로 보상을 해 줌으로써 사용자를 정적으로 보상할 수 있다.1. When the slow beta (13.0-18.0 Hz) above the level of the pre-stabilizer occurs above or above the skull, the user can be compensated statically by compensating with visual or auditory feedback signals.

2. 세타(4.0-8.0 Hz)가 훈련 전 안정기 기저수준을 초과한다면 기저수준 이하로 세타를 감소시킬 때 부가적인 보상 피드백 신호를 제공한다.2. If theta (4.0–8.0 Hz) exceeds the prestabilizer plateau level, provide additional compensation feedback signals when reducing theta below the baseline level.

3. 상기 1과 2 모두에 대해서 보상할 수 있다.3. Compensation can be made for both 1 and 2.

4. 훈련전 안정기 기저수준으로 빠른 베타(20.0-30.0 Hz)가 접근해 갈 때 청각적 혹은 시각적 피드백 보상을 해 준다.4. Acoustic or visual feedback compensation when fast beta (20.0-30.0 Hz) approaches the pre-train plateau level.

5. 상기 3과 4에 대해 보상할 수 있다.5. Compensation for 3 and 4 above.

6. 이외에 강화 계획에 따라 새로운 조합을 형성할 수 있다.6. In addition, new combinations may be formed according to consolidation plans.

본 발명에 따른 일반적인 뉴로피드백 훈련 아이디어는 위에서 기술한 어떤 조합을 사용하느냐와 관계없이 보상을 통한 의도된 방향으로 목표 EEG 패턴으로 변화시켜준다는 동일한 목적 구현을 가지고 있다. 더구나 어떤 조합들은 어떤 사용자들에게 더 나은 결과를 가져오지만, 다른 사용자들에게는 다른 조합들이 더 나은 결과를 가져올 수 있다. 따라서 다른 파라미터들이 뉴로피드백 훈련 목표로 선정될 수 있다. 뉴로피드백을 사용하기 위한 표준적 접근은 다음의 단계에 따라 진행된다:The general neurofeedback training idea according to the present invention has the same objective implementation of changing the target EEG pattern in the intended direction through compensation regardless of which combination described above is used. Moreover, some combinations may produce better results for some users while others may produce better results. Thus, other parameters can be selected as neurofeedback training targets. The standard approach to using neurofeedback involves the following steps:

1. SMR이 증가하고, 세타가 감소한다.1. SMR increases and theta decreases.

2. 두개골 중앙부위의 느린 베타가 증가하고, 세타가 계속 감소한다.2. Slow beta increases in the center of the skull and theta continues to decrease.

3. SMR이 증가하고 느린 베타가 증가하지만, 세타는 계속해서 감소, 유지한다.3. SMR increases and slow beta increases, but theta continues to decrease and maintain.

4. 느린 베타와 세타가 안정화되고 빠른 베타가 증가할 때, 세타 감소 피드백 보상은 중지된다.4. When slow beta and theta stabilize and fast beta increases, theta reduction feedback compensation stops.

청각 피드백 보상음은 본 발명에 따른 EEG 훈련을 위해 사용되는 실시간 피드백을 위한 주요 기재이다. 음은 신속한 자기-통제 학습을 위해 충분한 볼륨과 지속시간으로 제시되어야 한다. 음질과 음향 특성 또한 통제 학습을 위해 중요하다. 예컨대, 음의 제시는 EEG 알파 발생을 방해할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 알파 훈련의 목적을 위해서 이러한 알파 발생 방해를 최소화시켜주는 피드백 음으로 약 400 Hz에서 800 Hz 사이의 음이 선정된다. 그러나 세타 훈련의 경우, 주요 문제는 피험자가 수면에 떨어질 수 있는 졸림에 있다. 따라서 세타 훈련을 목적으로 할 경우, 피드백 음은 800Hz 이상의 하이 피치음이나 약 400 Hz 이하(바람직하기는 200 Hz)의 로우 피치음 모두가 사용될 수 있다. 이러한 피드백 음들은 디지털 합성음이나 디지털 녹음, 음악 등이 사용될 수 있다. 따라서 훈련의 목적에 따라 적절한 주파수의 음이 발생될 수 있도록 옵션에 따라 기본 주파수를 설정해 둘 수 있다: 세타훈련(800 Hz), 알파훈련(400Hz), SMR 훈련(1300Hz), 느린 베타훈련(1500Hz).Auditory feedback compensation sounds are the main description for real-time feedback used for EEG training in accordance with the present invention. The notes should be presented with sufficient volume and duration for rapid self-control learning. Sound quality and acoustic characteristics are also important for controlled learning. For example, negative presentation can interfere with EEG alpha generation. Therefore, for the purpose of alpha training according to the present invention, a sound between about 400 Hz and 800 Hz is selected as a feedback sound that minimizes the interference of alpha generation. However, in theta training, the main problem is the subject's drowsiness that can fall to sleep. Therefore, for theta training purposes, the feedback sound may be a high pitch sound of 800 Hz or more or a low pitch sound of about 400 Hz or less (preferably 200 Hz). These feedback sounds may be digital synthesized sound, digital recording, music, or the like. Therefore, you can set the default frequency according to your options so that the appropriate frequency sounds can be generated for the purpose of training: theta training (800 Hz), alpha training (400 Hz), SMR training (1300 Hz), slow beta training (1500 Hz). ).

