財團法人 韓國精神科學硏究所
연구결과 보고서
연구제목 : 뇌파를 이용한 ‘큐링크’의
인체 자율신경 시스템에 미치는 영향 규명
(재)한국정신과학연구소
1. 실험의 목적
본 실험은 (주)바이오발란스의 요청에 의해 “‘큐링크’의 인체 자율신경계에 미치는 영향”을 규명하고자 하는 것이며 특히 스트레스에 대한 ‘큐링크’의 작용 기전을 뇌파 측정을 통하여 규명하고자 하였다.
2. 실험의 방법
뇌파를 이용한 ‘큐링크’의 인체자율신경 시스템에 미치는 영향을 평가하기 위해 실험군을 두 군으로 나누어 실험을 진행하였다.
1) A 실험군
① 착용전 기초 뇌파 측정 (2분)
② ‘큐링크’ 착용 2시간 후 뇌파 측정 (2분)
③ ‘큐링크’ 착용 4시간 후 음파를 이용한 스트레스 유발 후 뇌파 측정 (2분)
2) B 실험군
① 착용전 기초 뇌파 측정 (2분)
② 음파를 이용한 스트레스 유발 후 뇌파 측정 (2분)
③ ‘큐링크’를 착용하고 스트레스 유발 후 뇌파 측정 (2분)
A 실험군의 ①과 ②는 ‘큐링크’의 착용이 인간의 기초 뇌파에 어떤 변화를 일으키는지 알아보기 위한 것이며, A 실험군 ③과 B 실험군 ②는 ‘큐링크’의 착용이 스트레스에 대한 저항력에 어떤 영향을 주는지 알아보기 위한 것이다.
3. 뇌파의 기본 사항
뇌파는 대뇌 신경세포의 활동에 의해 유발된 전위를 머리의 피부에서 검출한 전기적 신호를 말하며, 뇌파는 대뇌의 기능을 객관적으로 평가하는 매우 훌륭한 수단이다.
1) 뇌파 영역의 정의
측정된 뇌파를 1Hz 단위로 FFT하여 주파수 영역별로 다음과 같이 나누고, 각 영역에 대한 뇌파의 크기는 해당 주파수에 대한 Amplitude를 평균하여 구한다.
① Delta 파 (δ) : 1～3Hz
② Theta 파 (θ) : 4～7Hz
③ Alpha 파 (α) : 8～12Hz
※ Alpha 영역에 대해서는 학자에 따라 다음과 같이 low와 high의 두 영역으로 나누기도 하고 slow middle fast의 세 영역으로 나누기도 한다.
|
Slow Alpha (S_α) : 7～8Hz | |
|
Mid Alpha (M_α) : 9～11Hz | |
|
Fast Alpha (F_α) : 12～13Hz | |
|
Alpha low (α_L) : 8～9Hz | |
|
Alpha high (α_H) : 10～12Hz | |
④ Beta 파 (β) : 13～29Hz
※ Beta 영역은 다음과 같이 low와 high의 두 영역으로 나누기도 한다.
Beta low1 (β_L1) : 13～19Hz
Alpha high (β_H) : 20～29Hz
※ Beta low 영역을 다음과 같이 두 영역으로 나누기도 한다.
SMR : 12～15Hz
Beta low2 (β_L2) : 16～19Hz
- 일반적으로 뇌파는 현재까지 30 Hz까지의 신호로 정의한다. 왜냐하면 30 Hz이상의 주파수부터 뇌파는 flat하게 되는 경향이 있기 때문이다. 어떤 연구자는 30-50 Hz의 신호를 γ(Gamma)파라는 5번째 뇌파의 종류로도 정의하고 있으나, 이 파형과 어떤 의식상태와의 관계에 대해서는 거의 밝혀져 있지 않다. 이 주파수 대역은 측정 장비의 AC와 같은 대역이다. 따라서 현재로는 이 신호를 artifact로 보는 것이 좋으며, 이 신호에 의미를 두지 않는 것이 일반적인 경향이다.
