초록 ▼

□ 연구개요
수면 중인 사람을 양질의 수면 상태로 유도하는 감각(청각)자극 및 전기 자극 기술과 수면 단계 및 수면 질을 정량화하는 기술을 개발한다. 자극을 통한 수면 조절 연구들은 국외에서 많이 시도되고 있으나 국내에서 수면 중인 뇌를 자극하는 기술에 대한 연구는 매우 저조한 상황이다. 제안하는 연구를 통해 자극의 다양한 파라미터를 총체적으로 고려한 개인에게 최적화 된 자극 기술을 개발하고, 다양한 수면 지표들에 대한 이해를 바탕으로 수면 질 평가 지표를 제안하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[1차년

□ 연구개요
수면 중인 사람을 양질의 수면 상태로 유도하는 감각(청각)자극 및 전기 자극 기술과 수면 단계 및 수면 질을 정량화하는 기술을 개발한다. 자극을 통한 수면 조절 연구들은 국외에서 많이 시도되고 있으나 국내에서 수면 중인 뇌를 자극하는 기술에 대한 연구는 매우 저조한 상황이다. 제안하는 연구를 통해 자극의 다양한 파라미터를 총체적으로 고려한 개인에게 최적화 된 자극 기술을 개발하고, 다양한 수면 지표들에 대한 이해를 바탕으로 수면 질 평가 지표를 제안하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
[1차년도 목표] 양질 수면을 위한 수면단계별 최적의 자극 탐색
세부목표 1. 고밀도 뇌전도 (HD-EEG)를 이용한 수면 기전 탐색
- 수면주기 및 각종 수면 특징 뇌파들의 기전에 대한 이해
- 기 정보를 토대로 수면뇌파 분석 알고리즘 개발
세부목표 2. HD-EEG, 수면다원검사 (PSG)를 이용한 수면 중 수면단계 분류
- 각성 vs NREM 수면 vs REM 수면에 대한 분류 정확도 90% 이상 확보
세부목표 3. 자극 패러다임 별 최적 자극 탐색을 통한 수면의 질 향상 기법 연구
- 최적 청각 자극 파라미터 발견 및 실험 패러다임 정립
- 전기 자극에 대한 시뮬레이션 모델 구현 및 자극 최적화
세부목표 4. 수면단계별 자극에 따른 서파수면 (Slow-wave sleep) 모니터링
- 서파수면 모니터링 및 자극에 의한 뇌파 활동의 통계적 차이 발견
[2차년도 목표] 수면 질 평가 지표 개발 및 실시간 Closed-loop 시스템 디자인
세부목표 1. 수면의 질 분석법 및 EEG를 이용한 수면 질 평가 지표 개발
- 수면 중 발생하는 기억 병합 활동 수준을 토대로 수면의 질 간접적 평가
- EEG를 이용한 수면 질 평가 지표 개발
세부목표 2. 주관적 수면 질 평가지수를 이용하여 개발된 지표의 검증
- 개발된 지표와 주관적 수면 질 평가지수의 유의미한 선형 관계성 확인
세부목표 3. 수면 데이터베이스 구축
- 총 158회차 수면에 대한 EEG 및 생체신호 데이터베이스 확립
세부목표 4. 실시간 수면 조절 Closed-loop 시스템 디자인
- 실시간 뇌파 분석을 토대로 수면자에게 피드백을 제공하는 closed-loop 시스템 개발 완료

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 실시간 closed-loop feedback 시스템을 구현하였으며 이를 통해 수면 중 특징 뇌파를 목표로 한 청각 자극이 통계적으로 유의미한 절차기억의 향상을 유도하는 것을 확인하였다. 이러한 발견을 통해 최근 각광받고 있는 closed-loop feedback 연구의 실제 적용 효과를 확인할 수 있었으며, 뿐만 아니라 국외에서 활발히 진행되고 있는 인간 대상 수면 중 자극 연구를 국내에서 심도 있게 수행해본 첫 경우라는 의의가 있다.
또한 뇌 자극 조건 최적화 알고리즘을 구현하여 특정 뇌 피질 영역 별 최적의 뇌 자극 가이드라인을 제시할 수 있게 되었다. 이 기술은 수면 관련 타겟 뇌 피질 영역에 대한 뉴런 활성화 반응을 조절 가능케 함으로서 실시간 수면 조절 시스템의 수면질 향상을 유도할 수 있다. 또한 개인에 특화된 모델링 기법으로 개개인에 특징이 반영된 최적화 조건을 탐색할 수 있으며, 더 나아가 신경세포 단위 세부 분석 기법을 통해 정확도 높은 자극 가이드라인을 제시한다는 점에서 양질의 수면을 유도하기 위한 전기 자극 파라미터 탐색에 매우 적합하다고 할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1) 고밀도 뇌전도 (HD-EEG)를 이용한 수면 기전 탐색 ... 5
• 2) HD-EEG, 수면다원검사 (PSG)를 이용한 수면 중 수면단계 분류 ... 6
• 3) 자극 패러다임 별 최적 자극 탐색을 통한 수면의 질 향상 기법 연구 ... 7
• 4) 수면단계별 자극에 따른 서파수면 (Slow-wave sleep, SWS) 모니터링 ... 10
• 5) 수면의 질 분석법 및 EEG, PSG를 이용한 수면 질 평가 지표 개발 ... 11
• 6) 주관적 수면 질 평가지수를 이용하여 개발된 지표를 검증 ... 12
• 7) 수면 데이터베이스 구축 ... 13
• 8) 실시간 수면 조절 Closed-loop 시스템 디자인 ... 14
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 1) 연구결과의 의미 및 중요성 ... 15
• 2) 기대효과 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 32