화이트 노이즈와 핑크 노이즈가 뇌 활성도에 미치는 영향
The Effect of White Noise and Pink Noise on the Brain Activity
김병현*, 황민철**
상명대학교 일반대학원 감성공학과*, 상명대학교 미래융합공학대학 휴먼지능정보공학과**
Byunghyun Kim([email protected])*, Mincheol Whang([email protected])**
요약
본 연구는 화이트 노이즈와 핑크노이즈가 뇌에 미치는 영향을 증명하기 위해 확률 공명(stochastic resonance, SR) 현상으로 확인하고자 한다. 피실험자 20명(여 10, 평균나이 23.3±2.14)을 대상으로 각각 노 이즈 청각 자극을 제시하고 뇌파를 측정했으며, 주파수 분석을 통해 뇌 활성도를 확인했다. 분석결과, 레퍼 런스, 화이트 노이즈 보다 핑크 노이즈 자극 시 alpha, low beta 대역이 증가하고, high beta 대역이 감소했 다. 또한 전두엽과 측두엽 지점에서 유의하게 증가했으며, 뇌 활성도가 우반구에서 유의하게 우세한 패턴을 확인했다. 이 결과는 노이즈의 새로운 긍정적인 활용성 모색과 청각영역에 관한 뇌신경과학분야의 기초 연 구로써 활용 가능할 것으로 사료된다.
■ 중심어 :∣1/f∣핑크 노이즈∣화이트 노이즈∣사운드∣뇌파∣창의적 인지∣
Abstract
This study is to determine the significant effect of white and pink noise on brain. The brain synchronization has been analyzed under the condition of non-noise, white nose and pink noise(male 10, female 10, mean age 23.3±2.14). As a result of analysis, pink noise stimulus, alpha, low beta band, and high beta band were significantly decreased than non-noise and white noise.
In addition, these brain response pattern significantly increased at frontal lobe and temporal lobe, and dominated on the right hemisphere. This result is considered to be useful of sound design in driving quality of human life on the basis of neuroscience.
■ keyword :∣1/f∣Pink Noise∣White Noise∣Sound∣EEG∣Creative Cognition∣
* 이 논문은 미래창조과학부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 <시감교류 인체감응솔루션> 글로벌프론티어사업으 로 수행된 연구임(2016-0029756).
접수일자 : 2017년 03월 09일 수정일자 : 2017년 04월 07일
심사완료일 : 2017년 04월 12일
교신저자 : 황민철, e-mail : [email protected]
I. 서 론
인간은 의지와 상관없이 일상생활에서 노출된 다양 한 소리에 의해 직·간접적으로 영향을 받는다. 청각은 인간의 오감 정보 중 감성 정보 전달의 핵심으로 사회 적 소통의 필수적인 역할을 한다[1].
인간의 감성적 안정과 생리활동에 긍정적인 영향을 미치는 효과 측면에서 청각 자극에 따른 생리반응에 대 한 연구가 보고되고 있다. 최근 순수 사인파를 통한 자 극, 바이노럴 비트(binaural beats), 노이즈(noise) 등에 따른 뇌파 변화에 대한 연구가 진행 중이다. 주로 청각 자극은 외부 유해 환경 소리로 인한 스트레스를 해소하
고, 심신을 최적의 상태로 유지할 수 있는 새로운 방법 의 일환으로 사용되고 있다.
그 중 노이즈는 시끄러운 소리나 잡음, 원치 않는 소 리로 정의한다. 흔히 대부분 노이즈가 없으면 소리가 잘 들리는 것으로 알고 있다. 이처럼 노이즈는 듣는 것 에 방해가 되는 요소로 인식하고 있지만, 소리의 확률 공명(stochastic resonance, SR) 현상에 따라 어떤 정도 의 소음은 유익할 수 있다[2]. 확률 공명은 노이즈 존재 로 인해 노이즈가 없을 때보다 시스템이 더 잘 반응하 는 현상을 말한다. 이전 연구의 관심사는 주로 잡음 제 거에 초점이 맞춰져있다. 과연 노이즈는 성가신 잡음일 뿐일까? 이는 확률 공명 측면에서 유해한 노이즈를 유 익한 노이즈로 변화시킴으로써 심리적·생리적으로 쾌 적한 감성 유도가 가능하다는 새로운 관점의 연구 필요 성을 시사한다[3].