2) 뇌파 영역의 특징
|
구분 종류 |
주파수 |
특징 |
|
δ파 (delta wave) |
0.2-3.99 Hz |
-젖먹이, 유아의 각성시 및 소아, 성인의 수면시 뇌의 여러 부위에서 발생. -병적으로는 뇌종양, 뇌염, 의식장애 등으로 인해 나타나기도 한다. -20-200 μV의 진폭을 보이며, θ파와 함께 서파라 부른다. |
|
θ파 (theta wave) |
4 - 7.99 Hz |
-아동에게 흔히 나타난다. -성인은 경계심이 감소되었을 때 나타난다. -전두엽, 측두엽에서 두드러지게 나타나며, 불쾌할 때나 졸린 경우에 잘 나타난다. -20 - 100 μV의 진폭을 보인다. |
|
α파 (alpha wave) |
8 - 12.99 Hz |
-정상 성인의 각성, 안정, 폐안 상태에서 잘 나타난다. -20 - 60 μV의 진폭을 보인다. -후두엽, 두정엽에서 진폭이 큰 율동성파가 우세하다. 10 Hz 전후가 많다. 안정파라고도 한다. -세분하여 slow α (8-9 Hz), fast α (10-12Hz)로 구분한다. |
|
β파 (beta wave) |
13 - 30 Hz |
-정상 성인의 각성시 -전두엽, 중심엽, 측두엽에 비교적 많이 나타난다. -불안, 긴장, 암산 등의 전신활동 및 개안, 자극, 통증 등의 흥분에 의해 α파가 억제된다. 활동파라고도 한다 -세분화하여 slow β (13-19 Hz), fast β (20-30 Hz)로 구분한다. |
-본 연구에서의 뇌파 주파수 분석과 각 대역의 의미
• δ파 대역(4Hz 미만) : δ파 대역은 실질적으로 정상 성인이 깨어있는 상태에서는 거의 나타나지 않는 대역이고, 생리적 활동에 기인한 artifact의 영향이 매우 많은 영역이기 때문에 분석에서 제외하였다.
• θ파 대역(4Hz～8Hz 미만) : 일반적으로 정상 성인에게서 깨어있는 상태에서 나타나는 θ파 대역의 주파수는 맥파나 체동에 의한 artifact에 의한 경우가 많고, artifact가 아닌 뇌파에 의한 경우는 주의력의 저하를 나타낸다.
• α파 대역(8Hz～13Hz 미만) : α파 대역은 low alpha와 high alpha 영역으로 나누어서 분석하였다. α파 대역은 이완의 안정상태를 나타내지만 low alpha 대역은 주의가 비교적 낮은 상태의 안정을 나타내고 high alpha 대역은 주의가 비교적 높은 상태의 안정을 나타낸다.
• β파 대역(13Hz 이상) : β파 대역은 SMR 영역, low beta 영역, high beta 영역으로 나누어서 분석하였다. beta 대역은 보통 활동파라고 부르는 명칭에서 알 수 있듯이 깨어있는 상태에서 두뇌가 어떤 작업이나 정신 활동을 활발하게 하는 동안에 나타나는 뇌파이다. SMR 영역은 육체적 활동을 위한 준비단계 즉 주의가 매우 높은 상태에서 나타나며, low beta 영역은 일반적인 두뇌 활동에서 나타난다. high beta는 생리적으로 높은 전압을 보이지 않는 것이 일반적이며 이 대역에서 높은 전압이 나타나는 것은 긴장하거나 정신적 스트레스가 높은 경우라고 볼 수 있다.
