집중력에 따른 EEG 신호와 Heart rate variability 신호의 상호관계 분석 및 해석

Abstract

[한글]본 연구에서는, 각 주파수 대역에 따른 EEG 신호의 파형과 자율신경계 변화를 연구한 논문들을 바탕으로, 집중력 시, midline의 theta(4-7.5Hz)파의 변화와 alpha(7.5-12Hz)파의 신호를 분석하여 theta/alpha 값으로 중추신경계 변화에 따른 상태를 평가하였다. 또한 자율신경계에서 생리학적 변화는 심박변이도(HRV) 신호의 파라미터들(beat interval, SDNN, RMSSD, NN50, LF/HF, Peak amp, Spectral power)로 평가/해석하였다. 22명의 건강한 초등학생 피험자들로부터 신경 인지 검사 프로그램인 CNT 4.0에서 청각 집중력 테스트를 9분 동안 취득하여 EEG 신호와 PPG 신호를 분석하였다. EEG로부터 추출한 theta/alpha값과 PPG로부터 추출한 HRV 신호의 파라미터들을 선형 회귀법을 이용하여 각각의 조합에 따른 상관 계수인 R2 값을 바탕으로 두 신호 간의 상관관계를 평가하였다. 본 연구의 결과로는 주의 집중력 유발 시, 다채널 차원를 높여 가며 심박변이도(HRV) 신호 파라미터들의 정량의 변화(quantitative change)가 theta/alpha와 높은 상호연관성을 나타냄을 관찰하였다. 즉, 심박변이도(HRV)신호의 파라미터들이 개별적으로 사용될 때보다, 다채널 차원으로 사용될 때에 EEG 신호의 theta /alpha 값과의 더 높은 상호 연관성 값을 나타냄을 알 수 있었다. 회귀 방법에 적용되는 입력 벡터의 차수가 올라갈수록 심혈관계 시스템과 EEG의 활동의 상호 연관성 계수 R2 가 높은 의미를 가지게 되고, 상관 관계 계수에 큰 영향을 주는 HRV 신호의 파라미터를 정렬하면 SDNN >> RMSSD > LF/HF > NN50 > peak amp = spectral power > beat-interval 로 나타낼 수 있다. 결론적으로, EEG 신호와의 높은 상관 관계를 가지므로, PPG로부터 추출된 7개의 심박변이도(HRV) 신호의 파라미터들을 이용하여, 집중력 유발 시, 집중의 정도에 따른 생리학적 변화를 분석/평가의 가능성을 확인하였다.