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문제 정의
- 향후 연구로는 연구대상자가 범죄의 두려움을 인지할 때 뇌파 신호를 측정하여 피험자의 상태를 분류하고 예측하는 것이다. 그리고, 연구대상자에게 두려움을 유발하는 환경을 분석하여 두려움을 유발하지 않는 환경을 제시하는 것과 두려움을 유발하지 않는 경로를 추천하는 것이다.
- 뇌파(EEG)는 높은 시간 해상도를 가지며, 비 침습적 측정이 가능한 생체신호이다. 본 논문에서는 뇌파를 이용하여 범죄의 두려움에 대한 시청자의 감정적 경험을 분석한다.
- 본 논문에서는 범죄의 두려움과 관련된 자극의 종류에 따라 발생하는 뇌파를 확인하였다. 이전연구[27]에서 영상 시청 전후의 사건관련전위를 분석하였으나, 이는 범죄의 두려움을 유발하는 자극이 제시되는 시점의 사건관련전위 변화를 확인하지 못한다.
- 본 논문에서는 콘텐츠의 종류에 따라 시청자가 인지하는 범죄의 두려움을 확인하기 위해 시각자극과 청각자극, 시청각자극이 제시되었을 때의 뇌파변화를 확인한다. 시각자극과 청각자극, 시청각자극으로 제작된 oddball paradigm의 ERP task를 이용하여 자극이 제시되었을 때의 뇌파를 측정하고 사건관련전위를 분석한다.
- 본 논문에서는, 사건관련전위를 이용하여 피험자가 두려움 감정을 인지할 때의 뇌파 변화를 확인한다.
- 이러한 결과를 이용하여 콘텐츠를 제작할 때 시청자가 인지하는 범죄의 두려움의 정도를 조절할 수 있는 가능성을 제시한다. 또한, 개인의 뇌파를 이용하여 두려움을 측정함으로써 개인의 범죄의 두려움을 측정하고 학습하여 두려움을 감소시키는 경로를 안내하는 연구가 진행될 수 있다.
제안 방법
- Curry7을 통해 눈 깜박임으로 인한 노이즈를 EOG 신호를 이용하여 제거하였고, EEGLAB을 통해 500Hz로 다운 샘플링을 진행하고 Band-pass filter를 통해 0.1-30Hz 사이의 신호를 추출하였다.
- 시각자극과 청각자극, 시청각자극으로 제작된 oddball paradigm의 ERP task를 이용하여 자극이 제시되었을 때의 뇌파를 측정하고 사건관련전위를 분석한다. 각 자극 사이의 사건 관련 전위를 확인하고, 통계분석을 통해 유의미한 차이가 있는지 확인한다.
- 자극이 제시될 때의 범죄의 두려움에 따른 뇌파 변화를 확인하기 위해, 연구대상자에게 범죄의 두려움을 유발하는 자극을 이용하여 oddball paradigm의 ERP task를 제작하였다. 그리고 ERP task를 진행하는 동안 뇌파를 측정하였고, 사건관련전위를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 시각 자극은 N100과 P200, P300 에서, 청각 자극은 P200과 N200, P300에서, 시청각 자극은 N100과 P200, N200, P300에서 유의미한 차이를 보였다.
- 뇌파 측정에는 NeuroScan사의 SynAmps RT 64- channel Amplifier와 International 10-20 system에 따라서 제작된 64-channels Quick-Cap을 이용하여 뇌파를 측정하였다. 또한, 눈의 움직임을 제거하기 위해 양쪽 눈 끝과 왼쪽 눈 위아래에 전극을 부착하여 EOG를 측정하였다.
- 뇌파를 델타(δ: 1-3 Hz), 세타(θ: 4-7 Hz), 알파(α: 8-13 Hz), 베타(β: 14-30 Hz), 감마(γ: 31-50 Hz)로 나누어 분석하고, 감정 처리를 분석하기 위해 뇌파의 파워 스펙트럼과 감정 상태와의 관계를 조사한다.
- 뇌파 측정에는 NeuroScan사의 SynAmps RT 64- channel Amplifier와 International 10-20 system에 따라서 제작된 64-channels Quick-Cap을 이용하여 뇌파를 측정하였다. 또한, 눈의 움직임을 제거하기 위해 양쪽 눈 끝과 왼쪽 눈 위아래에 전극을 부착하여 EOG를 측정하였다. 뇌파 측정에 사용된 소프트웨어는 Curry7이고, 신호는 1000Hz로 수집되었다.
- 본 논문에서는 실험을 통해 시각 자극과 청각 자극, 시청각 자극에 따른 사건관련전위 요소의 변화를 확인하였다.
