• 제목/요약/키워드: quantitative EEG

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뇌파 신호의 정량적 분석을 위한 데이터 정규화 및 표현기법 연구 (Study on Data Normalization and Representation for Quantitative Analysis of EEG Signals)

  • 황태훈;김진헌
    • 예술인문사회 융합 멀티미디어 논문지
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    • 제9권6호
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    • pp.729-738
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    • 2019
  • 최근 화두가 되는 가상현실 분야와 감정인식 분야의 결합으로 감정을 정량적으로 분석하고, 분석된 결과를 바탕으로 가상현실 콘텐츠를 개선하는 접근이 시도되고 있다. 감정은 콘텐츠 체험자의 생체신호를 기반으로 분석되는데, 신호 분석 관점에서는 많은 연구가 이루어지고 있으나 이를 정량화하는 방법론에 관해서는 충분히 논의되지 않고 있다. 본 논문에서는 감정의 정량화를 위한 초석으로 여러 생체신호 중 뇌파 신호에 대한 정규화 함수 설계와 이를 나타내는 표현 기법을 제안하고자 한다. 정규화 함수의 최적 파라미터를 찾아내기 위해 무차별 대입법을 사용하였으며, 본 논문에서 정의한 True Score와 False Score를 사용하여 찾아낸 파라미터들의 신뢰성을 높였다. 결과적으로 경험에 의존되던 생체신호 정규화 함수의 파라미터 결정을 자동화할 수 있으며, 이를 바탕으로 감정의 정량적 분석이 가능하다.

뇌Wavelet 방법론을 이용한 수면뇌파분석 고찰 (An Introduction to Quantitative Analyses of Sleep EEG Via a Wavelet Method)

  • 김종원
    • 수면정신생리
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    • 제19권1호
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    • pp.11-17
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    • 2012
  • 목 적 : 본 연구는 뇌파를 정량분석하는 새로운 방법의 하나인 wavelet 방법을 소개하고 아울러 그것이 임상 수면뇌파 분석에 유용하다는 것을 검증하기 위해 시도되었다. 방 법 : Wavelet 방법을 검증하기 위해 수학적으로 만들어진 인공뇌파들과, 입면주기 임상 뇌파 샘플 하나와 GoNoGo 프레임으로 측정된 ERP 샘플 하나가 사용되었다. Wavelet방법론으로 계산된 time-frequency 파워 스펙트럼과 위상 동조화 정도가 Fourier 및 moving windows 방법으로 계산된 스펙트럼과 coherence 결과들과 비교 분석되었다. 결 과 : Wavelet 방법은 인공뇌파에 인위적으로 포함된 파형의 특징들을 성공적으로 분해해내었다. 임상뇌파 샘플로 한 검증에서도 그 유효성이 확인되었는데, 입면주기 전후로 보이는 스펙트럼의 변화를 유의미하게 확인할 수 있었으며, 표적(target) 및 배경(background) ERP 파형의 특징을 시간-주파수 도표(time-frequency plot)으로 잘 표현하였다. 결 론 : 이러한 결과를 미루어볼 때, wavelet 방법은 임상 뇌파를 정량 분석함에 있어서, Fourier 방법을 효과적으로 대체 혹은 보완함을 알 수 있었다. 특히, 뇌파가 수초에서 수백초의 짧은 시간단위에서 급격한 변화를 보이는 입면주기뇌파와 ERP 분석에 wavelet 방법의 적합성이 크다고 볼 수 있다.

Effects of Electroencephalogram Biofeedback on Emotion Regulation and Brain Homeostasis of Late Adolescents in the COVID-19 Pandemic

  • Park, Wanju;Cho, Mina;Park, Shinjeong
    • 대한간호학회지
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    • 제52권1호
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    • pp.36-51
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    • 2022
  • Purpose: The purpose of this study was to examine the effects of electroencephalogram (EEG) biofeedback training for emotion regulation and brain homeostasis on anxiety about COVID-19 infection, impulsivity, anger rumination, meta-mood, and self-regulation ability of late adolescents in the prolonged COVID-19 pandemic situation. Methods: A non-equivalent control group pretest-posttest design was used. The participants included 55 late adolescents in the experimental and control groups. The variables were evaluated using quantitative EEG at pre-post time points in the experimental group. The experimental groups received 10 sessions using the three-band protocol for five weeks. The collected data were analyzed using the Shapiro-Wilk test, Wilcoxon rank sum test, Wilcoxon signed-rank test, t-test and paired t-test using the SAS 9.3 program. The collected EEG data used a frequency series power spectrum analysis method through fast Fourier transform. Results: Significant differences in emotion regulation between the two groups were observed in the anxiety about COVID-19 infection (W = 585.50, p = .002), mood repair of meta-mood (W = 889.50, p = .024), self-regulation ability (t = - 5.02, p < .001), self-regulation mode (t = - 4.74, p < .001), and volitional inhibition mode (t = - 2.61, p = .012). Neurofeedback training for brain homeostasis was effected on enhanced sensory-motor rhythm (S = 177.00, p < .001) and inhibited theta (S = - 166.00, p < .001). Conclusion: The results demonstrate the potential of EEG biofeedback training as an independent nursing intervention that can markedly improve anxiety, mood-repair, and self-regulation ability for emotional distress during the COVID-19 pandemic.

