가상 및 증강현실을 이용한 인지기능장애의 평가와 재활 연구

국문 초록 (Abstract)

뇌졸중과 뇌손상은 운동, 감각, 인지적 기능을 포함하는 뇌 영역의 영구적인 손상뿐만 아니라, 초기 치료에도 영향을 미침. 특히 주의, 기억, 지각 및 문제해결능력 손상의 원인인 인지적 결함은 일상생활 수행을 어렵게 하고 가족, 사회 그리고 직업적 과제들을 수행하기 위한 개인의 능력을 약화시킴(Barker-Collo & Freigin, 2006). 그러므로 인지적 기능을 평가하는 효과적인 방법을 개발하고 이를 이용하여 환자 개개인의 정확한 인지적 손상 정도를 평가하는 것이 매우 중요함.
본 연구는 뇌졸중으로 인한 우반구 손상의 대표적 증상인 편측무시환자의 기전 연구, 평가 및 재활을 위해 가상-증강현실(virtual-augmented reality)시스템을 개발하고자 하였음. 이를 위해 우반구 인지기능환자의 편측무시현상, 지각, 인지기능을 평가하고 컴퓨터 기반의 인지수행 과제를 개발하여 가상증강현실 알고리즘을 구축하고자 하였음.
1차년도에는 편측공간무시 또는 길찾기 장애를 가진 우반구 인지기능장애자에 맞는 평가도구 시스템의 개발을 위해 가상현실 내 길찾기 환경 시스템을 개발하였음. 개발된 시스템의 최적화를 위해 정상인들을 대상으로 길찾기, 선이등분 수행 능력, 드라이빙 시뮬레이터를 이용한 가상도로에서의 도로분할 수행 능력 등을 측정하였음. 또한 편측공간무시환자들을 대상으로 선이등분 과제 수행 중에 나타나는 눈 움직임 패턴을 확인하였음.
2차년도에는 편측무시환자의 인지기능을 측정하기 위한 컴퓨터 프로그램의 최적화를 실시하였음. 전년도에 구축한 우반구 인지기능장애 환자의 보행 및 Maze test를 위한 가상-증강현실 시나리오를 바탕으로 경도인지장애와 정상인의 길찾기 능력 및 시공간 기능을 비교하였음. 그리고 See through HMD를 이용한 Optokinetic simulation(OKS) 자극제시 시나리오를 개발하여 편측무시환자의 OKS 수행능력 평가시스템을 구축하고 OKS 자극제시가 선이등분수행에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였음. 또한 Head and Neck Deviation이 편측공간무시에 미치는 영향과 HMD 효과 연구를 실시하였음.
3차년도에는 가상현실공간에서 OKS를 실시한 재활 프로그램과 상점과 도로에서의 일상생활 수행능력을 측정하는 두 가지 형태의 virtual neglect town을 개발하여 편측무시환자들과 정상인을 대상으로 실험을 실시하였음. 이를 통해 virtual town 내 우반구 인지기능 환자의 자료를 수집하고 virtual neglect town 내의 반복적인 체계적 훈련을 통해 무시현상을 감소시키고자 하였음. 그리고 전년도의 See through HMD를 이용한 OKS 자극제시가 선이등분수행에 미치는 영향을 확증하기 위해 편측무시환자들을 추가하여 HMD의 효용성을 재확인하였음.
본 연구는 우반구 인지기능장애환자의 일상생활 활동에 맞는 다양한 시나리오를 제작하여 생태학적 타당도를 높이고, 일상생활과 유사하게 구현된 상황에서 재활프로그램을 시행하여 뇌졸중 환자의 삶의 질 향상에 도움이 될 것으로 기대됨. 또한 기존 지필검사 등의 모호한 진단체계를 벗어나서 안구운동 측정 등 생리학적 측정시스템을 의료장면에 도입함으로써 임상장면 내 객관적 평가 및 진단체계 향상 기틀을 마련함.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Strokes and brain damage affect motor, perception, and cognitive abilities, and can lead to permanent brain damage which can affect treatment. In particular, attention, memory, perception, and problem solving skills are impaired, which lead to family, social, and work related performance decreases (Barker-Collo & Freigin, 2006). Thus, it is crucial that we develop a cognitive assessment program to be able to accurately assess each individual patient’s level of impairment.
The present study planned to develop a virtual-augmented reality system to study, assess and rehabilitate unilateral neglect which is a major symptom of experiencing a stroke. To do this, we attempted to develop a computer-based cognitive task to assess unilateral neglect, perception, and cognitive ability.
In the 1st year, we developed a virtual reality based navigation system to assess right-hemisphere cognitive ability in unilateral neglect patients and/or people with navigation ability deficiencies. To optimize the developed system, we conducted experiments on normal participants using the developed programs.
In the 2nd year, we optimized a computer program to measure cognitive abilities of unilateral neglect patients. We then utilized the virtual-augmented reality system developed in the 1st year to compare navigation and temporal-spatial abilities of cognitively impaired patients and normal participants. We also developed an optokinetic simulation (OKS) stimulus presentation program with a see-through HMD.
In the 3rd year, we developed a rehabilitation program using the OKS in virtual reality. We also created two versions of a virtual neglect town, where one was used to train repeated, systematic training to decrease neglect symptoms, and the other was used to collect data on right-hemisphere patients showing cognitive impairment. The see-through HMD from the 2nd year was incorporated in a line-bisection task as well.
The present study aimed to increase the ecological validity of the above mentioned computer-based programs, by incorporating a more realistic virtual environment, and to help improve the quality of life of unilateral neglect patients by utilizing these programs in treatment programs of these patients. In addition, these computer-based programs will help replace outdated, older methods of assessment, with more objective and biologically based assessment methods.