감성과학 (Science of Emotion and Sensibility)

  • 제18권1호
  • /
  • Pages.27-38
  • /
  • 2015
  • /
  • 1226-8593(pISSN)
  • /
  • 2383-613X(eISSN)
한국감성과학회 (Korean Society for Emotion and Sensibility)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

사이버멀미 경감 연구를 위한 전정안구반사 측정 시스템 개발

Development of a vestibulo-ocular reflex measurement system for the study of cybersickness

  • 투고 : 2015.02.05
  • 심사 : 2015.02.17
  • 발행 : 2015.03.30
PDF 다운로드
⟨ 이전 논문 다음 논문 ⟩

초록

전정안구반사(VOR; vestibulo-ocular reflex)는 머리가 움직이는 동안 안정된 망막상을 얻기 위해 일어나는 안구의 보상적 움직임이다. 망막정보와 전정신호가 감각갈등(sensory conflict)을 일으키면 멀미가 일어나며, VOR 이득(gain)이 변한다는 것이 알려져 있다. 본 보고에서는 VOR을 측정할 수 있는 실용적이고 저렴한 시스템을 LabVIEW와 Arduino를 이용하여 구현하였다. 그리고 이 시스템을 사용하여 VOR의 특징적 변화를 두 가지 실험을 통해서 측정하였다. 실험 1에서는 자기회전검사법을 이용하여 실험참가자(n = 4)의 수평 및 수직 전정안구반사의 특성을 살펴보았다. 실험 2에서는 가상환경 하에서 실험참가자(n = 8)가 정지된 화면을 볼 때와 사이버멀미(cybersickness)를 경험하는 3D 가상주행 영상에 노출되었을 때의 머리 움직임과 안구 운동을 측정하였다. 그 결과, 가상주행을 경험할 때 특징적인 머리 움직임과 안구 운동이 측정되었다. 본 보고에서 소개한 전정안구반사 측정 시스템은 가상환경에서의 사이버멀미 경감을 위한 심리생리학적 연구에 기여할 수 있을 것이다.

Vestibulo-ocular reflex (VOR) is a compensatory response of the extraocular muscles generated by vestibular signals to stabilize images on the retina during head/body movements. It has been reported that mismatches between retinal and vestibular information, which cause motion sickness or cybersickness, modify VOR. To investigate the characteristic changes of VOR in subjects experiencing cybersickness, we developed a low-cost, multi-purpose VOR measurement system using LabVIEW and Arduino. To test the applicability of the system, we performed two experiments. In Experiment 1, horizontal and vertical VORs of four participants were measured using a vestibular autorotation task. In Experiment 2, eight participants were exposed to a virtual navigation to measure changes of VORs as an index of cybersickness. We observed significantly greater head rotations and eye movements while the participants were exposed to the virtual navigation than to a static image. The results suggest that the present system can help understand the psychophysiological mechanisms of cybersickness symptoms.

