KR102174124B1 - An analytical method of neural signals to evaluate the influence of stimulation parameters - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전정신경에 가한 갈바닉 전정자극에 응답하는 신경신호를 이용하여, 자극 파라미터의 신경반응에 대한 영향을 평가할 수 있는 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법을 제안한다. 상기 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법은, 기본기울기 획득단계, 변환기울기 획득단계 및 영향평가 수치 생성단계를 수행한다. The present invention proposes a neural signal analysis method for evaluating the influence of a stimulation parameter capable of evaluating the effect of the stimulation parameter on the nerve response by using a nerve signal in response to a galvanic vestibular stimulation applied to the vestibular nerve. In the neural signal analysis method for evaluating the influence of the stimulation parameter, a basic tilt acquisition step, a transducer tilt acquisition step, and an influence evaluation value generation step are performed.
Description
본 발명은 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법의 개발에 관한 것으로, 특히, 전기자극에 응답하는 전정신경신호를 이용하여, 자극 파라미터의 신경반응에 대한 영향을 평가할 수 있도록 하는 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법에 관한 것이다. The present invention relates to the development of a neural signal analysis method for evaluating the effect of stimulation parameters, and in particular, by using a vestibular nerve signal in response to electrical stimulation, a stimulation parameter that enables evaluation of the effect of the stimulation parameter on the nerve response. It is about a method of interpreting neural signals for impact assessment.
전정기관(vestibular system)은 귀의 가장 안쪽에 있는 내이(inner ear)에 위치하며, 머리의 수평, 수직 선형 가속도, 회전 운동을 감지하여 중추평형기관에 전달함으로써 신체 균형 유지에 중요한 역할을 하는 기관이다. The vestibular system is located in the inner ear, the innermost part of the ear, and is an organ that plays an important role in maintaining body balance by sensing the horizontal, vertical linear acceleration, and rotational motion of the head and transmitting it to the central balance organ. .
도 1은 내이 영역의 구조를 나타낸다. 1 shows the structure of the inner ear region.
도 1을 참조하면, 내이에 위치하는 말초 전정 기관은 회전가속도를 감지하는 세 개의 반고리관과 선형가속도를 감지하는 두 개의 주머니(saccule & utricle)로 이루어져 있다. 둥근 주머니(saccule)는 세로로 서 있는 구조이고 아래쪽의 달팽이관과 가깝게 위치하며, 타원주머니(utricle)는 수평면상에 위치하고 반고리관과 가깝게 위치하다. 둥근 주머니와 타원 주머니는 이음관(연낭관)이라 불리는 관으로 연결되어 있다. Referring to FIG. 1, the peripheral vestibular organ located in the inner ear is composed of three semi-circular tubes for sensing rotational acceleration and two sacs & utricles for sensing linear acceleration. The round sac is a structure that stands vertically and is located close to the lower cochlea, and the elliptical sac is located on a horizontal plane and close to the semi-circular tube. The round and elliptical pockets are connected by a tube called the Ieum-gwan.
반고리관의 내부는 달팽이관과 마찬가지로 내림프액으로 가득 차 있지만, 이온의 조성은 달팽이관의 내림프액과 약간 다르다. I형, II형 유모세포와 지지세포가 분포하며 그 위에 다양한 크기의 이석(otolith) 이라는 작은 구조물이 얹어져 있어서 중력 및 선형 가속도 운동을 감지한다. 머리가 선형가속도 운동을 하는 경우 이석의 움직임이 발생하며, 이로 인해 관련 유모세포들의 움직임이 유발된다. 유모세포들의 움직임은 말초 전정신경 세포의 반응을 일으키며, 여기서 발생하는 신경신호는 여러 신경 세포를 거치며 뇌의 중심부로 이동한다. 회전가속도 운동은 반고리관 내의 내림프액의 흐름이 연결된 유모세포의 움직임을 유발하여 관련 신경신호의 변화를 일으킨다. 반고리관은 각각의 위치에 따라 앞, 뒤, 옆 반고리관으로 명명되며, 각 반고리관을 포함하는 가상의 평면들은 서로 직각을 이룬다. The interior of the semicircular canal is filled with endolymph fluid like the cochlea, but the composition of ions is slightly different from that of the cochlea. Type I and II hair cells and supporting cells are distributed, and small structures called otoliths of various sizes are placed on top of them to detect gravity and linear acceleration motion. When the head is subjected to linear acceleration motion, the movement of the stone occurs, which induces the movement of related hair cells. The movement of the hair cells causes a reaction of the peripheral vestibular nerve cells, and the nerve signals generated here travel through several nerve cells and move to the center of the brain. The rotational acceleration motion induces the movement of the hair cells connected to the flow of endolymph fluid in the semicircular canal, causing a change in related nerve signals. The semi-circular canals are named as front, rear, and lateral semi-circular canals according to their respective positions, and the virtual planes including each semi-circular canal form a right angle to each other.