EEG 파라미터를 피드백 해주는 또 다른 방법은 시각적 디스플레이를 이용하는 것이다. 시각 디스플레이는 어떤 특별한 형태에 제한되지 않는다. 바이오피드백에서 가장 전통적으로 사용되는 형태는 선형 및 바형 그래프, 파이챠트, 표, 스펙트럼 디스플레이, 뇌파의 파형 등이다. 어떤 방법을 사용하든, 충족되어야할 조건은 피드백을 위해 선정된 EEG 파라미터(예, 느린 알파 대역의 파워)와 역치의 실시간 모니터링 가용성이다. 전형적으로 바이오피드백 디스플레이를 위해 몇 개의 화면을 분할하여 훈련 시행에 앞서 가장 선호되는 것을 선택하도록 하는 것이다. 청각 및 시각 피드백은 선택된 훈련 프로토콜에 따라 독립적 혹은 동시적으로 사용될 수 있다.Another way to feed back EEG parameters is by using a visual display. The visual display is not limited to any particular form. The most traditional forms used in biofeedback are linear and bar graphs, pie charts, tables, spectral displays, and EEG waveforms. Either way, the conditions to be met are the availability of real-time monitoring of the threshold and the EEG parameters selected for feedback (eg, slow alpha band power). Typically, several screens are split for biofeedback display so that the most preferred one is selected prior to training. Auditory and visual feedback can be used independently or simultaneously, depending on the training protocol selected.

도 7은 본 발명에 따른 뉴로피드백 훈련 절차와 그 방법을 단계별로 설명하기 위한 플로우 챠트이다. 사용자는 청각 및 시각 자극 모두에 의한 피드백을 통해 EEG 파라미터들에 대한 자기-통제를 촉진시키기 위한 훈련 단계(300)를 진행한다. 훈련이 개시되기에 앞서 사용자는 뉴로피드백 훈련 시스템의 디스플레이 모니터를 관찰할 수 있는 정면 위치에 마련된 팔걸이 의자에 편안히 앉아서 짧은 시간(약 5-10분)동안 안정을 취하며, 훈련에 관한 일반적인 지시와 설명을 듣는다. 이때 모니터와 사용자간의 거리는 시각 및 청각 피드백을 받는 데 지장이 없을 정도의 충분한 근거리(약 2m 내외)를 유지한다. 절차가 시작되면(301), 사용자는 전극이 부착된 헤드셋을 머리에 고정시킨다(302). 헤드셋은 도 3에 도시된 것과 같이 하나의 접지전극과 두 개의 참조전극, 그리고 여러 피질 영역에 위치되는 활성전극들이 배열되어 있다. 다음 단계(303)는 사용자가 기존의 사용자인지 확인한다. 만일 새로운 사용자일 경우, 프로그램에 등록하고, 사용자 정보 데이터베이스를 위해 그 사용자의 정보(예, 연령, 성, 주소 등)를 기재하고 다음 단계(304)를 진행한다. 단계304는 사용자에게 사전 심리검사(예, 기분 척도 질문지 등)를 실시한다.7 is a flowchart for explaining step-by-step neurofeedback training procedure according to the present invention. The user proceeds a training step 300 to promote self-control over EEG parameters through feedback by both auditory and visual stimuli. Prior to the commencement of training, the user sits comfortably in an armchair seated in a frontal position where the display of the neurofeedback training system can be observed and rests for a short time (approximately 5-10 minutes). Listen to the explanation. At this time, the distance between the monitor and the user should be maintained at a sufficient distance (about 2m or so) so as not to interfere with visual and auditory feedback. Once the procedure begins (301), the user secures the headset with the electrode attached to the head (302). As shown in FIG. 3, the headset is arranged with one ground electrode, two reference electrodes, and active electrodes positioned in various cortical regions. The next step 303 checks if the user is an existing user. If the user is a new user, register for the program, enter the user's information (eg, age, last name, address, etc.) for the user information database and proceed to the next step 304. Step 304 performs a pre-psychological test (eg, mood scale questionnaire, etc.) on the user.

단계 305에 의한 EEG 자료 획득은 도 6에 따라 진행되며, 일반적으로 안정기 기저수준 검사가 선행된다. 먼저, 사용자의 전형적인 EEG 활동 프로파일을 얻기 위해 "눈을 뜬 상태"에서의 기저수준을 기록하는 데(306), 이를 통해 시스템의 모든 작동 상태의 정상여부 확인과 조정이 이루어진다. "눈을 뜬 상태"에서의 기저수준 기록은 일반적으로 사용자로 하여금 디스플레이 상의 어느 한 지점이나 대상에 집중하도록 한 상태에서 작고 밝은 불빛(예, LED)과 지속적인 배경음이 제시되는 동안 이루어진다. 그런 다음 "눈을 감은 상태"에서의 기저수준이 기록되는 데(307), 이는 일반적인 감각 자극이 없는 상태에서의 뇌파 활동의 성질을 결정하기 위한 것이다. 이 단계는 연속적인 배경음만이 제시되는 동안 실행된다. 다음 단계(308)에서 사용자는 일련의 스트레스 유발 자극 상황에 노출된다. 예컨대, 큰 폭발음(약 80 dB 이상), 계산과제, 난해한 독서자료 읽기, 퍼즐이나 기타 이용 가능한 인지 과제들이 사용된다. 이 단계(308)를 통해 유발된 스트레스 혹은 각성상태는 다음 단계(309)에서 보다 복잡한 심리 과제, 즉 주의과제나 정서적 심상 과제를 진행하는 데, 이런 두 단계(308, 309)를 통해 사용자의 EEG 반응 프로파일을 보다 정확하게 평가할 수 있다.Acquisition of EEG data by step 305 proceeds according to FIG. 6, which is generally preceded by a plateau level test. First, the baseline level is recorded 306 in the "opened eye" state to obtain a typical EEG activity profile of the user, through which normalization and adjustment of all operational states of the system is made. Base-level recording in "opened eyes" is typically made while a small bright light (e.g. LED) and continuous background sound are present, allowing the user to focus on any point or object on the display. The baseline level in the "eyes closed" is then recorded (307), to determine the nature of EEG activity in the absence of general sensory stimulation. This step is performed while only a continuous background sound is presented. In a next step 308 the user is exposed to a series of stress-induced stimulus situations. For example, loud explosive sounds (greater than about 80 dB), computational tasks, reading difficult reading materials, puzzles or other available cognitive tasks are used. The stress or arousal state caused by this step 308 proceeds to a more complex psychological task, ie, attention or emotional image task, in the next step 309. Response profiles can be assessed more accurately.

