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문제 정의
- 본 연구에서는 시청각 자극으로 유발 가능한 ‘깜짝 놀람’에 가까운 정서에 한하여 연구하고자 하였다.
- 본 연구의 주요 목적은 ‘놀람’ 정서가 유발되었을 때의 자율신경계 반응특성을 확인하는 것이다.
제안 방법
- ‘놀람’ 정서와 ‘중립’ 정서를 유발하기 위한 자극을 개발하여 실험에 사용하였다.
- ‘중립’ 자극에서는 ‘＋’ 모양의 자극을 1분간 제시하여 실험참여자를 심리생리적으로 안정상태가 되도록 유도하였으며, 이후 12장의 의자 사진을 1분 동안 제시하여 정서적 중립 상태가 되도록 조작하였다.
- ‘중립’ 자극을 제시한 후에 어떤 정서를 느꼈는지 개방형 질문지를 통하여 질문하였다.
- FPTT는 맥파가 대동맥판으로부터 손가락까지 전달되는 시간을 의미하는데, 본 연구에서는 ECG의 R 파와 PPG 신호의 최대 일차 미분점(maximum first derivative point)간의 시간간격으로 계산하였다(Kim, Chee, Park, Choi, & Park, 2006).
- 심전도와 말초혈류량을 이용하여 중립 조건과 놀람 조건의 세 구간 각각에서 심박률(heart rate: HR), 심박률 변산(standard deviation of R-R interval: SD-RR, root mean square of successive R-R interval difference: RMSSD-RR, respiratory sinus arrhythmia: RSA), 손가락 혈류량 파형의 진폭(finger blood volume pulse amplitude: FBVPA), 손가락 맥파전달시간(finger pulse transit time: FPTT)을 산출하였다(그림 2). HR은 심전도에서 R-파를 찾은 후 R-R 간격을 이용하여 분당 심장 박동수를 계산하였다. 심박률 변산중 SD-RRI는 R-R 간격들의 표준편차(standard deviation)를 계산한 것이며, RMSSDRRI는 인접한 RR 간격 간의 차이값에 대한 제곱평균제곱근(root mean square)을 계산한 것이다.
- 놀람자극 제시 5초 후부터 심혈관 반응을 관찰한 것은 놀람자극이 제시된 직후에는 자율신경계 활동패턴이 변화하는 중이기 때문이었다. 놀람 자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치들을 놀람조건에서 응시점만 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치 및 놀람조건에서 주의자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치와 비교하여 놀람자극 제시 전 후의 변화를 파악하였다. 또한 놀람 자극이 제시되었을 때의 심혈과 반응과 중립 자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응을 비교하기 위하여, 놀람자극의 심혈관 반응을 추출한 시점인 85~105초에 해당하는 중립자극의 심혈관 반응을 추출하였다.
- 놀람 조건에서 놀람 자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응을 파악하기 위하여, 놀람자극이 제시된 지 5초 후부터 20초 동안 심혈관 반응 특성치들을 산출하였다. 놀람자극 제시 5초 후부터 심혈관 반응을 관찰한 것은 놀람자극이 제시된 직후에는 자율신경계 활동패턴이 변화하는 중이기 때문이었다.
- 놀람 조건에서 응시점이 제시된 지 40초부터 20초 동안 심혈관 반응 특성치들을 산출하였으며, 이 구간을 ‘첫 번째 구간’으로 명명하였다.
- 놀람 조건에서 주의자극이 제시된 직후부터 20초 동안을 ‘두 번째 구간’으로 명명하였으며, 놀람자극이 제시된 지 5초가 지난 후부터 20초 동안을 ‘세 번째 구간’으로 명명하였으며, 중립 조건도 동일한 시간대에 세 구간을 설정하였다.