주의력결핍 과잉운동장애 남아에서 중추신경자극제가 주의력과제 수행 중의 대뇌 기능적 국소화에 미치는 효과 (EFFECT OF METHYLPHENIDATE ON FUNCTIONAL CEREBRAL LOCALIZATION DURING ATTENTIONAL TASKS IN BOYS WITH ATTENTION-DEFICIT/HYPERACTIVITY DISORDER)

  • 신동원;육기환;전덕인;김경희;민성길;송동호
    • Journal of the Korean Academy of Child and Adolescent Psychiatry
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    • 제9권2호
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    • pp.218-226
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    • 1998
  • 본 연구는 주의력결핍 과잉운동장애(ADHD) 남아에서 전형적인 중추신경자극제인 methylphenidate를 투여한 전후의 상태 간에 주의집중력을 요하는 과제를 수행하는 동안의 정량화 뇌파검사(Quantitative Encephalography;Q-EEG) 소견을 비교하였다. 이를 통하여 대뇌의 전기생리학적 활성도의 위치적 변화를 알아봄으로써 methylphenidate가 대뇌의 기능적 국소화에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 연구대상으로는 DSM-IV기준으로 ADHD로 진단된 $6{\sim}12$세의 남아 13명이었고, 단축형 Conners척도와 한국판 아동행동척도(Child Behavior Checklist;CBCL)을 포함한 임상평가를 하였다. 모든 대상에게 methylphe-nidate를 투여하기 전에 안정상태와 주의력과제인 TOVA(Test of Variables of Attention)를 수행하는 동안에 Q-EEG를 시행하였다. 그리고 1주일 후에 methylphenidate 0.7mg/kg을 1회 경구로 투여하고 1시간이 경과한 시점에서 안정상태와 활성상태에서 Q-EEG를 시행하여, 각 상태의 Q-EEG소견을 비교분석하였다. 연구결과는 다음과 같다. 안정상태에서는 약물을 투여한 전후 시기 간에 Q-EEG 소견의 유의한 차이를 보이지 않았으나, 활성상태에서는 약물투여 전에 비하여 약물투여 후의 뇌파소견 중 theta파와 beta파의 진폭 비율(theta/beta)이 대뇌 우측의 전두엽과 두정-후두엽부위, 좌측의 측두-두정엽에서 유의하게 증가하였다. 본 연구의 결과로 미루어 methylphenidate는 주의력과제를 수행하는 동안에 대뇌의 전기생리적인 활성도에 영향을 미침을 알 수있다. 특히 주의력과 관련되어 methylphenidate가 대뇌기능에 미치는 국소적 영향이 우측 전두엽과 두정-후두엽, 좌측 측두-두정엽에 나타나고 있음을 알 수 있었다. 이는 중추신경자극제가 ADHD 환자에서 주의력 증진과 관련되어 대뇌기능의 국소적인 영향을 주는 약물임을 시사한다.

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난청 고령자의 우울정도, 인지기능, 의사소통능력 및 정량뇌파 분석 연구 (A Study on Analysis of Depression, Cognition, Communication, and Quantitative Electroencephalogram in Hearing Impaired Elderly)