이후, 이완 단계(309)를 진행하게 되는 데, 이전에 획득된 정신생리 자료들이 자기-유도 이완 단계(309)를 진행하는 동안 얻어지는 사용자의 EEG 패턴을 평가하기 위해 사용되며, 후에 사용자에게 훈련 결과를 알려주기 위한 자료가 된다. EEG 반응과 이완 프로파일은 사용자의 개인 데이터베이스에 입력되는 데, 만일 적절한 규준 데이터베이스가 확립되어 있다면, 기저수준과 스트레스 EEG 파일이 규준 자료와 비교되고(310), 다음 단계를 진행한다. 규준 데이터베이스와 사용자의 EEG 패턴 데이터베이스를 비교한 후, 다음 단계(311)에서 집중적으로 진행할 뉴로피드백 세션 유형을 정의한다. 그런 다음 훈련의 목표와 역치를 설정한다(312). 다음 단계(313)에서 상세한 훈련 절차와 훈련의 목표를 사용자에게 설명해주고 지시한다. 이때 사용자가 질문이나 의문 사항이 있으면 그에 설명을 해주게 되는데, 단 뉴로피드백 통제 능력을 증진시키는 법과 관련해서는 어떤 힌트도 제공해서는 안 된다. 뉴로피드백 성공의 원칙은 사용자로 하여금 목표 EEG 파라미터 통제 능력을 획득하기 위한 가장 효과적인 전략을 스스로 발견하도록 하는 것이며, 시각 및 청각적 피드백 보상은 바람직한 변화를 보상해 주지만, 부정확한 변화에 대해서는 보상을 해주지 않음으로써 사용자 스스로 가장 효과적인 변화 전략을 학습할 수 있도록 도와준다.Thereafter, the relaxation step 309 is performed, in which previously obtained psychophysiological data are used to evaluate the EEG pattern of the user obtained during the self-induced relaxation step 309, and then the training result is provided to the user. It is a material to inform. EEG response and relaxation profiles are entered into the user's personal database. If an appropriate normative database is established, the baseline and stress EEG files are compared with the normative data (310) and proceed to the next step. After comparing the normative database with the user's EEG pattern database, a neurofeedback session type to be concentrated in the next step 311 is defined. Then set goals and thresholds for training (312). In the next step 313, the detailed training procedure and the goal of the training are explained and directed to the user. If the user has a question or question, he or she will explain it, but do not provide any hints about how to increase neurofeedback control. The principle of neurofeedback success is to allow users to discover for themselves the most effective strategy to achieve target EEG parameter control, while visual and auditory feedback rewards compensate for desirable changes, but not for inaccurate changes. To help users learn the most effective change strategies.

단계 314에서 모든 훈련 파라미터들이 설정되고 실제 훈련이 개시되기 위한 점검이 완료되면, 실제 훈련을 진행할 시행의 회수를 결정한다. 그런 다음 설정된 시행을 진행하게 되는 데(315), 한번의 훈련 시행에 걸리는 시간은 약 120초이다. 표준적인 훈련 시행에는 사전에 선정된 주파수 대역 내에서 EEG 파라미터들이 변화할 때 시각 및 청각적 피드백 제공이 포함된다. 한번의 시행이 완료되면 사용자는그 다음 시행 여부를 결정하기 전에 8-10초간 휴식을 취하게 되는 데, 휴식을 취하는 동안에 청각 피드백은 중지되고, 완료된 시행에 대한 수행 점수, 즉 각 활동 EEG 파라미터나 선정된 EEG 파라미터 조합에 대한 결과를 제공한다(316).Once all training parameters have been set in step 314 and the check to complete the actual training is complete, determine the number of trials to proceed with the actual training. The set trial then proceeds (315), which takes about 120 seconds. Standard training runs include providing visual and auditory feedback as EEG parameters change within a preselected frequency band. Once a trial has been completed, the user will rest for 8-10 seconds before deciding whether to try the next trial. During the break, auditory feedback is stopped and the performance score for the completed trial, ie each activity EEG parameter or Results are provided for the selected EEG parameter combination (316).

이후, 단계(317)에서 훈련 시행의 반복 여부를 결정하게 된다. 시행의 계속은 단계 315로 복귀하게 되며, 단계 314에서 정한 시행 회수만큼 반복된다. 만일 시행을 더 이상 반복하지 않기로 결정한다면, 선택된 EEG 훈련 세션의 종합 결과 판정을 위해 세션 후 "눈을 뜬 상태"의 기저 수준 기록(318)과 "눈을 감은 상태"의 기저수준 기록(319)을 차례로 진행한다. 그 다음 단계(320)는 훈련 세션의 기록 요약을 제시한다. 그런 다음 세션 후 기분 척도 질문지나 다른 심리검사 질문지를 수행한다(321). 그 다음 단계(322)에서 훈련 세션을 통해 얻어진 EEG와 심리측정 자료 변화의 결과를 사용자의 심리 및 뇌파 활동 데이터베이스나 규준 데이터베이스와 비교하여 종합 판정 결과를 제시한다. 그 다음 단계(323)에서 새로운 훈련 세션을 진행하고자 한다면, 단계 311로 복귀하게 되고, 이때 이전 훈련 시행의 결과에 기초하여 수정된 훈련 목표와 역치에 따라 설정되는 새로운 훈련 세션을 시작하게 된다. 새로운 훈련 세션을 원하지 않는 경우, 훈련은 종료된다(324).Thereafter, in step 317, it is determined whether to repeat the training. The continuation of the trial returns to step 315 and is repeated by the number of trials defined in step 314. If the decision is not to repeat the trial anymore, the baseline level record (318) and the baseline level record (319) of the "eyes closed" after the session to determine the overall outcome of the selected EEG training session. Proceed in turn. Step 320 then presents a record summary of the training session. Then, after the session, the mood scale questionnaire or another psychological questionnaire is performed (321). In the next step 322, the results of the EEG and psychometric data changes obtained through the training session are compared with the user's psychological and EEG activity database or normative database to present a comprehensive judgment result. If in step 323 a new training session is to proceed, the process returns to step 311, where a new training session is set up based on the modified training targets and thresholds based on the results of previous training runs. If no new training session is desired, training ends (324).

