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문제 정의
- 상기의 선행 연구 결과들을 바탕으로 본 논문에서는 명상의 생리학적 효과를 보다 객관적으로 비교·분석하고자 하였다.
제안 방법
- 심박변이율을 측정하기 위해서는 먼저 심전도 장비를 이용하여 일정시간(일반적으로 5분) 동안 심전도를 기록한다[8]. 기록된 심전도 신호에 적절한 R 피크 검출용 신호처리 알고리즘을 적용함으로써 심박변이율 정보를 측정할 수 있다. 일반적으로 피검자의 자세에 따라 자율신경 기능이 변화하고 이러한 자율신경 기능의 변화는 심박변이율의 변화를 초래한다[7].
- PhysioNet 데이터베이스는 총 8명의 중국 기공 명상을 수행한 피검자들(남자 3 명, 여자 5 명; 나이 26-35 세; 평균 29 세)을 포함하고 있으며, 이들은 대학원생과 박사후 연구원들로 이루어져 있다. 명상 운동을 수행한 피검자들의 대부분은 1~3개월 전부터 중국 기공 운동을 실시한 숙련자들이었으며 Holter 기록기(Marquette Electronics 8000T Holter System)를 이용하여 명상 전과 명상 중의 RR 간격 데이터를 측정하였다. 피검자들은 약 1시간 정도 중국 기공 운동을 실시하였다.
- 본 논문에서는 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상의 효과를 객관적으로 평가하기 위하여 네 가지 심박변이율 정보(LF/HF 비율, SD2/SD1 비율, 샘플 엔트로피, 프랙탈 차원)를 사용하였다. 연구 결과에 따르면 숙련자들이 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상을 수행할 경우 LF/HF 비율과 SD2/SD1 비율은 증가하고, 샘플 엔트로피는 감소하는 것으로 나타났다.
- 상기의 선행 연구 결과들을 바탕으로 본 논문에서는 명상의 생리학적 효과를 보다 객관적으로 비교·분석하고자 하였다. 이를 위하여 자율신경계의 정량적 평가 방법인 심박변이율(HRV; heart rate variability) 분석을 실시하였고, 명상 전과 명상 중의 심박변이율 비교를 통하여 명상의 생리학적 효과를 살펴보았다.
- 또한 PhysioNet 데이터베이스는 총 4명의 쿤달리니 요가 명상을 수행한 피검자들(남자 2 명, 여자 2 명; 나이 20-52 세; 평균 33 세)을 포함하고 있다. 쿤달리니 요가 명상 운동에 참가한 피검자들은 책상다리(cross-legged) 자세를 한 상태로 호흡(breathing)과 챈팅(chanting) 운동을 순서대로 실시하였다. 쿤달리니 요가 명상 운동은 약 1시간 정도 실시되었으며, 운동 전 약 15분 동안 가벼운 호흡을 실시하였다.
대상 데이터
- 또한 PhysioNet 데이터베이스는 총 4명의 쿤달리니 요가 명상을 수행한 피검자들(남자 2 명, 여자 2 명; 나이 20-52 세; 평균 33 세)을 포함하고 있다. 쿤달리니 요가 명상 운동에 참가한 피검자들은 책상다리(cross-legged) 자세를 한 상태로 호흡(breathing)과 챈팅(chanting) 운동을 순서대로 실시하였다.
- 본 논문에서는 명상의 심리적 효과를 평가하기 위하여 2가지 명상 운동(중국 기공(Chinese qigong) 명상과 쿤달리니 요가(Kundalini yoga) 명상을 바탕으로 RR 간격 데이터를 수집한 PhysioNet 데이터베이스를 사용하였다[16]. PhysioNet 데이터베이스는 명상 운동 전과 명상 운동 중의 RR 간격 데이터를 포함하고 있어 본 연구를 진행하는 데 적합한 데이터베이스이다.