자연의 소리와 가까운 1/f 계열의 노이즈는 확률 공명 현상에 따라 뇌파의 동기화 기제로 인간에게 편안함을 느끼게 한다. 그 중 화이트 노이즈(white noise)와 핑크 노이즈(pink noise)는 스트레스와 우울증 완화, 집중력 과 기억력 향상 등 긍정적 효과로 보고되고 있다[4][5].
1/f 패턴의 노이즈는 화이트 노이즈(white noise: 1/f 0), 핑크 노이즈(pink noise: 1/f 1), 브라운/레드 노이즈 (brown noise/red Noise: 1/f 2)로 구성된다[6]. 화이트 노이즈는 모든 주파수 대역에서 동일한 양의 세기(dB) 를 포함하는 노이즈를 의미한다. 스펙트럼 상 백색광과 동일한 분포도를 나타내어 화이트 노이즈로 불리며, 저 음의 분포도가 커져 스펙트럼 상 적색광을 나타내는 노 이즈는 브라운 또는 레드 노이즈라고 한다. 핑크 노이 즈는 화이트 노이즈와 브라운 노이즈 중간에 위치하며, 두 노이즈 속성을 모두 포함한다[7]. 화이트 노이즈는 옥타브마다 3dB만큼 상승하며, 화이트 노이즈에서 옥 타브가 상승할 때마다 –3dB만큼 감소하는 것이 핑크 노이즈, -6dB만큼 감소하는 것이 브라운 노이즈 이다 [8][9].
특히 1/f 계열 노이즈 중에서 화이트 노이즈에 따른 집중과 기억력 향상에 관한 많은 연구가 진행되었다.
일부 연구에서는 ADHD 아동의 기억력을 향상시키고, 중추신경기능장애 환자 치료에 활용가능 하며,
ICU(intensive care unit) 환경에 노출된 환자의 수면을 강화시킬 가능성이 있다고 보고되었다[10-12]. 최근 화 이트 노이즈 이외에도 핑크노이즈, 브라운 노이즈에 대 한 연구도 진행되고 있다. 그 중 핑크 노이즈는 화이트 노이즈에 비하여 고음역대의 주파수가 낮기 때문에 편 안함을 느끼게 한다. 이러한 핑크 노이즈는 수면장애 개선에 도움을 주고, 수면의 깊이에 영향을 미친다[4][13].
화이트 노이즈와 핑크노이즈는 아직까지 어떠한 메 커니즘으로 인해 인간의 생리반응에 영향을 미치는지 확인한 연구는 미비하다. 다만 확률공명 현상을 통해 신경전달을 향상시키는 것으로 알려져 있다[10][14]. 현 재까지 단지 각각의 1/f 계열의 노이즈에 대한 연구가 대부분이며, 노이즈 간의 생리반응을 비교한 연구는 미 흡하다. 또한, 청각자극(노이즈) 제시가 모노 스피커 또 는 스테레오 스피커를 통해 출력했는지 명확하지 않아 서 사운드 자극에 대한 기준이 불분명한 한계가 존재한 다. 따라서 본 논문에서는 화이트 노이즈와 핑크노이즈 의 효과를 증명하기 위해 각각의 노이즈를 비교하여 확 률 공명 현상에 따른 뇌 활성도를 확인하고자 한다. 또 한, 노이즈를 이용한 청각자극 시 뇌파 변화를 확인함 으로써 단순히 유해 소리라는 개념에서 벗어나 노이즈 의 긍정적인 활용성 모색을 위한 기초 연구로써 활용하 고자 한다.
Ⅱ. 연 구 방 법
1. 피실험자
본 연구에 참여한 피실험자는 대학생 및 대학원생 20 명(여 10, 평균나이 23.3±2.14)을 대상으로 했다. 피험자 들에게 실험전 12시간 동안 카페인 섭취와 음주를 절제 하고 금연을 당부했으며, 충분한 수면을 유지하여 실험 전 피로를 최소화 할 수 있도록 요청했다. 모든 피험자 는 오른손잡이에 신경생리학적 병변이 없었다. 모든 피 실험자로부터 연구목적을 제외하고 실험에 대한 대략 적인 설명을 진행했으며, 자발적 의지에 대한 동의서를 얻었다. 또한 참여도를 높이기 위해 실험에 참여한 대 가로 소정의 금액을 지불하였다.