- 놀람 자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치들을 놀람조건에서 응시점만 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치 및 놀람조건에서 주의자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응 특성치와 비교하여 놀람자극 제시 전 후의 변화를 파악하였다. 또한 놀람 자극이 제시되었을 때의 심혈과 반응과 중립 자극이 제시되었을 때의 심혈관 반응을 비교하기 위하여, 놀람자극의 심혈관 반응을 추출한 시점인 85~105초에 해당하는 중립자극의 심혈관 반응을 추출하였다.
- 심전도는 오른쪽 손목과 왼쪽 발목, 오른쪽 발목에 일회용 전극(meditrace 100, Kendall_LTP, USA)을 부착하였으며, ECG100C(Biopac, USA)를 이용하여 신호를 증폭하였다. 말초혈류량은 오른손 엄지손가락에 광혈류량 측정 센서(TSD200, Biopac, USA)를 부착한 후 PPG100C(Biopac, USA)를 이용하여 신호를 증폭하였다. 증폭된 신호는 MP150(Biopac, USA) A/D 변환기와 AcqKnowledge v4.
- 먼저 컴퓨터 화면에 ‘＋’ 모양의 자극을 1분간 제시하여 실험참여자를 심리생리적으로 안정상태가 되도록 유도하였으며, 두 번째 단계에서 움직이는 영상을 20초 동안 제시하여 실험참여자의 주의를 화면에 집중하도록 유도하였으며, 마지막 단계에서 시각 자극(놀란 얼굴사진, 번개, 깨진 유리창)과 청각 자극(비명소리, 천둥소리, 유리창 깨지는 소리, 최대 음의 크기: 77~83 dB(A))을 동시에 30초 동안 제시하여 ‘놀람’ 정서를 유발하였다(그림1).
- 정서 특정적 자율신경계 활동을 확인하기 위한 연구들이 다수 수행되어 왔지만, Ekman(1992)의 기본 정서 중 하나인 놀람에 관한 연구는 극히 소수에 불과하며, 연구방법과 측정치도 제한되어 있다. 본 연구에서는 선행연구를 보완하여 시청각 자극으로 놀람 정서를 유발시키고, 심박률과 심박률 변화량, 말초혈류량, 맥파전달시간을 관찰하였다.
- 심전도는 오른쪽 손목과 왼쪽 발목, 오른쪽 발목에 일회용 전극(meditrace 100, Kendall_LTP, USA)을 부착하였으며, ECG100C(Biopac, USA)를 이용하여 신호를 증폭하였다. 말초혈류량은 오른손 엄지손가락에 광혈류량 측정 센서(TSD200, Biopac, USA)를 부착한 후 PPG100C(Biopac, USA)를 이용하여 신호를 증폭하였다.
- 심전도와 말초혈류량을 이용하여 중립 조건과 놀람 조건의 세 구간 각각에서 심박률(heart rate: HR), 심박률 변산(standard deviation of R-R interval: SD-RR, root mean square of successive R-R interval difference: RMSSD-RR, respiratory sinus arrhythmia: RSA), 손가락 혈류량 파형의 진폭(finger blood volume pulse amplitude: FBVPA), 손가락 맥파전달시간(finger pulse transit time: FPTT)을 산출하였다(그림 2). HR은 심전도에서 R-파를 찾은 후 R-R 간격을 이용하여 분당 심장 박동수를 계산하였다.
- 실험참여자는 실험참가에 대한 동의서를 작성한 후 생리반응 측정실 중앙에 놓인 의자로 안내되어 앉았다. 심전도와 말초혈류량을 측정하기 위한 센서를 부착한 후 실험을 시작하였다. 영상자극은 피험자로부터 1m 앞에 놓인 LCD 모니터로 제시하였으며, 청각자극은 피험자로부터 2m 앞의 좌우에 놓인 스피커(BR 1800, Britz, USA)로 제시하였다.
- 심전도와 말초혈류량을 측정하기 위한 센서를 부착한 후 실험을 시작하였다. 영상자극은 피험자로부터 1m 앞에 놓인 LCD 모니터로 제시하였으며, 청각자극은 피험자로부터 2m 앞의 좌우에 놓인 스피커(BR 1800, Britz, USA)로 제시하였다. ‘놀람’ 조건과 ‘중립’ 조건의 제시 순서는 실험참여자별로 역균형화 시켰다.