- 본 실험의 ERP task의 방법을 숙지하기 위해 모든 연구대상자는 2분동안 단어 ‘Crime’과 ‘Normal’이 자극으로 제시되는 ERP task를 진행하였다.
- 본 논문에서는 콘텐츠의 종류에 따라 시청자가 인지하는 범죄의 두려움을 확인하기 위해 시각자극과 청각자극, 시청각자극이 제시되었을 때의 뇌파변화를 확인한다. 시각자극과 청각자극, 시청각자극으로 제작된 oddball paradigm의 ERP task를 이용하여 자극이 제시되었을 때의 뇌파를 측정하고 사건관련전위를 분석한다. 각 자극 사이의 사건 관련 전위를 확인하고, 통계분석을 통해 유의미한 차이가 있는지 확인한다.
- 청각자극은 비명소리를 공포자극으로 사용하였고, 웃음소리를 일반자극으로 사용하였다. 시청각자극은 시각자극과 청각자극이 동시에 나오도록 제작하였다.
- 본 실험의 ERP task의 방법을 숙지하기 위해 모든 연구대상자는 2분동안 단어 ‘Crime’과 ‘Normal’이 자극으로 제시되는 ERP task를 진행하였다. 연구대상자가 ERP task에 익숙해지면 실험을 진행하였는데, 이전 ERP task로 인한 영향을 낮추기 위해 시각, 청각, 시청각 ERP task의 순서는 항상 다르게 진행되었다. 또한, 각 ERP task 사이에는 20분 동안의 휴식을 통해 ERP task 사이의 간섭을 최소화하였다.
- 연구대상자가 실험을 진행하는 동안 순서효과 (order effect)가 발생하는 것을 방지하기 위해 자극의 순서는 모두 랜덤하게 제시되었으며, 자극과 자극 사이의 시간은 0.5~1초로 랜덤하게 제시되어 다음 자극을 예측할 수 없도록 하였다. 시각 자극은 0.
- 본 논문에서는 사건관련전위를 측정하기 위해 oddball paradigm[26]의 ERP task를 사용하였다.자극을 시각자극과 청각자극, 시청각자극으로 나누어 총 3가지의 task를 제작하였다. Fig.
- 이전연구[27]에서 영상 시청 전후의 사건관련전위를 분석하였으나, 이는 범죄의 두려움을 유발하는 자극이 제시되는 시점의 사건관련전위 변화를 확인하지 못한다. 자극이 제시될 때의 범죄의 두려움에 따른 뇌파 변화를 확인하기 위해, 연구대상자에게 범죄의 두려움을 유발하는 자극을 이용하여 oddball paradigm의 ERP task를 제작하였다. 그리고 ERP task를 진행하는 동안 뇌파를 측정하였고, 사건관련전위를 이용하여 분석하였다.
- 1의 하단은 ERP task에서 제시된 자극의 모습이다. 청각자극은 비명소리를 공포자극으로 사용하였고, 웃음소리를 일반자극으로 사용하였다. 시청각자극은 시각자극과 청각자극이 동시에 나오도록 제작하였다.
- 본 논문에서는, 사건관련전위를 이용하여 피험자가 두려움 감정을 인지할 때의 뇌파 변화를 확인한다. 특히, 범죄의 두려움에 대해서 인터뷰와 설문을 이용한 기존 연구와 다르게 뇌파의 사건관련전위를 이용하여 분석을 진행한다.
대상 데이터
- 또한, 눈의 움직임을 제거하기 위해 양쪽 눈 끝과 왼쪽 눈 위아래에 전극을 부착하여 EOG를 측정하였다. 뇌파 측정에 사용된 소프트웨어는 Curry7이고, 신호는 1000Hz로 수집되었다. 뇌파는 다양한 노이즈를 포함하기 때문에 분석을 진행하기 전 이를 제거하여야 한다[25].
- 8세이고, 모두 오른손잡이이다. 실험은 빛이 차단되고 온도가 일정하게 유지되는 밀실에서 진행되었으며, 연구대상자는 모니터에서 1m 떨어진 곳에서 화면을 응시하였다.
- 연구대상자는 총 27명이 참가하였으며, 3명의 데이터는 자극 제시 시간이 기록되지 않아서 제외하였다. 연구대상자는 모두 오른손잡이이고, 남자 13명과 여자 12명으로 구성되어 있으며. 평균 나이는 23.
- 본 논문에서는 인간을 대상으로 한 임상실험을 진행하기 위해 IRB 사무국으로부터 승인을 받았으며, 승인번호는 1040395-201705-04이다. 연구대상자는 총 27명이 참가하였으며, 3명의 데이터는 자극 제시 시간이 기록되지 않아서 제외하였다. 연구대상자는 모두 오른손잡이이고, 남자 13명과 여자 12명으로 구성되어 있으며.