말초전정기관은 가속도 운동자극 이외에도, 신경에 전기 자극을 전달함으로써 유사한 신경반응을 유도할 수 있으며, 이를 갈바닉 전정자극(Galvanic Vestibular Stimulation)이라 한다. 갈바닉 전정자극(혹은 갈바닉 자극)은 전정 관련 기초연구에서 널리 사용되어 왔으나, 의료용으로 사용되는 예는 매우 제한적이다. 이에 대한 원인으로는 자극 입력 지점의 모호성, 전류 흐름의 무방향성, 자극에 의한 접촉 부위의 유해성 등이 있으나, 무엇보다도 갈바닉 전정자극에 대한 신경반응에 있어서 많은 부분이 자극 대비 신경반응에 대한 정확하고 정밀한 해석이 아직도 이뤄지지 않고 있다는 점이 주요 원인이라 하겠다. In addition to accelerated motor stimulation, the peripheral vestibular organ can induce a similar neuronal response by transmitting electrical stimulation to the nerve, which is called Galvanic Vestibular Stimulation. Galvanic vestibular stimulation (or galvanic stimulation) has been widely used in basic research related to vestibular vestibule, but its use for medical purposes is very limited. The causes of this are the ambiguity of the stimulus input point, the non-direction of the current flow, and the harmfulness of the contact site by the stimulus, but most of all, most of the neural response to the galvanic vestibular stimulation is accurate and The main reason is that a precise interpretation is still not being made.
갈바닉 전정자극은 자연적인 운동자극 다음으로 전정신경반응을 이끌어내는 가장 널리 사용되는 방법이다. 따라서, 갈바닉 전정자극에 대한 신경반응의 해석은 의료 목적의 사용에 있어서 보다 정확한 해석방법을 요구하며, 이는 다각적으로 이루어지는 신경신호 해석법의 개발을 통해서 가능하다. Galvanic vestibular stimulation is the most widely used method to elicit the vestibular nerve response after natural motor stimulation. Therefore, the interpretation of the nerve response to the galvanic vestibular stimulation requires a more accurate interpretation method for use for medical purposes, which is possible through the development of a multilateral neural signal interpretation method.
기본적으로 갈바닉 전정자극은 단상성(mono-phasic) 혹은 이상성(bi-phasic)의 파형을 가지게 되는데, 이를 구현하는 기본적인 파라미터가 바로 각 상의 크기와 지속시간이다. 이러한 파라미터들의 변화는 상이한 신경반응을 유발시키며, 따라서 자극 파라미터에 의한 영향은 갈바닉 전정자극에 의한 신경정보를 이해하는데 필수적인 요소이다. Basically, galvanic vestibular stimulation has a mono-phasic or bi-phasic waveform, and the basic parameters that implement this are the size and duration of each phase. Changes in these parameters cause different neuronal responses, and therefore, the influence of the stimulation parameters is an essential factor in understanding the neurological information by the galvanic vestibular stimulation.
기존의 연구들은 신경반응에 대한 생물학적인 현상을 이해하는데 많은 노력을 기울여왔으나, 신경반응을 이용한 독립적인 자극 파라미터의 영향을 해석하는 연구는 미미한 실정이다. 따라서, 신경신호를 이용한 자극 파라미터의 영향을 해석하는 방법은 현재 전무하다. Existing studies have devoted a lot of effort to understanding the biological phenomena of neuronal responses, but studies that analyze the effects of independent stimulation parameters using neuronal responses are insignificant. Therefore, there is currently no method for analyzing the influence of stimulation parameters using neural signals.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전정 신경신호를 이용하여 자극 패러미터의 영향을 평가할 수 있는 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법을 제공하는 것에 있다. The technical problem to be solved by the present invention is to provide a neural signal analysis method for evaluating the influence of stimulation parameters capable of evaluating the influence of stimulation parameters using vestibular nerve signals.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자극 파라미터의 신경반응에 대한 영향평가 해석방법은, 기본기울기 획득단계, 변환기울기 획득단계 및 영향평가 수치 생성단계를 수행함으로써 이루어진다. 상기 기본기울기 획득단계에서는 초기 설정된 복수의 자극 파라미터의 기본 값을 이용하여 전정신경을 반복적(7-10회)으로 자극한다. 자극이 주어질 때에 측정된 신경신호를 이용하여 각각의 평균발화율을 계산하고, 각 자극과 평균발화율의 선형적인 관계를 이용하여 기본기울기를 구한다. 상기 변환기울기 획득단계에서는 상기 기본기울기 획득단계에서 사용한 계산방법들을 적용하여 복수의 자극 파라미터의 값을 순차적으로 변환함으로써 각각의 변환기울기를 구한다. 상기 영향평가 수치 생성단계에서는 상기 기본기울기와 복수의 상기 변환기울기 사이의 각도를 계산하여 수치적인 영향 평가를 수행한다. 상기 복수의 자극 파라미터는, 자극의 세기, 자극의 지속시간 및 자극과 자극 사이의 시간 간격을 의미한다. In order to achieve the above technical problem, the method for analyzing the effect of the stimulation parameter on the nerve response according to the present invention is performed by performing a basic tilt acquisition step, a transducer tilt acquisition step, and an effect evaluation value generation step. In the basic tilt acquisition step, the vestibular nerve is repeatedly stimulated (7-10 times) using basic values of a plurality of initially set stimulation parameters. When a stimulus is given, the average firing rate is calculated using the measured neural signal, and the basic inclination is calculated using a linear relationship between each stimulus and the average firing rate. In the transducer gradient acquisition step, each transducer gradient is obtained by sequentially converting values of a plurality of stimulus parameters by applying the calculation methods used in the basic gradient acquisition step. In the effect evaluation value generating step, numerical influence evaluation is performed by calculating an angle between the basic slope and the plurality of transducer slopes. The plurality of stimulation parameters refer to the intensity of the stimulation, the duration of the stimulation, and a time interval between the stimulation and the stimulation.