4. 실험 결과
(본란은 개별 피실험자에 대한 분석 자료가 정리되어 있으나 그 양도 많고 관련 그림이 웹에 올라오지를 않아 생략합니다. 다음의 분석 및 고찰에서 종합 분석되어 있습니다. 꼭 보고 싶은 분은 연락주시기 바랍니다. <바이오발란스>)
5. 분석 및 고찰
(1) A 군의 뇌파 파형 및 주파수 분석
1) 뇌파 주파수 분석
|
alpha 상태 |
theta 상태 | ||
|
매우 안정 |
일부 artifact | ||
|
피실험자 |
A-② A-④ A-⑤ A-⑧ A-⑨ |
A-③ A-⑥ A-⑦ |
A-① |
A 군의 기초 뇌파는 표 2와 같이 alpha 상태의 매우 안정한 뇌파를 나타내는 경우, alpha 상태이지만 체동이나 맥파에 의한 artifact가 일부 보이는 경우, 그리고 theta 상태를 보이는 세 부류로 구분할 수 있다.
실험전의 기초 뇌파가 매우 안정한 상태를 나타내는 그룹 중 A-②, A-④, A-⑤의 경우에는 ‘큐링크’를 착용한 경우 오히려 안정성이 저하된 뇌파 형태를 나타내었고, 그 외의 경우에는 ‘큐링크’ 착용 후 theta와 high beta 대역이 줄고 alpha와 low beta 대역이 증가하였다.
theta 대역의 감소는 보다 높은 주의 집중 상태를 의미한다고 할 수 있고, high beta 대역의 감소는 긴장이나 정신적 스트레스의 감소를 의미한다고 할 수 있다.
기초 뇌파가 매우 안정한 그룹의 경우는 실험전 뇌파 상태가 매우 안정한 상태를 나타내고 있기 때문에 ‘큐링크’ 착용에 의한 개선 효과가 나타나지 않은 것으로 생각한다.
그림 46). 실험전 기초뇌파가 매우 안정한 경우의 뇌파 FFT 변화. ‘1’은 기초뇌파, ‘2’는 ‘큐링크를 달고 2시간 후’, ‘3’은 ‘큐링크를 달고 4시간 후 스트레스 유발’ 상태의 뇌파이다. ‘L’은 좌측, ‘R’은 우측 뇌파를 의미한다.
그림 46은 실험전 기초 뇌파가 매우 안정한 경우의 각 실험에 대한 뇌파 FFT data이다. 그림에서 보는 바와 같이 ‘큐링크’를 착용하고 2시간 후의 뇌파는 기초뇌파와 비교하여 beta 파 영역은 큰 차이가 없으나, theta 파 영역에서 보다 높은 것을 알 수 있다.
그림 47). 실험 전 기초 뇌파가 비교적 안정한 경우의 뇌파 FFT data.
그림 47은 실험전 기초 뇌파가 비교적 안정한 경우의 각 실험별 뇌파 FFT data이다. 기초뇌파에 비해 ‘큐링크’ 착용 2시간 후 뇌파(실험2)가 심신이 이완된 안정한 alpha 파 상태임을 알 수 있다. 실험3의 경우 alpha 대역과 low beta 대역에서 매우 강한 동조파가 나타난 것을 알 수 있다. 실험3에서 alpha 대역의 높은 동조성이 나타난 경우는 9명 중 7명으로 이는 스트레서로 사용한 소리와 뇌파 그리고 ‘큐링크’ 사이에 어떤 상호 작용이 있지 않은가 생각하지만 현단계에서는 자세한 기전을 알 수 없다.
그림 48). 실험전 기초뇌파가 theta 상태인 경우의 뇌파 FFT data.
그림 48은 실험전 기초뇌파가 theta 상태인 경우의 각 실험별 뇌파 FFT data이다. 실험2와 실험3은 그림 47의 경우와 거의 동일하다.
그림 49). 기초뇌파(실험1)에 대한 실험2와 실험3의 뇌파 대역별 변화율. A 군 전체에 대한 평균을 취한 것임.