  • 김형재;원희욱
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제22권4호
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    • pp.430-440
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    • 2021
  • 본 연구는 난청 고령자의 우울정도, 인지기능, 의사소통능력 및 정량뇌파를 분석하고, 관련성을 규명할 목적으로 시도하였다. Y 시 소재의 S 청능재활 센터를 내원한 60세 이상의 난청 고령자 중 모집공고문을 통해 남성 37명, 여성 26명이 2020년 6월 20일부터 2020년 9월 3일까지 자발적으로 참여했다. 구조화된 설문지를 통해 대상자의 전반적인 특성, 우울정도, 인지기능을 평가하였다. 의사소통능력의 척도인 단어인지도는 한국표준 단음절어를 사용하여 진단용 청력검사기로 평가하였다. 정량뇌파는 전전두엽 Fp1과 Fp2에 건식 전극을 사용하여 2채널 뇌파 측정기로 측정하였다. 수집된 자료는 SPSS/WIN 25.0 프로그램으로 인구 사회학적 특성 파악을 위한 빈도분석, 변수간 Pearson's correlation분석, 3분할 집단 간 One-way ANOVA분석을 하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다. 의사소통능력은 전전두엽 좌우 대칭성(**p<.01)과 정(+)적 상관관계를 보였고, 우뇌 정신적 산만 및 스트레스(*p<.05)와 부(-)적 상관관계를 보였다. 그러나 우울정도와 인지기능과는 유의한 상관관계는 없었다. 의사소통능력에 따른 3분할 집단별 차이 검정에서도 전전두엽 좌우 대칭성(**p<.01)이 우울정도와 인지능력보다 높은 수준의 상관관계를 보였다. 이상의 결과는 정량뇌파에서 측정된 전전두엽 좌우 대칭성이 난청 고령자의 의사소통능력의 강력한 생체적 지표 가능성을 시사 하였다.

The Effects of Horizontal Eye Movement on Mental Health Indices and Psychophysiological Activities in Healthy Subjects

  • Choi, Kyung-Mook;Min, Jung-Ah;Park, Gewn-Hi;Lee, Seung-Hwan;Chae, Jeong-Ho
    • 생물정신의학
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    • 제18권3호
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    • pp.148-158
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    • 2011
  • Objectives The eye movement (EM) has been reported to play a role in enhancing the retrieval of episodic memories and reducing effects of fearful episodes in the past and worries for the futures. However, it is still unclear in the mechanism of EM in normal subjects. We examined the horizontal eye movement (HEM) effect using an aiding apparatus on mental health indices including negative and positive psychological factors, and psychophysiological measures such as heart rate variability and quantitative electroencepaholography (qEEG) in healthy subjects. Methods Twenty eight healthy subjects were recruited and randomly allocated into two groups : active HEM group and control group. The active HEM group conducted the HEM training with usual stress management audio-intervention using the apparatus inducing eye movement once a day for 14 days. The control group also conducted the same training once a day for 14 days, however, the saccadic eye movement was not included in this training. Psychological measurements, neurocognitive function tests, heart rate variability measurement and qEEG were conducted before and after the training in both groups. Results In the active HEM group, sleep status using Sleep Quality Scale (SQS) positive factors significantly increased after the training. By contrast, scores on the negative items of Psychological Well-Being Scale (PWBS), and negative items of the Life Orientation Test-Revised (LOT-R) were significantly decreased after the training. The percentage of delta amplitude (1-3 Hz) in qEEG significantly decreased after the HEM training. The percentage of alpha amplitude (8-12 Hz) significantly increased after HEM training. The change of delta amplitude in the active HEM group was positively correlated with the change of sleep satisfaction of Visual Analogue Scale (VAS), and the change of alpha amplitude was negatively correlated with depression of VAS, anxiety of VAS and Beck Anxiety Inventory (BAI). Conclusions The HEM training improved sleep quality and well-being, and sense of optimism. The HEM training also increased alpha amplitude and decreased delta amplitude in qEEG. The qEEG changes were well correlated with subjective improvement of mental health indices in healthy subjects. These results suggest some evidences that HEM training using the apparatus that induces EM would be helpful in improving subjective mental health in healthy subjects. Further study with larger samples size would be needed.

노인의 스마트 폰 게임 중독 경향에 따른 뇌파 비대칭(asymmetry)와 연결성(Coherehnce)의 정량화뇌파(QEEG) 비교 분석 (Comparison of QEEG between EEG asymmetry and Coherehnce with elderly people according to smart_phone game Addiction Tendency)

