[논문]게임 기반의 기능적 전기자극이 뇌파의 알파 리듬에 미치는 효과

인영렬; 임현미; 구정훈

doi:10.9718/jber.2017.38.4.190

게임 기반의 기능적 전기자극이 뇌파의 알파 리듬에 미치는 효과
The Effects of Game-based Functional Electrical Stimulation(FES) on Alpha rhythm in EEG 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.38 no.4, 2017년, pp.190 - 196

인영렬 (계명대학교 의과대학 의용공학과) , 임현미 (계명대학교 의과대학 의용공학과) , 구정훈 (계명대학교 의과대학 의용공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to investigate how the game based FES paradigm influences on EEG spectrum. Thirteen subjects were recruited for this study. We selected Fp1, Fp2, F3, F4, T3, T4, P3 and P4 for the EEG recording and the wrist was selected as the FES rehabilitation site. EEG spectrum were compared between FES only and FES with game condition. The results showed that FES game significantly suppressed alpha rhythm in EEG compared to the FES only condition.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

이에 본 연구에서는 FES를 이용한 재활의 단점인 반복적이고 수동적인 움직임만을 유발하는 것을 보완하고 능동적인 훈련참여를 유도하기 위해 FES게임을 제작하여 게임 기반의 FES 패러다임을 구축하였다. 게임이 가지는 흥미와 게임과 함께 FES로부터 유발되는 여러 감각자극들이 두뇌 활동에 어떠한 영향을 미치는지, 또한 이를 통해 대상자의 보다 높은 집중을 유도하여 능동적인 훈련 참여를 이끌어낼 수 있는지 알아보고자 하였다.

제안 방법

실험은 모바일 게임 기반의 FES실험으로 게임에 직접 참여하면서 게임과 관련된 여러 자극들과 함께 FES를 이용한 전기자극이 주어지는 실험에서의 뇌파측정과 게임에 관련된 어떠한 시·청각 자극 없이 FES 만 주어지는 실험에서의 뇌파측정으로 구성되었으며, 각 실험 전 휴식상태에서의 뇌파측정이 선행되었다. 두 실험간의 알파파의 변화 정도를 비교한 결과, 게임이 제공되지 않고 FES만 주어진 실험에서의 알파파 파워감소보다 게임에 참여하면서 관련된 시·청각자극과 함께 FES가 주어지는 실험에서의 알파파 파워감소가 더 많이 나타나는 것을 보였다.

대상 데이터

본 연구는 건강한 성인 13명(남성 7명, 여성 6명)을 대상으로 일정한 조도와 온도가 유지될 수 있고 소음이 발생하지 않는 조용하고 독립된 공간에서 실시되었다. 피험자는 뇌파측정 전 실험 내용 및 주의사항에 대해 충분한 설명을 들은 후 자발적인 동의 하에 참여하였다.

데이터처리

자료 분석은 통계처리 프로그램인 IBM SPSS Statistics 20을 사용하였다. 피험자 13명의 각 채널에 대해서 게임기반 FES실험에서의 알파파 파워를 휴식상태에서의 알파파 파워로 나누어 로그변환을 한 결과값들과 편안한 자세로 rest image를 바라본 상태에서 FES만 주어진 실험에서의 알파파 파워를 휴식상태에서의 알파파 파워로 나누어 로그변환을 한 결과값들은 두 실험간의 평균 차이를 검증하기 위해 대응표본 t-검정(paired sample t-test)을 실시하였다. 통계적 유의수준(p value)은 0.

성능/효과

실험은 모바일 게임 기반의 FES실험으로 게임에 직접 참여하면서 게임과 관련된 여러 자극들과 함께 FES를 이용한 전기자극이 주어지는 실험에서의 뇌파측정과 게임에 관련된 어떠한 시·청각 자극 없이 FES 만 주어지는 실험에서의 뇌파측정으로 구성되었으며, 각 실험 전 휴식상태에서의 뇌파측정이 선행되었다. 두 실험간의 알파파의 변화 정도를 비교한 결과, 게임이 제공되지 않고 FES만 주어진 실험에서의 알파파 파워감소보다 게임에 참여하면서 관련된 시·청각자극과 함께 FES가 주어지는 실험에서의 알파파 파워감소가 더 많이 나타나는 것을 보였다.
본 연구는 게임이 결합된 기능적 전기자극의 동시적 제공이 뇌파의 알파파를 억제시키는 것을 확인하였고, 이는 감각운동피질의 활성을 증대 시킬 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 FES훈련 없이 게임을 보는 것 만으로도 뇌파에 영향을 끼칠 수 있으므로, 본 연구에서 제안하는 게임 기반의 FES패러다임 훈련의 효과를 최종적으로 검증하기 위해서는 이와 관련된 추가적인 연구 및 실험이 요구된다.
본 연구에서 실시한 두 실험간의 알파파 변화를 비교한 결과, 고정되어 변하지 않는 rest image를 편안히 주시한 상태에서 FES가 주어졌을 때보다 게임에 참여하고 있는 상태에서 FES가 주어졌을 때 알파파 억제가 더 많이 나타남을 보였으며, 오른쪽 전두엽 F4와 후두엽 P3, P4에서 통계학적으로 유의한 차이를 보였다. 게임기반의 FES 훈련에서 알파파 억제가 더 많이 나타나는 이유는 다음과 같이 해석할 수 있다.