데이터처리
- [18]은 비슷한 수준의 원자가(Valence)와 각성(Arousal)을 나타내기 때문에 분류가 어려운 분노, 두려움, 놀라움 감정을 분류하였다. 선형 판별 분석(Linear Discriminant Analysis, LDA)를 이용하여 분류하였고, 66.3%의 정확도를 얻었다.
- 5는 각 자극의 midline(Fz, Cz, Pz, Oz)과 T7, T8 전극에서의 평균 epoch 진폭을 나타낸 것이다. 평균 진폭은 피험자 전체의 모든 epoch의 진폭들의 평균이고, 자극 제시 시점을 0ms로 통일하여 각 epoch의 시간을 동기화하였다. 시각 자극에서는 전체적으로 두려움 자극이 더 높은 진폭을 보였고, 청각자극에서는 Fpz와 Fz 전두엽 쪽의 전극에서 두려운 자극이 더 높은 진폭을 보인 반면, 다른 전극에서는 P100을 제외하고 두려운 자극이 더 낮은 진폭을 보였다.
이론/모형
- 본 논문에서는 사건관련전위를 측정하기 위해 oddball paradigm[26]의 ERP task를 사용하였다.자극을 시각자극과 청각자극, 시청각자극으로 나누어 총 3가지의 task를 제작하였다.
성능/효과
- 그 결과, 시각 자극은 N100과 P200, P300 에서, 청각 자극은 P200과 N200, P300에서, 시청각 자극은 N100과 P200, N200, P300에서 유의미한 차이를 보였다. N100과 P200이 시각 자극과 청각 자극에서 두정엽과 후두엽 부분의 차이를 보인 것과 달리 시청각 자극에서는 전두엽 부분까지의 각 ERP 요소의 역할과 자극종류의 차이를 통해 두려움 자극이 인지 조절 기능을 향상시키지만 의사 결정 기능을 저하시키는 가능성을 발견하였다. 또한, 콘텐츠를 시청할 때 두 자극이 동시에 제시되면 더 큰 범죄의 두려움을 유발할 수 있다는 것을 발견하였다.
- 그 결과, 사건관련전위가 각 자극에 따라서 다르게 변화하는 것을 확인하였다. 시각자극은 N100과 P200, P300에서 변화하였고, 청각자극은 P200과 N200, P300에서 변화하였다.
- 그리고 ERP task를 진행하는 동안 뇌파를 측정하였고, 사건관련전위를 이용하여 분석하였다. 그 결과, 시각 자극은 N100과 P200, P300 에서, 청각 자극은 P200과 N200, P300에서, 시청각 자극은 N100과 P200, N200, P300에서 유의미한 차이를 보였다. N100과 P200이 시각 자극과 청각 자극에서 두정엽과 후두엽 부분의 차이를 보인 것과 달리 시청각 자극에서는 전두엽 부분까지의 각 ERP 요소의 역할과 자극종류의 차이를 통해 두려움 자극이 인지 조절 기능을 향상시키지만 의사 결정 기능을 저하시키는 가능성을 발견하였다.
- [15]은 기쁨과 화남, 두려움, 슬픔 각 감정에 대한 뇌파의 특성을 분석하였다. 그 결과, 최대 주파수 빈도가 기쁨과 화남 감정에서는 증가하는 반면 두려움과 슬픔 각정에서는 감소하는 것을 확인하였다. Allen J.
- 두려움을 측정 하는데 있어서 검증된 방법 중 하나인 late positive potential(LPP)[13]을 추출하였고 그림을 미화하여 판단한다는 것을 발견하였다.
- 이는, 시각 자극과 청각 자극이 동시에 제시되면서 두 자극으로 인해 발생하는 진폭의 차이가 동시에 발생하고, 더 큰 두려움을 유발하여 뇌파에 영향을 미치는 것으로 유추할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 두려움 자극이 인지 조절 기능을 향상시키지만 의사 결정 기능을 저하시키는 것과 시각 자극과 청각 자극이 동시에 제시되면 각각 제시되었을 때보다 더 큰 범죄의 두려움을 유발할 수 있는 가능성을 발견하였다.
- N100과 P200이 시각 자극과 청각 자극에서 두정엽과 후두엽 부분의 차이를 보인 것과 달리 시청각 자극에서는 전두엽 부분까지의 각 ERP 요소의 역할과 자극종류의 차이를 통해 두려움 자극이 인지 조절 기능을 향상시키지만 의사 결정 기능을 저하시키는 가능성을 발견하였다. 또한, 콘텐츠를 시청할 때 두 자극이 동시에 제시되면 더 큰 범죄의 두려움을 유발할 수 있다는 것을 발견하였다.