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법은 주요 자극 파라미터인 자극의 세기, 자극의 지속시간 및 자극과 자극 사이의 시간 간격의 변화를 활용하여 자극 파라미터의 변화에 따른 신경신호를 측정하였고, 이 측정된 신경신호를 이용하여 파라미터의 영향을 평가할 수 있는 수치를 제공함으로써, 향후 갈바닉 자극을 이용한 전정신경의 연구에서 각 파라미터에 대한 신경반응의 영향을 평가하는데 보다 객관적인 자료를 제공할 수 있다는 장점이 있다. As described above, the neural signal analysis method for evaluating the influence of the stimulation parameters according to the present invention uses the change in the intensity of the stimulation, the duration of the stimulation, and the time interval between the stimulation and stimulation, which are main stimulation parameters. Nerve signals were measured according to, and by using the measured neural signals, a numerical value to evaluate the effect of the parameters was provided, so that it is more useful to evaluate the effect of the neuronal responses to each parameter in future studies of the vestibular nerve using galvanic stimulation. It has the advantage of being able to provide objective data.
도 1은 내이 영역의 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 자극 파라미터의 영향평가를 수행하기 위한 수치 생성 과정을 나타낸다.
도 3은 3가지 자극 파라미터의 가변 조건을 나타낸다.
도 4는 기본기울기와 제1 변환기울기를 이용하여 자극의 세기를 변화시켰을 때의 자극의 세기와 신경반응의 관계를 평가할 수 있는 수치를 계산하는 과정 및 그래프를 나타낸다.
도 5는 기본기울기와 제3 변환기울기를 이용하여 자극과 자극의 시간 간격에 변화를 주었을 때의 자극과 자극의 시간 간격과 신경반응의 관계를 평가할 수 있는 수치를 계산하는 과정 및 그래프를 나타낸다. 1 shows the structure of the inner ear region.
2 shows a numerical generation process for performing an influence evaluation of stimulation parameters according to the present invention.
3 shows the variable conditions of the three stimulation parameters.
4 shows a graph and a process of calculating a numerical value for evaluating the relationship between the intensity of the stimulus and the nerve response when the intensity of the stimulus is changed using the basic tilt and the first transducer.
5 shows a process and graph of calculating a numerical value for evaluating the relationship between the stimulus and the stimulus time interval and the nerve response when a change is made to the stimulus and the stimulus time interval using the basic tilt and the third transducer tilt.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings for explaining exemplary embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명은 처리부에 의해 전정신경에 인가된 자극을 통해 발화율을 측정하는 측정부와, 상기 측정부에서 측정된 발화율을 통해 평균발화율과 복수의 상기 평균발화율에 선형 회귀법을 적용하여 기울기를 구하고 두 개의 기울기 간의 각도를 계산하며 상기 계산된 각도를 이용하여 영향평가 수치를 설정하는 처리부를 포함하여 구성된 디바이스를 이용한 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법에 관한 것이다. 따라서, 이하의 설명에서는 신경 발화율 측정, 측정값을 통한 평균발화율 계산, 기울기 계산과 설정, 기울기 간의 각도 계산, 계산된 각도를 이용한 영향평가 수치의 설정 등의 주체에 대한 기재는 생략하고 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals shown in each drawing indicate the same members.
The present invention is a measuring unit that measures the firing rate through stimulation applied to the vestibular nerve by the processing unit, and the average firing rate through the firing rate measured by the measuring unit and a linear regression method applied to a plurality of the average firing rates to obtain the slope and obtain two The present invention relates to a neural signal analysis method for evaluating the influence of stimulation parameters using a device including a processing unit configured to calculate an angle between slopes and set an effect evaluation value using the calculated angle. Therefore, in the following description, description of the subject such as measurement of the neural firing rate, calculation of the average firing rate through the measured value, calculation and setting of the slope, calculation of the angle between the slope, and the setting of the effect evaluation value using the calculated angle will be omitted. .
