[논문]스트레스 평가를 위한 심박 변이도, 전기피부반응 및 피부온도 특성

조영창; 김민수

doi:10.9723/jksiis.2015.20.3.011

스트레스 평가를 위한 심박 변이도, 전기피부반응 및 피부온도 특성
Characteristics in HRV(heart rate variability), GSR(galvanic skin response) and skin temperature for stress estimate 원문보기

한국산업정보학회논문지 = Journal of the Korea Industrial Information Systems Research, v.20 no.3, 2015년, pp.11 - 18

조영창 (경운대학교 항공정보통신공학과) , 김민수 (경운대학교 항공정보통신공학과)

초록
AI-Helper

오늘날 스트레스는 인간의 정신적, 신체적 건강을 위협하는 주된 요인 중의 하나이다. 본 논문에서는 대학생들에 대해 수업 전과 후에 측정한 심박변이도, 전기피부반응, 피부 온도가 스트레스 환경에서 생체 신호에 미치는 영향을 분석, 조사하였다. 본 연구에는 21세에서 27세 사이의 학생 30명이 참여하였으며, 이들의 평균 나이는 22.31세, 표준편차는 1.45세이다. 실험을 통해 시간영역과 주파수영역 모두에서 HRV의 제어 그룹에 대해 비교한 결과, 실험군에 대한 RMSSD(p=0.033), LF 첨두값(p=0.003), VLF(p=0.045)가 통계적으로 유의한 것으로 확인되었다. 평균 피부 전도도는 수업 후의 측정 결과(평균=5.993(uS), 표준편차=3.406)가 수업 전의 측정 결과(평균=3.039(uS), 표준편차=2.628)보다 평균적으로 97.2% 높게 나타났으며, 피부 온도는 수업 후의 측정 결과($34.835{\pm}0.305$)가 수업 전의 측정 결과($34.471{\pm}0.281$)보다 평균적으로 1.055% 높게 나타남을 알 수 있었다. 본 연구결과는 스트레스 관련 임상 연구에서 자율신경계의 반응을 조사하는 연구에 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Stress is one of the major causes threatening the mental and physical health of human today. In this paper, we analyzed the heart rate variability(HRV), galvanic skin response(GSR), and skin temperature data measured from the university subjects before and after the class to examine the influence on bio-signal in stress environment. Thirty subjects from university students (aged between 21 and 27 years; mean=22.31, STD=1.45) took part in this study. From the experiment results, RMSSD(p=0.033), LF peak(p=0.003), VLF(p=0.045) were statistically significant from those of the control group(p<0.05) of HRV both in time and frequency domain. We observed that mean skin conductivity after the class(mean=5.993(uS), SD=3.406) is higher than that before the class(mean=3.039(uS), SD=2.628) by 97.2% on average and the skin temperature after the class($34.835{\pm}0.305$) is slightly higher than that before the class($34.471{\pm}0.281$) by 1.055% on average. The results in this research could be used to examine the autonomic response in clinical stress related research.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 수업 후 스트레스에 의한 자율 신경계 활동 정도를 파악하기 위해 심박변이도 파라메타에 대한 통계적 해석과 피부전기전도도와 피부온도 변화 간의 연관성에 대해 연구하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 10분 동안의 피부전기전도도 데이터를 획득하기 위해 검지와 중지에 각각 Ag-AgCl 전극(Biopac사 TSD203)을 부착한 후, 1 V의 정전압과 10 uS(micro siemens)의 컨덕터, 차단주파수가 10 ㎐인 저역통과필터, 샘플링 주파수를 250 ㎐ 그리고 고역통과필터는 DC로 설정하여 피부전기전도도를 측정하였다.
5 V의 전원을 인가하였다. 온도센서는 와이어 열전대 (thermocouple) 타입으로 0∼50℃의 측정범위를 가지며, 상체에 부착하여 초당 10 ㎐의 샘플링 주파수로 10분 동안 피부온도 변화를 측정하였다. [Fig.
3(a)는 피실험자에게 심전도 전극을 부착한 상태에서 측정하는 장면을 나타낸 것이다. 피실험자의 심전도 신호를 측정하기 위해 사지유도 방법으로 양손과 왼쪽발목 부위에 전극을 부착하고 Biopac사의 ECG 100C 증폭기를 이용하여 이득을 200, 저역통과필터와 고역통과필터의 차단주파수를 각각 35 ㎐와 0.5 ㎐ 그리고 샘플링 주파수를 250 ㎐로 설정하여 신호를 획득하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 스트레스 평가를 위해 구미소재의 K대학교 학생 30명을 대상으로 생체신호 측정을 실시하였다. 실험에 참가한 피실험자의 연령대는 21세에서 27세 사이로 평균 나이는 22.