2. 실험 환경, 실험 자극 및 절차
피실험자는 편안한 의자에 앉아 노이즈 청각자극을
제시 받았으며, 실험 하는 동안 뇌파
(electroencephalogram, EEG)를 측정했다. 실험은 일정 한 조도(300±5㏓)와 외부 소리가 차폐(소음 40dB 이하) 되고, 온·습도(24.0±1℃, 50±1%)가 조절된 실험실에서 진행했다. 제시한 노이즈 청각자극은 전용 실험 공간 (210×280×114, 단위:cm) 각 모서리에 스피커(Yamaha HS5, Speaker type: 2-way bi-amp powered studio monitor, Frequency range(-10dB): 54Hz-30KHz)를 설 치하여 75dB(A)로 5분동안 제시했다. 본 연구에서 사 용된 노이즈 청각자극은 Protools 10 software로 제작 했으며, Mbox2 pro 오디오 인터페이스를 사용해 출력 했다. 또한, 동일한 음압레벨로 각각 화이트 노이즈와 핑크노이즈를 자극하여 실험을 진행했다. 이때 노이즈 청각 자극은 피실험자가 예측할 수 없도록 순서효과를 제거하여 랜덤하게 제시했다. 자세한 실험 환경과 실험 절차는 [그림 1][그림 2]와 같다.
그림 1. 실험환경
그림 2. 실험절차
3. 신호수집 및 신호처리
노이즈 청각자극에 따른 뇌파 변화를 측정하기 위하 여 국제 전극 배치법 ‘10-20’ 시스템을 기준으로 Fp1, Fp2, F3, F4, F7, F8, C3, C4, T3, T4, P3, P4, O1, O2 지점의
14채널 데이터를 측정(ground: Fpz, reference: Cz)했 다. 뇌파 전극과 두피의 저항(impedance level)은 3kΩ 미만으로 했다. 뇌파는 EEG amplifier(EEG100C, Biopac System)를 통해 신호를 증폭하고, DAQ board(NI-DAQNational Instrument)를 사용해 500 Hz 의 속도로 수집했다.
수집된 신호는 Labview 2015 software(National Instrument Inc., USA)를 사용하여 신호처리 했다. 뇌 파 원신호(raw signal)는 대역 통과 필터(band pass filter, BPF)를 이용해 0.5-51Hz 범위 내의 신호를 분리 했다. 분리된 신호는 ICA(independent component analysis) 분석을 통해 눈깜박임에 대한 노이즈 (artifact)영향을 최소화했다. 이후 고속 푸리에 변환 (fast fourier transform, FFT)을 통해 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density, PSD)를 구했다. 뇌파 데 이터의 개인차를 줄이고, 상대적으로 우세한 주파수 대 역에 따른 뇌 기능 활성도를 파악하기 위해 상대 파워 스펙트럼(relative power spectrum) 값을 계산했다. 상 대파워 스펙트럼은 총 주파수 대역의 절대파워를 기준 으로 각 주파수 대역 성분이 다른 주파수 대역 성분에 비해 상대적으로 얼마나 출현했는지 비율을 통해 정량 적으로 나타낸 것이다. 자세한 뇌파 측정 지점과 주파 수 대역은 [표 1]과 같다.