이하의 설명에서 자극이 인가되는 부분 즉 측정되는 신경신호는 내이에 위치한 말초전정기관과 연결된 뇌줄기(brainstem)에 위치한 전정핵의 신경들이며, 갈바닉 자극을 위해서 자극 전극(stimulation electrode)을 측두골(temporal bone)과 측두근(temporal muscle) 사이에 삽입하여 자극하였다. 목표로 하는 신경에 직접적인 전기자극을 가하는 것이 용이치 않기 때문에 말초 전정기관을 통한 자극 방식을 적용하는 것이 바람직하며, 자극의 전달이 제대로 되는 상태인지는 초기 실험 단계에서 1~2차례에 걸쳐 자극대비 신경반응을 관찰함으로써 실시간으로 확인하였다. In the following description, the part to which the stimulation is applied, that is, the nerve signal to be measured, is the nerves of the vestibular nucleus located in the brain stem connected to the peripheral vestibular organ located in the inner ear, and the stimulation electrode is used for galvanic stimulation. ) And the temporal muscle. Since it is not easy to apply direct electrical stimulation to the target nerve, it is desirable to apply a stimulation method through the peripheral vestibular organ, and whether the stimulation is in a proper state is compared to stimulation once or twice in the initial experimental stage. It was confirmed in real time by observing the nerve response.
자극에 의한 신경반응의 변화는 초당 발생하는 신경의 발화율(rate of fire; spikes/sec)을 기본으로 판단한다. 발화율은 신경의 종류와 생리학적 특징 등에 따라 다르게 나타나며, 신경의 발화는 자극이 없을 때에도 지속적으로 발생한다. 일부 전정 신경의 경우, 자극이 없을 때 초당 30회의 발화율을 보이던 신경은 자극이 주어지면 초당 80~90회의 발화율을 보이는데, 이때 평균발화율은 단위시간(1초)에 발생하는 스파이크의 개수를 이용하여 계산한다. 예를 들면, 3초의 시간 동안 자극이 주어졌고, 그때 카운트한 스파이크의 개수가 270개라고 하면 평균 발화율은 90(spikes/sec)이 될 것이다. The change in nerve response caused by stimulation is determined based on the rate of fire (speaks/sec) of nerves occurring per second. The firing rate varies depending on the type of nerve and physiological characteristics, and the firing of the nerve occurs continuously even when there is no stimulation. In the case of some vestibular nerves, the nerves that fired 30 times per second without stimulation show 80 to 90 firing rates per second when stimulation is given, and the average firing rate is based on the number of spikes occurring per unit time (1 second). Calculate. For example, if a stimulus was given for a period of 3 seconds and the number of spikes counted at that time was 270, the average firing rate would be 90 (spikes/sec).
선형회귀분석법은 주어진 종속변수를 독립변수와 오차항의 선형적 결합으로 나타내는 통계방법을 의미하며, 각 자극에서 구해진 신경반응의 기울기는 선형회귀분석법을 이용하여 계산되었다. Linear regression analysis refers to a statistical method that expresses a given dependent variable as a linear combination of an independent variable and an error term, and the slope of the neural response obtained from each stimulus was calculated using the linear regression method.
도 2는 본 발명에 따른 자극 파라미터의 영향평가를 수행하기 위한 수치 생성과정을 나타낸다. 2 shows a numerical generation process for performing an influence evaluation of a stimulation parameter according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자극 파라미터의 신경반응 영향평가 수치 생성방법은, 기본기울기 획득단계(210), 변환기울기 획득단계(220) 및 영향평가 수치 생성단계(230)를 수행한다는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 2, the method of generating a value for assessing the effect of a nerve response of a stimulation parameter according to the present invention performs a step 210 of obtaining a basic tilt, a step 220 for obtaining a transducer tilt, and a step 230 for generating an effect evaluation value. Able to know.
기본기울기 획득단계(210)에서는 자극 파라미터의 기본 값 설정단계(211), 신경세포의 자극단계(212), 신경의 평균발화율 계산단계(213) 및 기본기울기 계산단계(214)를 수행한다. In the basic tilt acquisition step 210, a basic value setting step 211 of a stimulation parameter, a nerve cell stimulation step 212, a nerve average firing rate calculation step 213, and a basic tilt calculation step 214 are performed.
