[논문]운전 중 돌발 상황과 관련된 인지 처리 및 감정 반응의 피부전도수준 해석

이수정; 양재웅; 김지혜; 최미현; 문경률; 김한수; 최진승; 지두환; 민병찬; 탁계래; 정순철

doi:10.5143/jesk.2010.29.6.869

운전 중 돌발 상황과 관련된 인지 처리 및 감정 반응의 피부전도수준 해석
Analysis of Skin Conductance Level for Cognitional and Emotional Responses associated with Unexpected Situation during Driving 원문보기

Journal of the Ergonomics Society of Korea = 大韓人間工學會誌, v.29 no.6, 2010년, pp.869 - 874

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to analyze the skin conductance level (SCL) induced by unexpected situation which reflected the emotional and cognitional responses during driving. The participants included 57 college graduates; 28 males aged $24.5{\pm}1.3$ with $2.3{\pm}1.5$ years of driving experiences and 29 females aged $23.6{\pm}2.6$ with $2.2{\pm}1.7$ years of driving experience. Reaction time of brake, averaged SCL, maximum SCL, and rising time to maximum amplitude were measured. They were analysed according to condition (crash, non-crash) and gender (male, female). The reaction time of brake was more faster and averaged SCL was greater during non-crash condition than during crash condition. There were no significant differences between male and female drivers in the reaction time of brake and averaged SCL whether or not it crash. There were no significant differences between crash and non-crash conditions in the maximum SCL and rising time to maximum amplitude, but there were significant differences between male and female in them. These results support the hypothesis that averaged SCL is more related to cognitional response and maximum SCL and rising time to maximum amplitude are more related to emotional responses.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 최대 피부 전도수준과 이와 관련된 rise time은 남녀 차는 나타났으나, 추돌 여부와는 관련이 없었기 때문에 운전 상황과 관련된 감정 반응과 관련이 높은 변수라고 판단된다. 본 연구는 인지 및 감정이 동시에 반영된 피부전도수준의 분석을 통해 각각에 민감한 생리 파라미터를 추출할 수 있다는 가능성을 제시한 것으로 감성 및 인지 연구에 의미 있는 결과라고 판단된다. 향후 운전과 관련된 다양한 인지 및 감정 반응을 보다 더 민감하게 변별할 수 있는 생체 신호에 관한 구체적인 연구가 필요할 것이다.
본 연구에서는 운전 시 인지 반응과 감정 반응이 모두 반영될 수 있는 돌발 상황을 유발하고 자율신경계의 반응을 대표하는 피부전기신호를 구체적으로 분석하고자 하였다. 특히 인지 및 감정과 관련된 각성 수준을 동시에 민감하게 반영하는 피부전기반응의 분석을 통해 피부전도수준의 파라미터 중 인지 반응과 감정 반응 각각에 민감한 파라미터가 있는지, 그리고 남녀 차가 존재하는지를 살펴보고자 하였다.
본 연구에서는 인지 반응과 감정 반응이 모두 반영될 수 있는 돌발 상황을 유발하고, 자율신경계의 반응을 대표하는 피부전기신호를 분석하여 인지 반응과 감정 반응을 민감하게 반영할 수 있는 피부전기신호의 파라미터를 규명하고자 하였다.
본 연구에서는 운전 시 인지 반응과 감정 반응이 모두 반영될 수 있는 돌발 상황을 유발하고 자율신경계의 반응을 대표하는 피부전기신호를 구체적으로 분석하고자 하였다. 특히 인지 및 감정과 관련된 각성 수준을 동시에 민감하게 반영하는 피부전기반응의 분석을 통해 피부전도수준의 파라미터 중 인지 반응과 감정 반응 각각에 민감한 파라미터가 있는지, 그리고 남녀 차가 존재하는지를 살펴보고자 하였다.

