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[국내논문] 초음파가 뇌파에 미치는 영향
The effect of hypersonic wave sound for EEG 원문보기

감성과학 = Science of emotion & sensibility, v.17 no.2, 2014년, pp.101 - 110  

장석우 (광운대학교 산업심리학과) ,  박인길 (이노칩테크놀러지) ,  김대겸 (이노칩테크놀러지) ,  최현 (국립재활원 재활연구소)

초록
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초음파는 비가청영역에서 나는 사운드이며 일상생활에서는 들을 수 없다. 초음파는 22kHz 이상의 주파수를 말하며 또한 이러한 성분을 초음파 성분 HFCs(High Frequency components)라고 한다. 파도소리는 사람에게 안정감과 알파파를 유도한다고 알려졌는데 이러한 이유는 파도소리에 초음파 성분이 매우 많다는 것이다. 이러한 초음파가 파도소리와 합쳐질 때 쾌감을 주고 알파파 증가와 베타파가 감소하는 초고주파효과(hypersonic effect)라고 한다. 본 실험에서는 파도소리를 들려주면서 동시에 파도소리에 해당되는 초음파부분을 전자회로로 설계하여 인위적으로 파도소리의 초음파 성분과 유사하도록 제작하여 실험하였다. 뇌파는 8채널을 사용하여 Fp1, Fp2, F3, F4, T3, T4, O1, O2 의 총 8개 전극을 부착하였다. 뇌파에서는 집중이나 긴장이완 등이 나타날 때 알파파가 나타나며 각성상태나 긴장상태 그리고 스트레스상태에서는 주로 베타파가 나타난다. 초음파 실험결과 연구대상자들의 알파파가 증가하고 베타파가 감소하는 현상이 통계적으로 유의미하게 나타났으며 초고주파현상이 반영되는 결과가 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

High-frequency is sound produced in non-audible area, which couldn't be heard in daily life. The frequency range above 22Khz is called 'high-frequency' and its components are called 'HFC(High-Frequency Components)'. It is known that ocean wave sound is rich in HFC, because it brings serenity and cau...

Keyword

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문제 정의

  • 또한 최근 생체신호측정과 감성측정의 연구가 활발하게 진행되고 있으며 뇌파와 함께 생체신호측정의 요소로 심전도 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 초음파가 인체에 미치는 영향을 연구하기 위해 뇌파 분석을 진행하고자 하였다. 파도소리가 다른 자연의 소리에 비해 집중도와 긴장이완을 하는 데 가장 효과적인 것으로 알려져 있다.
  • 이러한 결과는 11명으로 매우 적은 수의 참가자를 대상으로 한 연구였으며 통계적 신뢰도를 확보할 수 있는 30명 정도의 참가자를 대상으로 한 것이 아니기 때문에 본 연구를 통해 최소 30명 이상 참가자들을 통하여 통계적으로 검증하고자 한다.
  • 또한 일본의 교토대 의대팀이 주축이 된 Tsutomu 외 동료들(2000)이 실제 파도소리 사운드에 초음파 영역을 추가한 장치를 만들었고 이를 통해 실제 뇌에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 28명의 일본인 지원자(19세에서 43세의 남성 15명과 여성 13명)들이 EEG실험에 참가하였고 12명의 지원자(19세에서 34세의 남성 8명과 여성 4명)들이 PET실험에 참가하였으며 26명의 지원자(18세에서 31세의 남성 15명과 여성 11명)들은 실험에 참가하였다.
  • 이번 실험의 목적은 파도소리에서 발생되는 특정 초음파가 두뇌에 어떤 영향을 미치는지 알아보고자 하였고, 이를 통해 기존 연구된 방법과 달리 초음파기기를 별도로 제작하여 실험하였다. 기존 초음파기기는 파도소리의 초음파 부분을 필터로 구분하여 그 해당구간을 증폭시켜 스피커에서 전송하는 역할을 했다.
  • 이번 실험은 40kHz의 초음파 주파수만 증폭시켜 별도 장치에서 직접 초음파 주파수만 발생시키고 기존 파도 소리는 스피커에서 구현하도록 하여 기기로 제작하였다. 결론적으로 파도소리는 스피커에서 구현되며 초음파는 초음파기기에서 따로 구현되어 기존 연구와는 달리 파도소리와 초음파를 별도 구현하여 들려주었을 때 뇌파에 미치는 영향에 대해 연구를 하였다.
  • 이번 실험은 앞선 실험에서 알파파의 증가의 효과가 나타난 특정 주파수만 따로 구현하도록 하여 별도 기기로 제작하였고 초음파를 발생하는 초음파 발생부가 지향성을 가지도록 하여 양쪽 귀에 직접 전달되도록 하였다. 이렇게 설계된 기기 실제 초음파 성분이 파도소리에 어떤 작용을 해서 인체에 어떤 효과가 발생하는지 알아보도록 하였다. 초음파 발생기기는 (주)이노칩테크놀러지의 닥터슈벤 초음파 발생장치를 활용하였고 별도 전원공급장치를 사용하였다.
  • 이러한 결과로 파도소리와 초음파가 결합했을 때 나타나는 극초음파현상을 확인할 수 있었다. 또한 뇌파를 8개 채널로 하여 전두엽과 측두엽과 후두엽을 동시에 관찰하여 두뇌 전반에 초음파가 어떻게 영향을 미치는지에 대해 연구하였다. 이러한 연구는 기존 연구와 차이가 있으며 복잡하지 않고 고가의 스피커나 초음파 CD 플레이어기가 필요 없고 간단하면서 극초음파 효과를 가져다주는 기기개발이나 응용제품에 매우 유용하게 활용될 수 있는 연구로 의의가 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
뇌파는 어떻게 분류되는가? 뇌파는 뇌의 신경세포의 활동에 따라 대뇌표면에서 측정되는 전기적 변화를 말한다. 주파수에 따라 델타파(Delta 1-3 Hz), 세타파(Theta 4-7 Hz), 알파파 (Alpha 8-13 Hz), 베타파(Beta 14-30 Hz) 및 감마파 (Gamma 30 Hz 이상)로 분류된다. 델타파는 깊은 수면일 때 주로 발생된다.
인공적인 초음파는 어떤 용도로 쓰이는가? 초음파는 인공적인 것과 자연발생적인 초음파로 구분되는데 자연발생적인 것은 해안가의 파도소리 등이 대표적이다. 인공적인 초음파는 주로 기계나 미용기구 및 통신장비에서 활용되어지고 있다. 초음파는 실제 주변에서 쉽게 접할 수 있으나 들리지 않기 때문에 의식을 하지 못하고 있다.
초음파란 무엇인가? 초음파는 비가청영역에서 나는 사운드이며 일상생활에서는 들을 수 없다. 초음파는 22kHz 이상의 주파수를 말하며 또한 이러한 성분을 초음파 성분 HFCs(High Frequency components)라고 한다. 파도소리는 사람에게 안정감과 알파파를 유도한다고 알려졌는데 이러한 이유는 파도소리에 초음파 성분이 매우 많다는 것이다.
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참고문헌 (16)