자극 파라미터의 기본 값 설정단계(211)에서는 신경에 가할 자극 파라미터로, 본 발명에서는 자극의 세기(P1), 자극의 지속시간(P2) 및 자극과 자극의 시간 간격(P3)을 예로 들어 설명한다. 기본기울기를 구하기 위한 단계이므로, 3개의 자극 파라미터(P1~p3)의 값은 아래에 설명하는 것과 같이 설정하였다. In the step 211 of setting the basic value of the stimulation parameter, as a stimulation parameter to be applied to the nerve, in the present invention, the strength of the stimulation (P1), the duration of the stimulation (P2), and the time interval between the stimulation and the stimulation (P3) will be described as examples. . Since it is a step to obtain the basic slope, the values of the three stimulation parameters (P1 to p3) were set as described below.
자극의 세기(P1)는 신경에 가해지는 전류의 종류 및 크기로 100㎂(micro-Ampere) 직류 전류를 사용하였다. 자극의 지속시간(P2)은 신경에 따라 결정될 수 있으며 말초전정기관에 가해진다는 점을 감안하여 3초(seconds)로 정하였다. 마지막으로 자극과 자극 사이의 시간 간격(P3)은 60초로 정하여 실험을 진행하였다. 자극을 구성하는 기본 파라미터들은 절대적인 값이 아니며, 자극의 위치 및 동물의 크기 등에 따라 조정이 있을 수 있음을 밝혀둔다. 일단, 자극의 기본 파라미터가 정해지면, 이들을 기준으로 자극의 세기(P1), 자극의 지속시간(P2) 및 자극과 자극의 시간 간격(P3)을 재조정하여 신경신호를 측정할 수 있다. The intensity of stimulation (P1) was 100㎂(micro-Ampere) DC current as the type and size of the current applied to the nerve. The duration of stimulation (P2) can be determined according to the nerve and was set to 3 seconds in consideration of the fact that it is applied to the peripheral vestibular organ. Finally, the experiment was conducted by setting the time interval (P3) between stimulation and stimulation to be 60 seconds. It should be noted that the basic parameters constituting the stimulus are not absolute values, and can be adjusted according to the position of the stimulus and the size of the animal. Once the basic parameters of the stimulation are determined, nerve signals can be measured by readjusting the strength of the stimulation (P1), the duration of the stimulation (P2), and the time interval between the stimulation and the stimulation (P3) based on these.
신경세포의 자극단계(212)에서는 100㎂ 직류 전류를 3초 동안 신경세포에 7~10회 정도 수행하며, 각 횟수 사이의 시간 간격은 60초이다. 자극의 횟수는 신경반응의 피로도(fatigue)에 따라 결정되며, 본 예시에서 주어진 자극의 횟수는 신경반응의 피로도 여부에 따라 조정 가능하다. In the nerve cell stimulation step 212, a 100 ㎂ direct current is applied to the nerve cell for 3 seconds about 7 to 10 times, and the time interval between each number is 60 seconds. The number of stimulations is determined according to the fatigue of the nerve reaction, and the number of stimulations given in this example can be adjusted according to the fatigue of the nerve reaction.
신경의 평균발화율 계산단계(213)에서는 상술한 바와 같이 자극이 가해지는 시간 동안 신경의 변화그래프에서 발생하는 스파이크의 개수를 단위시간인 1초당 나타나는 발화율 즉 평균발화율을 계산한다. 7~10회의 자극을 가하는 경우, 7~10개의 평균발화율 값이 얻어질 수 있다. In the calculation step 213 of the average firing rate of the nerve, the number of spikes occurring in the change graph of the nerve during the time when the stimulation is applied is calculated as described above, that is, the firing rate that appears per second, which is a unit time. When the stimulation is applied 7 to 10 times, 7 to 10 average firing rate values can be obtained.
기본기울기 계산단계(214)에서는 신경의 평균발화율 계산단계(213)에서 얻은 복수의 평균발화율에 선형 회귀법을 적용하여 평균발화율의 기울기 즉 기본기울기를 생성한다. 이를 물리적으로 설명하면, 신경의 평균발화율 계산단계(213)에서 얻은 복수의 평균발화율을 자극의 진행순서대로 나열하고 이를 연결하면 일정한 직선이 되며, 이 직선의 기울기가 바로 평균발화율의 기울기 즉 기본기울기가 된다. In the basic slope calculation step 214, a linear regression method is applied to the plurality of average firing rates obtained in the nerve average firing rate calculation step 213 to generate a slope of the average firing rate, that is, a basic tilt. Physically explaining this, a plurality of average firing rates obtained in the calculation step 213 of the average firing rate of a nerve are arranged in the order of stimulus progression and connected to a constant straight line, and the slope of this straight line is the slope of the average firing rate, that is, the basic slope. Becomes.
