그래픽 자동차 시뮬레이터에서 후각자극의 마스킹 효과와 고농도 산소가 자율신경계에 미치는 영향에 관한 연구 Study on the Masking Effect of Olfactory Stimuli and the Effect of Highly Concentrated Oxygen on the Autonomic Nervous System in a Graphic Driving Simulator원문보기
자동차 운전 수행은 다양한 외부자극들의 정보처리를 위한 고도의 의식집중에 의해 긴장감을 유발하여 운전자는 스트레스, 피로감 등을 느끼게 되어 주의가 분산되고 운전자의 각성수준은 증가하는데, 운전 중 과도한 각성수준의 지속은 안전운전을 저해한다. 자동차에서 운전자가 주의분산이 일어나는 요인은 외부자극이나 운전 이외의 과제를 수행하는 동시과제를 들 수 있다. 기존 연구에서 외부 청각자극에 의한 피해를 줄이기 위해서 쾌적성이 높은 소리자극을 이용한 마스킹효과 연구가 진행되어 왔으나 다른 자극 즉, 후각자극에 의한 마스킹 효과 연구는 미비한 실정이다. 그리고 운전 중인 동적인 환경에서 동시과제 수행으로 인한 피로감, 스트레스를 경감시키고자하는 연구도 부족한 상황이다. 본 연구는 운전 중에 청각자극이 운전자에게 미치는 영향과 후각자극에 의한 마스킹 효과를 ...
자동차 운전 수행은 다양한 외부자극들의 정보처리를 위한 고도의 의식집중에 의해 긴장감을 유발하여 운전자는 스트레스, 피로감 등을 느끼게 되어 주의가 분산되고 운전자의 각성수준은 증가하는데, 운전 중 과도한 각성수준의 지속은 안전운전을 저해한다. 자동차에서 운전자가 주의분산이 일어나는 요인은 외부자극이나 운전 이외의 과제를 수행하는 동시과제를 들 수 있다. 기존 연구에서 외부 청각자극에 의한 피해를 줄이기 위해서 쾌적성이 높은 소리자극을 이용한 마스킹효과 연구가 진행되어 왔으나 다른 자극 즉, 후각자극에 의한 마스킹 효과 연구는 미비한 실정이다. 그리고 운전 중인 동적인 환경에서 동시과제 수행으로 인한 피로감, 스트레스를 경감시키고자하는 연구도 부족한 상황이다. 본 연구는 운전 중에 청각자극이 운전자에게 미치는 영향과 후각자극에 의한 마스킹 효과를 자율신경계 반응으로 알아보았고, 또한 동적인 환경에서 동시과제 수행으로 인한 스트레스에 고농도 산소가 효과가 있는지 관찰하였다. 이를 위하여, 자동차 그래픽 시뮬레이터에서 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과를 알아보기 위해 생체신호(HRV, GSR)를 관찰하였으며, 동시과제수행으로 인한 스트레스에 산소농도 40%가 어떤 영향을 미치는지 생체신호(HR), 운전수행능력을 통해 관찰하였다. 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과에 관한 실험 결과, GSR반응은 청각자극 실험(1)(p<0.01), 실험(2)(p<0.05), 실험(3)(p<0.01), 운전수행 실험(2)(p<0.01), 실험(3)(p<0.01), 후각자극 실험(3)(p<0.05) 각각의 전 후를 비교한 결과 모두 유의차를 보이며 증가하였다. 이것은 청각자극을 제시하였을 때 교감신경계가 활성화되어 각성 상태임을 알 수 있다. 그러나 Peppermint 향이 운전수행 중 청각자극에 의한 각성상태에 영향을 미치지는 않았다. 즉, 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과를 확인 할 수 없었다. 