Brain regions
Spectral frequency band indicator PS(Power spectrum) ATP, absolute total power 1-50 Hz
RD, relative delta power 1-4 Hz / ATP RT, relative theta power 4-8 Hz / ATP RA, relative alpha power 8-13 Hz / ATP
RB, relative beta power 13-30 Hz / ATP RG, relative gamma power 30-50 Hz / ATP RSA, relative slow alpha power 8-11 Hz / ATP
RFA, relative fast alpha power 11-13 Hz / ATP RLB, relative low beta power 13-15 Hz / ATP RMB, relative mid beta power 15-20 Hz / ATP RHB, relative high beta power 20-30 Hz / ATP 표 1. 뇌파 측정 지점과 주파수 대역
Brain regions delta theta alpha beta gamma Fp1
F 0.386 4.217 2.885 2.084 2.457 p 0.682 0.021 0.067 0.137 0.098
0.018 0.167 0.121 0.090 0.105
Fp2
F 1.742 5.010 2.794 1.948 2.632 p 0.188 0.011 0.073 0.155 0.084
0.077 0.193 0.117 0.085 0.111
F3
F 1.663 4.137 2.655 2.782 3.580 p 0.202 0.023 0.082 0.073 0.037
0.073 0.165 0.112 0.117 0.146
F4
F 3.713 7.040 3.853 3.314 3.657 p 0.033 0.002 0.029 0.046 0.034
0.150 0.251 0.155 0.136 0.148
F7
F 1.916 4.221 3.239 3.907 4.537 p 0.160 0.021 0.049 0.028 0.016
0.084 0.167 0.134 0.157 0.178
F8
F 3.364 3.527 5.638 1.744 2.187 p 0.044 0.038 0.007 0.187 0.125
0.138 0.144 0.212 0.077 0.094
C3
F 6.866 8.465 4.306 4.333 2.436 p 0.003 0.001 0.020 0.019 0.100
0.246 0.287 0.170 0.171 0.104
C4
F 6.243 7.094 3.249 4.284 3.959 p 0.004 0.002 0.049 0.020 0.027
0.229 0.253 0.134 0.169 0.159
T3
F 3.295 10.617 7.466 4.968 4.851 p 0.047 0.000 0.002 0.012 0.013
0.136 0.336 0.262 0.191 0.188 표 2. 뇌파 지점 별 주파수 대역별 통계 분석 결과
T4
F 4.802 11.216 9.125 5.814 5.488 p 0.013 0.000 0.001 0.006 0.008
0.186 0.348 0.303 0.217 0.207
P3
F 3.649 5.283 2.880 3.045 3.330 p 0.035 0.009 0.067 0.058 0.045
0.148 0.201 0.121 0.127 0.137
P4
F 2.253 6.887 1.536 1.771 2.392 p 0.118 0.003 0.227 0.183 0.104
0.097 0.247 0.068 0.078 0.102
O1
F 3.114 6.340 3.007 3.647 1.923 p 0.055 0.004 0.060 0.035 0.159
0.129 0.232 0.125 0.148 0.084
O2
F 2.758 6.442 2.102 2.825 2.687 p 0.075 0.004 0.135 0.071 0.080
0.116 0.235 0.091 0.119 0.113 Brain regions slow
alpha fast alpha
low beta
mid beta
high beta Fp1
F 3.150 2.027 1.247 0.524 2.034 p 0.053 0.144 0.298 0.596 0.143
0.130 0.088 0.056 0.024 0.088
Fp2
F 3.034 1.979 2.346 1.760 1.837 p 0.059 0.151 0.108 0.184 0.172
0.126 0.086 0.100 0.077 0.080
F3
F 2.591 2.435 2.933 1.674 2.703 p 0.087 0.100 0.064 0.200 0.079
0.110 0.104 0.123 0.074 0.114
F4
F 4.183 2.521 4.119 3.211 3.932 p 0.022 0.092 0.023 0.050 0.027
0.166 0.107 0.164 0.133 0.158
F7