변환기울기 획득단계(220)에서는, 기본기울기 획득단계(210)에서 설정한 3개의 자극 파라미터(P1~P3)의 값을 변화시키면서 또 다른 기울기 즉 3개의 변환기울기를 구하게 된다. 이를 위해, 3개의 자극 파라미터를 독립적으로 변화시키면서 각각에 대한 평균발화율의 기울기를 계산함으로써, 제1 변환기울기 획득단계(221), 제2 변환기울기 획득단계(222) 및 제3 변환기울기 획득단계(223)를 수행하게 된다. 자극 파라미터의 개수가 증가하면 변환기울기의 개수도 그에 따라 증가한다. In the transducer gradient acquisition step 220, another slope, that is, three transducer gradients, is obtained while changing values of the three stimulation parameters P1 to P3 set in the basic gradient acquisition step 210. To this end, by independently changing the three stimulation parameters and calculating the slope of the average firing rate for each, the first transducer cry acquisition step 221, the second transducer cry acquisition step 222, and the third transducer cry acquisition step ( 223). As the number of stimulation parameters increases, the number of transducers increases accordingly.
제1 변환기울기 획득단계(221)에서는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극의 세기(P1)를 변화시킨 후, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하면서 얻은 평균발화율의 변화로부터 제1 변환기울기를 계산한다. 제1 변환기울기 획득단계(221)는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극의 세기(P1)만이 변경되었을 뿐, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. In the first transducer gradient acquisition step 221, after changing the intensity of the stimulation P1, which is one of the three stimulation parameters P1 to P3, the four steps 211 to 214 performed in the basic tilt acquisition step 210 Calculate the first transducer cry from the change in the average firing rate obtained while performing the same steps as ). In the first transducer gradient acquisition step 221, only the intensity of the stimulus (P1), which is one of the three stimulation parameters P1 to P3, was changed, and the four steps 211 to 214 performed in the basic tilt acquisition step 210 ), so it is not described in detail here.
제2 변환기울기 획득단계(222)에서는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극의 지속시간(P2)을 변화시킨 후, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하면서 얻은 평균발화율의 변화로부터 제2 변환기울기를 계산한다. 제2 변환기울기 획득단계(222)는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극의 지속시간(P2)만이 변경되었을 뿐, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. In the second transducer tilt acquisition step 222, after changing the duration P2 of the stimulus, which is one of the three stimulation parameters P1 to P3, the four steps 211 ~ performed in the basic tilt acquisition step 210 The second transducer cry is calculated from the change in the average firing rate obtained while performing the same steps as in 214). In the second transducer tilt acquisition step 222, only the duration P2 of the stimulus, which is one of the three stimulation parameters P1 to P3, was changed, and the four steps 211 to the basic tilt acquisition step 210 were performed. 214) is performed, so it is not described in detail here.
제3 변환기울기 획득단계(223)에서는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극과 자극의 시간 간격(P3)을 변화시킨 후, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하면서 얻은 평균발화율의 변화로부터 제3 변환기울기를 계산한다. 제3 변환기울기 획득단계(223)는 3개의 자극 파라미터(P1~P3) 중 하나인 자극과 자극의 시간 간격(P3)만이 변경되었을 뿐, 기본기울기 획득단계(210)에서 수행한 4개의 단계(211~214)와 동일한 단계를 수행하므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. In the third transducer tilt acquisition step 223, after changing the time interval P3 between the stimulus and the stimulus, which is one of the three stimulation parameters P1 to P3, the four steps performed in the basic tilt acquisition step 210 ( 211~214) and calculate the third transducer cry from the change in the average firing rate obtained while performing the same steps. In the third transducer gradient acquisition step 223, only the stimulus and the stimulus time interval P3, one of the three stimulation parameters P1 to P3, were changed, and the four steps performed in the basic tilt acquisition step 210 ( 211 to 214) are performed in the same way, so they are not described in detail here.
영향평가 수치 생성단계(230)에서는, 기본기울기를 기준으로 제1 변환기울기 내지 제3 변환기울기 사이의 각도를 계산하여, 이를 영향평가 수치로 활용한다. 기본기울기와 3개의 변환기울기 사이의 각도에 따라 자극 파라미터의 영향을 정량적으로 판단할 수 있으며, 이를 통해 자극 파라미터들의 최적화된 값들도 도출할 수 있다. In the effect evaluation value generation step 230, an angle between the first transducer gradient and the third transducer gradient is calculated based on the basic gradient, and is used as the effect evaluation value. The influence of the stimulation parameters can be quantitatively determined according to the angle between the basic tilt and the three transducer tilts, and through this, optimized values of the stimulation parameters can also be derived.
도 3은 3가지 자극 파라미터의 가변 조건을 나타낸다. 3 shows the variable conditions of the three stimulation parameters.