마스킹 효과 실패이유로 ① GSR은 피부저항측정이므로 운전수행으로 인한 긴장감에 의해 땀 배출 때문에 피부저항 측정에 영향을 미친 것으로 사료 되어 동적인 환경에서는 GSR 측정이 부적절 하다는 것을 확인 할 수 있었다. ② 향 자극에 대한 순응 ③ 향의 선호도 ④ Simulator Sickness 등으로 추측된다. HRV의 LF/HF비에서는 운전수행 중 청각자극을 제시한 상황에서 Peppermint 향의 제시 유무에 따라 차이가 나타났다. Peppermint 향 제시 전 후에 대한 운전수행 중 청각자극을 비교한 결과 유의차(p<0.05)를 보이며 감소하였다. 즉, 교감신경계의 활성이 감소하고, 부교감신경계가 활성화 된 것이다. 이것은 Peppermint 향으로 인해 운전수행 중 청각자극에 의해 발생한 각성의 수준이 낮아졌다고 볼 수 있으므로 후각자극으로 소음에 대한 마스킹 효과가 있는 것으로 사료된다. 스트레스경감에 대한 실험 결과, 산소농도 21%와 산소농도 40% 간 에 유의차(p<0.01)가 인정되었으며, 산소농도 21%일 때 심박동율이 증가하였다. 또한 자극 간(Control, Driving, Driving + Task)에 유의차(p<0.05)가 인정되었으며, 사후검증 결과 Driving + Task가 Control에 비해 유의차(p<0.01)를 보이며 증가하였다. 즉, 운전 수행 중 덧셈과제 수행 시 운전자의 교감신경계가 활성화 되었다. 특히 산소농도 40%의 고농도 산소를 제시 하였을 때 심박동율은 감소하였다. 따라서, 산소농도 21% 보다 산소농도 40%의 고농도 산소가 자동차 운전 중 덧셈과제 수행에 긍정적인 영향을 미쳤다고 사료된다. 그리고 운전수행능력 비교 결과 산소농도(21%, 40%)에 따른 유의차가 나타나지 않았다. 즉, 운전수행능력에는 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹효과를 알아보고 고농도 산소가 동시과제로 인한 스트레스에 미치는 영향을 관찰하였다는 점에서 의미를 찾을 수 있다. 그러나 본 연구에서 실험의 진행이 한정된 조건에서 진행되어 아쉬운 점이 있다. 첫 번째는 실제 차량을 이용하여 실험을 수행하는 것은 운전자의 안전 유지에 어려움을 줄 수 있으나 자동차 그래픽 시뮬레이터를 이용한 운전 환경이 실제 차량으로 운행하는 것과는 다르므로 피험자는 어려움을 느끼고 Simulator sickness를 호소하였다. 두 번째는 피험자 대상이 20대 남성으로 한정 하였으므로, 여성 및 다른 나이대 이상으로 일반화 해석하기에는 한계가 있다. 향후 연구에서는 피험자의 다양한 연령대와 수를 증가시켜 객관적인 통계적 데이터를 얻을 필요가 있고, 화상 자동차 시뮬레이터의 운전 시나리오를 다양화 하여 마스킹 효과와 동시과제로 인한 주의분산에 관한 연구를 하고자 한다.
자동차 운전 수행은 다양한 외부자극들의 정보처리를 위한 고도의 의식집중에 의해 긴장감을 유발하여 운전자는 스트레스, 피로감 등을 느끼게 되어 주의가 분산되고 운전자의 각성수준은 증가하는데, 운전 중 과도한 각성수준의 지속은 안전운전을 저해한다. 자동차에서 운전자가 주의분산이 일어나는 요인은 외부자극이나 운전 이외의 과제를 수행하는 동시과제를 들 수 있다. 기존 연구에서 외부 청각자극에 의한 피해를 줄이기 위해서 쾌적성이 높은 소리자극을 이용한 마스킹효과 연구가 진행되어 왔으나 다른 자극 즉, 후각자극에 의한 마스킹 효과 연구는 미비한 실정이다. 그리고 운전 중인 동적인 환경에서 동시과제 수행으로 인한 피로감, 스트레스를 경감시키고자하는 연구도 부족한 상황이다. 본 연구는 운전 중에 청각자극이 운전자에게 미치는 영향과 후각자극에 의한 마스킹 효과를 자율신경계 반응으로 알아보았고, 또한 동적인 환경에서 동시과제 수행으로 인한 스트레스에 고농도 산소가 효과가 있는지 관찰하였다. 이를 위하여, 자동차 그래픽 시뮬레이터에서 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과를 알아보기 위해 생체신호(HRV, GSR)를 관찰하였으며, 동시과제수행으로 인한 스트레스에 산소농도 40%가 어떤 영향을 미치는지 생체신호(HR), 운전수행능력을 통해 관찰하였다. 