In this present study, the correlation between subjective preference of essential odors and EEG response were investigated quantitatively. EEG signals were measured from 19 electrodes according to the International 10-20 system (Fpl, Fp2, F2/4, F7/8, Fz, C3/4, Cz, P3/4, Pz, T3/4, T5/6, Ol/2) from 8 ...
In this present study, the correlation between subjective preference of essential odors and EEG response were investigated quantitatively. EEG signals were measured from 19 electrodes according to the International 10-20 system (Fpl, Fp2, F2/4, F7/8, Fz, C3/4, Cz, P3/4, Pz, T3/4, T5/6, Ol/2) from 8 healthy males subjects in four odor conditions. Four odor conditions (Rose oil bulgarian, Lemon oil misitano, Jasmin abs, Laverder iol france (KIMEX co. Ltd)) were applied for each subject in the experiment. Through the subjective evaluation, the most pleasant odor for each subject was determined. The power spectrum of ${\alpha}$/${\beta}$ of EEG signals from the most pleasant odor was compared with those from the control condition, which has no odor at all. It was observed that the power spectrum of ${\alpha}$/${\beta}$ of EEG from the most pleasant odor was increased significantly on F3, F3, F4,74 comparing to the control condition. This result indicates that the power spectrum of ai${\beta}$ could be a new index for measuring the levels of pleasantness of odors.
In this present study, the correlation between subjective preference of essential odors and EEG response were investigated quantitatively. EEG signals were measured from 19 electrodes according to the International 10-20 system (Fpl, Fp2, F2/4, F7/8, Fz, C3/4, Cz, P3/4, Pz, T3/4, T5/6, Ol/2) from 8 healthy males subjects in four odor conditions. Four odor conditions (Rose oil bulgarian, Lemon oil misitano, Jasmin abs, Laverder iol france (KIMEX co. Ltd)) were applied for each subject in the experiment. Through the subjective evaluation, the most pleasant odor for each subject was determined. The power spectrum of ${\alpha}$/${\beta}$ of EEG signals from the most pleasant odor was compared with those from the control condition, which has no odor at all. It was observed that the power spectrum of ${\alpha}$/${\beta}$ of EEG from the most pleasant odor was increased significantly on F3, F3, F4,74 comparing to the control condition. This result indicates that the power spectrum of ai${\beta}$ could be a new index for measuring the levels of pleasantness of odors.
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문제 정의
그러므로 본 논문에서는 피험자의 주관적 향의 선호도와 국제 기준 전극법에 따라 뇌의 전 부위 (19부위)에서 측정된 뇌파 신호와의 상관관계에 대해 살펴보고자 한다. 이를 통해 피험자의 주관적 평가를 객관적으로 반영할 수 있는 새로운 형태의 지표를 찾고자 한다.
본 연구에서는 피험자의 주관적 향의 선호도와 국제 기준 전극법에 따라 뇌의 전 부위(19부위)에서 측정된 뇌파 신호와의 상관관계에 대해 살펴보았다. 무향 상태일 때의 뇌파와 각 피험자의 주관적 향의 선호도에 따라 가장 쾌하다고 보고된 향 자극 시의 뇌파 신호를 FFT 분석하여 a/β 대역의 전력비를 계산하였다.
대해 살펴보고자 한다. 이를 통해 피험자의 주관적 평가를 객관적으로 반영할 수 있는 새로운 형태의 지표를 찾고자 한다.
될 수 있음을 알 수 있다. 향후 불쾌한 감성을 유발할 수 있는 향 자극에 대한 후속 연구로부터 a/β 대역의 전력비가 향의 불쾌도를 측정할 수 있는 척도가 될 수 있는지를 알아보고자 한다.