본 발명에 따른 뉴로피드백 무선 시스템과 그 방법에 따라, 몇 가지 훈련 목표가 훈련 세션을 통해 추구될 수 있다. 그 가운데 하나는 사용자가 뇌파 활동을 의식적으로 억제시키는 통제 능력을 향상시킴으로써 뇌파억제(예, 4.0-8.0 Hz 대역의 세타파 파워 억제)를 획득하는 것이다. 또 다른 목표는 뇌파증가(예, 12.0-15.0 Hz 대역의 SMR 증가)로, 사용자는 피드백에 반응하여 뇌파활동을 증가시키려는 노력을 통해 통제 능력을 향상시키는 것이다. 사용자가 훈련 세션을 마치면, 지시자는 자료를 분석하고 어떤 뇌파 통제를 강화시킬 필요가 있는지에 대해 사용자와 인터뷰를 진행한다. 인터뷰는 사용자가 사용한 전략을 구술하게 함으로써 그 전략의 효과에 대해 구체화시킬 수 있으며, 향후의 뉴로피드백 훈련을 위한 전략을 강화시키기 위해 중요하다. 그러나 본 발명은 지시자 없이도 사용될 수 있다. 시스템 자체에 충분한 지시를 제공하는 프로그램을 구축함으로써 지시자 없이도 사용자 스스로 자기-실시 뉴로피드백 훈련 시스템을 이용할 수 있다. 즉 시스템 내에 EEG 훈련 감독 기능을 구축시킴으로써 프로그램된 지시에 따라 훈련 세션을 진행할 수 있다.According to the neurofeedback wireless system and method according to the present invention, several training goals can be pursued through training sessions. One of them is to acquire EEG suppression (eg, theta wave power suppression in the 4.0-8.0 Hz band) by improving the control of the user to consciously suppress EEG activity. Another goal is to increase EEG (e.g., increase the SMR in the 12.0-15.0 Hz band), in which the user improves control by trying to increase EEG activity in response to feedback. After the user completes the training session, the indicator analyzes the data and interviews the user about what EEG control needs to be strengthened. Interviews can dictate the effectiveness of the strategy by letting the user dictate the strategy used and are important to reinforce the strategy for future neurofeedback training. However, the present invention can be used without an indicator. By building a program that provides sufficient instruction to the system itself, the user can use a self-implemented neurofeedback training system without an indicator. In other words, by establishing EEG training supervision in the system, training sessions can be conducted according to programmed instructions.

본 발명의 응용 예로, ADD/ADHD의 치료를 위한 프로토콜의 사용을 들 수 있다. ADD/ADHD 치료를 위한 전형적인 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 12.0-15.0 Hz 대역(SMR)이나 15.0-18.0 Hz 대역(느린 베타)을 고무시키고 동시에 4.0-8.0 Hz 대역(세타)과 22.0-30.0 Hz 대역(빠른 베타)를 억제시키는 것이다. 또한 활동 전극은 전형적으로 감각운동 피질(국제 10-20 시스템에 따라 Cz, C3, 그리고 C4)에 위치되며 참조전극은 귓불에 위치하여 단극 유도법으로 EEG를 측정한다.An example application of the present invention is the use of protocols for the treatment of ADD / ADHD. Typical neurofeedback training protocols for ADD / ADHD treatment inspire the 12.0-15.0 Hz band (SMR) or the 15.0-18.0 Hz band (slow beta) while simultaneously providing the 4.0-8.0 Hz band (theta) and the 22.0-30.0 Hz band (fast Beta). Active electrodes are also typically located in the sensorimotor cortex (Cz, C3, and C4 according to the International 10-20 System) and reference electrodes are located in the earlobe to measure EEG by unipolar induction.

본 발명에 따른 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 감각운동 피질(C3나 C4)에서의 13.0-18.0 Hz 대역(15.0-18.0 Hz의 느린 베타와 12.0-15.0 Hz의 SMR)의 EEG 진폭을 증가시킬 때 보상을 해 주는 동시에, 4.0-8.0 Hz의 저주파 대역과 22.0-40.0 Hz의고주파 대역의 과도한 뇌파 활동을 억제시키는 것이다. 만일 좌반구 SMR 훈련(C3)이 실행된다면, 느린 베타 보상만이 제공될 것이고, 우반구 훈련의 경우에는 SMR 보상만이 제공될 것이다. 이러한 프로토콜은 간질, 두통, 혈압, 심혈관, 약물남용(알코올 중독, 마약 등) 등의 치료에도 적용될 수 있다.The neurofeedback training protocol according to the present invention compensates for increasing the EEG amplitude of the 13.0-18.0 Hz band (slow beta of 15.0-18.0 Hz and SMR of 12.0-15.0 Hz) in the sensorimotor cortex (C3 or C4). At the same time, it suppresses excessive EEG activity in the low frequency band of 4.0-8.0 Hz and the high frequency band of 22.0-40.0 Hz. If left hemisphere SMR training (C3) is performed, only slow beta rewards will be provided, and for right hemisphere training only SMR rewards will be provided. This protocol can also be applied to the treatment of epilepsy, headache, blood pressure, cardiovascular and drug abuse (alcoholism, drugs, etc.).