제안 방법

Biopac System의 MP100과 Acqknowledge 3.8.1 (Biopac System, Inc. USA)을 이용하여 500Hz의 sampling rate로 피부전도수준(skin conductance level: SCL)을 측정하였다. 자율신경계의 반응을 대표하는 생리 신호인 피부전도수준은 왼손 검지와 중지에 전극을 부착한 후 측정되었다(김철중 등, 1999; 민병찬 등, 1999; 정순철 등, 1999;민병찬 등, 2000; 도철웅과 김원근, 2005).
Johansson과 Rumar(1971)는 unalerted 조건에서 경적 소리에 대한 운전자의 반응시간을 측정하였다. 도로를 주행하는 도중 경적소리가 나면 신속하게 브레이크를 조작하도록 실험을 수행하였다. 그 결과 브레이크 반응시간은 0.
돌발 상황 시작점 이후 피부전도수준의 최대점까지의 평균 및 최대 크기를 각각 평균 피부전도수준(Average amplitude)과 최대 피부전도수준(Maximum amplitude)으로 정의하였고, 최대점까지 도달하는 시간을 rise time이라 정의하였다(그림 2). 또한 추돌 사고 발생 여부를 기록하였다.
자율신경계의 반응을 대표하는 생리 신호인 피부전도수준은 왼손 검지와 중지에 전극을 부착한 후 측정되었다(김철중 등, 1999; 민병찬 등, 1999; 정순철 등, 1999;민병찬 등, 2000; 도철웅과 김원근, 2005). 모든 피험자의 처음 운전 구간 1분(Driving 1min.)의 SCL의 평균값을 기준으로 2분간의 주행 구간(Driving 1min., Unexpected situation 1min.)의 SCL data를 정규화하였다.
피험자들을 시뮬레이터 운전석에 앉힌 뒤, 피부전도수준의 생리 신호 측정을 위해 전극을 부착하였다. 본 실험에 들어가기에 앞서 10분간 안정을 취한 뒤, 3분간의 안정 구간(Rest 3min.)과 2분간의 주행 구간(Driving 1min., Unexpected situation 1min.)동안 생리 신호를 측정하였다(그림 2).
피험자는 시뮬레이터 화면에 표시되는 선행 차량과의 거리를 확인하면서 25m의 일정한 차간 거리를 유지하게 하였고, 왕복 4차선 도로를 55~65km의 속도로 주행하게 하였다. 앞선 선행 차량이 대형차량으로서 전방의 신호등 정보를 전혀 인식할 수 없도록 하였다.
피험자들을 시뮬레이터 운전석에 앉힌 뒤, 피부전도수준의 생리 신호 측정을 위해 전극을 부착하였다. 본 실험에 들어가기에 앞서 10분간 안정을 취한 뒤, 3분간의 안정 구간(Rest 3min.

대상 데이터

본 실험에 이용된 자동차 시뮬레이터(GDS-300S, Gridspace Co.)는 실험실에 설치되어 있는 모의용 기기로 3대의 32인치 LCD 모니터를 통해 운전 시 필요한 정면과 좌/우 환경 정보들을 제공하도록 구성되었다(그림 1). 차량 모델은 현대 자동차의 '클릭' 모델로서 운전 장치(핸들, 가속 페달, 브레이크 페달, 파킹브레이크, 방향지시등 레버, 비상등, 와이퍼 레버, 전조등 레버, 기어 레버, 안전벨트 등)와 표시 장치(방향지시등, 속도계, RPM 미터, 온도게이지, 연료량 게이지, 각종 경고 등)는 실제 차량과 동일하였다.
운전 경력이 2.3±1.5년(평균±표준편차)인 신체 건강한 28명의 남자 대학생(24.5±1.3세(평균±표준편차))과 운전 경력이 2.2±1.7년(평균±표준편차)인 29명의 여자 대학생(23.6±2.6세(평균±표준편차))을 피험자로 선정하였다.
차량 모델은 현대 자동차의 '클릭' 모델로서 운전 장치(핸들, 가속 페달, 브레이크 페달, 파킹브레이크, 방향지시등 레버, 비상등, 와이퍼 레버, 전조등 레버, 기어 레버, 안전벨트 등)와 표시 장치(방향지시등, 속도계, RPM 미터, 온도게이지, 연료량 게이지, 각종 경고 등)는 실제 차량과 동일하였다.

데이터처리

추돌 여부에 따라 그리고 성별에 따라 브레이크 반응시간, 평균 피부전도수준, 최대 피부전도수준, rise time이 통계적으로 어떠한 차이가 있는지를 알아보기 위하여 이원변량분석(two-way ANOVA)를 이용하였다. 통계 분석 시 유의 수준은 p<0.

이론/모형

차량 모델은 현대 자동차의 '클릭' 모델로서 운전 장치(핸들, 가속 페달, 브레이크 페달, 파킹브레이크, 방향지시등 레버, 비상등, 와이퍼 레버, 전조등 레버, 기어 레버, 안전벨트 등)와 표시 장치(방향지시등, 속도계, RPM 미터, 온도게이지, 연료량 게이지, 각종 경고 등)는 실제 차량과 동일하였다. 핸들 장치는 motor driven power steering(MDPS)의 모터 제어 방식을 사용하였다.