- 그리고, 시청각자극은 N100과 P200, N200, P300에서 변화하였다. 변화 폭에는 큰 차이가 있었는데, 시청각 자극에서 시각자극과 청각자극보다 변화량이 큰 것을 확인하였다.
- 차이는 공포 자극에서 일반 자극을 빼서 구하였다. 시각 자극과 청각 자극에서 P100은 양의 차이가 나왔지만 시청각자극에서는 음의 차이가 나왔다. 그러나, P100은 통계분석에서 유의미한 차이를 보이지 않았기 때문에 유의미한 차이가 있다고 보기 어렵다.
- 평균 진폭은 피험자 전체의 모든 epoch의 진폭들의 평균이고, 자극 제시 시점을 0ms로 통일하여 각 epoch의 시간을 동기화하였다. 시각 자극에서는 전체적으로 두려움 자극이 더 높은 진폭을 보였고, 청각자극에서는 Fpz와 Fz 전두엽 쪽의 전극에서 두려운 자극이 더 높은 진폭을 보인 반면, 다른 전극에서는 P100을 제외하고 두려운 자극이 더 낮은 진폭을 보였다. 시청각 자극은 전두엽과 측두엽 부분에서는 두려운 자극이 더 높은 진폭을 보인 반면, 후두엽 부분의 전극에서는 일반 자극이 더 높거나 비슷한 진폭을 보였다.
- 시각 자극에서는 전체적으로 두려움 자극이 더 높은 진폭을 보였고, 청각자극에서는 Fpz와 Fz 전두엽 쪽의 전극에서 두려운 자극이 더 높은 진폭을 보인 반면, 다른 전극에서는 P100을 제외하고 두려운 자극이 더 낮은 진폭을 보였다. 시청각 자극은 전두엽과 측두엽 부분에서는 두려운 자극이 더 높은 진폭을 보인 반면, 후두엽 부분의 전극에서는 일반 자극이 더 높거나 비슷한 진폭을 보였다.
- 그리고 P200은 시각적 주의와 관련이 있다. 이를 통해, 범죄의 두려움과 관련된 공포자극은 인지 조절 기능을 향상시키지만 의사결정능력을 저하시키는 것을 N200과 P300을 통해 확인할 수 있다. N100과 P200은 시각자극과 청각자극의 두정엽과 후두엽 부분에서 차이를 보였지만 시청각자극에서 전두엽 부분까지 차이를 보였는데, 시각자극과 청각자극이 동시에 제시되면서 공포자극과 일반자극의 변화율이 다르기 때문에 나타난다.
- N100과 P200은 후두엽 부분에서 유의미한 차이를 보였고 P300은 전체적으로 유의미한 차이를 보였다. 청각 자극은 전두엽을 제외한 전극에서의 P200과 전체 전극에서의 N200, P300이 유의미한 차이를 보였다. 시청각 자극에서는 N100과 P200, N200, P300에서 대부분 유의미한 차이를 보였다.
- 95 정도의 차이가 발생하였는데, P300은 자극의 평가와 분류에 관하여 분석할 때와 의사 결정 과정을 분석할 때 사용한다. 피험자가 공포자극과 일반자극의 시각 자극을 인지하는 과정에서 각 자극에 대한 평가가 다르고, 공포자극이 제시되었을 때 의사 결정 기능에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 청각자극은 P300에서 5.
후속연구
- 이러한 결과를 이용하여 콘텐츠를 제작할 때 시청자가 인지하는 범죄의 두려움의 정도를 조절할 수 있는 가능성을 제시한다. 또한, 개인의 뇌파를 이용하여 두려움을 측정함으로써 개인의 범죄의 두려움을 측정하고 학습하여 두려움을 감소시키는 경로를 안내하는 연구가 진행될 수 있다. 환경 디자인을 통한 범죄 예방(Crime Prevention Through Environment Design, CPTED)을 통해 범죄를 예방할 때 주변 환경에서 두려움을 유발할 수 있는 자극을 제거하여 범죄를 예방할 수 있는 가능성도 있다.
- 향후 연구로는 연구대상자가 범죄의 두려움을 인지할 때 뇌파 신호를 측정하여 피험자의 상태를 분류하고 예측하는 것이다. 그리고, 연구대상자에게 두려움을 유발하는 환경을 분석하여 두려움을 유발하지 않는 환경을 제시하는 것과 두려움을 유발하지 않는 경로를 추천하는 것이다.
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