이러한 훈련 프로토콜은 장애나 질병 문제에 대한 응용이외에도 뉴로피드백 스포츠 컴퓨터 게임(예, 골프, 사격, 당구 등)과 같이 정상인을 위한 수행 증진을 위해서도 적용될 수 있다. 예컨대, 골프 퍼팅 훈련 게임은 사용자의 EEG 활동 파라미터에 기초하여 퍼팅 표면에서 컵을 향해 굴러가는 골프공의 속도와 방향을 결정한다. 퍼팅 수행 전에 내적으로 집중된 상태에서 사용자의 EEG 패턴이 일반적으로 사전에 구축된 좋은 퍼팅 수행과 관련된 EEG 패턴 데이터베이스(실험을 통해 숙련된 골퍼가 훌륭한 퍼팅을 했을 때 보여주는 EEG 패턴의 데이터베이스화)에 접근했을 때 보다 나은 퍼팅 결과가 얻어지도록 함으로써 수행과 통제 능력을 향상시킬 수 있으며, 한편으로는 오락을 제공해 주는 수단도 제공한다.In addition to the application of disability or disease problems, these training protocols can also be applied to improve performance for normal people, such as neurofeedback sports computer games (eg golf, shooting, billiards, etc.). For example, a golf putting training game determines the speed and direction of the golf ball rolling towards the cup at the putting surface based on the user's EEG activity parameters. With the internal concentration of your EEG pattern prior to your putt, you may have access to an EEG pattern database (typically databased EEG patterns when experienced golfers make good putts) that involves a good pre-built good putt run. Better putting results can be obtained to improve performance and control, while also providing entertainment.

따라서 사용자로 하여금 퍼팅 수행(스포츠 연구자들은 이를 피크 수행이라 부름)에 효과적인 주의 집중력을 향상시키도록 하는 뉴로피드백에 기초한 훈련을 허용하는 게임의 제공이 본 발명의 또 다른 목적이다. 이와 함께 골퍼 수행자에게 그의 EEG 활동 상태를 정확하게 알려주어 퍼팅 수행 전에 의도된 초점적 주의와 집중 상태에 도달할 수 있도록 EEG 파라미터를 지속적으로 변화시키도록 고무시키는 것이 또한 본 발명의 목적이다. 훈련 프로토콜은 좌반구에서 저주파수 대역인 6.0-12.0 Hz 대역의 EEG 파워를 증가시키는 동시에 그 보다 높은 주파수 대역인 18.0-42.0 Hz 대역의 EEG 파워를 감소시키도록 하는 것이다.Thus, another object of the present invention is to provide a game that allows training based on neurofeedback that allows the user to improve their ability to pay attention to putting performance (sports researchers call this peak performance). Along with this, it is also an object of the present invention to instruct the golfer performer to accurately inform the state of his EEG activity so as to continuously change the EEG parameters so that the intended focus and concentration can be reached prior to putting. The training protocol is to increase the EEG power of the low frequency band 6.0-12.0 Hz band in the left hemisphere while reducing the EEG power of the higher frequency band 18.0-42.0 Hz band.

또한 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 뇌신호 데이터 송신부와 양방향 송수신을 하게 되는 뉴로피드백 실행부인 호스트 컴퓨터 대신에 방향과 운동성을 가진 기계장치(예, 장난감 자동차 등을 포함한 완구류, 로봇 등)와 직접 송수신할 수 있도록 구현될 수 있다. 즉 뇌신호 데이터 송신부에 DSP칩을 구축하여 사전에 분석한 특정 뇌신호 파라미터를 방향과 운동성을 가진 기계 장치에 RF 신호의 형태로 전송할 수 있다. 따라서 호스트 컴퓨터에서 실행되는 뇌신호 실시간 분석을 DSP칩에서 실행시킴으로써 데이터 전송의 부하량을 줄이면서 특정 훈련 목표를 달성시킬 수 있다. 이 경우의 신호의 무선 전송방식은 FSK 방식이 바람직하다.In addition, the neurofeedback training protocol allows direct transmission and reception with directional and kinetic machinery (e.g. toys, robots, etc., etc.) instead of the host computer, which is a neurofeedback implementation that transmits and receives bidirectionally with the brain signal data transmitter. Can be implemented. In other words, a DSP chip can be built in the brain signal data transmitter to transmit a specific brain signal parameter analyzed in advance in the form of an RF signal to a mechanical device having direction and movement. Thus, real-time analysis of brain signals on a host computer can be performed on the DSP chip to achieve specific training goals while reducing the load on the data transfer. In this case, the FSK method is preferable for the radio transmission method of the signal.

방향과 운동성을 가진 기계 장치에는 마이크로컨트롤러에 의한 제어장치가 구축되어 있어, 전송된 뇌신호 파라미터에 따라 방향과 운동 속도를 조절해 줌으로써 사용자로 하여금 뉴로피드백 훈련을 보다 지루하지 않게 즐기면서 동기를 유발시킬 수 있게 된다. 일반인은 물론 특히 ADD/ADHD 사용자에게 매우 적합한 뉴로피드백 무선 시스템이 될 것이다.The micro-controller is built into the mechanical device with the direction and movement, which adjusts the direction and the movement speed according to the transmitted brain signal parameters to induce the user to enjoy the neurofeedback training more boringly. You can do it. It will be a neurofeedback wireless system that is well suited for the general public as well as ADD / ADHD users.