데이터처리
- Wilcoxon의 부호화된 순위 검정에서 명상 전과 명상 중의 심박변이율 변화가 없다는 귀무가설(null hypothesis)을 기각하기 위한 유의수준(level of significance)으로 0.05(p < 0.05)를 사용하였고 경계역의 유의수준으로 0.05 < p < 0.1을 사용하였다.
- 실험결과는(평균 ± 표준편차)로 표기하였다.
- 20 소프트웨어를 사용하였다. 통계분석에서는 본 논문에서 사용한 데이터베이스의 표본 크기가 작고 명상 전과 명상 중의 심박변이율 변화를 살펴보아야 하므로 비모수적 방법인 Wilcoxon 의 부호화된 순위 검정(Wilcoxon signed rank test)을 실시하였다[20]. 선행연구 결과에 따르면 Wilcoxon의 부호화된 순위 검정은 각 데이터 쌍의 차들의 부호와 크기를 동시에 사용하므로 부호만을 고려하는 부호검정(signed test)에 비해 더 좋은 검정력을 가지는 것으로 알려져 있다[20].
- 표 2에서 심박변이율 결과는 평균 ± 표준편차로 표기하였으며, 유의한 결과를 나타내는 심박변이율 변화에 대해 p < 0.05인 경우 “**”를 0.05 < p < 0.1인 경우 “*”를 표기하였다.
이론/모형
- 4 Hz 범위의 주파수 성분을 사용하여 계산한다[17]. 각 주파수 범위의 전력을 계산하기 위하여 자기회귀 스펙트럼(autoregressive spectrum)을 이용하였다. 자기회귀 스펙트럼은 FFT와 같은 기존의 주파수 분석 방법들과 달리 입력신호의 정상성(stationarity)을 가정하지 않으므로 비정상성 특징을 갖는 심박동 신호를 이용하여 주파수 분석이 가능하다.
- 명상 운동이 심박변이율에 끼치는 영향을 정량적으로 평가하기 위하여 임상 의학 분야에서 널리 활용하고 있는 SPSS(statistical package for the social science) Ver. 20 소프트웨어를 사용하였다. 통계분석에서는 본 논문에서 사용한 데이터베이스의 표본 크기가 작고 명상 전과 명상 중의 심박변이율 변화를 살펴보아야 하므로 비모수적 방법인 Wilcoxon 의 부호화된 순위 검정(Wilcoxon signed rank test)을 실시하였다[20].
- 본 논문에서는 임상적으로 널리 사용하고 있는 LF/HF 비율(주파수영역 분석법), SD2/SD1 비율, 샘플 엔트로피(sample entropy), 및 프랙탈 차원(비선형 분석법)의 4가지 심박변이율 지표를 사용하였다.
- (k)) 를 Y 축으로 갖는 그래프를 생성한다. 생성된 그래프에서 최소자승법(least square method)을 이용하여 그림 3과 같이 1차 최적합(best fit) 방정식을 계산하고 그것의 기울기를 계산함으로써 프랙탈 차원을 구할 수 있다[17,19]. 본 논문에서는 프랙탈 차원을 계산하기 위하여 k = 5(1 ≤ k ≤ 6)를 사용하였다.
- 자기회귀 스펙트럼은 FFT와 같은 기존의 주파수 분석 방법들과 달리 입력신호의 정상성(stationarity)을 가정하지 않으므로 비정상성 특징을 갖는 심박동 신호를 이용하여 주파수 분석이 가능하다. 자기회귀 스펙트럼의 모델 차수는 Akaike의 선행 연구 결과를 바탕으로 16을 사용하였다[17].
- 프랙탈 차원은 Higuchi가 제안한 알고리즘을 이용하여 계산하였다. 먼저 RR 간격 데이터를 k 개의 새로운 시계열 데이터로 표현한다.