데이터처리

05로 하였으며, 유의 확률 값이 유의수준 이하일 때 통계학적으로 의미가 있는 것으로 간주하였다. 통계 분석은 평균값과 표준편차를 이용하였고, 심박 변이도, 피부전기전도도, 피부온도의 차이는 각 시점 간의 평균을 비교하기 위해 paired t-test를 이용하였다. 통계 해석은 윌콕선 부호 순위검증(wilcoxon signed rank test)을 사용하여 비 모수 검증으로 평가하였다.
통계 분석은 평균값과 표준편차를 이용하였고, 심박 변이도, 피부전기전도도, 피부온도의 차이는 각 시점 간의 평균을 비교하기 위해 paired t-test를 이용하였다. 통계 해석은 윌콕선 부호 순위검증(wilcoxon signed rank test)을 사용하여 비 모수 검증으로 평가하였다.

성능/효과

본 연구의 STD RR은 측정시간 동안에 심박 변이도를 나타내는 지표로 STD RR감소는 여러 스트레스에 대한 대처 능력의 저하와 자율신경계의 인체 조절 능력 감쇄 또는 상실을 의미한다. 본 연구의 STD RR이 수업시작 전과 수업 중 시험 직후에 유의한 차이가 나지 않는 것은 심박 변이도의 다른 지표들이 교감신경계의 증가와 부교감신경의 억제를 나타냄에도 불구하고 자율신경을 조절하는 기전이 부분적으로는 조절 상태를 유지하고 있음을 나타낸다.
전기피부반응에 의한 실험결과에서는 수업 후에 측정된 피부전기전도도가 수업 전의 피부전기전도도보다 평균 97.2% 증가한 것으로 나타났으며, 이는 피부전기전도도 반응이 생리적인 긴장도와 밀접한 관련이 있음을 보여준다.
피부온도 변화에 대한 측정에서는 피실험자에 대한 측정편차가 크게 나타나는 동시에 주위의 온도 조건과 피실험자의 피부온도 변화 민감도에 따라 편차가 크게 변화하여 피부온도 변화가 스트레스에 미치는 영향에 대한 평가 기준으로는 적합하지 않는 것으로 확인되었다.

후속연구

본 연구에서 얻어진 심박 변이도와 피부전기전도도에 대한 실험결과는 스트레스 관련 임상연구에서 자율신경계의 변화를 확인하는 지표로 활용될 수 있으며, 나아가 스트레스성 질병의 치료를 위한 연구나 정신적인 병을 규명하는 연구에서 중요한 단서로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	직무 스트레스가 직업성 질환의 위험인자로 인식되고 있는데, 이 한계점은 무엇인가?	직무 스트레스는 사람들에게 상해, 사고, 직무 만족도 상실, 결근율 증가를 초래하고 있으며, 심혈관계 질환, 정신질환 등과 같은 직업성 질환의 위험인자로 인식되고 있다[3]. 그럼에도 불구하고 일상생활에서 작업환경에 대한 스트레스를 피하는 것은 거의 불가능하다.
	스트레스는 어떤 요인 중 하나인가?	오늘날 스트레스는 인간의 정신적, 신체적 건강을 위협하는 주된 요인 중의 하나이다. 본 논문에서는 대학생들에 대해 수업 전과 후에 측정한 심박변이도, 전기피부반응, 피부 온도가 스트레스 환경에서 생체 신호에 미치는 영향을 분석, 조사하였다.
	대학생들의 스트레스가 생체 신호에 미치는 영향을 분석하기 위해 무엇을 측정하였는가?	오늘날 스트레스는 인간의 정신적, 신체적 건강을 위협하는 주된 요인 중의 하나이다. 본 논문에서는 대학생들에 대해 수업 전과 후에 측정한 심박변이도, 전기피부반응, 피부 온도가 스트레스 환경에서 생체 신호에 미치는 영향을 분석, 조사하였다. 본 연구에는 21세에서 27세 사이의 학생 30명이 참여하였으며, 이들의 평균 나이는 22.