키워드

참고문헌

  1. Ahn, S. Y., Kim, M. N., Won, C. H., Chae, S. P., Lee, S. H., & Cho, J. H. (1997). Implementation of a image processing system for VOR signal acquisition (전정 안구 반사 신호 획득을 위한 영상 처리 시스템의 구현), Proceedings of Korea Signal Processing Conference 1997, 10(1), 949-952.
  2. Aoki, M., Burchill, P., Ito, Y., Gresty, M. (1998). Asymmetry of vestibular function induced by unidirectional visual-vestibular conflict, Acta Oto-laryngologica, 118, 628-634. https://doi.org/10.1080/00016489850183098
  3. Beogher, N. (2013, December 8). LIFA MPU-60X0 [Web community documents]. Retrieved from https://decibel.ni.com/content/docs/DOC-34263
  4. Cho, Y. C., Kim, M. S., & Yoon, J. O. (2013). A study on the electrical difference for the limbs and thoracic impedance using real-time bio-impedance measurement system (실시간 생체임피던스 측정 시스템을 이용한 사지와 흉부 임피던스에 대한 전기적인 차이 연구), Journal of the Korea Industrial Information Systems Society, 18(6), 9-16.
  5. Collewijn, H., Van Der Mark, F., Jansen, T. C. (1975). Precise recording of human eye movements, Vision Research, 15, 447-450. https://doi.org/10.1016/0042-6989(75)90098-X
  6. Di Girolamo, S., Picciotti, P., Sergi, B., Di Nardo, W., Paludetti, G., & Ottaviani, F. (2001). Vestibuloocular reflex modification after virtual environment exposure, Acta Oto-laryngologica, 121(2), 211-215. https://doi.org/10.1080/000164801300043541
  7. Haslwanter, T., & Moore, S. T. (1995). A theoretical analysis of three-dimensional eye position measurement using polar cross-correlation. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 42(11), 1053-1061. https://doi.org/10.1109/10.469371
  8. Hwang, S. T., Park S. I., Won, M. J., & Hwang, M. C. (2013). Variation of facial temperature to 3D visual fatigue evoked (3D 시각피로 유발에 따른 안면 온도 변화). Korean Journal of the Science of Emotion & Sensibility, 16(4), 509-516. https://doi.org/10.14695/KJSOS.2013.16.4.509
  9. Imai, T. (2003). Video-occulography (VOG) - three-dimensional analysis of eye movement -, Equilibrium Research 62(2), 61-74. https://doi.org/10.3757/jser.62.61
  10. Kim, B. K. (2002). Anatophysiology of Central Vestibular System (중추전정계의 신경해부생리). Research in Vestibular Science, 1(2), 176-183.
  11. Kim, J. S. (2013). Otorhinolaryngology head and neck surgery (이비인후과학. I : 기초.이과 : 두경부외 과학), Seoul: Iljogak.
  12. Kim, S. H. (2010). Anatomy and physiology of vestibulo-ocular reflex (전정안반사의 해부와 생리), Research in Vestibular Science, 9(S1), S19-S24.
  13. LaViola, Jr., J. J. (2000). A discussion of cybersickness in virtual environments. SIGCHI Bullentin, 32(1), 47-56. https://doi.org/10.1145/333329.333344
  14. Lee, C. H., Kim, G. D., Hong, J. E., Kwon, J. W., & Lee, D. H. (2009). A Study on mobile based EEG display and device development (모바일기반으로한 EEG표시 및 장치개발에 관한 연구), Proceedings of Information and Control Symposium 2009. 145-147.
  15. Lee, S. C. (2013). Video Control for Beginners with LabVIEW and USB Cameras (초보자를 위한 LabVIEW와 USB 카메라를 이용한 영상제어), Seoul: Book Lab.
  16. Lee, S. I., & Kwak, H. W. (2010). Improvements of spatial and temporal resolutions of the low-cost eye-tracking device (저비용 안구운동추적 장치의 시공간 해상도 개선), Korean Journal of Cognitive and Biological Psychology, 22(4), 639-649. https://doi.org/10.22172/cogbio.2010.22.4.012
  17. Lee, S. I., Sohn, Y. J., Kwak, H. W., Jang, Y. M., & Lee, M. H. (2011). Verifications of the low-cost eye-tracker KSL-240 (저비용 안구운동 추적기 KSL-240의 개발과 기기 타당도 검증: Tobii 1750을 사용하여), Korean Journal of Cognitive and Biological Psychology, 23(4), 653-663. https://doi.org/10.22172/cogbio.2011.23.4.011
  18. Li, H. C. O., & Moon, K.-I. (2012). Validity examination of the measurement of 3D visual fatigue using EEG (EEG 생체신호 기반 3D 시각피 로 측정방법에 대한 타당화 연구), Korean Journal of the Science of Emotion & Sensibility, 15(1), 17-28.
  19. Park, S. H. & Park, J. S. (2014). Measuring fear levels using Arduino device (아두이노 장치를 활용한 사용자의 공포 정도 측정), Proceedings of the Korean Information Science Society Conference 2014. 1933-1935.
  20. Park, Y. S., Kim, H. S., Yi, J. H., & Lim, Y. T. (2008). Technical note: development of wireless electrooculography system to measure vestibulo ocular reflex (단신: 전정 반사 분석을 위한 안구 움직임 무선 측정 장치 개발), Korean Journal of Sport Biomechanics, 18(1), 39-43. https://doi.org/10.5103/KJSB.2008.18.1.039
  21. Song, M. H., Kim, S. C., Nam, K. C., Kim, D. W., Shin, Y. S., & Lee, W. S. (2004). Real-time measurement of 3-dimensional eye movements by videooculography (영상을 이용한 실시간 3차원 안구 운동 측정), Research in Vestibular Science, 3(1), 161-169.
  22. Warren, S., & Ross, R. G. (1998). Deficient cancellation of the vestibular ocular reflex in schizophrenia, Schizophrenia Research, 34, 187-193. https://doi.org/10.1016/S0920-9964(98)00101-7
  23. Yardley, L., & Redfern, M. S. (2001). Psychological factors influencing recovery from balance disorders, Anxiety Disorders, 15, 107-119. https://doi.org/10.1016/S0887-6185(00)00045-1