- 이를 위하여, 시청각 자극을 활용하여 실험참여자가 ‘놀람’ 정서를 느끼도록 유도하고, 심전도와 말초혈류량을 측정하여 심박률과 심박률 변화량, 말초혈류량, 맥파전달시간 등의 자율신경계 반응 특성을 관찰하고자 한다.
- 적합성은 ‘놀람’ 자극이 실제로 ‘놀람’ 정서를 유발시켰는지의 여부로 판단하였는데, 참여자들에게 일차적으로 유발된 정서가 무엇인지 또 이차적으로 유발된 정서가 있다면 그것이 무엇이었는지를 질문하였다.
- 정서적 ‘중립’ 상태와 ‘놀람’ 정서를 잘 구분해주는 심혈관 반응 특성치를 찾고, 나아가 여섯 가지 심혈관 반응 측정치들이 정서 ‘중립’에 비하여 ‘놀람’ 정서를 얼마나 정확하게 판별할 수 있는지 확인하기 위하여 선형판별분석을 실시하였다.
- ‘놀람’ 자극에 대해 실험참여자가 지각한 주관적 자극강도에 따라 심혈관 반응에 차이가 있는지 검증하였다. 주관적 자극강도의 평균(6.25점)을 기준으로 실험참여자들을 두 집단으로 구분한 후, 첫 번째 구간(안정 구간)의 심혈관 반응을 공변인으로 하고 세 번째 구간(놀람 구간)의 심혈관 반응을 종속변인으로 한공변량분석을 실시하였다. 자율신경계 반응은 개인간의 차이가 크다는 특징을 가지는데, 이러한 개인차를 통계적으로 통제하기 위하여 공변량분석을 실시하였다.
- 말초혈류량은 오른손 엄지손가락에 광혈류량 측정 센서(TSD200, Biopac, USA)를 부착한 후 PPG100C(Biopac, USA)를 이용하여 신호를 증폭하였다. 증폭된 신호는 MP150(Biopac, USA) A/D 변환기와 AcqKnowledge v4.1(Biopac, USA) 프로그램을 이용하여 컴퓨터에 저장하였다.
- ‘놀람’ 조건과 ‘중립’ 조건의 제시 순서는 실험참여자별로 역균형화 시켰다. 한 조건을 제시한 후, 어떤 정서를 느꼈는지와 얼마나 강한 정서를 느꼈는지(7점 척도)를 질문하였다. 조건과 조건 간에는 3분 이상의 시간을 두어 첫 자극의 이월효과를 최소화하였다.
- 적합성은 ‘놀람’ 자극이 실제로 ‘놀람’ 정서를 유발시켰는지의 여부로 판단하였는데, 참여자들에게 일차적으로 유발된 정서가 무엇인지 또 이차적으로 유발된 정서가 있다면 그것이 무엇이었는지를 질문하였다. 효과성은 유발된 정서에 대한 주관적 강도를 의미하며, 참여자들에게 유발된 정서의 강도를 7점 척도로 평가하도록 하였다. ‘놀람’ 자극에 대한 적합성 평가 결과, 78.
대상 데이터
- 대학생 76명이 실험에 자원하여 참여하였다. 남자38명, 여자 38명이었으며, 평균 연령은 22.
- 본 실험에 앞서 남녀 대학생 214명을 대상으로 ‘놀람’ 자극과 ‘중립’ 자극에 대한 적합성과 효과성을 검증하였다.
- 실험은 가로 6m, 세로 7.2m의 실험실 안에 마련된 가로 3.3m, 세로 5.4m의 생리반응 측정실에서 한명씩 실시하였다. 실험참여자는 실험참가에 대한 동의서를 작성한 후 생리반응 측정실 중앙에 놓인 의자로 안내되어 앉았다.