  • 원희욱
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제18권11호
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    • pp.644-652
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    • 2017
  • 본 논문은 노인의 스마트폰 게임 중독 성향 여부에 따른 뇌파 비교 분석을 하고자 하였다. 즉 정량화 뇌파 결과에서 비대칭과 연결성에 대한 비교 분석을 통하여 스마트폰 중독이 뇌파와 수면 문제와 우울 등의 정신건강에 미치는 영향에 대해 비교분석을 실시하였다. 본 연구의 참여자는 스마트폰 게임 중독 성향이 있는 노인1명과 스마트폰을 사용하지 않는 노인 1명 총 2명이다. 참여자의 스마트폰 중독 성향은 스마트폰 중독 척도를 통해 측정하였고 뇌파분석은 정량화 뇌파분석(QEEG)을 사용하였다. 결과는 다음과 같다. 첫째 스마트폰 게임 과몰입 증상을 보이는 노인과 스마트폰 비사용자 노인의 뇌파는 개폐안시 모두 비대칭(asymmetry)에서 차이를 보였다. 둘째 스마트폰 과몰입 증상을 보이는 노인과 스마트폰 비사용자노인은 개폐안시 연결성에 있어 차이를 나타냈다. 이를 통해 뇌파분석 비교를 통해 스마트폰 게임사용이 뇌의 인지작용에 미치는 영향에 대한 탐색을 실시함으로써 노인성 인지장애와 스마트폰 사용과의 관계 양상을 탐색했다는 것에 그 의의가 있다.

색 자극에 의한 감성의 정량적 평가 (The Quantitative Estimation of Human Sensibility using Color Stimulation)

  • 한병희;김지훈;김남균
    • 대한의용생체공학회:학술대회논문집
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    • 대한의용생체공학회 1997년도 춘계학술대회
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    • pp.422-425
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    • 1997
  • The purpose of this study is to estimate human sensibility quantitatively under color stimulation. We measured biological signals such as EEG, ECG, skin conductance and the number of respiration and eye blinking that were compared with color sensibilities mutually. Our result showed that red, yellow and violet color provoked active and exciting senses dominatively and blue, cyan, pink, and black color were involved in tranquil and resting emotions deeply. Our quantitative estimations of color sensibilites are useful in the design of manufactured goods and color therapy.

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Comparison of Cognitive Loads between Koreans and Foreigners in the Reading Process

  • Im, Jung Nam;Min, Seung Nam;Cho, Sung Moon
    • 대한인간공학회지
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    • 제35권4호
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    • pp.293-305
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    • 2016
  • Objective: This study aims to measure cognitive load levels by analyzing the EEG of Koreans and foreigners, when they read a Korean text with care selected by level from the grammar and vocabulary aspects, and compare the cognitive load levels through quantitative values. The study results can be utilized as basic data for more scientific approach, when Korean texts or books are developed, and an evaluation method is built, when the foreigners encounter them for learning or an assignment. Background: Based on 2014, the number of the foreign students studying in Korea was 84,801, and they increase annually. Most of them are from Asian region, and they come to Korea to enter a university or a graduate school in Korea. Because those foreign students aim to learn within Universities in Korea, they receive Korean education from their preparation for study in Korea. To enter a university in Korea, they must acquire grade 4 or higher level in the Test of Proficiency in Korean (TOPIK), or they need to complete a certain educational program at each university's affiliated language institution. In such a program, the learners of the Korean language receive Korean education based on texts, except speaking domain, and the comprehension of texts can determine their academic achievements in studying after they enter their desired schools (Jeon, 2004). However, many foreigners, who finish a language course for the short-term, and need to start university study, cannot properly catch up with university classes requiring expertise with the vocabulary and grammar levels learned during the language course. Therefore, reading education, centered on a strategy to understand university textbooks regarded as top level reading texts to the foreigners, is necessary (Kim and Shin, 2015). This study carried out an experiment from a perspective that quantitative data on the readers of the main player of reading education and teaching materials need to be secured to back up the need for reading education for university study learners, and scientifically approach educational design. Namely, this study grasped the difficulty level of reading through the measurement of cognitive loads indicated in the reading activity of each text by dividing the difficulty of a teaching material (book) into eight levels, and the main player of reading into Koreans and foreigners. Method: To identify cognitive loads indicated upon reading Korean texts with care by Koreans and foreigners, this study recruited 16 participants (eight Koreans and eight foreigners). The foreigners were limited to the language course students studying the intermediate level Korean course at university-affiliated language institutions within Seoul Metropolitan Area. To identify cognitive load, as they read a text by level selected from the Korean books (difficulty: eight levels) published by King Sejong Institute (Sejonghakdang.org), the EEG sensor was attached to the frontal love (Fz) and occipital lobe (Oz). After the experiment, this study carried out a questionnaire survey to measure subjective evaluation, and identified the comprehension and difficulty on grammar and words. To find out the effects on schema that may affect text comprehension, this study controlled the Korean texts, and measured EEG and subjective satisfaction. Results: To identify brain's cognitive load, beta band was extracted. As a result, interactions (Fz: p =0.48; Oz: p =0.00) were revealed according to Koreans and foreigners, and difficulty of the text. The cognitive loads of Koreans, the readers whose mother tongue is Korean, were lower in reading Korean texts than those of the foreigners, and the foreigners' cognitive loads became higher gradually according to the difficulty of the texts. From the text four, which is intermediate level in difficulty, remarkable differences started to appear in comparison of the Koreans and foreigners in the beginner's level text. In the subjective evaluation, interactions were revealed according to the Koreans and foreigners and text difficulty (p =0.00), and satisfaction was lower, as the difficulty of the text became higher. Conclusion: When there was background knowledge in reading, namely schema was formed, the comprehension and satisfaction of the texts were higher, although higher levels of vocabulary and grammar were included in the texts than those of the readers. In the case of a text in which the difficulty of grammar was felt high in the subjective evaluation, foreigners' cognitive loads were also high, which shows the result of the loads' going up higher in proportion to the increase of difficulty. This means that the grammar factor functions as a stress factor to the foreigners' reading comprehension. Application: This study quantitatively evaluated the cognitive loads of Koreans and foreigners through EEG, based on readers and the text difficulty, when they read Korean texts. The results of this study can be used for making Korean teaching materials or Korean education content and topic selection for foreigners. If research scope is expanded to reading process using an eye-tracker, the reading education program and evaluation method for foreigners can be developed on the basis of quantitative values.