그림 49는 A 군의 기초뇌파(실험1)에 대한 실험2와 실험3의 뇌파 대역별 변화율을 A군 전체에 대한 평균값을 구하여 나타냈다. 실험2(‘큐링크’ 착용 2시간 후 뇌파)의 경우 기초뇌파와 비교하여 high alpha 대역에서 가장 높은 비율로 증가하였고, low alpha 대역에서 약간의 증가를 나타내고 있다. 뇌파 대역이 낮아진 영역은 high beta 대역에서 가장 큰 감소를 나타내었고, low beta와 SMR 영역에서는 약간의 감소를 보이고 있다. theta 영역은 거의 변화가 없었다. 이것으로 보아 ‘큐링크’의 착용이 심신의 이완과 안정시 나타나는 alpha 대역의 뇌파를 증가시키고, 각성시 나타나는 SMR과 low beta 대역은 약간 감소시키며, 특히 긴장과 정신적 스트레스가 강할 때 나타나는 high beta 대역의 뇌파를 상대적으로 많이 감소시킨다는 것을 알 수 있다.
실험3(‘큐링크’ 착용 4시간 후 스트레스)의 경우 low alpha 대역에서애무 높은 증가율을 나타내고 있고, low beta 대역에서 약간의 증가를 보이고 있다. high alpha 대역은 거의 변화가 없고, 이외의 대역에서는 모두 감소를 나타내고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 높은 동조성의 low alpha의 발생 기전에 대해서는 추후 연구가 필요할 것으로 생각한다.
그림 50). A 군에서 기초뇌파가 매우 안정적인 ②, ④, ⑤ 피실험자의 data를 제외한 다른 6명의 평균값. 기초뇌파(실험1)에 대한 실험2와 실험3의 뇌파 대역별 변화율.
그림 50은 A 군에서 기초뇌파가 매우 안정적이어서 ‘큐링크’의 긍정적 효과가 나타나지 않은 ②, ④, ⑤ 피실험자의 data를 제외하고, 나머지 6명의 data에 대해 평균한 뇌파 대역별 변화율을 나타내었다. 이는 ‘큐링크’가 긍정적 효과를 보일 때 어떤 변화가 나타나는지 알기위한 분석이다. 그림에서 보는 바와 같이 실험2의 경우 실험1과 비교하여 주의가 높으면서 심신의 안정을 나타내는 high alpha 대역에서 가장 높은 증가율을 보이고 있고, low alpha, low beta 순으로 증가를 보이고 있다. 각성 수준의 저하를 나타내는 theta 대역에서 가장 많은 감소를 보이고 있고, 긴장이나 정신적 스트레스를 나타내는 high beta 대역에서도 감소한 것을 알 수 있다. SMR 영역에서는 거의 변화가 없다.
|
θ% |
α1% |
α2% |
SMR |
β1% |
β2% | |
|
A-①-2-L |
-8.02778 |
-0.87684 |
2.405765 |
3.353677 |
3.794309 |
-0.64913 |
|
A-②-2-L |
5.989656 |
2.875048 |
1.162109 |
-4.63392 |
-2.70861 |
-2.68429 |
|
A-③-2-L |
-0.86531 |
1.200738 |
1.047667 |
0.586427 |
-0.82751 |
-1.142 |
|
A-④-2-L |
10.69948 |
-2.36581 |
1.567347 |
-0.24734 |
-4.49677 |
-5.15692 |
|
A-⑤-2-L |
15.32189 |
-0.9347 |
-0.72291 |
-1.72839 |
-5.7147 |
-6.2212 |
|
A-⑥-2-L |
-3.59418 |
3.920395 |
6.140196 |
-2.97758 |
-0.43833 |
-3.0505 |
|
A-⑦-2-L |
-14.6855 |
2.726677 |
4.564242 |
3.539247 |
2.594741 |
1.260562 |
|
A-⑧-2-L |
-1.1529 |
0.946485 |
2.438807 |
-1.18746 |
-0.21025 |
-0.83468 |
|
A-⑨-2-L |
-2.36522 |
2.123313 |
4.335819 |
-1.28161 |
-0.45851 |
-2.35379 |
|
average |
0.146684 |
1.068368 |
2.548782 |
-0.50855 |
-0.94063 |
-2.31466 |
|
A-①-2-R |
-6.4984 |
-0.7547 |
2.004822 |
1.039014 |
4.61743 |
-0.40817 |
|
A-②-2-R |
9.153522 |
1.875129 |
-0.50108 |
-3.28553 |
-3.90471 |
-3.33732 |
|
A-③-2-R |
-0.49745 |
1.427689 |
1.83482 |
-0.88179 |