도 3을 참조하면, 기본 자극 파라미터의 값으로는 자극의 세기(P1), 자극의 지속시간(P2) 및 자극과 자극의 시간 간격(P3)이고, 이들의 기본 값으로는 100㎂, 3초 및 60초이다. 이들의 값을 하나씩 3단계에 걸쳐 변화를 주면서 자극을 인가하는데, 첫 번째는 자극의 세기(P1)를 100㎂의 두 배인 200㎂로 변경하는 것이고, 두 번째는 자극의 지속시간(P2)을 3초에서 1.5초로 1/2로 감소시키는 것이며, 세 번째는 자극과 자극의 시간 간격(P3)을 60초에서 120초로 두 배로 증가시키는 것이다. 변화하는 값 이외에는 기본 값을 그대로 유지하도록 한다. Referring to FIG. 3, values of the basic stimulation parameters include the intensity of the stimulation (P1), the duration of the stimulation (P2), and the time interval between the stimulation and the stimulation (P3), and the basic values are 100 ㎂, 3 seconds. And 60 seconds. The stimulus is applied while changing their values one by one in three steps. The first is to change the intensity of the stimulus (P1) to 200 ㎂, which is twice 100 ㎂, and the second is to change the duration of the stimulus (P2). It is to reduce it to 1/2 from 3 seconds to 1.5 seconds, and the third is to double the time interval between stimulation and stimulation (P3) from 60 seconds to 120 seconds. Keep the default values as they are except for changing values.
이렇게 해서 측정한 기본기울기를 S1, 제1 변환기울기를 S2, 그리고 제3 변환기울기를 S3라고 할 때, 각각의 기울기를 정리하면 아래의 테이블과 같다. When the basic slope measured in this way is S1, the first transducer gradient is S2, and the third transducer gradient is S3, the slopes of each are summarized as shown in the table below.
이 값을 이용하여 각각의 자극 파라미터의 변화에 따른 신경반응의 상태를 아래와 같은 방식으로 수치화할 수 있다. Using this value, the state of the nerve response according to the change of each stimulation parameter can be quantified in the following manner.
도 4는 기본기울기와 제1 변환기울기를 이용하여 자극의 세기를 변화시켰을 때의 자극의 세기와 신경반응의 관계를 평가할 수 있는 수치를 계산하는 과정 및 그래프를 나타낸다. 4 shows a graph and a process of calculating a numerical value for evaluating the relationship between the intensity of the stimulus and the nerve response when the intensity of the stimulus is changed using the basic tilt and the first transducer.
도 4a는 기본기울기와 제1 변환기울기의 내각을 계산하는 과정을 나타내고, 도 4b는 계산 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 4A shows a process of calculating the inner angle of the basic tilt and the first transducer tilt, and FIG. 4B shows the calculation result in a graph.
도 5는 기본기울기와 제3 변환기울기를 이용하여 자극과 자극의 시간 간격에 변화를 주었을 때의 자극과 자극의 시간 간격과 신경반응의 관계를 평가할 수 있는 수치를 계산하는 과정 및 그래프를 나타낸다. 5 shows a process and graph of calculating a numerical value for evaluating the relationship between the stimulus and the stimulus time interval and the nerve response when a change is made to the stimulus and the stimulus time interval using the basic tilt and the third transducer tilt.
도 5a는 기본기울기와 제3 변환기울기의 내각을 계산하는 과정을 나타내고, 도 5b는 계산 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 5A shows a process of calculating the inner angle of the basic tilt and the third transducer tilt, and FIG. 5B shows the calculation result in a graph.
갈바닉 전정자극이 오랫동안 전정기관을 연구하는 기초연구에서 많이 사용되어 왔으나, 각각의 자극 파라미터에 대한 신경정보를 이해하는데 필요한 해석방법은 전무한 상태이고, 따라서 갈바닉 전정자극의 기본적인 파라미터 값은 존재하지 않으며, 일반적으로 자극의 부위, 목표하는 중추 자극 영역, 전극의 상태 등의 다양한 요인들에 의해 자극 파라미터들이 결정된다. Although galvanic vestibular stimulation has been widely used in basic research studies of vestibular organs for a long time, there is no interpretation method necessary to understand neural information for each stimulation parameter, and therefore, the basic parameter values of galvanic vestibular stimulation do not exist. In general, stimulation parameters are determined by various factors such as a stimulation site, a target central stimulation region, and an electrode state.
