초록 ▼

ㅇ 연구의 목적 및 내용
- 본 성과확산 연구의 목표는 루게릭병으로 잘 알려져 있는 근위축성측색경화증(amyotrophic lateral sclerosis: 이후 ALS) 환자의 의사소통을 위해, ALS 환자의 증상이 진행됨에 따라 시스템이 환자의 상태를 적응적으로 반영하여 환자 스스로가 높은 신뢰도로 주변 환경을 제어할 수 있는 통합 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface: BCI) 시스템을 구축함으로써 궁극적으로는 타인에 의한 상시 간호 체제를 대체하는 것임
- 본 연구를 통해 ‘환자 맞춤형

ㅇ 연구의 목적 및 내용
- 본 성과확산 연구의 목표는 루게릭병으로 잘 알려져 있는 근위축성측색경화증(amyotrophic lateral sclerosis: 이후 ALS) 환자의 의사소통을 위해, ALS 환자의 증상이 진행됨에 따라 시스템이 환자의 상태를 적응적으로 반영하여 환자 스스로가 높은 신뢰도로 주변 환경을 제어할 수 있는 통합 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface: BCI) 시스템을 구축함으로써 궁극적으로는 타인에 의한 상시 간호 체제를 대체하는 것임
- 본 연구를 통해 ‘환자 맞춤형 BCI를 위한 기반 핵심 기술’과 ‘환자의 감각 및 인지 능력을 실시간으로 평가할 수 있는 온라인 프로그램’의 선행 기술들을 개발하였으며, 언급된 기술들을 기반으로 ‘설문 기반의 BCI 패러다임 선정 프로토콜’, ‘환자 스스로 주변 환경 요소들을 제어할 수 있는 주변 환경 기기 제어 시스템’, ‘대체 간호 서비스 구현을 위한 BCI 스위치’를 개발하였음. 개발된 시스템들을 10인 이상의 루게릭병 환자에게 적용하여 우수한 성능을 입증하였으며, 계획한 연구 목표를 모두 달성하였음

ㅇ 연구결과
- 본 연구 수행을 통해 선정 당시에 목표로 하였던 연차별 연구 목표 및 내용을 모두 초과 달성함
- 2년의 연구 기간 중 총 9건의 SCI급 학술지 논문을 게재하였음
- 구체적인 연구 성과는 다음과 같음
(1) 환자 맞춤형 BCI를 위한 기반 핵심 기술 개발 (1차년도)
: 환자의 증상심각도를 고려하여 총 5종의 뇌파 및 생체신호 기반의 BCI 패러다임을 개발함
: 정상인 및 루게릭병 환자의 실험 데이터베이스를 구축하고 패러다임 별 최적 지표를 개발함
(2) 환자의 감각 및 인지 능력을 실시간 평가할 수 있는 온라인 평가 프로그램 개발 (1차년도)
: 환자의 감각 및 인지 능력을 평가할 수 있는 총 3종의 온라인 평가 프로그램을 개발함
(3) 설문 기반의 BCI 패러다임 선정 프로토콜 개발 (2차년도)
: 환자 별로 최적 task에 대한 정보를 제공할 수 있는 task screening questionnaire를 개발함
(4) 환자 스스로 주변 환경 요소들을 제어할 수 있는 주변 환경 기기 제어 시스템 (2차년도)
: SSVEP-BCI와 Hybrid BCI 기술을 활용하여 루게릭병 환자들을 위한 2종의 주변 환경 기기 제어 시스템을 개발함
(5) 대체 간호 서비스 구현을 위한 BCI 스위치 개발 (2차년도)
: BCI 시스템들의 비동기식 구동을 위한 2종의 hybrid BCI 스위치를 개발함 (1. 호흡 기반 PPG 스위치; 2. 신체 움직임 기반 EMG/EOG-스위치)

ㅇ 연구결과의 활용계획
- 과제 수행 결과물은 다음과 같은 응용 분야에 적용이 가능함
1. 외부와 의사소통이 차단된 ALS 환자들에게 새로운 의사소통 채널 제공
2. 신체 움직임이 제한된 ALS 환자들의 삶의 질 향상을 위한 대체간호서비스 구축
3. 신체 움직임이 제한된 ALS 환자 스스로 주변 환경 기기들을 제어할 수 있는 시스템 개발
4. 혼수상태에 있는 환자의 의식 여부 진단 및 회복 가능성 진단을 위한 예측인자 개발
5. 장시간 외과 수술 중 환자의 각성 여부 진단을 위한 뇌파 기반의 바이오마커 개발
- 본인의 신체를 스스로 컨트롤 할 수 없는 환자들이 간병인 또는 보호자의 도움 없이 환자 스스로 삶을 영위할 수 있도록 함으로써 환자 및 보호자의 삶의 질을 크게 향상시킬 수 있으며 사회적 비용을 감소시킴


(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

ㅇ Purpose & contents
- The main aim of the present study is to develop a unified brain-computer interface (BCI) system that can be applied for the communication of patients with severe amyotrophic lateral sclerosis (ALS) considering the individual variability of each individual patient’s symptom

ㅇ Purpose & contents
- The main aim of the present study is to develop a unified brain-computer interface (BCI) system that can be applied for the communication of patients with severe amyotrophic lateral sclerosis (ALS) considering the individual variability of each individual patient’s symptom severity, which can eventually replace the 24/7 emergency care by the patients’ guardians. More specially, we aimed to develop new technologies for environmental control and asynchronous BCI, and apply them to more than 10 patients with severe ALS.
- Through this project, we developed ‘BCI technologies optimized for ALS patients’ and ‘online programs that can evaluate ALS patients’ sensory and cognitive functions.’ In addition, ‘A questionnaire-based protocol for selecting optimal BCI paradigms for ALS patients’, ‘two environmental control systems for ALS patients’, ‘two hybrid BCI switches for alternative nursing services for ALS patients’ were developed.

ㅇ Result
(1st year)
(1) BCI technologies optimized for ALS patients
: A total of five BCI paradigms based on EEG and biological signals were developed, which consider symptom severity of ALS patients.
: The database of healthy subjects and ALS patients was constructed, and the optimal EEG and biological features were developed for each paradigm.
(2) Online programs that can evaluate ALS patients’ sensory and cognitive functions
: Three different online programs were developed to evaluate ALS patients’ sensory and cognitive functions.
(2nd year)
(3) A questionnaire-based protocol for selecting optimal BCI paradigms for ALS patients
: We developed a questionnaire to determine optimal tasks for each patient with ALS
(4) Environmental control systems for ALS patients
: Two different environmental control systems were developed using a SSVEP-based BCI and/or a hybrid BCI paradigm.
(5) BCI switches for alternative nursing services for ALS patients
: Two different BCI switches were developed through this projects (1. Respiration-based PPG switch; 2. Movement-based EMG/EOG switch)

ㅇ Expected Contribution
- The current study results can be expanded to the following applications:
1. Tool to diagnose consciousness of patients who were diagnosed as persistent vegetative state
2. A new communication channel for improving quality of lives of patients with LIS and PVS
3. Environmental control systems for patients with ALS
4. A predictor that probes whether the patients with PVS have possibility for recovery.
5. A new biomarker for determining whether patients are awake during operation
- The patients and their guardians' quality of life can be improved, and thus social cost would be reduced.


(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 54
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 58
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 58
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 59
• 8. 참고문헌 ... 60
• 9. 연구성과 ... 63
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 68
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 68
• 12. 기타사항 ... 68
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 69
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 79
• 끝페이지 ... 84