참고문헌 (18)

P. A. Thoits, Dimensions of life events that influence psychological distress: an evaluation and synthesis of the literature. in Kaplan, H. B. (ed.), Psychological Stress: Trends in Theory and Research, Academic Press New York, pp.33-103, 1983.
C. L. Cooper and M. Davison, Sources of stress at work and their relation to stressors in nonworking environments, in Kalimo R, El-Batawi MA, and Cooper CL(eds.) Psychological Factors at Work. WHO, pp. 99-111, 1987.
J. P. Seward, Occupational stress. In LaDon J(ed.) Occupational Medicine, Prentice-Hall inc., pp. 467-80, 1990.
E. Labbe, et al., "Coping with stress: the effectiveness of different types of music," Applied Psychophysiology and Biofeedback, vol. 32, pp. 163-168, 2007.

상세보기
J. A. Healey, R. W. Picard, "Detecting stress during real-world driving tasks using physiological sensors,' IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 6, pp. 156-166, 2005.

상세보기
U. Lundberg and B. Melin, "Psychophysiological Stress and EMG Activity of the Trapezius Muscle," International Journal of Behavioral Medicine, vol. 1, pp. 354-370, 1994.

상세보기
K. Ushiyama, T. Ogawa, M. Ishii, R. Ajisaka, Y. Sugishita, and l. Ito, "Mental Physiologic Neuroendocrine Arousal by Mental Arithmetic Stress Test in Healthy Subjects," The American Journal of Cardiology, vol. 67, pp. 101-103, 1991.

상세보기
J. Tomaka, J. Blascovich, and L. Swart, "Effects of Vocalization on Cardiovascular and Electrodermal Responses during Mental Arithmetic," International Journal of Psychophysiology, vol. 18, pp. 23-33, 1994.

상세보기
P. Seraganian, A. Szabo, T. G. Brown, and P. Behavior, "The Effect of Vocalization on the Heart Rate Response to Mental Arithmetic," Physiology & Behavior, vol. 62, pp. 221-224, 1997.

상세보기
C. Ring, M. Drayson, D. G. Walkey, S. Dale, and D. Carroll, "Secretory Immunoglobulin: A Reactions to Prolonged Mental Arithmetic Stress: Inter-Session and Intra-Session Reliability," Biological Psychology, vol. 59, pp. 1-13, 2002.

상세보기
N. Hjortskov, D. Rissen, A. K. Blangsted, N. Fallentin, U. Lundberg, and K. Sogaard, "The Effect of Mental Stress on Heart Rate Variability and Blood Pressure during Computer Work," Eur J Appl Physiol, vol. 92, pp. 84-89, 2004.

상세보기
J. Zhai, A. Barreto, "Stress detection in computer users based on digital signal processing of noninvasive physiological variables," in Proceedings of the 28th IEEE EMBS Annual International Conference, pp. 1355-1358, 2006.
P. Nketia and S. Reisman, "The Relationship Between Thermoregulatory and Haemodynamic Responses of The Skin to Relation," Biomedical Engineering Program, New Jersey Institute of Technology, Newark, New Jersey, pp. 27-28, 1997.
N. Hjortskov, D. Rissen, A. Blangsted, N. Fallentin, U. Lundberg, K. Sogaard, "The effect of mental stress on heart rate variability and blood pressure during computer work," European Journal of Applied Physiology, vol. 92, no.(1-2), pp. 84-89, 2004.

상세보기
J. Kristiansen, L. Mathiesen, P.K. Nielsen, A.M. Hansen, H. Shibuya, H.M. Petersen, et al., "Stress reactions to cognitively demanding tasks and open plan office noise," International Archives of Occupational and Environment Health, vol. 82, no. 5, pp.631-641, 2009.

상세보기
J. Bakker, M. Pechenizkiy, N. Sidorova,"What's your current stress level? Detection of stress patterns from GSR sensor data", 11th IEEE Int Conf. on Data Mining Workshops, 2011.
P. Ekman, R.W. Levenson, W.V. Friesen," Autonomic nervous system activity distinguishes among emotions," Science, vol. 221, pp. 1208-1210, 1983.

상세보기
S. Y. Chung, F. W. Kim, "The correlation between HRV and questionnaires before and after oral test," Korean J. Stress Tes., vol. 16, pp. 363-368. 2008.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증