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주의력 훈련 게임 콘텐츠에 대한 EEG 신호 분석
Analysis of EEG Signals for Attention Training Game Contents 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.3, 2019년, pp.83 - 90  

강성호 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) ,  박정현 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) ,  신성욱 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과) ,  정성택 (한국산업기술대학교 컴퓨터공학과)

초록
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최근 들어 노년기의 인지기능장애에 대한 예방 또는 치료의 필요성이 대두되고 있다. 특히 알츠하이머 치매의 전단계로서 경도인지장애(Mild Cognitive Impairment) 여부를 조기에 진단하고, 인지기능 훈련을 통하여 치매로의 진행을 지연시키고자 노력하고 있다. 대부분의 인지기능 훈련은 여러 가지 인지능력과 관련한 게임 콘텐츠로 제작되지만, 피험자들이 인지기능 훈련에 집중하고 있는 지에 대한 정량적 검증이 필요하다. 그래서 본 논문에서는 제작된 주의력 훈련 게임 콘텐츠를 수행하는 동안 뇌 활성화에 대한 EEG 신호를 측정하여 분석하였다. 분석 방법으로는 게임 콘텐츠에 얼마나 집중하고 있는 지를 나타내는 주의집중 지표(Concentration Index)와 휴식 상태에서의 안정을 나타내는 이완 지표(Relaxation Index)를 사용하였다. 이에 대한 본 연구에서의 결과는 피험자들의 CI는 모두 증가하는 것으로 나타났으며, 이것은 피험자들이 집중하여 게임 콘텐츠를 수행하였다고 볼 수 있는 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the need to prevent or treat cognitive impairment in older adults has been arising. In particular, they tried to diagnose MCI as an early stage of Alzheimer's disease and to delay the progression to dementia through training cognitive function. Most of cognitive function training have been...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 하지만 기능성 게임 콘텐츠들이 실제 환자들의 훈련에 대한 효과나 훈련과정 동안 뇌 기능 활성화가 이루어지는 지에 대한 검증과정 연구가 부족하다. 그러므로 본 논문에서는 위의 5가지 인지기능 영역들 중에서 기억이나 언어, 복합적인 인지기능에 필요한 주의력을 향상시키기 위한 기능성 게임 콘텐츠를 개발하고, 이것을 피험자가 게임 콘텐츠 수행 시 얼마나 집중하는 지에 대한 검증을 하였다.
  • 이 두 가지 지표를 사용하여 휴식을 취할 때와 주의력 훈련 게임 콘텐츠를 수행할 때의 뇌 기능 변화를 비교할 수 있다. 또한 게임 콘텐츠의 인지기능 훈련 효과를 높이기 위하여 피험자의 참여도를 높이고, 보다 집중할 수 있게 몰입을 유도하고자 하였다. 그래서 앞선 실험과 같은 방식으로 게임 콘텐츠에서 기본적으로 구성된 순차적인 난이도 단계의 게임 콘텐츠를 수행했을 때와 몰입 이론(Flow Theory)을 적용하여 난이도를 조절한 단계의 CI와 RI의 변화를 비교분석하였다.
  • 첫 번째 실험의 목적은 개발된 주의력 훈련 게임 콘텐츠의 인지기능훈련에 대한 실효성을 검증하기 위한 것이다. 그림 2와 같이 피험자가 눈을 뜨고 아무것도 하지 않는 상태에서 EEG 신호의 안정화를 위한 10초 동안 일정한 상태로 파형이 유지되면, 2분 동안 눈을 뜨고 진행한 휴식 상태와 2분 동안의 주의력 훈련 게임 콘텐츠를 수행 중의 EEG 신호를 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
뇌 기능의 활성화 정도를 측정하는 방법 중 EEG의 장점은 무엇인가? 일반적으로 뇌 기능의 활성화 정도를 측정하는 방법으로는 뇌 기능 MRI(functional Magnetic Resonance Imaging), PET(Positron Emission Tomography),M E G ( M a g n e t o e n c e p h a l o g r a p h y ) ,EEG(Electroencephalography) 등이 있다. 이들 중에서 EEG는 매우 간편하면서도 시시각각으로 변화하는 뇌 활동의 변동에 대한 시간적 분해능이 매우 높기 때문에게임 콘텐츠를 수행하는 동안 실시간으로 뇌의 변화를 측정하여 분석할 수 있는 장점을 가지고 있다. 측정된 EEG 신호는 FFT 처리한 후 얻어진 주파수 별 스펙트럼으로부터 집중의 수준과 관련 있는 세타파, 알파파, 베타파를 이용하여 정량적으로 뇌의 활동을 측정할 수 있는 주의집중 지표(CI: Concentration Index)와 이완 지표(RI: Relaxation Index)를 도출하였다.
대부분의 기능성 게임 콘텐츠의 영역으로 무엇이 있는가? 인지기능 훈련은 노인들이 흥미와 몰입을 극대화하여 집중할 수 있는 게임 콘텐츠로 구성되어져 있다. 대부분의 기능성 게임 콘텐츠의 영역으로는 주의력(attention), 실행기능(executive function), 기억력(memory), 지남력(orientation), 일상생활 수행능력(activities of daily life) 등과 같다[4]. 이와 같은 기능성 게임 콘텐츠를 사용한 인지기능 훈련이 치매 예방에 많은 도움이 된다는 연구 결과를 바탕으로 노년기의 경도인지장애를 조기 발견하고, 예방하기 위한 인지기능훈련 게임 콘텐츠 개발이 많이 연구되고 있다[5].
알츠하이머 치매의 증상은 무엇인가? 그 중 대표적인 인지기능 장애로는 단순한 인지저하와구분하기 어렵고, 신경정신학적 증상과 병리학적 변화를 동반하는 치매가 있다. 치매 환자의 대부분을 차지하는 알츠하이머 치매의 증상은 단기기억 상실, 단어를 선택하는 것과 길 찾기와 같은 시공간 인식에 어려움을 겪으며,추론과 판단, 통찰력 등에서 기능저하가 발생하는 것이다[1]. 이에 대한 치료는 죽은 뇌세포를 되살려야하기 때문에 현대 의학으로는 불가능하다고 알려져 있다[2].
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참고문헌 (15)