성능/효과

(a)와 같이 돌발 상황 시 브레이크 반응시간은 남녀 모두 추돌 사고가 발생하였을 때보다 추돌사고가 발생하지 않았을 때 더 빨랐다(p<0.001).
(b)와 같이 평균 피부전도수준은 추돌 사고가 발생하였을 때 보다 추돌 사고가 발생하지 않았을 때 남녀 모두 더 크게 나타났다(p<0.01).
(d)와 같이 최대 피부전도수준 및 rise time은 이원변량분석 결과 추돌 사고 여부에 따른 차이는 없었지만, 모두 성별에 따라(최대 피부전도수준 p<0.01, rise time p<0.05) 통계적으로 유의한 차이가 나타났다.
본 연구 결과 남녀 모두 추돌 사고 여부에 따라 브레이크 반응시간 및 평균 피부전도수준에서 차이가 나타났다. 즉 돌발 상황 시 브레이크의 반응이 빠른 사람이 그리고 평균적인 피부전도수준이 높은 사람이 추돌 사고를 발생시키지 않았다.
놀람, 긴장과 같은 자극이 주어졌을 때 남자에 비해 여자의 교감신경계 활성화가 더 크고 지속적이라는 것은 일반적인 사실이다(민병찬 등, 2010; 강현구와 고명연, 1995). 본 연구 결과 선행 연구 결과와 동일하게 최대 피부전도수준과 이와 관련된 rise time은 남자에 비해 여자가 더 크고 길었다. 그러나 최대 피부전도수준과 rise time은 추돌 여부에 따라 차이가 없었다.
본 연구 결과 추돌 사고 여부에 따라 브레이크 반응시간과 평균 피부전도수준에서 분명한 차이가 있었기 때문에 평균 피부전도수준이 운전 상황과 관련된 인지 반응 또는 집중도와 관련이 높은 변수라고 판단된다. 그러나 최대 피부 전도수준과 이와 관련된 rise time은 남녀 차는 나타났으나, 추돌 여부와는 관련이 없었기 때문에 운전 상황과 관련된 감정 반응과 관련이 높은 변수라고 판단된다.
신용균(1995) 등은 운전 중 위험 상황에 따른 운전자의 심리, 생리적인 변화를 측정하였다. 이를 통해 운전자는 위험 상황에 처하게 되면 감정 변화를 통해 정신적인 부담이 증가한다는 사실을 증명하였다. 이와 같이 운전 상황에 따라 운전 수행은 인지 처리뿐만 아니라 지루함, 짜증남, 놀람, 긴장 등과 같은 감정과 관련이 있기 때문에, 이 두 가지의 효과가 중첩되어 운전자의 생리 반응은 변하게 된다.
Ikehara와 Crosby(2005)는 인지 과제 수준에 따른 피부전도수준의 차이를 관찰하였다. 피부전도수준은 쉬운 과제에서는 낮았으며, 과제가 어려워지면 상승하는 것으로 나타났다. 즉, 인지 처리 또는 인지 부하가 증가하면 피부전도 수준이 커진다고 보고하였다.

