뇌-컴퓨터 인터페이스 기반 음악 심상과 연주를 활용한 뇌졸중 상지 재활 연구

국문 초록 (Abstract)

1. 연구내용 I (1차년도)

*케이브형 3D VR 플랫폼과 360도 앰비소닉 사운드 아카이브를 연계, 사용자의 3D motion과 청각-시각-촉각 콘텐츠 간 실시간 동기화 및 feedback– feedforward 가능한 플랫폼을 구현.

*음악, 재활의학, 신경과학 문헌고찰을 통하여 뇌졸중 상지재활을 위한 훈련 요인을 선별하고, 신경가소성 효과를 입증하고 있는 음악과 신경재활 영역의 활동을 활용하여 1차 콘텐츠와 프로토콜을 구성.

* 가상현실 시스템을 기반으로 다양한 맥락과 과제 난이도, 환자의 연령 및 음악선호도를 반영하여 VR Music Rehab 콘텐츠 4종을 개발하고 기초 사용성 평가를 실시.

2. 연구내용 II (2차년도)
* 정상 성인과 뇌졸중 환자군을 대상으로 휴지기(resting state), 음악심상, 운동심상 수행 시 발생하는 대뇌 혈류반응을 측정 및 비교 분석하고, 상지 및 인지 기능 평가와의 상관관계 분석.

* 심층신경망(deep neural network, DNN)을 활용하여 심상전 휴지기 및 음악심상을 시행하는 동안 측정된 혈류반응 데이터를 분석하여 성공적인 심상과정에 기여하는 특징(feature)을 추출하고, 최종적으로 성공적인 심상 상태를 분류, 이를 예측하는 알고리즘을 개발.

3. 연구내용 III (3차년도)

* 1차년도 개발된 VR Music Rehab 콘텐츠와 2차년도 개발된 심상 분류 모형을 연계하여 뇌-컴퓨터 인터페이스 기반 음악-상지재활 (BCI-VR Music Rehab) 인터페이스를 구현.

* BCI-VR Music Rehab 임상 프로토콜을 확정하고, 이의 신경과학적 임상 효과 검증 및 재활 매커니즘 규명.

* 최종 상용화 콘텐츠 및 프로토콜을 확정 및 BCI-VR 예술융합형 재활 패러다임 수립.