제안 방법
또한 실험 중 전극과 두피 사이의 저항은 5㏀ 이내가 되도록 유지하였다. 각 피험자별로 무향 상태의 뇌파(control)와 4가지 향 자극시 측정한 뇌파에 대해 Fast Fourier Transform (FFT)을 이용하여 주파수 대역별(δ(0.5~4㎐), θ(4~8㎐), a1(8~10㎐), a2(10~13㎐), a(8~13㎐), β(13~30㎐))로 상대적인 전력(relative power spectrum)을 구하여 그 증감을 비교, 분석하였다. 또한 뇌파 19개 측정부위별로 무향 상태일 때 a1/β, a2/β, a/β 대역의 전력비와 각 피험자별로 주관적 평가를 통해 가장 쾌하다고 보고된 향(표 1의 good odor) 자극 시의 a1/β, a2/β, a/β 대역의 전력비의 증감을 비교 분석하였다.
구하였다. 그리고 무향 상태에 비해 쾌한 향 자극 시 각 주파수 대역별 전력증감의 통계적 유의차를 살펴보았다. 선행 연구(Ryoko Masago et al, 2000)의 경우 동일한 향에 대해 쾌하다고 보고한 그룹의 뇌파 분석에서 뇌의 측두(temporal)부분과 두정부(parietal)부분에서 a1(8~10㎐) 대역 전력의 유의미한 변화를 보고하였으나 본 실험에서는 쾌한 향 자극 시 뇌의 측두 부분과 두정부 부분에서 무향 상태에 비해 a1 대역 전력의 감소가 관찰되는 피험자가 있기는 하였지만 전체 7명의 쾌 그룹에서 통계적인 유의차는 관찰되지 않았다.
뇌파(Electroencephalogram, EEG) 측정을 위해 디지털 뇌파측정기(TECA사의 Profile)를 사용하였으며, 국제 기준 전극법에 따라 19부위(Fpl, Fp2, F3/4, F7/8, Fz, C3/4, Cz, P3/4, Pz, T3/4, T5/6, 01/2)에서 뇌파를 측정하였다. 눈썹 사이에 ground 전극을 붙이고 reference 전극은 F
5~4㎐), θ(4~8㎐), a1(8~10㎐), a2(10~13㎐), a(8~13㎐), β(13~30㎐))로 상대적인 전력(relative power spectrum)을 구하여 그 증감을 비교, 분석하였다. 또한 뇌파 19개 측정부위별로 무향 상태일 때 a1/β, a2/β, a/β 대역의 전력비와 각 피험자별로 주관적 평가를 통해 가장 쾌하다고 보고된 향(표 1의 good odor) 자극 시의 a1/β, a2/β, a/β 대역의 전력비의 증감을 비교 분석하였다. 표 1에서 불쾌한 향을 보고한 피험자는 세 명뿐이어서 무향과 불쾌한 향 사이의 상관관계에 대해서는 관찰하지 않았다.
실험 시 외부 환경의 영향을 배제하기 위해 방음장치를 설치하였고 외부의 전기적 영향을 최소화하기 위해 챔버 외부 전체를 동판으로 절연하였다. 또한 실험 중에는 내부온도(24℃), 습도(40%~50%), 조도 (150~200Lx)를 유지하여 피험자가 실험하는 동안 편안한 상태를 유지할 수 있도록 하였다.
무향 상태일 때의 뇌파와 각 피험자의 주관적 향의 선호도에 따라 가장 쾌하다고 보고된 향 자극 시의 뇌파 신호를 FFT 분석하여 a/β 대역의 전력비를 계산하였다. 그 결과 쾌한 향 자극 시 무향 상태에 비해 뇌의 전두엽 부분(F3, Fz, F4)과 우측 측두엽 부분(T4)에서 a/β 대역의 전력비의 통계적으로 유의한 증가를 관찰할 수 있었다.