후속연구

그러나 브레이크 반응 시간과 평균 피부전도수준에서 남녀 차는 나타나지 않았다. 다양한 돌발 상황에서 남녀의 브레이크 반응시간이 차이가 있었다는 선행보고가 있었으나(Theodore et al., 1955; Johansson and Rumar, 1971; Shinar, 1978), 본 연구 결과와 비교하여 이러한 차이가 성별에 의한 차이였는지를 규명하기 위해서는 향후 운전 상황, 피험자 선정 등의 엄격한 실험 통제를 통한 추가 연구가 수행되어져야 할 것이다.
본 연구는 인지 및 감정이 동시에 반영된 피부전도수준의 분석을 통해 각각에 민감한 생리 파라미터를 추출할 수 있다는 가능성을 제시한 것으로 감성 및 인지 연구에 의미 있는 결과라고 판단된다. 향후 운전과 관련된 다양한 인지 및 감정 반응을 보다 더 민감하게 변별할 수 있는 생체 신호에 관한 구체적인 연구가 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	피부전기반응 또는 피부전도수준은 무엇이며 어떤 특징을 가지는가?	피부전기반응 또는 피부전도수준은 각성 수준에 따라 피부에서 발생하는 전기적 반응으로서, 각성 수준의 증감에 따라서 그 크기의 변화가 나타나게 된다. 피부전도수준은 비교적 안정적인 생리 지표이기 때문에 오랫동안 인간의 심리상태를 나타내는 객관적인 데이터로 활용되어 왔다 (Baumgartner et al.
	본 연구에서 인지 반응과 감정 반응이 모두 반영될 수 있는 돌발 상황을 유발하고, 자율신경계의 반응을 대표하는 피부 전기신호를 분석하여 인지 반응과 감정 반응을 민감하게 반영할 수 있는 피부 전기신호의 파라미터를 규명한 결과는?	Johansson과 Rumar(1971)는 unalerted 조건에서 경적 소리에 대한 운전자의 반응시간을 측정하였다. 도로를 주행하는 도중 경적소리가 나면 신속하게 브레이크를 조작하도록 실험을 수행하였다. 그 결과 브레이크 반응시간은 0.7~2.0초까지 나타남을 보고하였다. 본 연구에서도 선행 연구와 마찬가지로 추돌 사고 여부와 상관없이 브레이크 반응시간은 2초 이내로 나타났다. 본 연구 결과 남녀 모두 추돌 사고 여부에 따라 브레이크 반응시간 및 평균 피부전도수준에서 차이가 나타났다. 즉 돌발 상황 시 브레이크의 반응이 빠른 사람이 그리고 평균적인 피부전도수준이 높은 사람이 추돌 사고를 발생시키지 않았다. 이러한 결과로부터 돌발 상황 중 평균적인 각성도 또는 주의 집중이 높은 사람이 인지 반응, 즉 브레이크 반응을 빨리 할 수 있었고 이 때문에 추돌 사고를 발생시키지 않았을 것으로 예상할 수 있다. 그러나 브레이크 반응 시간과 평균 피부전도수준에서 남녀 차는 나타나지 않았다. 다양한 돌발 상황에서 남녀의 브레이크 반응시간이 차이가 있었다는 선행보고가 있었으나(Theodore et al., 1955; Johansson and Rumar, 1971; Shinar, 1978), 본 연구 결과와 비교하여 이러한 차이가 성별에 의한 차이였는지를 규명하기 위해서는 향후 운전 상황, 피험자 선정 등의 엄격한 실험 통제를 통한 추가 연구가 수행되어져야 할 것이다. 놀람, 긴장과 같은 자극이 주어졌을 때 남자에 비해 여자의 교감신경계 활성화가 더 크고 지속적이라는 것은 일반적인 사실이다(민병찬 등, 2010; 강현구와 고명연, 1995). 본 연구 결과 선행 연구 결과와 동일하게 최대 피부전도수준과 이와 관련된 rise time은 남자에 비해 여자가 더 크고 길었다. 그러나 최대 피부전도수준과 rise time은 추돌 여부에 따라 차이가 없었다. 그림 3(d)와 같이 최대 피부전도수준에 도달하는 rise time은 3초 이상으로, 브레이크 동작이 완료되는 2초 이후에도 지속적으로 또는 지연되어 나타나는 반응이다. 즉 최대 피부전도수준과 rise time은 돌발 상황 시의 운전자의 집중도 또는 각성도를 반영할 수도 있지만, 돌발 상황으로 유발된 운전자의 놀람, 긴장과 같은 감정 상황을 보다 더 민감하게 반영했을 수도 있기 때문에 추돌 여부에 따른 차이를 발견할 수 없었던 것으로 예상된다. 본 연구 결과 추돌 사고 여부에 따라 브레이크 반응시간과 평균 피부전도수준에서 분명한 차이가 있었기 때문에 평균 피부전도수준이 운전 상황과 관련된 인지 반응 또는 집중도와 관련이 높은 변수라고 판단된다. 그러나 최대 피부 전도수준과 이와 관련된 rise time은 남녀 차는 나타났으나, 추돌 여부와는 관련이 없었기 때문에 운전 상황과 관련된 감정 반응과 관련이 높은 변수라고 판단된다. 본 연구는 인지 및 감정이 동시에 반영된 피부전도수준의 분석을 통해 각각에 민감한 생리 파라미터를 추출할 수 있다는 가능성을 제시한 것으로 감성 및 인지 연구에 의미 있는 결과라고 판단된다. 향후 운전과 관련된 다양한 인지 및 감정 반응을 보다 더 민감하게 변별할 수 있는 생체 신호에 관한 구체적인 연구가 필요할 것이다.
	피부전도수준가 오랫동안 인간의 심리상태를 나타내는 객관적인 데이터로 활용된 이유는?	피부전기반응 또는 피부전도수준은 각성 수준에 따라 피부에서 발생하는 전기적 반응으로서, 각성 수준의 증감에 따라서 그 크기의 변화가 나타나게 된다. 피부전도수준은 비교적 안정적인 생리 지표이기 때문에 오랫동안 인간의 심리상태를 나타내는 객관적인 데이터로 활용되어 왔다 (Baumgartner et al., 2006).

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Vianna, E. P. M. and Tranel, D., Gastric myoelectrical activity as an index

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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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