F 3.324 2.681 2.464 1.409 3.505 p 0.046 0.080 0.097 0.256 0.039
0.137 0.113 0.105 0.063 0.143
F8
F 5.021 8.690 8.606 6.822 2.124 p 0.011 0.001 0.001 0.003 0.132
0.193 0.293 0.291 0.245 0.092
C3
F 4.237 2.788 8.265 2.040 1.413 p 0.021 0.073 0.001 0.143 0.255
0.168 0.117 0.282 0.089 0.063
C4
F 3.754 2.623 10.650 3.542 2.420 p 0.032 0.084 0.000 0.038 0.101
0.152 0.111 0.336 0.144 0.103
T3
F 6.797 6.869 1.656 0.107 5.468 p 0.003 0.003 0.203 0.899 0.008
0.245 0.246 0.073 0.005 0.207
T4
F 7.953 4.867 4.320 1.057 4.916 p 0.001 0.013 0.020 0.357 0.012
0.275 0.188 0.171 0.048 0.190
P3
F 2.467 2.916 3.396 2.344 2.860 p 0.097 0.065 0.043 0.108 0.068
0.105 0.122 0.139 0.100 0.120
P4
F 1.864 2.541 5.342 3.277 2.332 p 0.168 0.091 0.009 0.048 0.110
0.082 0.108 0.203 0.135 0.100
O1
F 2.693 4.396 2.235 2.555 2.720 p 0.079 0.018 0.120 0.090 0.078
0.114 0.173 0.096 0.108 0.115
O2
F 1.958 2.992 2.207 3.238 2.676 p 0.154 0.061 0.123 0.049 0.081
0.085 0.125 0.095 0.134 0.113
* F = F-value, p = p-value, = partial eta-squared
Ⅲ. 연 구 결 과
통계적 유의차를 비교하기 위해 SPSS 17.0K를 이용 해 콜모고로프-스미르노프 테스트(Kolmogrov -Smirnov test)를 실시하고 정규성이 만족(p>0.05)하여 One-way ANOVA 검정을 수행했다. 통계적으로 유의한 결과는 Tukey‘s HSD 테스트를 통해 사후검정을 실시했다. 다 중 종속변수에 대한 통계적인 1종 오류의 증가를 통제 하기 위해 본페로니 알파 교정을 적용하여 유의 수준을 설정했다(0.05/3=0.016). 추가적으로 실제적 유의성을 확인하기 위하여 Partial eta-squared() 효과크기 (Effect size)를 계산했다[0.01(small), 0.06(medium), 0.14(large)]. 통계분석결과 모든 뇌파 지점과 주파수 대 역에서 유의미한 차이가 발견되지 않았으나, [표 2]에서 보는 바와 같이 F4, F7, F8, C3, C4, T3 지점에서 레퍼런 스, 화이트 노이즈, 핑크 노이즈에 따라 다수의 주파수 대역 지표에서 통계적 유의차를 확인했다. 자세한 결과 는 [표 2]와 같다.
그림 3. 뇌파 주파수 대역별 상대파워 스펙트럼(Relative power) 분석 결과 (증가:Red, 감소:Blue, **: p<0.016) 사후분석결과, 레퍼런스, 화이트 노이즈 보다 핑크 노
이즈 자극 시 theta, alpha, low beta 대역이 증가하고, gamma, high beta 대역이 감소했다(p<0.016). 특히 전 두엽(frontal lobe)의 F4, F7, F8 지점과 측두엽(temporal
lobe) T3, T4 지점에서 유의하게 증가했으며, 뇌파 활성 도가 우반구(right hemisphere)에서 유의하게 우세한 패턴을 나타냈다. 자세한 결과는 [그림 3], [표 3]과 같 다.
Brain Region
Sound noise
delta M(SD)
theta M(SD)
alpha M(SD)
beta M(SD)
gamma M(SD)
Brain Region
Sound noise
slow alpha M(SD)
fast alpha M(SD)
low beta M(SD)
mid beta M(SD)
high beta M(SD) Fp1
Ref. 88.25(2.4) 6.55(1) 1.95(0.5) 5.34(7.7) 0.85(1.2) Fp1
Ref. 1.38(0.4) 0.51(0.1) 0.29(0.1) 0.64(0.3) 3.48(5.7) White 88.9(4.1) 5.36(1) 1.86(0.7) 5.05(6.6) 0.93(1.3) White 1.28(0.4) 0.53(0.2) 0.27(0.1) 0.6(0.4) 3.21(4.5) Pink 87.72(4.1) 6.64(1.8) 2.84(1.9) 1.4(0.7) 0.16(0.1) Pink 2.08(1.5) 0.75(0.5) 0.34(0.1) 0.79(0.7) 0.65(0.4)
Fp2
Ref. 89.73(2.1) 6.48(1) 1.47(0.4) 3(4.3) 0.43(0.6) Fp2