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과에 관한 실험 결과, GSR반응은 청각자극 실험(1)(p<0.01), 실험(2)(p<0.05), 실험(3)(p<0.01), 운전수행 실험(2)(p<0.01), 실험(3)(p<0.01), 후각자극 실험(3)(p<0.05) 각각의 전 후를 비교한 결과 모두 유의차를 보이며 증가하였다. 이것은 청각자극을 제시하였을 때 교감신경계가 활성화되어 각성 상태임을 알 수 있다. 그러나 Peppermint 향이 운전수행 중 청각자극에 의한 각성상태에 영향을 미치지는 않았다. 즉, 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹 효과를 확인 할 수 없었다. 마스킹 효과 실패이유로 ① GSR은 피부저항측정이므로 운전수행으로 인한 긴장감에 의해 땀 배출 때문에 피부저항 측정에 영향을 미친 것으로 사료 되어 동적인 환경에서는 GSR 측정이 부적절 하다는 것을 확인 할 수 있었다. ② 향 자극에 대한 순응 ③ 향의 선호도 ④ Simulator Sickness 등으로 추측된다. HRV의 LF/HF비에서는 운전수행 중 청각자극을 제시한 상황에서 Peppermint 향의 제시 유무에 따라 차이가 나타났다. Peppermint 향 제시 전 후에 대한 운전수행 중 청각자극을 비교한 결과 유의차(p<0.05)를 보이며 감소하였다. 즉, 교감신경계의 활성이 감소하고, 부교감신경계가 활성화 된 것이다. 이것은 Peppermint 향으로 인해 운전수행 중 청각자극에 의해 발생한 각성의 수준이 낮아졌다고 볼 수 있으므로 후각자극으로 소음에 대한 마스킹 효과가 있는 것으로 사료된다. 스트레스경감에 대한 실험 결과, 산소농도 21%와 산소농도 40% 간 에 유의차(p<0.01)가 인정되었으며, 산소농도 21%일 때 심박동율이 증가하였다. 또한 자극 간(Control, Driving, Driving + Task)에 유의차(p<0.05)가 인정되었으며, 사후검증 결과 Driving + Task가 Control에 비해 유의차(p<0.01)를 보이며 증가하였다. 즉, 운전 수행 중 덧셈과제 수행 시 운전자의 교감신경계가 활성화 되었다. 특히 산소농도 40%의 고농도 산소를 제시 하였을 때 심박동율은 감소하였다. 따라서, 산소농도 21% 보다 산소농도 40%의 고농도 산소가 자동차 운전 중 덧셈과제 수행에 긍정적인 영향을 미쳤다고 사료된다. 그리고 운전수행능력 비교 결과 산소농도(21%, 40%)에 따른 유의차가 나타나지 않았다. 즉, 운전수행능력에는 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 청각자극에 대한 후각자극의 마스킹효과를 알아보고 고농도 산소가 동시과제로 인한 스트레스에 미치는 영향을 관찰하였다는 점에서 의미를 찾을 수 있다. 그러나 본 연구에서 실험의 진행이 한정된 조건에서 진행되어 아쉬운 점이 있다. 첫 번째는 실제 차량을 이용하여 실험을 수행하는 것은 운전자의 안전 유지에 어려움을 줄 수 있으나 자동차 그래픽 시뮬레이터를 이용한 운전 환경이 실제 차량으로 운행하는 것과는 다르므로 피험자는 어려움을 느끼고 Simulator sickness를 호소하였다. 두 번째는 피험자 대상이 20대 남성으로 한정 하였으므로, 여성 및 다른 나이대 이상으로 일반화 해석하기에는 한계가 있다. 향후 연구에서는 피험자의 다양한 연령대와 수를 증가시켜 객관적인 통계적 데이터를 얻을 필요가 있고, 화상 자동차 시뮬레이터의 운전 시나리오를 다양화 하여 마스킹 효과와 동시과제로 인한 주의분산에 관한 연구를 하고자 한다.