본 발명에 의하면, 기존의 뇌파 바이오피드백 유선 시스템을 완전 무선 시스템으로 전환시킴으로써 이런 종류의 시스템 효용성을 높일 수 있다는 장점을 지닌다. 즉 기존의 유선 시스템은 사용자와 시스템간에 많은 전선을 통해 인터페이스를 구축함으로써 불편을 주었으며, 또한 전선들로부터 들어오는 소음의 영향에 크게 노출되어 있었지만, 본 발명은 이러한 불편한 선들을 제거함으로써 사용자 편의성을 높이고, 전선들로 들어오는 소음을 제거시켜 줄 수 있다. 또한 이러한 점을 인식하여 무선 바이오피드백 시스템을 구현하고자 했던 소수의 발명들은 기술상의 어려움, 즉 일반적인 무선 RF 송수신 방식으로는 데이터가 크게 손실되어 정밀한 자료를 획득하지 못함으로 인해 기껏해야 반 무선 방식이나 적외선 방식을 채택하고 있지만, 본 발명은 스프레드 스펙트럼 변환 방식을 적용함으로써 기존 방식의 한계를 획기적으로 넘어설 수 있으며, 따라서 완전 무선 뉴로피드백 시스템을 구현할 수 있음으로 해서 그 적용 범위를 크게 확장시킬 수 있다.According to the present invention, by converting the conventional EEG biofeedback wired system to a completely wireless system has the advantage that can increase the utility of this kind of system. That is, the existing wired system was inconvenient by constructing an interface through many wires between the user and the system, and was also greatly exposed to the influence of noise coming from the wires. It can eliminate noise coming into the wires. In addition, the few inventions that have realized the wireless biofeedback system by recognizing this point are at best semi-wireless or infrared due to technical difficulties, i.e., the loss of data due to large data loss due to general wireless RF transmission and reception. Although the present invention is adopted, the present invention can significantly overcome the limitations of the existing method by applying the spread spectrum conversion method, and thus, a full wireless neurofeedback system can be implemented, thereby greatly extending its application range.

본 발명으로 인한 효과는 시스템과 사용자간의 거리를 크게 증가 시키고, 시스템의 크기를 최소화, 경량화시키며, 한 시스템으로 여러 사용자를 통제할 수 있으며, 그로 인한 사용자 중심의 인터페이스 구현이 가능하고, 정밀한 EEG 스펙트럼의 분할로 인해 다양한 훈련 프로토콜을 적용할 수 있으며, 뇌파 는 실시간에 의한 고속퓨리에, 신경망, 다채널 뇌파 위상 분석, 시간-주파수 분석(TFA), 사건-관련 전위분석 등의 다양한 분석기법을 적용할 수 있고, 그로 인해 각종 장애 및 질병 치료는 물론 일반인과 전문인을 위한 수행 향상을 위한 뉴로피드백 훈련 도구로 활용할 수 있으며, 컴퓨터 게임을 통한 흥미와 오락을 가미한 뉴로피드백 훈련 및 온라인 게임이 가능하다는 데 각별한 효과가 있다.The effect of the present invention is to greatly increase the distance between the system and the user, to minimize and reduce the size of the system, to control multiple users with one system, thereby realizing a user-centered interface, precise EEG spectrum Due to the division of, various training protocols can be applied, and EEG can be applied to various analysis methods such as fast Fourier, neural network, multi-channel EEG phase analysis, time-frequency analysis (TFA), and event-related potential analysis in real time. As a result, it can be used as a neurofeedback training tool for treating disorders and diseases, as well as improving performance for the general public and professionals, and it is possible to perform neurofeedback training and online games with interest and entertainment through computer games. It works.

본 발명은 예시 및 설명의 목적을 위해 개시하고 있지만, 전술한 실시예의 형태로 제한하고자 하는 것은 아니다. 당업자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함을이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 전술한 양호한 실시예에 대하여 본 발명의 최상의 원리를 설명하기 위해 선택 및 개시하고 있지만, 당업자라면 본원 발명의 기술적 사상 및 범위를 이탈함이 없이 다양한 변형 및 수정이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been disclosed for purposes of illustration and description, it is not intended to be limited to the form of the foregoing embodiment. Those skilled in the art will appreciate that many variations and modifications are possible. While the present invention has been selected and disclosed with respect to the preferred embodiments described above in order to illustrate the best principles of the invention, those skilled in the art will recognize that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. .

Claims (24)

