Cardiovascular response to surprise stimulus

놀람 자극에 대한 심혈관 반응

  • Eom, Jin-Sup (Department of Psychology, Brain Research Institute, Chungnam National University) ;
  • Park, Hye-Jun (Department of Psychology, Brain Research Institute, Chungnam National University) ;
  • Noh, Ji-Hye (Department of Psychology, Brain Research Institute, Chungnam National University) ;
  • Sohn, Jin-Hun (Department of Psychology, Brain Research Institute, Chungnam National University)
  • 엄진섭 (충남대학교 심리학과/뇌과학연구소) ;
  • 박혜준 (충남대학교 심리학과/뇌과학연구소) ;
  • 노지혜 (충남대학교 심리학과/뇌과학연구소) ;
  • 손진훈 (충남대학교 심리학과/뇌과학연구소)
  • Received : 2011.03.03
  • Accepted : 2011.03.17
  • Published : 2011.03.31


Basic emotions such as happiness, sadness, anger, fear, and disgust have been widely used to investigate emotion-specific autonomic nervous system activity in many studies. On the contrary, surprise emotion, Suggested also as one of the basic emotions suggested by Ekman et al. (1983), has been least investigated. The purpose of this study was to provide a description of cardiovascular responses on surprise stimulus using electrocardiograph (ECG) and photoplethysmograph (PPG). ECG and PPG were recorded from 76 undergraduate students, as they were exposed to a visuo-acoustic surprise stimulus. Heart rate (HR), standard deviation of R-R interval (SD-RR), root mean square of successive R-R interval difference (RMSSD-RR), respiratory sinus arrhythmia (RSA), finger blood volume pulse amplitude (FBVPA), and finger pulse transit time (FPTT) were calculated before and after the stimulus presentation. Results show significant increase in HR, SD-RR, and RMSSD-RR, decreased FBVPA, and shortened FPTT. Evidence suggests that surprise emotion can be characterized by vasoconstriction and accelerated heart rate, sympathetic activation, and increased heart rate variability, parasympathetic activation. These results can be useful in developing an emotion theory, or profiling surprise-specific physiological responses, as well as establishing the basis for emotion recognition system in human-computer interaction.

여러 연구자들이 정서특정적 자율신경계 활동을 밝히기 위하여 행복, 슬픔, 분노, 공포 및 혐오를 포함한 기본 정서들을 사용하여왔지만, Ekman 등(1983)의 기본정서들 중 놀람 정서에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구의 목적은 ECG와 PPG를 이용하여 놀람 자극에 대한 심혈관 반응을 밝히는 것이다. 76명의 대학생에게 놀람자극을 제시하기 전과 후에 ECG와 PPG를 기록하였으며, ECG와 PPG 신호로부터 심박률(HR), R-R 간격의 표준편차(SD-RR), 연속된 R-R 간격 차이의 제곱평균제곱근(RMSSD-RR), 호흡성 부정맥(RSA), 손가락 혈류량 파형의 진폭(FBVPA), 손가락 맥파 전달시간(FPTT)을 산출하였다. HR과 SD-RR, RMSSD-RR은 놀람자극 제시 전에 비하여 놀람자극이 제시된 후에 유의하게 증가하였으며, FBVPA는 유의하게 감소하였고, FPTT는 유의하게 짧아졌다. 놀람 자극은 말초혈관을 수축시키고, 심박률을 증가시키는 교감신경계 반응특성을 가지는 것으로 볼 수 있으며, 심박률 변산성을 증가시키는 부교감신경계도 동시에 활성화될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 정서이론의 발전과, 인간정서를 탐지하는 컴퓨터 시스템의 기초를 확립하는데 기여하는 바가 있을 것이다.