본 발명에서 제안하는 방법은 3가지 자극 파라미터를 가변하면서 측정한 신경의 평균 발화율의 기울기들이 가지는 차이(각)를 이용하여 3가지 자극 파라미터와 해당 신경반응의 정도를 가늠할 수 있도록 하는 영향평가 수치를 제공하는 것으로, 전정기관의 연구에서 전기적인 자극을 통한 신경반응의 이해도를 증대시킬 수 있는 해석방법이 될 것이다. The method proposed in the present invention uses the difference (angle) of the slopes of the average firing rate of the nerve measured while varying the three stimulation parameters, and uses the three stimulation parameters and the effect evaluation value to estimate the degree of the corresponding nerve response. As provided, it will be an interpretation method that can increase the degree of understanding of the nerve response through electrical stimulation in the study of the vestibular organ.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다. In the above, the technical idea of the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, but this is illustrative of a preferred embodiment of the present invention and does not limit the present invention. In addition, it is a clear fact that any person skilled in the art in the technical field to which the present invention pertains can modify and imitate various modifications without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
210: 기본기울기 획득단계
211: 파라미터의 기본 값 설정단계
212: 신경세포의 자극단계
213: 신경의 평균발화율 계산단계
214: 평균발화율의 기본기울기 계산단계
220: 변환기울기 획득단계
230: 영향평가 수치 생성단계 210: Basic tilt acquisition step
211: Step of setting the default value of the parameter
212: nerve cell stimulation stage
213: Calculating the average firing rate of the nerve
214: Step of calculating the basic slope of the average firing rate
220: Transducer cry acquisition stage
230: The step of generating the impact assessment value
Claims (4)
상기 처리부에서, 미리 설정한 복수의 자극 파라미터의 기본 값으로 전정신경에 자극을 인가하고, 측정된 해당 신경신호를 통해 평균발화율을 이용하여 기본기울기를 계산하는 기본기울기 획득단계;
상기 처리부에서, 상기 기본기울기 획득단계에서 사용한 복수의 자극 파라미터를 순차적으로 변환하면서 전정신경에 자극을 인가하고, 측정된 해당 신경신호를 통해 평균발화율을 이용하여 각각의 변환기울기를 계산하는 변환기울기 획득단계; 및
상기 처리부에서, 상기 기본기울기와 복수의 상기 변환기울기의 차이를 각도로 계산하여 영향평가 수치로 설정하는 영향평가 수치 생성단계;를 수행하며,
상기 복수의 자극 파라미터는,
자극의 세기, 자극의 지속시간 및 자극과 자극 사이의 시간 간격인 것을 특징으로 하는 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법. A measurement unit that measures the firing rate through stimulation applied to the vestibular nerve by the processing unit, and a linear regression method is applied to the average firing rate and the plurality of average firing rates through the firing rate measured by the measuring unit to obtain the slope and the angle between the two slopes In the neural signal analysis method for evaluating the influence of a stimulation parameter using a device configured to calculate and set an effect evaluation value using the calculated angle,
In the processing unit, a basic inclination obtaining step of applying a stimulation to the vestibular nerve with basic values of a plurality of preset stimulation parameters, and calculating a basic inclination using an average firing rate through the measured corresponding neural signal;
In the processing unit, a stimulus is applied to the vestibular nerve while sequentially converting a plurality of stimulation parameters used in the step of obtaining the basic tilt, and the transducer cry is calculated using the average firing rate through the measured nerve signal. step; And
In the processing unit, an impact evaluation value generating step of calculating a difference between the basic tilt and the plurality of transducer tilts as an angle and setting it as an impact evaluation value; and
The plurality of stimulation parameters,
Neural signal analysis method for evaluating the effect of stimulation parameters, characterized in that the intensity of stimulation, duration of stimulation, and time interval between stimulation and stimulation.
상기 처리부에서, 상기 복수의 자극 파라미터 중 상기 자극의 세기의 값을 변화시킨 후 전정신경에 자극을 인가하고, 계산한 해당 신경의 평균발화율의 기울기를 제1 변환기울기로 설정하는 제1 변환기울기 획득단계;
상기 처리부에서, 상기 복수의 자극 파라미터 중 상기 자극의 지속시간의 값을 변화시킨 후 전정신경에 자극을 인가하고, 계산한 해당 신경의 평균발화율의 기울기를 제2 변환기울기로 설정하는 제2 변환기울기 획득단계; 및
상기 처리부에서, 상기 복수의 자극 파라미터 중 상기 자극과 자극 사이의 시간 간격의 값을 변화시킨 후 전정신경에 자극을 인가하고, 계산한 해당 신경의 평균발화율의 기울기를 제3 변환기울기로 설정하는 제3 변환기울기 획득단계;를 수행하는 것을 특징으로 하는 자극 파라미터의 영향평가를 위한 신경신호 해석방법. The method of claim 1, wherein in the transducer level obtaining step,
In the processing unit, after changing the value of the intensity of the stimulation among the plurality of stimulation parameters, the stimulation is applied to the vestibular nerve, and the calculated slope of the average firing rate of the corresponding nerve is set as the first transducer cry. step;
In the processing unit, after changing the value of the duration of the stimulation among the plurality of stimulation parameters, the stimulation is applied to the vestibular nerve, and the calculated slope of the average firing rate of the corresponding nerve is set as the second transducer cry. Acquisition stage; And
In the processing unit, after changing the value of the time interval between the stimulation and the stimulation among the plurality of stimulation parameters, a stimulation is applied to the vestibular nerve, and the calculated slope of the average firing rate of the corresponding nerve is set as a third transducer cry. 3 Transducer cry acquisition step; Neural signal analysis method for evaluating the effect of the stimulation parameter, characterized in that performing.
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