사용자의 적어도 하나 이상의 두피 영역으로부터 생체 전기 신호를 검출하는 뇌신호 검출부와,A brain signal detector for detecting a bioelectrical signal from at least one scalp region of a user; 상기 뇌신호 검출부의 신호를 감지하는 감지수단과,Sensing means for sensing a signal of the brain signal detector; 상기 감지수단으로부터 감지된 신호를 무선 RF 전송 방식으로 뇌신호 데이터 송신부와 뉴로피드백 실행부(호스트 컴퓨터)간에 양방향으로 송수신하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Wireless system for neurofeedback training using the brain signal parameters for transmitting and receiving the signal detected by the sensing means between the brain signal data transmission unit and the neurofeedback execution unit (host computer) in a wireless RF transmission method. 제 1 항에 있어서, 상기 뇌신호 검출부는The method of claim 1, wherein the brain signal detection unit 사용자의 이마 또는 전-전두엽, 전두엽, 감각운동 영역으로부터 적어도 하나 이상의 생체전기 신호(EOG, EMG, EEG)를 검출하기 위한 다원 전극 센서 배열로 이루어지는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters consisting of a multi-electrode sensor array for detecting at least one bioelectrical signal (EOG, EMG, EEG) from a user's forehead or front-frontal, frontal, or sensory motor areas. 제 2 항에 있어서, 상기 전극 센서 배열은,The method of claim 2, wherein the electrode sensor array, 생체전기 신호 처리를 위한 단극 또는 양극 유도법의 선택적 적용이 가능한뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters with selective application of unipolar or bipolar induction for bioelectrical signal processing. 제 2 항에 있어서, 상기 전극 센서배열을 통해 사용자의 두피로부터 검출된 신호의 무선 RF 송신부는 적어도 하나 이상의 EEG 신호, 하나의 EOG 또는 EMG 신호의 증폭, 필터링, A/D 변환을 위한 전기회로를 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.The wireless RF transmitter of claim 2, wherein the wireless RF transmitter of the signal detected from the user's scalp through the electrode sensor array comprises an electrical circuit for amplifying, filtering, and A / D conversion of at least one EEG signal, one EOG or EMG signal. Wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters, including. 제 4항에 있어서, 여러 개의 EEG 전극이 설치되어 있는 헤드셋을 사용하여 적절한 두피 위치들로부터 추출되는 경우의 각 전극의 임피던스는 10 kΩ 이하로 유지되는 것인 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.5. The system of claim 4, wherein the impedance of each electrode is maintained below 10 kΩ when extracted from the appropriate scalp locations using a headset equipped with several EEG electrodes. 제 1 항에 있어서, 양방향 무선 RF 신호 송수신부는The method of claim 1, wherein the two-way wireless RF signal transceiver 적어도 하나 이상의 RF 신호에 대한 변조와 복조를 위한 스프레드 스펙트럼 송수신 수단과, 스프레드 스펙트럼 송수신 수단과, 주파수 변환 키(FSK), 위상 변환 키(PSK), FM 변환 수단을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Neuros using spread signal transmission / reception means for modulation and demodulation of at least one RF signal, spread spectrum transmission / reception means, and brain signal parameters including frequency conversion key (FSK), phase conversion key (PSK), and FM conversion means. Wireless system for feedback training. 제 6 항에 있어서, 양방향 무선 RF 신호 송수신부는The method of claim 6, wherein the two-way wireless RF signal transceiver RS-232C 방식의 직렬 입출력장치를 이용한 무선 RF 신호 송수신부와 뉴로피드백 실행부(컴퓨터)간의 인터페이스를 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.A wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters including an interface between a wireless RF signal transceiver and a neurofeedback execution unit (computer) using an RS-232C serial input / output device. 제 7 항에 있어서, 상기 뇌신호의 입력 신호는 컴퓨터로부터,The method of claim 7, wherein the input signal of the brain signal from a computer, 생체전기 신호의 실시간 분석을 처리하기 위한 컴퓨터 분석 프로그램과,A computer analysis program for processing real-time analysis of bioelectric signals; 뉴로피드백을 위한 다중 선택 훈련 프로토콜과,Multiple choice training protocol for neurofeedback, 시각 및 청각 피드백을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters including visual and auditory feedback. 제 8 항에 있어서, 상기 뉴로피드백을 위한 다중 훈련 프로토콜은 EEG 신호가 저장되고 그 신호가 동일한 사용자로부터 사전에 저장된 EEG 신호나 규준 데이터베이스와 비교되도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.10. The neurofeedback of claim 8, wherein the multiple training protocol for neurofeedback comprises a computer program comprising a computer program that allows an EEG signal to be stored and compared with a previously stored EEG signal or normative database from the same user. Wireless system for training. 제 9 항에 있어서, 상기 EEG 신호를 컴퓨터 메모리에 저장된 역치값 혹은 안정기 기저수준이나 규준값과의 변화를 비교할 수 있도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.10. The system of claim 9, wherein the EEG signal comprises a computer program for comparing the EEG signal with a threshold or ballast base level or norm value stored in computer memory. 제 10 항에 있어서, 상기 뉴로피드백을 위한 훈련 프로토콜은The method of claim 10, wherein the training protocol for neurofeedback is EEG 신호와 적어도 하나 이상의 이전에 저장된 생체전기 신호나 규준 데이터베이스와의 비교에 기초하여 역치를 변화시킬 수 있도록 한 신경망(neural network)분석 컴퓨터 프로그램을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.Wireless for neurofeedback training using brain signal parameters, including a neural network analysis computer program that allows the threshold to be changed based on a comparison of the EEG signal with at least one previously stored bioelectrical signal or normative database. system. 제 10 항에 있어서, 뉴로피드백 훈련 프로토콜은The method of claim 10, wherein the neurofeedback training protocol is 이전에 저장된 EEG 신호나 규준 EEG 데이터베이스에 기초하여 역치값을 설정할 수 있도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.A wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters including a computer program that allows setting thresholds based on previously stored EEG signals or normative EEG databases. 