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EEG 기반의 어지럼증 최소화 방안에 관한 연구
Research on EEG-based minimization plan of motion sickness 원문보기

한국융합신호처리학회논문지 = Journal of the Institute of Convergence Signal Processing, v.20 no.1, 2019년, pp.1 - 8  

서현철 (대구가톨릭대학교 컴퓨터공학과) ,  신정훈 (대구가톨릭대학교 IT공학부)

초록
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멀미(Motion Sickness)란 전정기관에서 감지된 움직임과 시각적으로 감지된 움직임이 서로 충돌하는 경우에 발생하는 어지럼증 증상이다. 어지럼증이 발생할 경우 사용자는 메스꺼움 및 구토감, 방향 감각 이상과 피로 등의 증세를 호소한다. 이러한 어지럼증 원인이 다양하여 증상에 대한 감별과 치료가 어려운 질환이다. 특히 어지럼증의 유형 중 시각 정보로 인해 유발되는 어지럼증(Visually Induced Motion Sickness)은 발전하는 VR산업에서 해결해야 할 고질적인 숙제로 남아있다. 이러한 VIMS에 대한 분석은 사용자의 활력 징후 측정 및 특징 분석과 EEG 특성 분석을 통하여 가능하다. 이에 본 논문에서는 EEG 신호를 기반으로 시각 정보로 인해 유발되는 어지럼증(VIMS)의 최소화 방안에 대해 고찰하며, 그와 관련된 연구 동향들을 분석한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Motion sickness is dizziness symptom that occurs when movement detected in the vestibular organ and movement detected visually are collide with each other. When dizziness occurs, user complains of symptoms such as nausea and vomiting, sense of direction abnormality, and fatigue. These causes of dizz...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 논문에서는 VIMS가 유발될 경우에 변화하는 사용자의 EEG 특성과 관련된 연구 동향을 분석하고 이를 바탕으로 EEG 제어를 활용하여 어지럼증 최소화 방안에 대해 분석하고자 한다. 나아가 VR환경에서 EEG 신호를 이용하여 미리 사용자의 멀미 증상을 예측하고 사전에 어지럼증 발생을 최소화 할 수 있는 방안에 대해 제시하고자 한다.
  • 또 사용자에 따른 효율적인 맞춤형 뉴로피드백 자극을 제시할 수 있도록 새로운 시청각 자극 기법 및 패턴 제작 방안을 제시하였다. 시각 반응 분석을 위하여 RGB 3가지 색을 활용하여 단일 광원 실험에 사용할 자극 패턴을 생성하였고, 복합 광원 실험의 경우 R, G, B 각각의 밝기를 30%, 60%, 100%, 3단계로 나누어 R+G+B/3의 수식을 적용하여 패턴을 제작하였다.
  • 본 논문에서는 128 채널 EEG 시스템을 기반으로 영화를 보는 피실험자들의 뇌파 변화를 관찰하였다. 또, 2D 기술과 3D 기술을 비교하여 3D 가 시청자에게 멀미를 일으키는 여부에 중점을 두고 실험을 진행하였다.
  • 본 논문에서는 기존에 존재하는 뉴로피드백 시청각 자극 기법을 개선하여 보다 세분화되고 다양한 자극을 생성하였다.
  • 본 논문에서는 시각 장애와 전정 자극을 모두 사용하여 현실적인 멀미를 MS(Motion Sickness) 단계별로 구분할 수 있는 연속 등급 메커니즘을 제안하고, 멀미 발생 시 여러 뇌 영역에서 재현 가능한 스펙트럼 변화를 평가하였다.
  • 본 논문에서는 시각 정보로 인해 유발되는 멀미가 발생할 경우 사용자의 EEG 변화와 관련된 연구 동향들을 분석하고 이를 바탕으로 가상환경에서의 어지럼증 최소화 방안에 대해서 논의하였다. 많은 선행 연구들은 VIMS가 발생할 경우 두정엽의 알파 대역 출력 증가, 왼쪽 및 오른쪽 운동 영역의 세타 대역 출력 증가와, 후두부 정중선 영역의 모든 주파수 대역 출력 증가가 이루어진다고 보고하고 있다.
  • 이에 본 논문에서는 VIMS가 유발될 경우에 변화하는 사용자의 EEG 특성과 관련된 연구 동향을 분석하고 이를 바탕으로 EEG 제어를 활용하여 어지럼증 최소화 방안에 대해 분석하고자 한다. 나아가 VR환경에서 EEG 신호를 이용하여 미리 사용자의 멀미 증상을 예측하고 사전에 어지럼증 발생을 최소화 할 수 있는 방안에 대해 제시하고자 한다.

가설 설정

  • 두 번째, 디스플레이 시야각(FOV)을 줄이는 것이다. 디스플레이 시야각이 클 경우 현실성과 몰입감을 증가시키지만, 전이성 착각이 일어나기 때문에 멀미가 증가한다[15].
  • 베타 파의 경우 2D그룹은 모든 뇌 영역에서 증가한 반면 3D그룹은 증가하지 않았다. 실험 결과들을 바탕으로 특수한 움직임으로 인해 VIMS가 발생한다는 것을 가정할 수 있다. 이는 3D환경에서 멀미는 특별한 움직임에 의해 유발될 수 있다는 것을 강조한다.
  • 에서는 시각 정보로 인해 유발되는 멀미(VIMS)를 최소화하기 위한 방법 4가지를 제시하고 있다. 첫 번째, 비주얼 로테이션(Visual rotation)의 최소화이다. 가상현실에서 멀미가 가장 많이 일어나는 이유는 카메라의 회전 때문이다[14].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
멀미란 무엇인가? 멀미(motion sickness)란 눈의 피로, 두통 등의 이상감각과 어지러운 느낌, 돌아가는 느낌 등의 부적절한 감각상태를 나타낸다[1]. 이러한 어지럼증은 유발원인에 따라 세 가지 유형으로 분류된다[2][3].
EEG란 무엇인가? 은 VIMS가 발생하는 동안의 사용자의 대뇌 피질 영역의 EEG 특성 변화를 보여준다. EEG란 뇌신경 사이의 신호가 전달될 때 생기는 전기의 흐름이다. 이는 뇌의 상태를 나타내는 가장 중요한 지표이며 개개인의 심신 상태에 따라 다르게 나타난다[8].
어지럼증의 유형 중 차멀미, 뱃멀미, 비행멀미 등은 언제 발생하는가? 이러한 어지럼증은 유발원인에 따라 세 가지 유형으로 분류된다[2][3]. 첫 번째 유형은 모션에 대한 고정된 시각정보와 전정기관의 감각정보가 서로 불일치하는 경우에 발생한다. 예를 들어 차멀미, 뱃멀미, 비행멀미 등이 있다[4].
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (17)