Ref. 1.08(0.3) 0.35(0.1) 0.18(0) 0.36(0.1) 1.85(3.2) White 90.82(2.4) 5.24(1.2) 1.42(0.5) 3.23(4.2) 0.54(0.7) White 1.01(0.3) 0.37(0.1) 0.18(0) 0.38(0.2) 1.87(2.5) Pink 88.84(3.8) 7.01(2.2) 2.34(1.9) 0.92(0.6) 0.1(0) Pink 1.74(1.4) 0.6(0.6) 0.26(0.1) 0.55(0.4) 0.43(0.3)
F3
Ref. 80.22(7.6) 8.57(2) 4.47(2.8) 7.62(6.7) 1.11(1.2) F3
Ref. 3.07(2.1) 1.27(0.8) 0.63(0.3) 1.45(0.7) 4.28(4.7) White 80.12(7.6) 7.58(2.1) 4.81(3.4) 7.74(5.3) 1.25(1) White 3.23(2.4) 1.35(0.8) 0.69(0.3) 1.59(0.9) 4.19(3.4) Pink 74.8(11.8) 10.95(4.8) 8.12(6.9) 3.87(2.1) 0.39(0.1) Pink 5.72(5.2) 2.39(2.4) 0.97(0.4) 2.08(1.2) 1.72(1)
F4
Ref. 36.81(5.9) 19.94(0.6) 14.77(1.6) 26.53(2.6) 4.31(0.4) F4
Ref. 9.62(1) 5.14(0.7) 4.36(0.5) 8.81(1.2) 12.13(1.1) White 35.95(5.3) 20.27(0.6) 14.9(1.3) 26.77(2.5) 4.32(0.4) White 9.72(0.9) 5.16(0.5) 4.46(0.5) 9.06(1) 12.16(1.3) Pink 31.88(4.4) 20.86(0.7) 16.08(1.1) 24.22(3.7) 3.87(0.6) Pink 10.49(0.7) 5.59(0.5) 4.91(0.5) 9.8(1) 10.91(1.7)
F7
Ref. 82.06(5.8) 8.93(1.9) 3.72(2) 5.41(3.1) 0.72(0.4) F7
Ref. 2.68(1.5) 1.01(0.5) 0.53(0.2) 1.25(0.6) 2.92(2.1) White 81.56(6.4) 8.04(2.1) 4.43(3.3) 5.76(2.7) 0.89(0.6) White 3.1(2.5) 1.14(0.6) 0.6(0.2) 1.32(0.6) 3.16(1.9) Pink 76.2(12.9) 10.9(3.8) 8.19(8.0) 3.33(1.5) 0.38(0.1) Pink 6.29(6.6) 1.91(1.8) 0.77(0.4) 1.65(0.8) 1.59(0.8)
F8
Ref. 80.16(5.9) 9.31(1.7) 4.7(2.5) 5.78(3.5) 0.79(0.5) F8
Ref. 3.39(1.9) 1.15(0.4) 0.57(0.2) 1.32(0.5) 3.01(2.2) White 79.37(6.5) 8.62(2.1) 5.29(2.9) 6.79(4.7) 1.11(1.2) White 3.69(2.2) 1.43(0.6) 0.65(0.2) 1.37(0.6) 3.58(2.8) Pink 73.73(9.2) 10.88(3) 8.98(5.2) 4.36(1.9) 0.51(0.3) Pink 6.81(4.7) 2.22(0.9) 1.01(0.4) 2.25(1) 1.97(0.9)
C3
Ref. 45.7(10.3) 13.55(2.6) 21.99(9.2) 13.01(4.1) 1.9(1.1) C3
Ref. 11.87(5.6) 8.11(3.9) 2.28(0.6) 4.72(1.5) 7.99(4) White 40.6(10.4) 13.94(3.1) 24(9.3) 14.69(4.6) 1.88(1.1) White 13.88(7) 8.97(4.6) 2.82(0.8) 5.15(1.9) 8.57(3.4)
Pink 32.43(8.7) 18.17(4.2) 32.4(12.3) 18.09(5.5) 1.21(0.6) Pink 19.37(8.7) 13.78(10.6) 3.57(1) 6.04(1.9) 6.52(2.7)
C4
Ref. 44(11.4) 14(2.4) 23.18(10.4) 13.61(4) 1.61(0.8) C4
Ref. 11.68(6.1) 9.02(5) 2.52(0.6) 4.78(1.3) 7.72(2.9) White 40.59(10.3) 14.13(3.1) 24.23(9.4) 15.35(4.8) 1.87(1.1) White 12.95(6.9) 10.03(5.3) 3.12(1) 5.27(1.9) 8.71(2.9) Pink 31.55(7.7) 17.97(4) 31.71(10) 18.98(6.2) 1.01(0.4) Pink 18.69(8.9) 13.84(7.5) 4.39(1.5) 6.48(2) 6.35(2.8)
T3
Ref. 49.1(11.4) 12.51(3.1) 14.07(6.1) 22.65(9.8) 3.94(2.3) T3