제 10 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은The method of claim 10, wherein the neurofeedback training protocol is 일련의 단계들로 진행하여 사용자의 이완 및 주의를 증진시키고,Go through a series of steps to promote user relaxation and attention, 사용자의 뇌의 전기적 활동을 측정하고,Measure the electrical activity of the user's brain, 측정된 신호를 실시간으로 분석하고,Analyze the measured signal in real time, 분석된 전기 활동을 통해 의도된 변화가 나타났을 경우, 그에 상응하는 보상으로 시각적 디스플레이나 청각적 신호를 통해 최소한 하나의 피드백 출력 신호를 제공함으로써,In the event that an intended change is detected by the analyzed electrical activity, the corresponding compensation is provided by providing at least one feedback output signal via visual display or audio signal, 사용자로 하여금 정해진 시간 동안 하나의 전기 활동 수준을 유지하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.A wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters characterized by inducing a user to maintain one level of electrical activity for a defined time. 제 9 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은10. The method of claim 9, wherein the neurofeedback training protocol is 일련의 단계로 진행하는 컴퓨터 게임에 의해 사용자의 수행, 이완, 주의 및 집중력을 증진시키는 것을 특징으로 하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.A wireless system for neurofeedback training using brain signal parameters characterized by enhancing the performance, relaxation, attention and concentration of the user by a computer game in a series of stages. 제 9 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 사용자의 훈련 목표요구에 따라 기본적으로 세타훈련, 알파훈련, SMR 훈련, 느린 베타훈련을 제공하고,10. The method of claim 9, wherein the neurofeedback training protocol basically provides theta training, alpha training, SMR training, slow beta training according to the user's training target requirements. 응용 프로토콜로 기본 훈련 프로토콜의 조합인 느린베타 증가-세타 감소, SMR 증가-세타 감소, 알파 증가- 세타 증가-알파/세타 증가, 느린 알파 증가-세타 증가-베타 감소 등의 훈련 프로토콜의 선택을 특징으로 하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백을 위한 무선 시스템.The application protocol features a selection of training protocols, which are combinations of basic training protocols: slow beta increase-theta decrease, SMR increase-theta decrease, alpha increase- theta increase-alpha / theta increase, slow alpha increase-theta increase-beta decrease Wireless system for neurofeedback using brain signal parameters. 제 9 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 측정된 뇌의 특정 전기 활동을 무선 RF 신호의 형태로 컴퓨터에 전송하는 것을 특징으로 하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.10. The wireless system of claim 9, wherein the neurofeedback training protocol transmits the measured electrical activity of the brain to a computer in the form of a wireless RF signal. 제 9 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 장난감 자동차나 장난감 기차 또는 로봇과 같은 측정된 뇌의 특정 전기 활동을 무선 RF 신호의 형태로 운동성을 가진 기계에 주파수변환키(FSK) 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 뇌신호 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.10. The method of claim 9, wherein the neurofeedback training protocol transmits specific electrical activity of the measured brain, such as a toy car, a toy train or a robot, to a machine with mobility in the form of a wireless RF signal in a frequency conversion key (FSK) manner. Wireless system for neurofeedback training using the brain signal parameters, characterized in that. 제 17 항에 있어서, 상기 뉴로피드백 훈련 프로토콜은 DSP칩을 이용하여 분석한 특정 뇌신호 파라미터를 RF 신호의 형태로 마이크로컨트롤러에 의한 제어장치가 구축된 방향과 운동성을 가진 기계에 전송하는 것을 특징으로 하는 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.18. The method of claim 17, wherein the neurofeedback training protocol transmits a specific brain signal parameter analyzed using a DSP chip to a machine having a direction and mobility in which a control device by a microcontroller is constructed in the form of an RF signal. Wireless system for neurofeedback training using EEG parameters. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 다원 전극 센서 배열을 포함하는 헤드셋.A headset comprising the multi-element electrode sensor array. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 헤드셋은,The headset, 이마 정중앙과 양 귓불 또는 귀의 후방 돌출부(mastoid)에 위치하게 된 접지와 참조전극 세트로 이루어지는 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 시스템.A wireless system for neurofeedback training using EEG parameters consisting of ground and reference electrode sets positioned at the center of the forehead and at both ears or on the posterior mastoid of the ear. 사용자의 적어도 하나 이상의 두피 영역으로부터 생체 전기 신호를 검출하는 뇌신호 검출 단계와,Detecting a brain signal from at least one scalp region of the user; 상기 뇌신호 검출부의 신호를 감지하는 감지 단계와,A sensing step of sensing a signal of the brain signal detector; 상기 감지수단으로부터 감지된 신호를 무선 RF 전송 방식으로 뇌신호 데이터 송신부와 뉴로피드백 실행부 사이에 송수신하는 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 방법.The wireless method for neurofeedback training using the EEG parameter for transmitting and receiving the signal detected by the sensing means between the brain signal data transmission unit and the neurofeedback execution unit by a wireless RF transmission method. 제 21 항에 있어서, 상기 뇌신호 검출 단계는The method of claim 21, wherein the brain signal detecting step 사용자의 이마 또는 전-전두엽, 전두엽, 감각운동 영역으로부터 적어도 하나 이상의 생체전기 신호(EOG, EMG, EEG)를 검출하기 위한 다원 전극 센서 배열로 이루어지는 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 방법.A wireless method for neurofeedback training using EEG parameters consisting of a multi-electrode sensor array for detecting at least one bioelectrical signal (EOG, EMG, EEG) from a user's forehead or front-frontal, frontal, or sensory motor areas. 제 21 항에 있어서, 상기 전극 센서 배열은,The method of claim 21, wherein the electrode sensor array, 생체전기 신호 처리를 위한 단극 또는 양극 유도법의 선택적 적용이 가능한 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 방법.Wireless method for neurofeedback training using EEG parameters with selective application of unipolar or bipolar induction for bioelectrical signal processing. 제 21 항에 있어서, 상기 뉴로피드백을 위한 훈련 프로토콜은 EEG 신호가 저장되고 그 신호가 동일한 사용자로부터 사전에 저장된 EEG 신호나 규준 데이터베이스와 비교되도록 한 컴퓨터 프로그램을 포함하는 뇌파 파라미터를 사용한 뉴로피드백 훈련을 위한 무선 방법.22. The training protocol for neurofeedback according to claim 21, wherein the training protocol for neurofeedback comprises neurofeedback training using an EEG signal comprising a computer program such that the EEG signal is stored and compared to a pre-stored EEG signal or normative database from the same user. Wireless way for you.
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