The Journal of the Korea Contents Association (한국콘텐츠학회논문지)

The Korea Contents Association (한국콘텐츠학회)
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The Recognition Method for Focus Level using ECG(electrocardiogram)

심전도를 이용한 집중도 인식 방법

  • 이동원 (상명대학교 감성공학과) ;
  • 박상인 (상명대학교 산학협력단) ;
  • 황민철 (상명대학교 미래융합공학대학 휴먼지능정보공학과)
  • Received : 2017.12.15
  • Accepted : 2018.02.07
  • Published : 2018.02.28
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Abstract

Focus level has been important mental state in user study. Cardiac response has been related to focus and less clarified. The study was to determine cardiac parameters for recognizing focus level. The sixty participants were asked to play shooting game designed to control two focus levels. Electrocardiogram was measured during task. The parameters of time domain and frequency domain were determined from ECG. As a result of independent t-test, RRI, SDNN, rMSSD and pNN50 of time domain indicator were statistically significant in recognizing focus level. LF, HF, lnLF and lnHF of frequency domain were observed to be significant indicator. The rule base for recognition has been developed by the combination of RRI, rMSSD and lnHF. The rule base has been verified from another sixty data samples. The recognition accuracy were 95%. This study proposed significant cardiac indicators for recognizing focus level. The results provides objective measurement of focus in user interaction design in the fields of contents industry and service design.

집중도는 사용자 연구에서 중요한 감성적 반응으로 고려되고 있다. 객관적인 측정 방법으로 심장반응을 이용하여 데이터화 한다면 집중도를 감시할 수 있다. 본 연구의 목적은 상호작용을 하는 상황에서 유발되는 집중도의 차이에 따른 심장 반응의 패턴 분석을 통해 객관적이고 정량적으로 집중도를 인식하는 방법을 개발하는 것이다. 대학생 피험자 60명이 집중도 실험에 참여하였고 실험하는 동안 피실험자들의 심전도를 측정하였다. 실험은 화살로 타겟을 맞추는 게임으로 쉬운 난이도와 어려운 난이도로 구성하였다. 심전도로 부터 시간 영역 인디케이터와 주파수 영역 인디케이터를 추출하였다. 독립 표본 t검정 결과, 심전도로부터 추출한 시간 영역 인디케이터인 RRI와 SDNN, rMSSD, pNN50에서 집중도 차이에 따라 통계적으로 차이가 유의미하였다. 주파수 영역 인디케이터에서는 LF와 HF, lnLF, lnHF가 집중도 차이에 따라 통계적으로 차이가 유의미하였다. 이 중 집중도의 차이에 따라 패턴의 차이가 큰 RRI와 rMSSD, lnHF를 선정하여 통합 인디케이터를 생성하였다. 통합 인디케이터를 통해 도출한 룰베이스를 낮은 집중과 높은 집중 60개의 데이터 샘플을 통해 검증한 결과, 95%로 높은 인식 정확도를 보였다. 본 연구에서 제안한 집중도 인식 방법을 콘텐츠를 비롯한 다양한 분야에 적용하여 집중도를 높일 수 있는 컨텐츠적 요소들을 개발한다면 효율 및 흥미를 증진시킬 것이라 기대된다.