Ref. 9.76(5.1) 3.8(1) 2.22(0.7) 6.17(3) 11.46(5.9) White 46.3(12.1) 13.37(3.5) 17.25(6.7) 21.42(9.9) 3.84(2.7) White 11.85(5.8) 4.64(1.6) 2.33(0.6) 6.09(2.6) 9.43(4.4) Pink 39.3(8.4) 17.77(3.4) 24.33(9.1) 13.19(6.5) 1.71(1.2) Pink 18.53(8.8) 6.15(2.3) 2.76(1.1) 6.54(2.8) 5.86(3.3)
T4
Ref. 49.95(11.2) 12.88(2.7) 14.35(5.1) 20.82(10.1) 3.29(2) T4
Ref. 9.48(4.2) 4.31(1.4) 2.21(0.5) 5.67(1.8) 9.91(6.2) White 45.21(11.8) 13.21(3.3) 17.56(6.9) 23.72(9.8) 3.93(2.1) White 12.04(6.1) 4.76(1.3) 2.38(0.6) 6.9(3) 11.75(6.6) Pink 38.2(7.6) 18.13(3.9) 24.94(8.4) 13.34(4.7) 1.79(0.9) Pink 18.82(8.7) 6.22(2.3) 2.97(0.9) 6.6(2.1) 5.69(2.3)
P3
Ref. 48.77(13) 12.46(2.6) 26.6(12.1) 11.58(3) 0.67(0.3) P3
Ref. 17.54(10.5) 7.4(3.2) 1.99(0.5) 3.76(1.3) 4.53(1.9) White 46.12(12.8) 11.77(2.3) 29.25(11.9) 11.81(3.6) 0.69(0.3) White 18.69(10.5) 8.37(4.3) 2.12(0.6) 3.61(1.3) 4.68(2)
Pink 37.81(8.3) 14.81(3) 36.21(9.6) 9.1(3.2) 0.44(0.2) Pink 25.92(12.4) 10.85(4.3) 2.5(0.4) 4.75(1.9) 3.23(1.4)
P4
Ref. 48.09(14.5) 11.87(2.5) 27.56(13.4) 11.35(3.1) 0.59(0.2) P4
Ref. 17.6(11.7) 7.57(3.2) 2.04(0.6) 3.57(1.3) 4.39(1.9) White 47.16(13.6) 11.48(2.1) 29.58(13.6) 11.29(3.6) 0.6(0.2) White 17.86(11.1) 8.68(4.3) 2.03(0.5) 3.32(1.2) 4.53(2)
Pink 39(10) 14.63(2.8) 35.34(10.4) 9.26(3.5) 0.43(0.1) Pink 24.84(12) 10.97(4.8) 2.7(0.6) 4.66(1.8) 3.21(1.4)
O1
Ref. 52(13.1) 11.24(2.8) 23.66(11.9) 11.41(3.4) 1.05(1) O1
Ref. 16.77(11) 6.24(2.2) 2.1(0.5) 3.66(1.3) 4.32(2.2) White 50.68(12.4) 10.4(2.1) 27.18(12.4) 10.53(2.7) 0.89(0.7) White 17.76(10) 7.06(2.8) 1.99(0.4) 3.23(1.1) 4.13(1.7) Pink 41.97(10) 13.7(2.8) 34.13(11.2) 8.54(2.7) 0.52(0.2) Pink 25.39(12.1) 9.3(3.5) 2.35(0.4) 4.36(1.5) 2.94(1)
O2
Ref. 53.86(13) 11.27(2.6) 23.73(12.7) 10.06(2.7) 0.59(0.2) O2
Ref. 17.06(11.9) 5.98(2.2) 1.9(0.5) 3.35(1.4) 3.43(1.1) White 52.38(13) 10.55(2.1) 26.96(13) 9.55(2.5) 0.53(0.2) White 17.8(11) 7.13(3) 1.88(0.5) 2.94(1.1) 3.47(1.1) Pink 44.03(10.8) 13.66(2.6) 33.11(12.2) 7.91(2.4) 0.42(0.1) Pink 24.93(13) 8.54(3.1) 2.24(0.4) 4.22(1.6) 2.69(0.7)
* Ref.= Reference, M = Mean, SD = Standard deviation 표 3. 뇌파 지점 별 주파수 대역별 상대파워 스펙트럼(Relative power) 평균 비교 결과
Ⅳ. 논의 및 결론
본 연구는 화이트 노이즈와 핑크 노이즈를 비교하여 확률 공명 현상에 따른 뇌파 동기화를 확인하고자 했 다. 또한, 뇌파 주파수 대역 지표에 따른 각 노이즈를 비교함으로써 노이즈의 긍정적인 효과를 확인하고, 동 시에 좀 더 구체적인 뇌파 지점별 변화를 규명하고자 했다. 이를 통해 화이트 노이즈 보다 핑크 노이즈를 듣 는 동안 alpha, low beta 대역이 증가하고, high beta 대 역이 감소하는 결과를 확인했다. 일반적으로 alpha 주 파수 대역의 상대적 증가는 이완, 긍정, low beta 주파 수 대역은 편안함과 집중, 그리고 high beta 주파수 대 역은 불안, 스트레스와 관련되어 있다[15]. 이에 따라, 화이트 노이즈와 핑크 노이즈가 이완, 집중, 그리고 각 성 정도와 차이가 있다는 결론을 도출했다.
