Human cognitive information processing is essential in daily life. It consists several fundamental cognitive processes such as attention, memory, and decision / execution. Neuropsychological test is the most wildly-used measure for human cognitive information processing performance (CIPP). However, neuropsychological test in case of measuring the cognitive speed can be affected by irrelevant factors such as physical performance. Furthermore, neuropsychological test shows interpersonal variation so that it may not an objective measure to quantify the effect of the environment to human CIPP. Therefore, we proposed data mining approach to develop EEG-based measure which more directly quantifies the cortical activity than final end result of neuropsychological test and shows less interpersonal variation for objective measurement of environmental effect. To compare the accuracy of EEG-based measure and that of neuropsychological test, thermal condition was adapted as surrogate conditions, which correspond to CIPP level. 10 healthy male subjects repeated three neuropsychological tests with EEG measurement in three thermal conditions of $24^circ C$, $3^circ C$, and $36^circ C$, which correspond to three CIPP levels of 'Good', 'Bad', and 'Worse', respectively. The three neuropsychological tests were contingent continuous performance task (attention), visual pattern span (memory), and Wisconsin card sorting test (decision / execution). As a result of training through C4.5 algorithm, central (C4) $\beta$ during WCST and mid-frontal (Fz) $\gamma$ during VPS were selected to classify three thermal conditions. The accuracy of the proposed EEG-based measure was 83.3% and outperformed that of neuropsychological test which was 43.3% through leave-one-out cross-validation. The proposed EEG-based measure can be utilized to develop CIPP-promoting environment.
인간의 인지 정보 처리는 일상 생활에 필수적인 활동이며 집중, 기억, 판단 및 실행과 같은 기본적인 인지 과정들로 구성된다. 신경심리검사는 인지 정보 처리 능력을 측정하기 위해 보편적으로 사용되고 있는 방법이다. 그러나 신경심리검사는 인지 속도를 측정하는 경우에 운동능력 같은 불필요한 요소가 결과에 영향을 끼칠 위험이 있다. 또한, 개인간 편차가 비교적 크기 때문에 인지 정보 처리 능력에 대한 환경적인 요인을 객관적으로 비교하기에는 적절하지 못하다는 단점이 있다. 본 연구의 목적은 이러한 신경심리검사의 단점을 보완할 수 있는 뇌파 기반 척도를 데이터 마이닝 기법을 통해 개발하는 것이다. 그리고 이전에 사용되던 신경심리검사와 성능을 비교하기 위하여 인지 정보 처리 능력(상, 중, 하)과 상관관계가 있는 열적 조건(상: $24^circ C$, 중: $30^circ C$, 하: $36^circ C$)을 설계하였다. 그리하여 10명의 남성 피험자에게 각각의 세 가지 열적 조건에서 세 가지 신경심리검사를 뇌파 측정과 함께 실시했다. 세 가지 신경심리검사는 집중을 반영하는 연속 수행 검사, 기억을 반영하는 시각 패턴 기억 검사, 판단력과 수행력을 반영하는 위스콘신 카드 분류 검사이다. C4.5 알고리즘을 사용하여 데이터 마이닝한 결과, 위스콘신 카드 분류 검사 때 측정된 중심구의 베타파와 시각 패턴 기억 검사 때 측정된 전두엽 중앙의 감마파가 선택되었다. 본 연구에서 제시하는 뇌파 기반 척도를 사용하여 열적 조건을 예측하였을 때는 83.3%의 정확도를 보였고 신경심리검사 결과를 이용하였을 때는 43.3%의 정확도를 보였다. 결론적으로 뇌파 기반 척도는 신경심리검사에 비해 개인간 편차가 적어 환경에 따른 영향을 더 잘 반영하므로 인지 정보 처리에 유리한 환경을 조성하는 연구에 그 척도로서 사용될 수 있다.