  1. S. H. Kim, S. Y. Kim, K. Y. Bae, S. W. Kim, J. M. Kim, I. S. Shin and J. S, Yoon, "Quality of Life in Mild Cognitive Impairment and Alzheimer's Disease", Journal of The Korean Society of Biological Therapies in Psychiatry, Vol. 18, No. 2, pp. 194-200, Dec 2012. http:///www.dbpia.co.kr/Article/NODE02077468 

  2. S. Y. Kim, "Past and Future of Drug Treatments for Alzheimer's Disease", Journal of Korean Neuropsychiatric Association, Vol. 57, No. 1, pp. 30-42, Feb 2018. DOI: https://doi.org/10.4306/jknpa.2018.57.1.30 

  3. S. K. Yang, B. S. Ko, J. H. Park, "Domestic Research Trends of The Dementia Prevention Programs for The Elderly", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 20, No. 1, pp. 131-143, Jan 2019. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2019.20.1.131 

  4. H. Y. Cho, H. M. Lee, H. S. Moon, S. W. Shin and S. T. Chung, "Improvement of Cognitive Rehabilitation Method using K-means Algorithm", The Journal of The Institute of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC), Vol. 18, No. 6, pp. 259-268, Dec 2018. DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2018.18.6.259 

  5. J. W. Ko, S. J. Park, "Serious Game of Increase Cognitive Function for Elderly Using Arduino", Journal of KIIT, Vol. 13, No. 4, pp. 111-119, Apr 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.14801/jkiit.2015.13.4.111 

  6. R. A. Cohen, Y. A. Sparling-Cohen and B. F. O'Donnell, "The Neuropsychology of attention", New York: Plenum Press, 1993. 

  7. J. O. Lubar and J. F. Lubar, "Electroencephalographic Biofeedback of SMR and Beta for Treatment of Attention Deficit Disorders in a Clinical Setting", Biofeedback and self-regulation, Vol. 9, No. 1, pp. 1-23, 1984. 

  8. L. J. Prinzel III and F. G. Freeman, "Task-specific sex differences in vigilance performance: subjective workload and boredom", Perceptual and motor skills, Vol. 85, issue 3_suppl, pp. 1195-1202, 1997. 

  9. G. H. Klem, H. O. Luders, H. H. Jasper and C. Elger, "The ten-twenty electrode system of the International Federation", Electroencephalogr Clin Neurophysiol, Vol. 52, No. 3, pp. 3-6, 1999. 

  10. J. Nakamura and M. Csikszentmihalyi, "The Concept of Flow", Flow and the foundations of positive psychology, Springer, Dordrecht, pp. 239-263, 2014. 

  11. D. M. Ok and H. S. Park, "A Study on Applicability of EEG Spectral Relative Power as a Measure of Expertise Level", Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol. 29, No. 5, pp. 741-750, Oct 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.5143/JESK.2010.29.5.741 

  12. T. Rossiter, "Neurofeedback for AD/HD: A Ratio Feedback Case Study and Tutorial", Journal of Neurotherapy, Vol. 6, No. 3, pp. 9-35, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1300/J184v06n03_03 

  13. L. Thompson and M. Thompson, "The Neurofeedback Book: An Introduction to Basic Concepts in Applied Psychophysiology", The Association for applied psychophysiology and Biofeedback, 2003. 

  14. W. Klimesch, "EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis", Brain research reviews, Vol. 29, No. 2-3, pp. 169-195, 1999. PII: S0165-0173(98)00056-3 

  15. P. C. Lo, M. L. Huang and K. M. Chang, "EEG Alpha Blocking Correlated with Perception of Inner Light During Zen Mediatation", The American Journal of Chinese Medicine, Vol. 31, No. 4, pp. 629-642, 2003. 

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