후속연구

본 연구는 게임이 결합된 기능적 전기자극의 동시적 제공이 뇌파의 알파파를 억제시키는 것을 확인하였고, 이는 감각운동피질의 활성을 증대 시킬 수 있을 것으로 예상된다. 그러나 FES훈련 없이 게임을 보는 것 만으로도 뇌파에 영향을 끼칠 수 있으므로, 본 연구에서 제안하는 게임 기반의 FES패러다임 훈련의 효과를 최종적으로 검증하기 위해서는 이와 관련된 추가적인 연구 및 실험이 요구된다. 또한, 본연구가 정상 성인만을 대상으로 실시되었기 때문에 뇌졸중 환자를 포함한 다양한 대상군에게 일반화 시키는 데는 어려움이 있다.
또한, 본연구가 정상 성인만을 대상으로 실시되었기 때문에 뇌졸중 환자를 포함한 다양한 대상군에게 일반화 시키는 데는 어려움이 있다. 따라서, 환자를 대상으로 한 실험을 통해 기존의 FES와 비교하여 새로운 게임기반 FES재활시스템이 환자의 적극적이고 능동적인 재활 훈련을 가능하게 하여 재활효과가 있는지에 관한 객관적인 결과를 도출해야 할 필요가 있다. 더 나아가 실험조건에 따라 C3, CZ, C4에서 나타나는 뮤 리듬의 변화, 즉 감각운동피질의 활성화 정도 및 거울신경세포시스템의 활성화 정도를 알아보아야 한다.
더 나아가 실험조건에 따라 C3, CZ, C4에서 나타나는 뮤 리듬의 변화, 즉 감각운동피질의 활성화 정도 및 거울신경세포시스템의 활성화 정도를 알아보아야 한다. 향후 이와 관련된 연구가 진행되어야 할 것이며, 본 연구와 일관된 결과를 얻기 위해서는 상지 뿐만 아니라 하지를 포함한 다양한 기능적 전기자극이 결합된 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기능적 전기자극의 장점은 무엇인가?	기능적 전기자극(Functional Electrical Stimulation, FES)은 마비된 근육에 적절한 강도의 전기자극을 순차적으로 가하여 주어진 기능을 수행하도록 하는 치료 행위를 말한다. 근육을 움직이게 하는 전기자극을 주어 근육이 제 기능을 할 수 있도록 도와줄 뿐만 아니라, 근육이 상부운동신 경계와 단절된 뒤 나타나는 근위축을 방지하거나 지연시켜 근육의 기능이 퇴화하는 것을 막고, 근육이 가지는 본래의 운동 기능을 지속할 수 있도록 재교육하는 효과를 가진다.
	뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위해 시행되고 있는 재활 치료는 어떤 것이 있는가?	뇌졸중 환자의 상지기능 회복을 위해 시행되고 있는 재활 치료에는 건측의 운동 제한을 이용한 치료(Constraint Induced Movement Therapy, CIMT), 기능적 전기자극 (Functional Electrical Stimulation, FES), 관절운동추적훈련(joint motion tracking training), EMG생체되먹임 (biofeedback), 로봇-보조치료(robot-assisted therapy), 가상현실훈련(virtual reality training) 등이 적용되고 있다 [3-5]. 그 중 FES는 임상에서 일반적으로 적용되고 효과적인 치료방법 중 하나로써 FES를 이용한 치료가 뇌졸중 환자의 상지기능 증진에 사용되면서 그 효과에 관한 연구들이 많이 이루어 지고 있다[6-7].
	뇌졸중이란 무엇인가?	뇌졸중은 뇌혈관의 출혈이나 허혈 등의 문제로 인하여 흔히 신체 한쪽의 편마비가 발생하게 되는 질환으로 운동 기능장애, 인지 및 지각장애, 감각장애, 언어장애 등 다양한 신경학적 장애를 가져오는 질환을 의미한다[1]. 의료기술의 발달로 인해 인간의 수명이 늘어남에 따라 뇌졸중 환자들의 수명도 증가하면서 이들에 대한 재활의 중요성도 더해가고 있다[2].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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