비치매 노인 우울증 환자에서 대뇌 아밀로이드 병리 예측을 위한 정량화 뇌파 지표: 예비연구 (Quantitative Electroencephalogram Markers for Predicting Cerebral Amyloid Pathology in Non-Demented Older Individuals With Depression: A Preliminary Study)

  • 박선영;채수현;박진식;이동영;박지은
    • 수면정신생리
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    • 제28권2호
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    • pp.78-85
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    • 2021
  • 목 적 : 노년기 우울증 환자에서 우울증상이 알츠하이머병의 전구 증상으로 나타났는지를 감별하는 것은 중요한 임상적 과제이다. 본 연구에서는 정량화 뇌파(quantitative EEG) 지표가 노년기 우울증 환자의 알츠하이머병 병리를 예측할 수 있는 바이오마커로 기능할 수 있는지 확인하고자 하였다. 방 법 : 치매로 진단 받지 않은 55세 이상의 우울증 환자 63명이 본 연구에 포함되었다(여성 76.2%; 평균 연령 ± 표준편차 73.7 ± 6.87세). 연구 대상자들은 [18F] florbetabenPET 결과에 따라 아밀로이드 양성(Aβ+, n = 32)과 음성으로(Aβ-, n = 31) 분류하였다. 뇌파는 7분 간의 눈을 감은 상태(eye-closed, EC)와 3분 간의 눈을 뜬 상태(eye-open, EO)로 촬영하였으며, 푸리에 변환(Fourier transform)을 이용하여 스펙트럼 분석을 시행하였다. 선행연구 결과에 따라 안구 개폐 알파파 반응성 지표(EC-to-EO alpha reactivity index)가 노년기 우울증 환자의 아밀로이드 침착을 예측할 수 있는 신경생리학적 마커가 될 수 있는지 검증하였다. 알파 밴드 파워에서 아밀로이드 침착 여부(Aβ+ vs. Aβ-), 안구 개폐 조건(EC vs. EO), 지형학적 요인(laterality, polarity) 간의 상호작용을 확인하고 사후 분석을 시행하였다. 결 과 : Aβ+군과 Aβ-군에서 각 주파수 밴드의 평균 파워 스펙트럼 밀도 중 EO phase의 알파 밴드 파워에서만 유의미한 차이가 관찰되었다(F = 6.258, p = 0.015). 알파 밴드에서의 Group (Aβ+ vs. Aβ-) × Condition (EC vs. EO) × Laterality (Left, midline, or right) 3-way interaction이 연령, 성별, 교육 연수, 전반적 인지 기능, 약물 사용, MRI상 백질 고신호강도를 보정한 뒤에도 유의하였다(F = 3.720, p = 0.030). 하지만 대뇌 관심영역 별로 아밀로이드 침착에 따른 알파파 반응성을 비교한 사후 분석에서는 유의한 수준의 차이가 관찰되지 않았다. 결 론 : 노년기 우울증 환자에서 EO phase의 알파 밴드 파워 증가가 대뇌 아밀로이드 침착과 관련이 있었다. 하지만 본 연구에서 검증하고자 했던 안구개폐 알파파 반응성 지표는 알츠하이머병 병리를 예측하지는 못했다. 보다 많은 대상자를 포함한 추후 연구로 해당 결과를 재검증할 필요가 있다.