As a driver performs driving, a tension is caused with high concentration of consciousness for processing the information of various external stimuli, a driver gets distracted by feeling stress and fatigue, and the arousal level of the driver increases, which deters the safe driving. The factors tha...
As a driver performs driving, a tension is caused with high concentration of consciousness for processing the information of various external stimuli, a driver gets distracted by feeling stress and fatigue, and the arousal level of the driver increases, which deters the safe driving. The factors that distract a driver in a vehicle may be the external stimuli and the secondary tasks that a driver performs besides driving. Until now, though there have been the studies on the masking effect using sound stimuli, which have high pleasantness, to reduce the damage due to the external auditory stimuli, it is true that there are no sufficient studies on the masking effect of olfactory stimuli. And also, the studies to relieve fatigue and stress due to secondary tasks in a dynamic environment of driving are not enough. In this study, the effect of auditory stimuli on drivers and the masking effect of olfactory stimuli were investigated with autonomic nervous system responses, and also it was observed whether highly concentrated oxygen was effective to the stress due to secondary tasks in a dynamic environment. To find out the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli with a graphic driving simulator, bio signals(HRV, GSR) were observed, and how oxygen concentration(40%) affected the stress due to secondary tasks was observed through HR and driving performance ability. As a result of the experiment on the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli, GSR response increased showing a significant difference as a result of the comparison of pre-and post auditory stimuli experiment(1)(p<0.01), experiment(2)(p<0.05), experiment(3)(p<0.01), driving performance experiment(2)(p<0.01), experiment(3)(p<0.01), and olfactory stimuli experiment(3)(p<0.05) respectively. It means that when auditory stimuli were presented, sympathetic nervous system got activated and a driver was in an arousal state. However, Peppermint aroma didn’t affect the arousal state by auditory stimuli during driving. That is, the masking effect of olfactory stimuli on auditory stimuli wasn’t certified. The reasons of the failure of the masking effect are supposed as follows, that is, ①GSR is to measure skin resistance, and as the perspiration exuded by the tension due to driving performance affected the measurement of skin resistance, it was certified that GSR measurement was not appropriate to a dynamic environment ② adaptation to aroma stimuli ③ preference of aroma and ④ Simulator sickness. In the ratio of LF/HF of HRV, there was difference according to whether Peppermint aroma was presented or not in the situation where auditory stimuli was presented during driving performance. As a result of the comparison of auditory stimuli during driving performance before and after presenting Peppermint aroma, it decreased showing a significant difference(p<0.05). That is, the activation of sympathetic nervous system got reduced and parasympathetic nerve system got activated. It is considered that there was a masking effect of olfactory stimuli on the noise as arousal level happened by the auditory stimuli during driving got lower due to Peppermint aroma. As a result of the experiment on stress relief, there was a significant difference between oxygen concentration(21%) and oxygen concentration (40%)(p<0.01) and HR increased when oxygen concentration was 21%. Also, there was a significant difference between stimuli (Control, Driving, Driving + Task)(p<0.05), and as a result of post hoc test(LSD), Driving + Task increased showing a significant difference compared with Control(p<0.01). That is, when a driver performed addition tasks during driving, his or her sympathetic nervous system got activated. Especially, when highly concentrated oxygen(40%) was presented, Heart Rate(HR) decreased. Therefore, it is considered that highly concentrated oxygen(40%) affected the performance of the addition tasks during driving more positively than oxygen concentration(21%). And as a result of comparing driving performance, there was no significant difference according to oxygen concentration(21%, 40%). That is, it was found out that there was no difference in driving performance. It can be said that this study is meaningful in that through this study, the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli was examined, and whether highly concentrated oxygen affected the stress due to secondary tasks or not was observed. However, as the experiment was proceeded only in a limited condition in this study, there are things still desired. First, though conducting the experiment using a real vehicle may give trouble in keeping the safety of a driver, as the driving environment using a graphic driving simulator was different from that of driving a real vehicle, the subject felt a difficulty in graphic driving simulator and complained of Simulator sickness. As the experiment was conducted only for the men in twentieth, there are some limitations in generalizing to females and the men in over twentieth. In a further study, it is necessary to get the objective statistic data by including the people in various ages and increasing the number of the subjects, and by diversifying the driving scenario of graphic driving simulator, there will be a study of the masking effect and distraction due to secondary tasks.