본 연구에서는 쾌 그룹에 대해 뇌파 19개 측정 부위에서 무향일 때의 뇌파와 쾌한 향 자극 시의 뇌파에서 a1/β, a2/β, a/β 대역의 전력비를 계산하여 증감을 비교, 분석하였다. 분석 결과, a/β 대역의 전력비 결과에서 F3, Fz, F4, T4의 통계적으로 유의한 증가를 관찰할 수 있었다 (표 2, 그림 2, 그림 3, 그림 4, 그림 5).
사용한 4가지 향에 대해 각 피험자별로 주관적 평가를 실시하였다. 평가 설문지에는 향에 대한 이미지를 나타내는 후각 감성 형용사로 구성된 양극척도 25문항 (7점 척도)과 단극 척도 40문항 (5점 척도), 그리고 각 향의 전체적인 선호도를 조사하는 양극 7점 척도 2문항 (진하다/연하다, 좋다/나쁘다)으로 구성되어 있다 (민병찬 등, 1999a).
사용한 4가지 향은 각 피험자별로 임의적인 순서로 제시되었으며, 각 향을 자극한 후 주관적 평가를 실시하였다. 한 가지 향 자극 후 10분간 배기 시스템을 가동시키면서 잔존 향을 제거하여 피험자에게 안정을 유도하고 향에 대한 순응 효과를 제거하였다 (그림 1).
4m 규격의 후각 챔버에서 수행되었으며 챔버 내부에는 후각의 순응을 줄이기 위한 목적으로 흡기와 배기를 동시에 할 수 있는 시설을 갖추었다. 실험 시 외부 환경의 영향을 배제하기 위해 방음장치를 설치하였고 외부의 전기적 영향을 최소화하기 위해 챔버 외부 전체를 동판으로 절연하였다. 또한 실험 중에는 내부온도(24℃), 습도(40%~50%), 조도 (150~200Lx)를 유지하여 피험자가 실험하는 동안 편안한 상태를 유지할 수 있도록 하였다.
이 두 연구에서 주목할만한 점은 쾌한 향을 이용하여 피험자를 자극할 때와 불쾌한 향을 이용하여 피험자를 자극할 때 a, B 대역의 전력의 변화 추이가 다르다는 것이다. 쾌한 향과 불쾌한 향 자극시 a, β 대역의 전력의 변화 추이가 다르다는 점에 착안하여 본 연구에서 a/β 대역의 전력비를 구하였다.
평가를 실시하였다. 평가 설문지에는 향에 대한 이미지를 나타내는 후각 감성 형용사로 구성된 양극척도 25문항 (7점 척도)과 단극 척도 40문항 (5점 척도), 그리고 각 향의 전체적인 선호도를 조사하는 양극 7점 척도 2문항 (진하다/연하다, 좋다/나쁘다)으로 구성되어 있다 (민병찬 등, 1999a). 표 1은 4가지 향에 대한 주관적 평가 결과 각 피험자별로 가장 쾌하다고 느낀 향과 가장 불쾌하다고 느낀 향을 정리한 것이다.
표 1에서 쾌한 향을 보고하지 않은 피험자 7번을 제외한 7명의 피험자 그룹(이하, 쾌 그룹)에 대하여 무향 상태에서 측정한 뇌파(control)와 쾌한 향 자극 시에 측정한 뇌파에 대해 FFT를 이용하여 주파수 대역별 상대적인 전력을 구하였다. 그리고 무향 상태에 비해 쾌한 향 자극 시 각 주파수 대역별 전력증감의 통계적 유의차를 살펴보았다.
사용한 4가지 향은 각 피험자별로 임의적인 순서로 제시되었으며, 각 향을 자극한 후 주관적 평가를 실시하였다. 한 가지 향 자극 후 10분간 배기 시스템을 가동시키면서 잔존 향을 제거하여 피험자에게 안정을 유도하고 향에 대한 순응 효과를 제거하였다 (그림 1).