  1. Hyeon-Cheol Seo, Jeong-Hoon Shin, "Research on minimization of motion sickness using EEG control," Conference of Korea Institute of Convergence Signal Processing, Vol. 19, Issue. 1, pp. 48-51, 2018. 

  2. Jung-Min Oh, Tae-Min Um, Go-Eun Choi, Jong-won Hu, Hyeon-Tae Kim, Hyeon-Gyeong Jo, Ho-Ryeong Yu, In-Chan Sul, Yoon-Sik, Kim, "Study of the Patients with Dizziness who visited the Korean Medicine Hospital," Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine, Vol. 29, Issue. 5, pp. 378-385, Oct. 2010. 

  3. Hyeon-Jeong Kim, Jung-Ho Lee, Ju-Yeoung Oh, Ho-Jun Lee, Ji-Hyeong Park, "Simulator sickness in differences between HMD display distance and IPD," PROCEEDINGS OF HCI KOREA 2018 Symposium of Conference Announcement, 2018, pp. 253-256. 

  4. Wikipedia, Motion sickness, https://en.wikipedia.org/wiki/Motion_sickness, 2018. 

  5. Chae-Won Lee, Min-Gook Choi, Gyu-Sung Kim, Sang-Cheol Lee, "Analysis of causal factors and physical reactions according to visually induced motion sickness," Journal of HCI Korea, Vol. 9, No. 1, pp. 11-21, May. 2014. 

  6. Jae-Pil Lee, "Analysis of Video Image Based Element for Motion Sickness," Master Thesis, Dept. Smart ICT Convergence, Konkuk University, Feb. 2018. 

  7. Sarah Sharples, Sue Cobb, Amanda Moody, John R. Wilson, "Virtual reality induced symptoms and effects (VIRSE): Comparison of head mounted display (HMD), desktop and projection display systems," Display, Vol. 29, Issue. 2, pp. 58-69, Mar. 2008. 

  8. Jeong-Hoon Shin, "A Study on the Measure to Maximize the Effects of Functional Games in Relation to the Changes in Visual and Auditory Stimulations," The Journal of Korea Institute of Convergence Signal Processing, Vol. 14, No. 3, pp. 147-153, Jul. 2013. 

  9. Yu-Chien Chen, Jeng-Ren Duann, Shang-Wen Chuang, Chun-Ling Lin, Li-Wei Ko, Tzyy-Ping Jung, Chin-Teng Lin, "Spatial and temporal EEG dynamics of motion sickness," NueroImage, Vol. 49, Issue. 3, pp. 2862-2870, Feb. 2010. 

  10. Li-Wei Ko, Chun-Shu Wei, Tzyy-Ping Jung, Chin-Teng Lin, "Estimating the Level of Motion Sickness Based on EEG Spectra," Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6780, pp. 169-176, 2011. 

  11. Syed Ali Arsalan Naqvi, Nasreen Badruddin, Munsif Ali Jatoi, Aamir Saeed Malik, Wan Hazabbah, aharudin Abdullah, "EEG based time and frequency dynamics analysis of visually induced motion sickness (VIMS)," Australasian Physical & Engineering Sciences in Medicine, Vol. 38, Issue. 4, pp. 721-729, Dec. 2015. 

  12. Hyo-Won Jeon, Jae-Gap Lee, Jeong-Hoon Shin, "A study on the precise classification and diversification of audiovisual stimuli for improved neurofeedback therapy / training," Conference of Korea Institute of Convergence Signal Processing, Vol. 19, Issue. 1, pp. 65-67, 2018. 

  13. Young-Mo Im, Byeong-suk Yang, "Development direction of VR/AR and domestic industrial activation plan," Software Policy & Research Institute, Research Report, 2016-012, 2017. 

  14. H. Ujike, T. Yokoi, S. Saida, "Effects of virtual body motion on visually-induced motion sickness," Int. Conf. of IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Vol. 1, 2004, pp. 2399-2402. 

  15. Young-Yoon Kim, Eun-Nam Kim, Chan-Young Jung, Hee-Dong Go, Hyun-Taek Kim, "The Efficacy of Biofeedback in Reducing Cybersickness in Virtual Navigation," The journal of Korean Society for Emotion and Sensibility, Vol. 5, No. 2, pp. 29-34, 2002. 

  16. Gyoung-Hoon Han, Hyeon-Taek Kim, "The Cause and Solution of Cybersickness in 3D Virtual Environments," The Korean Journal of Cognitive and Biological Psychology, Vol. 23, No. 2, pp. 287-299, 2011. 

  17. Se-Uk Oh, "The effect of the shape and the intensity of rest frame on reduction of virtual sickness," Master Thesis, Dept. Computer Software, University of science and Technology, Feb. 2018. 

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