-1.4741 |
-0.40917 |
|
A-④-2-R |
17.4596 |
-3.75081 |
-0.77328 |
-0.57841 |
-5.30931 |
-7.04778 |
|
A-⑤-2-R |
1.162604 |
1.219372 |
1.790245 |
-1.00895 |
-1.7975 |
-1.36577 |
|
A-⑥-2-R |
-5.27584 |
3.08804 |
4.334179 |
-2.43013 |
1.044109 |
-0.76035 |
|
A-⑦-2-R |
-3.98927 |
0.610182 |
2.224434 |
1.997714 |
-0.21128 |
-0.63178 |
|
A-⑧-2-R |
-4.35935 |
1.373086 |
2.901668 |
-0.43901 |
0.361503 |
0.1621 |
|
A-⑨-2-R |
-0.60489 |
2.799546 |
4.723905 |
-2.39823 |
-1.12841 |
-3.39192 |
|
average |
0.727838 |
0.876393 |
2.059967 |
-0.88726 |
-0.86692 |
-1.91002 |
|
θ% |
α1% |
α2% |
SMR |
β1% |
β2% | |
|
A-①-2-L |
-17.774 |
10.70782 |
2.408025 |
-1.47036 |
8.636102 |
-2.50759 |
|
A-②-2-L |
-18.4077 |
17.75617 |
2.833835 |
-3.99786 |
2.914571 |
-1.09898 |
|
A-③-2-L |
-4.13763 |
11.09158 |
-0.14376 |
-4.12136 |
2.067929 |
-4.75676 |
|
A-④-2-L |
12.93637 |
0.162724 |
-3.99868 |
-3.87768 |
-0.182 |
-5.04074 |
|
A-⑤-2-L |
17.72907 |
0.558845 |
-4.69389 |
-1.50108 |
-5.61316 |
-6.47979 |
|
A-⑥-2-L |
-4.42612 |
7.268727 |
-0.14285 |
-1.82346 |
3.103057 |
-3.97936 |
|
A-⑦-2-L |
-16.6891 |
14.88628 |
3.219799 |
-3.60064 |
5.003773 |
-2.82011 |
|
A-⑧-2-L |
-15.5223 |
9.873941 |
0.815736 |
-1.33686 |
5.070546 |
1.09897 |
|
A-⑨-2-L |
-11.8536 |
14.02579 |
0.74995 |
-3.8914 |
3.419176 |
-2.44992 |
|
average |
-6.46056 |
9.592432 |
0.116462 |
-2.84674 |
2.713334 |
-3.11492 |
|
A-①-2-R |
-10.9558 |
10.15782 |
1.708252 |
-4.85796 |
7.261686 |
-3.31404 |
|
A-②-2-R |
-17.9991 |
16.89698 |
2.481114 |
-1.58142 |
1.915106 |
-1.71267 |
|
A-③-2-R |
-4.00714 |
7.574902 |
0.621883 |
-5.27146 |
2.913279 |
-1.83146 |
|
A-④-2-R |
17.90995 |
0.226031 |
-3.42664 |
-4.71509 |
-2.67643 |
-7.31781 |
|
A-⑤-2-R |
6.752251 |
0.269834 |
-2.90433 |
-0.47696 |
-2.3969 |
-1.24391 |
|
A-⑥-2-R |
-7.08354 |
9.500584 |
-0.08451 |
-5.63204 |
4.30088 |
-1.00137 |
|
A-⑦-2-R |
-9.04168 |
11.77533 |
2.250587 |
-4.38611 |
2.925235 |
-3.52336 |
|
A-⑧-2-R |
-15.6456 |
8.890911 |
0.574329 |
-1.02607 |
5.783389 |
1.423002 |
|
A-⑨-2-R |
-2.61711 |
14.71953 |
0.738981 |
-6.76355 |
-0.01751 |
-6.06036 |
|
average |
-4.74308 |
8.890213 |
0.217741 |
-3.85674 |
2.223194 |
-2.73133 |
표3과 표4에 실험1의 기초뇌파에 대한 실험2와 실험3의 뇌파 대역별 변화율을 각 피실험자 별로 나타내었다.