향 자극 전의 무향 상태를 안정으로 하여 1분 동안 뇌파를 측정하였고, 그 후 1분 동안 피험자의 코 근처 (l㎝ 이내)에 향을 두어 향 자극을 유도하면서 뇌의 19부위에서 뇌파를 측정하였다. 사용한 4가지 향은 각 피험자별로 임의적인 순서로 제시되었으며, 각 향을 자극한 후 주관적 평가를 실시하였다.
대상 데이터
본 실험에서는 100%의 농도의 Rose oil bulgarian, Lemon oil misitano, Jasmin abs, Laverder oil france (KIMEX co. Ltd)를 실험 시약(향)으로 사용하였다.
실험은 본 연구팀에서 구축한 5.5m × 3.5m × 2.4m 규격의 후각 챔버에서 수행되었으며 챔버 내부에는 후각의 순응을 줄이기 위한 목적으로 흡기와 배기를 동시에 할 수 있는 시설을 갖추었다. 실험 시 외부 환경의 영향을 배제하기 위해 방음장치를 설치하였고 외부의 전기적 영향을 최소화하기 위해 챔버 외부 전체를 동판으로 절연하였다.
피험자는 코 수술의 경험이 없고 냄새를 맡는 기능이 정상인, 즉 후맹이 아닌 24~26세의 남자 8명을 대상으로 하였다. 실험 전에는 후각에 영향을 줄 수 있는 흡연, 음주, 카페인, 약물 등의 섭취를 금하였다.
데이터처리
표 1에서 불쾌한 향을 보고한 피험자는 세 명뿐이어서 무향과 불쾌한 향 사이의 상관관계에 대해서는 관찰하지 않았다. 통계분석은 SPSS (ver 8.0)를 사용하였으며, T-test 분석을 실시하였다. 데이터 분석은 아래 (1)식을 이용하여 정규화하였다.
성능/효과
결론적으로 피험자의 주관적 향의 선호도와 측정된 뇌파와의 상관관계로부터 a/β 대역의 전력비가 향의 쾌도를 측정하는 하나의 새로운 척도가 될 수 있음을 알 수 있다. 향후 불쾌한 감성을 유발할 수 있는 향 자극에 대한 후속 연구로부터 a/β 대역의 전력비가 향의 불쾌도를 측정할 수 있는 척도가 될 수 있는지를 알아보고자 한다.
무향 상태일 때의 뇌파와 각 피험자의 주관적 향의 선호도에 따라 가장 쾌하다고 보고된 향 자극 시의 뇌파 신호를 FFT 분석하여 a/β 대역의 전력비를 계산하였다. 그 결과 쾌한 향 자극 시 무향 상태에 비해 뇌의 전두엽 부분(F3, Fz, F4)과 우측 측두엽 부분(T4)에서 a/β 대역의 전력비의 통계적으로 유의한 증가를 관찰할 수 있었다.
분석 결과, a/β 대역의 전력비 결과에서 F3, Fz, F4, T4의 통계적으로 유의한 증가를 관찰할 수 있었다 (표 2, 그림 2, 그림 3, 그림 4, 그림 5). 대역의 전력비의 결과에서는 19개 뇌파 즉정 모든 부위에서 통계적으로 유의한 변화를 관찰할 수 없었다.
et aL>에서 보고된 것처럼 향 자극 시 무향에 비해 a 대역 전력의 통계적인 유의차는 관찰할 수 없었다. 하지만, 무향 상태에 비해 각 피험자가 가장 쾌하게 느낀 향을 제시했을 때 뇌의 전두엽 부분과 우측 측두엽 부분에서 a/β대역의 전력비의 통계적으로 유의한 증가를 관찰할 수 있었다. 이 결과는 향에 대한 심리적인 반응은 전두엽의 뇌파에 반영된다는 선행 연구결과(栗岡 豊, 外池光雄, 1994) 와 쾌한 향 자극 시 뇌의 우반구가 더욱 더 활성화된다는 기존의 여러 연구결과 (Ryoko Masago et al.
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