또한, 화이트 노이즈에 비하여 핑크 노이즈 자극 시 주로 전두엽(frontal lobe)과 측두엽(temporal lobe)의 우반구(right hemisphere)에서 이완과 집중은 향상되 고, 스트레스성 각성은 감쇠하는 결과를 나타냈다. 핑크 노이즈는 화이트 노이즈와 다르게 저음대가 상대적으 로 고음보다 음량이 높다. 따라서 인간의 귀에는 오히 려 핑크 노이즈가 모든 주파수에서 동일한 음량으로 들 리며 편안함을 느끼게 된다. 이러한 핑크 노이즈의 특 성에 따라 심리생리적 안정감과 집중 상태가 형성된 것 으로 해석된다.
적절한 환경 노이즈(ambient noise)는 창의적으로 아 이디어를 떠올리는 상태와 집중하는 상태 사이 (creative cognition)에서 균형을 유지하는데 도움을 준 다고 보고되었다[16]. RAT(remote associates test)는 공통적인 단어를 찾아내는 창의적 인지 테스트로, 70dB 정도의 환경 노이즈가 제시된 피험자가 70dB보다 낮거 나 높게 제시될 때보다 더 정확한 단어들을 선택했다.
적절한 노이즈가 창의적 인지 상태를 증진시킬 수 있다 는 가능성을 시사한다. 이러한 관점에서 핑크 노이즈의 alpha, low beta 증가와 high beta감소의 결과가 확률 공명 기전을 통해 신경계 활동의 질서를 유지하고 뇌 기능이 활성화된 것으로 설명할 수 있다. 또한, 우뇌는 창의성, 공감, 그리고 음악적 화음과 관련되어 핑크 노
이즈 자극 시 우반구에서 뇌 기능이 활성화된 결과를 지지한다.
본 연구는 화이트 노이즈와 핑크 노이즈 자극에 따라 확률 공명 현상에 따른 뇌파 변화를 비교한 점에서 큰 의미를 갖는다. 이는 단순히 유해 소리라는 개념에서 벗어나 노이즈의 긍정적인 활용성 모색과 청각영역에 관한 뇌신경과학분야의 기초 연구로 활용이 가능할 것 으로 생각한다.
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저 자 소 개
김 병 현(Byunghyun Kim) 정회원
▪2007년 8월 : 계명대학교 뮤직프 로덕션과(예술학사)
▪2010년 8월 : 상명대학교 뮤직테 크놀로지(음악학석사)
▪2013년 ～ 현재 : 상명대학교 감 성공학과 박사수료
<관심분야> : Human factors, Emotion engineering, BCI, Sound
황 민 철(Mincheol Whang) 정회원
▪1990년 2월 : Georgia Institute of Technology대학교 대학원 의 공학(공학석사)
▪1994년 2월 : Georgia Institute of Technology대학교 대학원 의 공학(공학박사)
▪1998년 ～ 현재 : 상명대학교 휴먼지능정보공학과 교수 <관심분야> : Human factors, Emotion engineering,
BCI, Neurocardiology
