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문제 정의
- 따라서 본 논문에서는 학습능력(Learning Ability)측정에 의한 집중도 패턴을 관찰하고 뇌파측정(EEG: Electroencephalography)과 심박동 변이도 검사(HRV: Heart Rate Variability)를 활용하여 매우 열악한 실내 환경에서 향기변화에 따른 인체의 심리적 및 생리적인 차이를 비교·분석함으로써 재실자의 쾌적성과 생산성을 향상시킬 수 있는 최적의 향기를 찾고자 한다.
- 본 연구는 에너지이용합리화법에 의하여 건축물의 실내온도가 지속적으로 높게 유지됨에 따라 실내 환경이 매우 열악하게 되어 재실자의 생산성 및 업무효율이 매우 떨어지기 때문에 측정실의 온도 및 상대습도를 실제 환경과 유사한 온도 31[℃], 상대습도 80[RH%]로 하였고, 조도 및 기류속도는 미국 공기조화냉동공학회의 쾌적 범위[11]를 만족하는 조도 1,000[lux], 기류 속도 0.02[m/sec]의 동일한 조건에서 향기종류에 따른 인체의 뇌파변화를 통해 쾌적성 및 생산성을 향상 시킬 수 있는 최적의 향기를 찾기 위한 실험을 하였다.
제안 방법
- 신호획득과정에서의 장비의 제어와 획득후의 데이터분석은 본 실험실에서 자체 기획하여 프로그래밍언어 C++로 개발한 소프트웨어"Neurometric HMI" 를 이용하여 수행하였다. Neurometric HMI는 Windows OS, 펜티엄 이상 환경에서 구동되며, 시계열 생체신호를 자동으로 처리할 수 있도록 설계되었다. 사용자가 분석하길 원하는 데이터의 임의구간을 선택 할 수 있고, 미리 정해준 각종 주파수범위에 대하여 고속 이산푸리에변환(FFT)을 수행하여 스펙트럼값을 추출하고 이를 다양한 표, 그래프 및 뇌전위지도로 표현한다.
- 뇌파 측정은 전문 생체신호계측장비인 PolyG-I(Laxtha Inc.)를 활용하여 5분간 측정하였고, 국제전극배치법인 International 10-20 System(Fig. 4)에 의해 전전두엽(Fp1, Fp2), 전두엽(F3, F4), 측두엽(T3, T4), 후두엽(P3, P4)에 뇌파 측정 전극을 부착하였다. 오른쪽귓볼과 뒷목(목덜미)의 기준 전극을 제외하고, 두뇌의 총 8 부위에 전극을 부착하여 8채널의 뇌파를 비교·분석하였다.
- 뇌파신호획득은 아날로그필터(0.6∼46[Hz])를 통과한 아날로그신호를 표본화주파수 256[Hz], 분해능 16Bit로 디지털 변환하여 이루어졌다.
- 실험에서 로즈마리, 쟈스민 및 헤이즐넛 향기를 변화시켰으며, 향기 노출 후 항온·항습실에 남아있는 잔향이 피험자에게 영향을 미치지 않도록 하루에 피험자 한명씩, 격일로 측정하였다. 또한 생체반응측정은 피험자 1명당 눈을 감은 상태에서 기초율동의 EEG 및 HRV를 5분간 측정하였고, 눈을 뜬 상태에서 학습능력을 5분간 측정하였다.
- 스트레스 및 HRV (Heart Rate Variability, 이하 HRV)는 전문 자율신경계 균형 검사기기인 SA-6000(Medicore Co. Ltd., Korea)을 활용하여 측정하였고, 뇌파 측정과 동시에 진행하였으며, 좌측과 우측의 손목 및 좌측 발목에 전극을 착용한 상태에서 5분간 측정하였다.
- 신호획득과정에서의 장비의 제어와 획득후의 데이터분석은 본 실험실에서 자체 기획하여 프로그래밍언어 C++로 개발한 소프트웨어"Neurometric HMI" 를 이용하여 수행하였다.