데이터처리
- 심박률, 심박률 변화량, 말초혈류량, 맥파전달시간 등이 자극종류와 구간에 따라 다른지 검증하기 위하여 이원 반복측정 변량분석을 실시하였으며, 상호작용효과가 유의한 경우에는 자극종류별로 단순주효과분석을 실시하였고 Bonferroni 교정을 사용한 쌍비교검증을 수행하였다. 자극종류와 구간별 심혈관 특성치의 평균과 표준편차가 표 2에 제시되어 있다.
- 25점)을 기준으로 실험참여자들을 두 집단으로 구분한 후, 첫 번째 구간(안정 구간)의 심혈관 반응을 공변인으로 하고 세 번째 구간(놀람 구간)의 심혈관 반응을 종속변인으로 한공변량분석을 실시하였다. 자율신경계 반응은 개인간의 차이가 크다는 특징을 가지는데, 이러한 개인차를 통계적으로 통제하기 위하여 공변량분석을 실시하였다.
- 정서적 ‘중립’ 상태와 ‘놀람’ 정서를 잘 구분해주는 심혈관 반응 특성치를 찾고, 나아가 여섯 가지 심혈관 반응 측정치들이 정서 ‘중립’에 비하여 ‘놀람’ 정서를 얼마나 정확하게 판별할 수 있는지 확인하기 위하여 선형판별분석을 실시하였다. 판별분석은 세 번째 구간의 특성치에서 첫 번째 구간의 특성치를 뺀 차이값을 이용하였다. 먼저, 여섯 가지 심혈관 반응 특성치 각각을 이용하여 판별분석을 수행한 결과, FPTT를 이용한 정확예측율이 78.
이론/모형
- Ekman 등(1983)과 Levenson 등(1990)이 얼굴 표정을 통하여 연구한 ‘놀람’은 ‘놀라움’에 가까운 반면, 본 연구에서는 ‘깜짝 놀람’에 해당하는 ‘놀람’ 정서를 사용하였다.
성능/효과
- ‘놀람’ 자극에 대한 적합성 평가 결과, 78.5%의 참여자들이 ‘놀람’ 자극에 대하여 일차적으로 ‘놀람’ 정서를 경험하였다고 응답하였으며, 나머지 21.5%의 참여자들 중 45.7%는 이차적으로 ‘놀람’ 정서를 경험하였다고 응답하였다.
- ‘놀람’ 자극에 대해서도 구간별 FBVPA가 다른 것으로 나타났는데(F(2,150)=61.642, η2=.451, p<.001), 첫 번째 구간의 FBVPA가 두 번째, 세 번째 구간의 FBVPA보다 높았으며, 두 번째 구간의 FBVPA가 세 번째 구간의 FBVPA 보다 높았다.
- ‘분노’는 교감신경계 활성화와 부교감신경계 억제의 양상을 보이는데, 심박률과 혈압이 상승하며 심박률 변산은 감소하는 것으로 결론지었다.
- ‘오염’과 관련된 ‘혐오’는 심박률의 증가와 심박률 변산의 증가와 관련이 있고, ‘절단’과 관련된 ‘혐오’는 심박률의 감소와 관련이 있으며, 두 경우 모두에 혈압은 증가하는 것으로 나타났다.
- FPTT에 대한 공변량분석결과 집단간 차이가 유의하였는데 (F(1,69)=7.683, η2=.100, p<.01), 주관적 자극강도가 평균 이상인 집단의 FPTT(M=250.48)가 평균 이하인 집단의 FPTT(M=261.44)보다 빨랐다.
- SD-RRI에 대한 분석결과 집단간 차이가 유의하였는데(F(1,69)=5.601, η2=.075, p<.05), 주관적 자극강도가 평균 이상인 집단의 SD-RRI(M=57.84)가 평균 이하인 집단의 SD-RRI(M=46.41)보다 높았다.