성능/효과
- 하지만 본 논문에서 사용한 표본의 크기가 작으므로 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상이 교감 신경을 더 활성화시킨다는 일반적인 결론을 맺기에는 한계가 있다. 다만 본 연구 결과를 바탕으로 일반인과 숙련자 간의 명상의 효과가 상이하고 명상 운동 종류에 따라 그 효과가 다르게 나타남을 통계적으로 비교할 수 있었다.
- 본 논문의 실험결과에 따르면 중국 기공 명상의 LF/HF 비율을 제외한 모든 비교 항목에서 유의한 차이를 얻을 수 있었다. 일반인을 대상으로 한 선행 연구 결과에 따르면 중국 기공 명상 수행 중에는 LF/HF 비율이 감소하는 유의한 변화가 있는 것으로 나타났다[22].
- 샘플 엔트로피는 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상 모두에서 유의한 차이를 나타냈다. 실험에 따르면 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상을 수행한 피검자의 경우 명상 전에 비해 샘플 엔트로피가 감소하는 것으로 나타났다.
- 프랙탈 차원 또한 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상 모두에서 유의한 차이를 나타냈다. 실험에 따르면 중국 기공 명상을 수행한 피검자의 경우 명상 전에 비해 프랙탈 차원이 증가하는 것으로 나타났고, 쿤달리니 요가 명상을 수행한 피검자의 경우 명상 전에 비해 프랙탈 차원이 감소하는 것으로 나타났다.
- 하지만 쿤달리니 요가 명상에서는 명상 전과 명상 중의 심박변이율에 유의한 차이가 있었다. 실험에 따르면 쿤달리니 요가 명상을 수행한 피검자의 경우 명상 전에 비해 LF/HF 비율이 증가하는 것으로 나타났다.
- 프랙탈 차원의 경우 중국 기공 명상 중에는 대체적으로 증가하지만 쿤달리니 요가 명상 중에는 감소하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 정리하면, 숙련자들을 대상으로 한 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상은 일반인들과 달리 부교감 신경계에 비해 교감 신경계를 더 활성화 시키는 것으로 나타났다. 이는 숙련자들을 대상으로 한 선행 연구 결과와 상응하는 결과를 나타낸다.
- 본 논문에서는 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상의 효과를 객관적으로 평가하기 위하여 네 가지 심박변이율 정보(LF/HF 비율, SD2/SD1 비율, 샘플 엔트로피, 프랙탈 차원)를 사용하였다. 연구 결과에 따르면 숙련자들이 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상을 수행할 경우 LF/HF 비율과 SD2/SD1 비율은 증가하고, 샘플 엔트로피는 감소하는 것으로 나타났다. 프랙탈 차원의 경우 중국 기공 명상 중에는 대체적으로 증가하지만 쿤달리니 요가 명상 중에는 감소하는 것으로 나타났다.
- 연구 결과에 따르면 숙련자들이 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상을 수행할 경우 LF/HF 비율과 SD2/SD1 비율은 증가하고, 샘플 엔트로피는 감소하는 것으로 나타났다. 프랙탈 차원의 경우 중국 기공 명상 중에는 대체적으로 증가하지만 쿤달리니 요가 명상 중에는 감소하는 것으로 나타났다. 연구 결과를 바탕으로 정리하면, 숙련자들을 대상으로 한 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상은 일반인들과 달리 부교감 신경계에 비해 교감 신경계를 더 활성화 시키는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이는 숙련자들을 대상으로 한 선행 연구 결과와 상응하는 결과를 나타낸다. 하지만 본 논문에서 사용한 표본의 크기가 작으므로 중국 기공 명상과 쿤달리니 요가 명상이 교감 신경을 더 활성화시킨다는 일반적인 결론을 맺기에는 한계가 있다. 다만 본 연구 결과를 바탕으로 일반인과 숙련자 간의 명상의 효과가 상이하고 명상 운동 종류에 따라 그 효과가 다르게 나타남을 통계적으로 비교할 수 있었다.
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