(2) B 군의 파형 분석
B 군의 경우 스트레스를 가한 상태에서 체동에 의한 artifact가 너무 심하여 뇌파의 주파수를 분석하는 것이 무의미하기 때문에 주파수 분석은 하지 않고 파형만을 보고 분석하였다.
스트레스를 가하고 있는 실험2의 경우 6명 모두 심한 체동을 보이고 있어 정상적인 뇌파 측정이 불가능하였고, ‘큐링크’를 부착한 상태에서 스트레스를 가한 실험3의 경우는 B-③ 피실험자를 제외하고는 모두 체동이 감소하고, 실험1의 기초뇌파와 비슷한 양상을 보이거나 각성의 뇌파를 나타내었다. 뇌파의 주파수 분석을 하지 못하였기 때문에 뇌파의 양상에 대해서는 말하기 곤란하나, 체동의 감소와 뇌파 진폭의 감소로 미루어 스트레스에 대한 저항력이 실험2에 비해 증가한 것으로 생각할 수 있다.
6. 결 론
(1) A 군의 경우
1) ‘큐링크’ 착용 2시간 후 뇌파(실험2)의 경우 기초뇌파(실험1)와 비교하여 뇌파 각 대역별 피실험자 전체 평균 다음과 같은 변화율을 나타내었다.
- θ 대역 : 0.44%
- low α 대역 : 0.97%
- high α 대역 : 2.30%
- SMR 대역 : -0.70%
- low beta 대역 : -0.90%
- high beta 대역 : -2.11%
위에서 보는 바와 같이 심신의 이완과 안정시 나타나는 high alpha 영역의 증가와, 긴장과 정신적 스트레스시 나타나는 high beta 영역의 감소가 나타난다.
2) 실험2에서 ‘큐링크’의 긍정적 효과를 알기 위해 ②, ④, ⑤ 피실험자의 data를 제외하고 나머지 6명의 data를 분석한 결과는 다음과 같다.
- θ 대역 : -4.33%
- low α 대역 : 1.55%
- high α 대역 : 3.25%
- SMR 대역 : -0.09%
- low beta 대역 : 0.64%
- high beta 대역 : -1.02%
3) ‘큐링크’ 착용 4시간 후 스트레스를 가한 상태의 뇌파(실험3)를 기초뇌파(실험1)과 비교하여 뇌파 각 대역별 피실험자 전체 평균 다음과 같은 변화율을 나타내었다.
- θ 대역 : -5.60%
- low α 대역 : 9.24%
- high α 대역 : 0.17%
- SMR 대역 : -3.35%
- low beta 대역 : 2.47%
- high beta 대역 : -2.92%
(2) B 군의 경우
1) 스트레스를 가한 상태에서 뇌파측정(실험2)한 경우 체동으로 인한 artifact가 너무 심하여 뇌파를 분석하기 곤란하였다.
2) ‘큐링크’를 착용하고 스트레스를 가한 실험 3의 경우 1명의 피실험자를 제외하고는 5명 모두 기초뇌파와 비슷한 양상을 나타내었으며, 체동으로 인한 artifact가 기초뇌파 보다는 많이 혼입되어 있다.
재단법인 한국정신과학연구소