As a driver performs driving, a tension is caused with high concentration of consciousness for processing the information of various external stimuli, a driver gets distracted by feeling stress and fatigue, and the arousal level of the driver increases, which deters the safe driving. The factors that distract a driver in a vehicle may be the external stimuli and the secondary tasks that a driver performs besides driving. Until now, though there have been the studies on the masking effect using sound stimuli, which have high pleasantness, to reduce the damage due to the external auditory stimuli, it is true that there are no sufficient studies on the masking effect of olfactory stimuli. And also, the studies to relieve fatigue and stress due to secondary tasks in a dynamic environment of driving are not enough. In this study, the effect of auditory stimuli on drivers and the masking effect of olfactory stimuli were investigated with autonomic nervous system responses, and also it was observed whether highly concentrated oxygen was effective to the stress due to secondary tasks in a dynamic environment. To find out the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli with a graphic driving simulator, bio signals(HRV, GSR) were observed, and how oxygen concentration(40%) affected the stress due to secondary tasks was observed through HR and driving performance ability. As a result of the experiment on the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli, GSR response increased showing a significant difference as a result of the comparison of pre-and post auditory stimuli experiment(1)(p<0.01), experiment(2)(p<0.05), experiment(3)(p<0.01), driving performance experiment(2)(p<0.01), experiment(3)(p<0.01), and olfactory stimuli experiment(3)(p<0.05) respectively. It means that when auditory stimuli were presented, sympathetic nervous system got activated and a driver was in an arousal state. However, Peppermint aroma didn’t affect the arousal state by auditory stimuli during driving. That is, the masking effect of olfactory stimuli on auditory stimuli wasn’t certified. The reasons of the failure of the masking effect are supposed as follows, that is, ①GSR is to measure skin resistance, and as the perspiration exuded by the tension due to driving performance affected the measurement of skin resistance, it was certified that GSR measurement was not appropriate to a dynamic environment ② adaptation to aroma stimuli ③ preference of aroma and ④ Simulator sickness. In the ratio of LF/HF of HRV, there was difference according to whether Peppermint aroma was presented or not in the situation where auditory stimuli was presented during driving performance. As a result of the comparison of auditory stimuli during driving performance before and after presenting Peppermint aroma, it decreased showing a significant difference(p<0.05). That is, the activation of sympathetic nervous system got reduced and parasympathetic nerve system got activated. It is considered that there was a masking effect of olfactory stimuli on the noise as arousal level happened by the auditory stimuli during driving got lower due to Peppermint aroma. As a result of the experiment on stress relief, there was a significant difference between oxygen concentration(21%) and oxygen concentration (40%)(p<0.01) and HR increased when oxygen concentration was 21%. Also, there was a significant difference between stimuli (Control, Driving, Driving + Task)(p<0.05), and as a result of post hoc test(LSD), Driving + Task increased showing a significant difference compared with Control(p<0.01). That is, when a driver performed addition tasks during driving, his or her sympathetic nervous system got activated. Especially, when highly concentrated oxygen(40%) was presented, Heart Rate(HR) decreased. Therefore, it is considered that highly concentrated oxygen(40%) affected the performance of the addition tasks during driving more positively than oxygen concentration(21%). And as a result of comparing driving performance, there was no significant difference according to oxygen concentration(21%, 40%). That is, it was found out that there was no difference in driving performance. It can be said that this study is meaningful in that through this study, the masking effect of olfactory stimuli on the auditory stimuli was examined, and whether highly concentrated oxygen affected the stress due to secondary tasks or not was observed. However, as the experiment was proceeded only in a limited condition in this study, there are things still desired. First, though conducting the experiment using a real vehicle may give trouble in keeping the safety of a driver, as the driving environment using a graphic driving simulator was different from that of driving a real vehicle, the subject felt a difficulty in graphic driving simulator and complained of Simulator sickness. As the experiment was conducted only for the men in twentieth, there are some limitations in generalizing to females and the men in over twentieth. In a further study, it is necessary to get the objective statistic data by including the people in various ages and increasing the number of the subjects, and by diversifying the driving scenario of graphic driving simulator, there will be a study of the masking effect and distraction due to secondary tasks.
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