[논문]뇌파 신호 분석 알고리즘을 이용한 양궁 슈팅 과정에 대한 집중력 및 긴장이완 수준 평가

이구형

뇌파 신호 분석 알고리즘을 이용한 양궁 슈팅 과정에 대한 집중력 및 긴장이완 수준 평가
Evaluation of Attention and Relaxation Levels of Archers in Shooting Process using Brain Wave Signal Analysis Algorithms 원문보기

감성과학 = Science of emotion & sensibility, v.12 no.3, 2009년, pp.341 - 350

이구형 (뉴로스카이)

초록
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양궁의 슈팅과정에 대하여 정신 집중력과 긴장 이완도를 뇌파를 이용하여 평가하였다. 정신 집중과 긴장 이완 수준의 평가는 집중과 명상 알고리즘을 이용하여 수행되었다. 우수, 중급, 그리고 초급 양궁선수들이 야외 양궁장에서 근거리와 장거리 타깃을 대상으로 슈팅 훈련을 할 때 앞이마(Fp1)에 전극을 부착한 헤드밴드 형태의 휴대용 뇌파 시스템으로 뇌파를 기록하였다. 개인별로 기록된 뇌파는 집중과 명상 알고리즘을 이용하여 실시간으로 정신집중과 긴장이완 수준이 계산되었으며, 슈팅 과정에서 정신집중과 긴장이완 수준의 변화 형태가 분석되었다. 개인별로 각각의 슈팅에 대한 정신집중 및 긴장이완 수준 변화는 네 유형으로 분류되었으며, 이 변화 유형은 양궁 선수들의 경기력을 평가하는 신뢰성 있는 지표로 나타났다. 우수 선수의 경우 정신 집중과 긴장이완 수준이 슈팅과정의 진행에 따라 동시에 증가하는 형태로 나타났으며, 중급 선수의 경우 정신 집중도는 증가하는 반면 긴장 이완 수준은 감소하는 결과를 보여 주었다. 실시간으로 제공되는 정신 집중과 긴장 이완 수준의 변화는 양궁 선수들의 경기력 평가뿐만 아니라 훈련 시에 유익한 피드백이 되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Archer's capability of attention and relaxation control during shooting process was evaluated using EEG technology. Attention and meditation algorithms were used to represent the levels of mental concentration and relaxation levels. Elite, mid-level, and novice archers were tested for short and long distance shootings in the archery field. Single channel EEG was recorded on the forehead (Fp1) during the shooting process, and attention and meditation levels were computed by real time. Four types of variations were defined based on the increasing and decreasing patterns of attention and meditation levels during shooting process. Elite archers showed increases in both attention and relaxation while mid-level archers showed increased attention but decreased relaxation. Elite archers also showed higher levels of attention at the release than mid-level and novice archers. Levels of attention and relaxation and their variation patterns were useful to categorize archers and to provide feedback in training.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

This study is to investigate an archer5 s capability of mental control during the shooting process using a wearable electroencephalograph(EEG) system with attention and meditation algorithms at the archery field. In addition, it is to provide biofeedback to the archers for helping them to control their attention and relaxation during the shooting.

가설 설정

Simultaneously, the archers should concentrate only on the shooting process and should not lose concentration by external noise or internal thought distractions like anxiety. In this study, meditation is defined as 'think nothing' except shooting. If an archer concentrates on the 아looting process with visu시 and mental attention, and does not think about external noise, anxiety for score or other thing, his/her meditation level is expected to be high.

제안 방법

Experiments were designed and conducted to investigate variations of the archers' attention and relaxation levels during the shooting process, which requires visual and mental attention and relaxation.
In linear regression analysis, intercept, averaged deviation and correlation coefficient as well as slope were computed using a MATLAB program. However, since this study was interested in the slope, the variation patterns, analysis was focused on the slope. Numbers of positive and negative slopes were counted for each archer.
with raw EEG graphs. Patterns and trends of the variations were analyzed. Some data was lost or contaminated with noise caused by electrode contact problems during the tests.
Young and novice archers shot more arrows for short distance. There was a large difference in performance levels among the archers, but the purpose of the experiment was to investigate their capability of mental control during the shooting process not to evaluate their scores. If the experiment was performed only for a long distance (70 meters) for all archers, the difference of attention and meditation level variations between the elite and mid-level archers would be much more apparent.

대상 데이터

Two adult 효&hers also participated in the test. A. total 14 archers (9 male and 5 female) were tested. (One archer5 s data were not used for the statistical significance test due to small sample size.
Subjects were Resident Archers at the US Olympic Training Center, Chula Vista, CA, and junior archers who were attending archery camp. Two adult 효&hers also participated in the test.

데이터처리

Although duration of shooting process varied in shots and in archers, time (in half second since attention and meditation level data were collected every half seconds) was used as independent variable of the linear regression. In linear regression analysis, intercept, averaged deviation and correlation coefficient as well as slope were computed using a MATLAB program. However, since this study was interested in the slope, the variation patterns, analysis was focused on the slope.

성능/효과

The meditation algorithm shows sensitivity to eye open and close, and mental relaxation. With these algorithms, hypotheses were made; 1) when an archer focuses on the target with mental concentration, attention level will be high; 2) when an archer maintains a comfortable and calm feeling, meditation level will be high; 3) if an archer performs the shooting process with comfortable concentation, both attention and meditation levels will be high. In normal situation, with voluntary effort, when the attention level increases, the meditation lev이 decreases.

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