- 실험에서 로즈마리, 쟈스민 및 헤이즐넛 향기를 변화시켰으며, 향기 노출 후 항온·항습실에 남아있는 잔향이 피험자에게 영향을 미치지 않도록 하루에 피험자 한명씩, 격일로 측정하였다.
- 오른쪽귓볼과 뒷목(목덜미)의 기준 전극을 제외하고, 두뇌의 총 8 부위에 전극을 부착하여 8채널의 뇌파를 비교·분석하였다.
- 온도 31[℃], 상대습도 80[RH%], 조도 1,000[lux] 및 기류 속도 0.02[m/sec]의 상대적으로 불쾌적한 조건의 항온·항습실에서 로즈마리, 쟈스민 및 헤이즐넛 향기를 이용하여 실내 환경이 변화되는 조건에서 피험자들을 A타입과 B타입으로 분류하여 뇌파(EEG), 학습능력 및 심박동변이(HRV)를 측정하여 쾌적성, 집중력, 스트레스 및 심장박동의 변화를 분석하였다.
- 피험자의 활동량은 쾌적한 열적 상태에서 의자에 착석해 안정을 취하고 있을 때의 활동량으로써 1met(metabolic rate: 1met=58.2 W/㎡)로 하였으며, 착의량 상태는 약 0.7clo(긴 양말 0.10, 팬티 0.05, 와이셔츠 0.25, 하절기용 긴 바지 0.28)로 통일하였다.[6]
- 학습능력은 신경생리학적 학습능력 검사 및 뇌파-바이오피드백 훈련용 학습능력 소프트웨어인 LXSMD3-1(Laxtha Inc.)를 활용하여 뇌파측정과 동일한 조건에서 뇌파측정 직후에 5분간 집중도 패턴을 관찰하였다.
대상 데이터
- 본 실험의 피험자는 건강 상태를 점검하여 신체적으로 활동하는데 지장이 없는 남자 대학생 10명으로 선정하였으며, 피험자의 신체조건은 Table 2와 같다.
- 사용된 전극은 금박막 원반형 전극이며, 전극과 두피의 접촉력을 높이기 위하여 알코올로 두피의 이물질을 닦아 낸 후 전극풀을 사용하여 두피에 고정하였으며, 실험 중에 전극젤이 굳지 않고 두피에 잘 붙어 있도록 거즈를 전극의 상부에 덮었다.[13]
- 피험자는 Table 3과 같이 건강한 남자 10명을 대상으로 평균 학업 성적을 기준으로 A타입 5명과 B타입 5명으로 분류하였다.
데이터처리
- 통계는 두 개 이상 다수의 집단을 비교하고자 할 때 집단 내의 분산 또는 집단 간의 분산을 비교하여 가설검정을 하는 방법인 분산분석(Analysis of Variance, 이하 ANOVA)방법을 이용하였다.
성능/효과
- A타입은 향기에 노출되기 전에 비하여 쟈스민 향기에 노출되었을 때 상대α파 74.8% 증가,# 37.1% 증가, 스트레스 지수 13.8% 감소 및 SDNN 32.6%가 증가하였고, B타입은 노출되기 전에 비하여 쟈스민 향기에 노출되었을 때 상대α파 67.6% 증가,# 25.6% 증가, 스트레스 지수 10% 감소 및 SDNN 29.4%가 증가하였다.
- 따라서 본 논문에서는 평균학점과 집중도가 높으며 후두엽에서 상대α파 활성도가 높은 유형을 A타입, 평균학점과 집중도가 낮으며 전두엽에서 상대α파 활성도가 높은 유형을 B타입으로 구분한다.
- 4%가 증가하였다. 따라서 향기에 노출되기 전보다 쟈스민 향기에 노출되었을 때가 심신이 안정되고 집중력이 향상되며 스트레스 저감 및 인체가 건강해지는 것을 알 수 있었다. 또한 A타입과 B타입의 증감률을 비교해 보면 A타입이 B타입에 비해 현저히 증감률이 높은 것으로 미루어 A타입이 B타입 보다 향기변화에 민감하게 반응한다고 사료된다.