Keywords

References

  1. J. H. Connell, "Diversity and the coevolution of competitors, or the ghost of competition past," Oikos, pp.131-138, 1980.
  2. B. O'regan and M. Grfitzeli, "A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized," nature, Vol.353, No.6346, pp.737-740, 1991. https://doi.org/10.1038/353737a0
  3. 권석만, 긍정심리학: 행복의 과학적 탐구, 서울: 학지사, 2008.
  4. M. Csikszentmihalyi, Flow: The psychology of happiness, Random House, 2013.
  5. 정순철, 탁계래, 이정한, 민병찬, "심리.생리 평가를 기반으로 한 통합 감성평가 시스템," Journal of the Korean Institute of Industrial Engineers, Vol.31, No.2, pp.127-134, 2005.
  6. S. C. Chung, B. C. Min, B. W. Min, Y. N. Kim, M. K. Sim, and C. J. Kim, "Real-time subjective sensibility assessment system using digitizer," Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol.20, No.1, pp.1-13, 2001.
  7. W. W. Wierwille and F. T. Eggemeier, "Recommendations for mental workload measurement in a test and evaluation environment," Human Factors, Vol.35, No.2, pp.263-281, 1993. https://doi.org/10.1177/001872089303500205
  8. B. C. Min, S. C. Chung, B. W. Min, M. K. Sim, H. K. Chung, and C. J. Kim, "A study on positive and negative visual stimuli using the real-time human sensibility assessment system," Journal of the Ergonomics Society of Korea, Vol.20, No.1, pp.31-43, 2001.
  9. D. T. Lykken and P. H. Venables, "Direct measurement of skin conductance: A proposal for standardization," Psychophysiology, Vol.8, No.5, pp.656-672, 1971. https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1971.tb00501.x
  10. A. Lang, S. Zhou, N. Schwartz, P. D. Bolls, and R. F. Potter, "The effects of edits on arousal, attention, and memory for television messages: When an edit is an edit can an edit be too much?," Journal of Broadcasting & Electronic Media, Vol.44, No.1, pp.94-109, 2000. https://doi.org/10.1207/s15506878jobem4401_7
  11. P. D. Bolls, A. Lang, and R. F. Potter, "The effects of message valence and listener arousal on attention, memory, and facial muscular responses to radio advertisements," Communication Research, Vol.28, No.5, pp.627-651, 2001. https://doi.org/10.1177/009365001028005003
  12. J. L. Lacey and B. C. Lacey, Some autonomic-central nervous system interrelationships, Physiological correlates of emotion, pp.205-227, 1970.
  13. D. Palomba, M. Sarlo, A. Angrilli, A. Mini, and L. Stegagno, "Cardiac responses associated with affective processing of unpleasant film stimuli," International Journal of Psychophysiology, Vol.36, No.1, pp.45-57, 2000. https://doi.org/10.1016/S0167-8760(99)00099-9
  14. A. Perry, L. Stein, and S. Bentin, "Motor and attentional mechanisms involved in social interaction-Evidence from mu and alpha EEG suppression," Neuroimage, Vol.58, No.3, pp.895-904, 2011. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2011.06.060
  15. G. D. Ellis, J. E. Voelkl, and C. Morris, "Measurement and analysis issues with explanation of variance in daily experience using the flow model," Journal of leisure research, Vol.26, No.4, p.337, 1994. https://doi.org/10.1080/00222216.1994.11969966
  16. P. Salovey and J. D. Mayer, "Emotional intelligence," Imagination, cognition and personality, Vol.9, No.3, pp.185-211, 1990. https://doi.org/10.2190/DUGG-P24E-52WK-6CDG
  17. R. J. Davidson, K. R. Sherer, and H. H. Goldsmith, Handbook of affective sciences, Oxford University Press, 2009.
  18. S. Burnett and S. J. Blakemore, "Functional connectivity during a social emotion task in adolescents and in adults," european Journal of Neuroscience, Vol.29, No.6, pp.1294-1301, 2009. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2009.06674.x
  19. K. M. Prkachin, R. M. Williams-Avery, C. Zwaal, and D. E. Mills, "Cardiovascular changes during induced emotion: An application of Lang's theory of emotional imagery," Journal of Psychosomatic Research, Vol.47, No.3, pp.255-267, 1999. https://doi.org/10.1016/S0022-3999(99)00036-7
  20. J. Pan and W. J. Tompkins, "A real-time QRS detection algorithm," IEEE transactions on biomedical engineering, No.3, pp.230-236, 1985.
  21. 최병문, 노규정, "심박변이도 (Heart Rate Variability, HRV)," 정맥마취, Vol.8, No.2, 2004.
  22. A. Malliani, M. Pagani, F. Lombardi, and S. Cerutti, "Cardiovascular neural regulation explored in the frequency domain," Circulation, Vol.84, No.2, pp.482-492, 1991. https://doi.org/10.1161/01.CIR.84.2.482
  23. M. V. Kamath and E. L. Fallen, "Power spectral analysis of heart rate variability: a noninvasive signature of cardiac autonomic function," Critical reviews in biomedical engineering, Vol.21, No.3, pp.245-311, 1993.
  24. 최영일, 박근상, 엄기수, 오승훈, "자동차 운전 중의 통화 몰입 정도가 운전수행에 미치는 영향," 대한토목학회논문집, 제27권, 제2D호, pp.165-169, 2007.