- 놀람 정서를 연구한 선행연구들 중 일부에서, 통계적으로 유의하지는 않았지만 HR의 증가가 관찰되었는데(Ekman 등, 1983; Levenson 등 1990) 본 연구에서는 선행연구를 넘어서는 효과가 나타났다. 놀람 시청각 자극이 제시된 직후인 세 번째 구간의 HR이 첫 번째, 두 번째 구간의 HR 보다 통계적으로 유의하게 높았다. 본 연구에서 HR의 유의한 증가가 관찰된 것은 제시된 자극의 강도가 강했기 때문인 것으로 보인다.
- 놀람 자극에 대한 주관적 강도에 따라 HR과 SD-RRI, FPTT는 체계적으로 증감하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 놀람 정서가 자율신경계 활성화, 구체적으로 α-아드레날린성 자극과 밀접한 비례 관계에 있다는 것을 보여주는 것이라 할 수 있다.
- 놀람 자극에 대해서는 구간별 FPTT에서 차이가 있었는데(F(2,150)=95.297, η2=.560, p<.001), 세 번째 구간의 FPTT가 첫 번째 구간의 FPTT보다 유의하게 짧았다.
- 놀람 자극에 대해서는 구간별 RMSSD-RRI가 다른 것으로 나타났는데(F(2,150)=9.906, η2=.117, p<.001), 세 번째 구간의 RMSSD-RRI가 첫 번째 구간과 두 번째 구간의 RMSSD-RRI 보다 유의하게 컸다.
- 놀람 자극에 대해서도 구간별 SD-RRI가 다른 것으로 나타났는데(F(2,150)=30.572, η2=.290, p<.001), 세번째 구간의 SD-RRI가 첫 번째 구간과 두 번째 구간의 SD-RRI 보다 유의하게 컸다.
- 단순주효과 검증을 수행한 결과, 중립 자극에 대해서 구간별 RMSSD-RRI는 유의하게 다르지 않았다(F(2,150)=.130, η2=.002, p>.8).
- 단순주효과 검증을 수행한 결과, 중립자극에 대해서 구간별 FBVPA가 다른 것으로 나타났는데(F(2,150)=5.055, η2=.063, p<.05), 첫 번째 구간의 FBVPA가 두 번째 구간의 FBVPA 보다 높았다.
- 단순주효과 검증을 수행한 결과, 중립자극에 대해서 구간별 SD-RRI가 다른 것으로 나타났는데(F(2,150)=4.774, η2=.060, p<.05), 두 번째 구간의 SD-RRI가 세 번째 구간의 SD-RRI보다 유의하게 컸다.
- 단순주효과검증을 수행한 결과, 중립 자극에 대해서는 구간별 심박률이 다르지 않았으며(F(2,150)=.229, η2=.003, p>.7), 놀람 자극에 대해서는 구간별 심박률이 유의하게 달랐다(F(2,150)=37.145, η2=.331, p<.001).
- 전체적으로 보았을 때, ‘놀람’에 대한 심혈관 반응은 말초혈관의 수축과 관련된 교감신경계의 활성화를 주요 특징으로 가지며, 심장박동수의 증가가 수반된다. 더불어 미주신경과 관련된 부교감신경계도 동시에 활성화될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 교감신경계의 활성화 패턴은 ‘분노’, ‘불안’, ‘공포’와 유사한 양상을 보이며, 부교감신경계의 활성화 패턴은 ‘오염’에 의해 유발된 ‘혐오’와 유사한 양상을 보인다(Keribig, 2010).
- 말초혈류량인 FBVPA는 놀람 조건의 두 번째 구간에서는 첫 번째 구간에 비해 감소하였으며, 세 번째 구간에서는 더욱 큰 폭으로 감소하였다. 중립 조건에서는 두 번째 구간에서는 감소하였지만 세 번째 구간에서는 다시 증가하는 경향이 있었다.
