[R&E] 2. ECG-집중력 상관관계 선행연구 참고

우리가 선행연구에서 이용했던 ECG-집중력 상관관계에 대한 증명이다. 생명 담당 친구들이 작성했다.

우리 연구에서 제일 많이 논란이 되고 지적당하는 부분이라 확실히 증명해 보강을 하고 시작하는 것이 좋을 듯 하다.

항상 선생님들도 이 부분을 지적하는데, 선행연구가 존재한다.

 

 

 

 

▷ 심전도 : 심장의 수축에 따른 활동전류를 곡선으로 기록한 것

내가 앞에서 추출해야한다고 했던 "극댓값" 즉, "R값"을 확인할 수 있다.

 

▷ 심전도와 집중도의 관계

집중력은 인지 능력과 과제 수행능력을 나타내는 데 중요한 지표로 사용된다. 집중력에 대한 실험은 남녀노소를 불구하고 다양한 연령대 와 환경에서 실험과 분석을 행해진다. 집중력이 유발되면, 우리 몸의 중추 신경계와 자율 신경계에서 변화가 생긴다. 중추 신경계에서는 자극에 따른 두뇌의 자발적인 전기적인 활동 변화가 일어나며, 통상적으로 뇌파인 Electroencephalography(EEG)를 사용하여 측정되고, 자율 신경계의 변화는 집중력 상 태에 따라 호흡, 혈압, 심박동, 심박변이도, 피부온도, 근전도, 호르 몬 변화 등 다양한 형태로 측정 된다.

 

EEG 신호는 신경계에서 뇌신경 사이에 신호가 전달될 때 생기는 전기 적 흐름이다. 심신 상태에 따라 각각 다르게 나타나며, 뇌의 활동 상황 을 측정하는 가장 중요한 지표이다. EEG 신호의 자연발생적 활동은 특정 주파수 대역의 변화를 나타낸다. 집중 시에는, 중추 신경계 측면에서 두뇌의 전기적 신호 변화뿐만 아니라 자율 신경계 측면에서 심혈관계 시스템에서도 변화가 일어난다. 심박변이도(HRV)는 심장 박동의 간격 변화의 측정을 기반으로 자율 신경계 시스템의 변화 정도를 평가할 수 있는 결정적인 요소이다.

 

HRV 신호는 교감신경과 부교감신경에 의해 조절되므로 자율신경계 상태를 실시간으로 반영해주는 중요한 지표이다. 이는 생리학적으로는 정신적 상태의 변화에 따른 교감 신경계와 부교감 신경의 변화로도 설명된다. 교감 신경계가 집중 상태에서 의미 있는 변화를 보이는 반면, 부교감 신경계는 휴식 상태와 안정된 상태에서 활발하게 활동한다. 이러한 각 신경계에서의 변화들을 나타내는 파라미터들을 이용하여 여러 논문들에서는 집중력 시에 생리학적 변화를 나타내는 연구들이 발표되고 있다. 특히, 집중력이 유발될 시, 자연발생적 인 전기적 반응을 나타내는 EEG 신호와 심혈관계를 나타내는 심박변 이도(Heart rate variability: HRV)가 집중의 정도를 나타내는 지표 로 사용 된다.

 

심전도가 증가하면 교감 신경이 활성화되어서 집중도가 높아진다고 볼 수 있고, 심전도가 하락하면 부교감 신경이 활성화되어서 집중도가 낮아진다고 볼 수 있다. 본 실험에서는 이를 아두이노 심전도 측정기로 학생들이 인터넷 강의를 들을 때 집중도를 측정하고, 그를 구체적으로 수치화하여 집중도를 분석할 것이다.

 

 

▷부교감신경(Parasympathetic nervous system)

중뇌로부터 나오는 동안 신경, 연수로부터 나오는 안면신경, 설하신경, 미주신경, 척추의 아래 끝에 선수로부터 나오는 선수신경 등이 있다.

부교감신경은 소화운동의 촉진, 소화액 분비의 증가, 영양소의 저장 등과 관련된 생리 작용과 같은 식물성 기능의 조절과 심박수 하락, 안정된 상태 만드는 등의 중요한 역할을 수행한다.

휴식적이고 동화작용만을 촉진해서 에너지를 축적하는 작용을 하며 잠이 들 때 이 신경들이 작용한다.

 

 

▷교감신경(Sympathetic nervous system)

동물체를 더욱 활동 상태로 만드는 일에 관여한다. 예를 들어 스트레스를 받거나 긴급 상태에 봉착했을 때, 동공의 확대, 심박수의 증가, 혈압의 상승, 혈당과 유리 지방산 농도의 증가 등과 같은 신체의 방호반응을 유발한다.

따라서 이화작용을 조절하는 신경계로서 세동맥에 작용하여 동맥혈압을 유지하는 동시에, 생체의 항상성 유지에도 일정한 역할을 수행한다.

구조적으로 중추신경계와 연관이 있지만, 기능은 독자적으로 움직인다.

교감 신경은 호흡, 혈액순환, 소화, 내분비작용과 같은 체내기능을 주관하므로 매우 중요하다.

주된 작용은 체내의 기능을 조절하여 이들을 균형있게 잘 움직이도록 하며, 부신 수질 호르몬과 협조하여 활동적으로 체내의 물질대사를 높여 긴급 시에 대처할 수 있는 방향으로 작용한다.