  1. Choi Jong In, Hotta Kenji, Yamazaki Ken(2000). A fundamental study on the effects of the natural ultra-sonic waves stimulus acting to human, J of Japan Architectures, No.4035, 509-511. 

  2. Cowan, J. & Allen, T. (2000). Using brainwave biofeedback to train the sequence of concentration and relaxation in athletic activities. Proceedings of 15th Association for the Advancement of Applied Sport Psychology, 95. 

  3. Debener, S., Herrmann, C. S., Kranczioch, C., Gembris, D., & Engel, A. K. (2003). Top-down attentional processing enhances auditory evoked gamma band activity. Neuroreport, Vol 14(5), 683-686. 

  4. Hosoi H, Imaizumi S, Sakaguchi T, Tonoike M, and Murata K. (1998). Activation of the auditory cortex by ultrasound. Lancet 351: 496-497 

  5. Hotta Kenji, Yonezawa Naoki, Kamata Yasutaka.(1998). A study of physoilogical effects caused by coasstal ultrasonic wave influences to human brain waves. Journal of Architectural Institue of Janpan, Vol3, No.10018, 315-316. 

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  7. Jang, S. W (2011). A study of personality type & evoked potentials. (성격유형과 유발전위) Korean Journal of the science of Emotion & sensibility, Vol.14. No.1, 137-146. 

  8. Jo, S, H (2001) The analysis of electroencephalogram between brain respiration trained students and general students during learning activities. (학습활동시 뇌호흡 수련학생과 일반학생의 뇌파분석), Seoul National University Press. 

  9. Johnston, W.A & Dark, V.J.(1986). Selective attention. Annual Review of Psychology, Vol 37: 43-75. 

  10. Kim, Y. J (2000). Development of a brain-cycle learning model based on the electroencephalographic analysis of learning activities and its application to science learning.(학습 활동의 뇌파 분석에 기초한 두뇌순환 학습 모형의 개발과 과학학습에의 적용), Seoul National University Press. 

  11. Lee, Y, H (2003). The effect of attention and memory on alpha wave - Relax training program in students with cerebral palsy. (알파파 유발 이완훈련이 뇌성마비 학생의 주의집중과 기억에 미치는 효과) University of Daegu Press. 

  12. Oohashi, T., Nishina, E., Kawai, N., Fuwamoto, Y., Imai, H., (1991). High-frequency sound above the audible range affects brain electric activity and sound perception. Proceedings of 91st Audio Engineering Society convention. Audio Engineering Society, New York. 

  13. Oohashi, T., Nishina, E., Honda, M., (2002). Multidisciplinary study on the hypersonic effect. In: Shibasaki, H., Fukuyama, H.,Nagamine, T., Mima, T. (Eds.), Inter-Areal Coupling of Human Brain Function. Elsevier Science, Amsterdam, 27-42. 

  14. Tsutomu, Oohashi, Emi Nishina et al. (2000). Inaudible High-Frequency Sounds Affect Brain Activity: Hypersonic Effect, The American Physiological Society, J Neurophysiol Vol 83: 3548-3558. 

  15. Tsutomu Oohashi, Norie Kqwai, Emi Nishina et al. (2006). The role of biological system other than auditory air-conduction in the emergence of the hypersonic effect. Brain Reserch, 1073-1074, 2006, 339-347 

  16. Walter, J. L. (1953). Alpha EEG correlates of performance on a music recognition test. Physiological Psycholgy, Vol 8, 417-420. 

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