- 중립 조건에서는 두 번째 구간에서는 감소하였지만 세 번째 구간에서는 다시 증가하는 경향이 있었다. 맥파전달시간인 FPTT는 놀람 조건에서 첫 번째, 두 번째 구간보다 세 번째 구간에서 유의하게 짧았다. FBVPA와 FPTT 는 모두 혈관수축에 의해 나타나는 현상인데, α-아드레날린성 자극에 의한 것으로 여겨진다(McDonald, 1974).
- 판별분석은 세 번째 구간의 특성치에서 첫 번째 구간의 특성치를 뺀 차이값을 이용하였다. 먼저, 여섯 가지 심혈관 반응 특성치 각각을 이용하여 판별분석을 수행한 결과, FPTT를 이용한 정확예측율이 78.9%로 가장 높았으며, 다음으로 FBVPA와 SD-RRI가 모두 71.7%, RMSSD-RRI가 69.1%, HR이 65.1%, RSA가 54.6%였다. 여섯 가지 심혈관 반응 특성치들을 모두 이용한 판별분석에서 정확예측율은 82.
- 선행연구들에서는 ‘놀람’ 정서의 심혈관 반응 특성치들 중 HR에 관심을 집중하고 있는데, 본 연구결과 HR보다 FPTT가 놀람 정서에 더 중요한 심혈관 반응특성치인 것으로 나타났다.
- 심박률 변산성 지수들 중 SD-RRI와 RMSSD-RRI는 놀람 조건의 세 번째 구간에서 유의하게 증가하였으며, RSA는 구간별 변화가 유의하지 않았다. SD-RRI, RMSSD-RRI은 미주신경 활동의 지표들인데(Task Force, 1996), 심박률 변산성이 증가하는 것은 미주신경에 의해 수행되는 부교감신경섬유에 의해 심장박동이 조절됨을 의미한다.
- 001). 쌍비교 결과, 첫 번째 구간(안정 구간)에 비해서 두 번째 구간(주의 구간)에서 심박률이 유의하게 감소하였으며, 세 번째 구간(놀람 구간)에서는 첫 번째 구간(안정 구간)에 비해 유의하게 심박률이 증가하였다.
- 여섯 가지 심혈관 반응 특성치 각각을 이용하여 ‘중립’ 정서와 ‘놀람’ 정서를 구분하기 위한 선형판별분석 결과, FPTT를 이용하였을 때 정확예측율이 78.9%로 가장 높았다.
- 6%였다. 여섯 가지 심혈관 반응 특성치들을 모두 이용한 판별분석에서 정확예측율은 82.2%였다(그림 4).
- 이 연구들은 대부분 특정 정서 표정이 되도록 얼굴 근육을 조정한 후 자율신경계 반응을 관찰한 것이었으며, ‘놀람’이 ‘분노’나 ‘공포’, ‘슬픔’보다 심박률이 감소한다는 결과를 얻었다.
- 효과성 평가결과 일차적으로 유발된 ‘놀람’ 정서의 효과는 평균 5.93(SD=1.30)이었으며, 이차적으로 유발된 ‘놀람’정서의 효과는 평균 5.43(SD=1.89)이었다.
후속연구
- Ekman과 Friesen, Simons(1985)이 언급한 바와 같이 ‘깜짝 놀람’은 반사(reflex)를 포함하므로, 반사를 포함하지 않는 순수한 ‘놀람’ 정서와 자율신경계반응 패턴을 추가로 확인할 필요가 있으며, 본 연구의 결과를 ‘놀라움’에 해당되는 상황으로 일반화시킬 수는 없을 것이다.
- 또한 본 연구에서 밝힌 놀람에 대한 심혈관 반응 특성은 ‘분노’, ‘불안’, ‘공포’와 유사한데, ‘놀람’과 다른 정서들 간을 구별해주는 자율신경계 반응 특성을 확인하는 작업도 필요할 것이다.
- 마지막으로, 본 연구의 결과는 정서특정적 자율신경계 반응을 확인하려는 연구나 자율신경계 반응특성을 이용하여 인간 정서를 인식하려는 연구에 기초 자료로 사용될 수 있을 것이라 기대한다.
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