- 따라서 향기에 노출되기 전보다 쟈스민 향기에 노출되었을 때가 심신이 안정되고 집중력이 향상되며 스트레스 저감 및 인체가 건강해지는 것을 알 수 있었다. 또한 A타입과 B타입의 증감률을 비교해 보면 A타입이 B타입에 비해 현저히 증감률이 높은 것으로 미루어 A타입이 B타입 보다 향기변화에 민감하게 반응한다고 사료된다.
- 또한 뇌파의 유형에 관계없이 선호하는 최적의 향기는 동일했으나, 후두엽에서 상대α파 활성도가 발달된 유형이 전두엽에서 상대α파 활성도가 발달된 유형보다 향기에 민감하게 반응하는 것을 알 수 있었다.
- 본 실험은 상대적으로 불쾌적한 조건에서 피험자의 유형을 분류하여 3가지 향기에 노출시킨 결과 쟈스민 향기가 가장 효과적이었으나, 로즈마리, 쟈스민, 라벤더, 레몬 향기를 이용한 민병찬 외 10인의 연구결과에 의하면 레몬 향기가 가장 선호도가 높았고, 로즈마리 향기가 가장 불쾌했다고 하였다. 향후 더욱 다양한 향기를 이용하여 쾌적성 및 생산성을 향상 시킬 수 있는 최적의 향기를 찾는 연구 및 고찰이 필요하다고 판단된다.
- 연구결과 A타입과 B타입의 피험자들의 선호도는 쟈스민, 로즈마리, 헤이즐넛 순으로 나타났으며, 쟈스민 향기에 노출되었을 때 쾌적성과 집중력이 가장 높아지고 스트레스 및 피로도가 가장 많이 감소하며, 심장박동이 가장 안정적이고 건강한 상태를 나타내었다. 또한 뇌파의 유형에 관계없이 선호하는 최적의 향기는 동일했으나, 후두엽에서 상대α파 활성도가 발달된 유형이 전두엽에서 상대α파 활성도가 발달된 유형보다 향기에 민감하게 반응하는 것을 알 수 있었다.
- 쾌적한 실내 온도가 재실자의 상태불안과 스트레스반응을 완화시키는데, Fig. 9, 10과 같이 향기종류에 따라 A타입과 B타입 모두 향기에 노출되기 전에 비하여 쟈스민 향기에서 스트레스 지수가 각각 94와 99로 가장 감소하며 피로도 역시 향기에 노출되기 전에 비하여 A타입이 86[%], B타입이 95[%]로 가장 감소되므로 쟈스민 향기가 스트레스와 피로도 저감에 효과적인 향기라고 판단된다.[21]
후속연구
- 따라서 에너지절감을 위하여 불가피하게 실내 온도를 28[℃]로 유지해야만 할 경우에 재실자에게 쟈스민 향기를 노출시켜 준다면 불쾌적한 환경에서의 생산성 저하를 방지할 수 있으며, 나아가 향후에 다양한 뇌파 유형 및 향기종류로 분류하여 재실자의 쾌적성, 집중력 및 생산성을 향상시킬 수 있는 실내 환경 조건을 확립하여 맞춤형 설계 및 시공을 해야 한다고 사료된다.
- 본 실험은 상대적으로 불쾌적한 조건에서 피험자의 유형을 분류하여 3가지 향기에 노출시킨 결과 쟈스민 향기가 가장 효과적이었으나, 로즈마리, 쟈스민, 라벤더, 레몬 향기를 이용한 민병찬 외 10인의 연구결과에 의하면 레몬 향기가 가장 선호도가 높았고, 로즈마리 향기가 가장 불쾌했다고 하였다. 향후 더욱 다양한 향기를 이용하여 쾌적성 및 생산성을 향상 시킬 수 있는 최적의 향기를 찾는 연구 및 고찰이 필요하다고 판단된다.
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