피부 전도도를 사용한 가상현실 환경에서의 불안감 측정 = Anxiety measurement in virtual reality environment using skin conductance

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 현대 사회에서 증가하는 불안 증상 및 불안 장애에 대응하여, 가상현실(VR)을 활용한 불안감 측정을 목표로 하고 있다. COVID-19 감염병 장기화 이후 ‘코로나 블루’로 인한 불안장애 환자 수가 급격히 증가하였다. 불안장애는 정신, 신체, 사회, 경제적 영향을 미치며 지속되면 생산성 감소와 사회적 문제 등을 유발할 수 있으며 적절한 대응이 필요하다.
불안장애를 치료하기 위해 CBT(Cognitive-Behavioral Therapy) 노출요법을 적용하면 실제 불안을 경험하기 때문에 불안을 더 유발할 수 있으며 사용되는 상황이 현실적이지 않아 치료 효과가 떨어질 수 있다. 이러한 한계 때문에 가상현실(VR) 기술을 활용한 치료가 더욱더 효과적일 수 있다. VR은 시뮬레이션을 통해 불안을 경험하고 대처하는 훈련이 가능하며, 특히 노출 치료에 적합하다.
하지만 불안장애 노출 치료의 선행 연구를 살펴보면 개개인의 경험, 성별, 체격 등을 고려하지 않고 모두 같은 콘텐츠로 실험을 진행하여 오히려 불안, 우울함에 대해 지속되거나 악화하는 등의 한계를 보였다.
각 개인이 다르게 불안을 경험하고 다양한 원인이 있기 때문에 환자의 특성과 상황을 고려한 맞춤형 노출 치료가 필요하다. 불안을 치료할 때 환자의 사회적, 신체적, 가치관 등의 배경을 고려하여 환자 개인에게 맞는 시나리오적 접근이 필요하다.
본 연구는 광장공포증 환자가 기피하는 장소 중 하나인 지하철에서 일어날 수 있는 불안 상황을 제시했을 때 언제, 어떤 상황에서 불안이라는 감정을 느끼는지 피부 전도도의 변화와 설문지 및 인터뷰를 통해 분석 및 인지하도록 하는 것이다.
지하철 내의 다양한 불안 상황을 VR 콘텐츠로 제작하였으며, 실험 대상은 성인 17명이다. 실험에서는 VIVE Pro HMD를 사용하였고 유선으로 연결된 피부 전도도 측정장치를 사용하여 사용자의 감정적 반응을 기록하였다.
실험의 주요 시나리오로는 ‘Clustering Contents’와 ‘Attention Contents’를 포함하며, 지하철 내의 사람들이 모여 있는 상황, 주목받는 상황, 불안을 유발하는 인물이 다가오는 상황을 다루었다. 실험 참가자는 가상현실 내에서 지하철에서 5가지 불안 상황을 시청하며 실험 전후에는 불안에 관한 설문을 작성하고 실험이 끝나면 인터뷰를 진행하였다. 실험 절차는 설문 작성, 피부 전도도 수집 장치 부착 및 HMD 착용, 가상현실 환경 체험, 설문 작성, 그리고 인터뷰 단계로 이루어졌다. 실험 결과는 불안 상황에 대한 피부 전도도 반응과 참가자의 인터뷰를 종합적으로 분석하였다.
다양한 불안 상황에서 피부 전도도와 설문지, 인터뷰 결과를 종합적으로 분석하여 불안 감정과 상황 간의 상관관계를 분석하였다. 첫 번째로, 복잡한 지하철에서 불안을 느끼는 피실험자들은 대체로 지하철을 적게 이용하는 사람들로 나타났으며, 지하철을 자주 이용하는 피실험자는 실험 상황에서 덜 불안함을 보였다. 두 번째, 복잡한 지하철 환경에서 이성 캐릭터가 주변에 있는 것이 불안을 유발하는데 이는 성별에 따라 다르게 나타났다. 남성은 여성 캐릭터의 존재로 인해 신체 접촉 등으로 불안을 느끼고 여성은 남성 캐릭터에 대한 불안을 경험하였다. 세 번째, 노인 캐릭터의 등장은 일부 피실험자에게 양보 문화에 대한 사회적 시선을 느끼게 하였고 이에 따라 불안이 높아지는 경향을 보였다. 네 번째, 취객 캐릭터의 등장은 피실험자 중 일부에서 불안과 거부감을 유발했으며, 특히 밤 시간대에 지하철을 타는 피실험자들이 실제로 해당 상황을 더 자주 경험했다.
따라서 본 연구의 결론으로는, 실험 참가자들은 피부 전도도 변화와 함께 자신의 감정을 이해하는 데 도움을 받았으며, 이를 통해 불안 치료의 첫 단계로서 불안의 원인과 특성을 인지함으로써 효과적인 치료 전략을 세울 수 있다. 또한 가상현실에서의 불안 노출 치료는 고해상도 그래픽과 사운드 시스템을 통해 시청각적 현실감을 높일 뿐만 아니라 촉각과 운동 감각을 향상하는 기술의 발전으로 다양한 맞춤형 치료가 가능하며, 안전하고 반복할 수 있는 노출 치료를 제공할 수 있다. 또한 모든 불안 장애 환자에게 표준적인 방법을 적용하는 것보다는 각 환자의 특성과 상황을 고려한 맞춤형 노출 치료가 필요하다. 선행 연구에서는 표준 치료가 모든 환자에게 효과적이지 않을 수 있으며, 오히려 불안 수준을 높일 수 있다는 결과도 있기 때문에 환자의 배경과 특성을 고려한 개인화된 시나리오적 접근이 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Anxiety measurement in virtual reality environment using skin conductance Kim Doori Department of Smart ICT Convergence Graduate School of Konkuk University This study aims to utilize virtual reality (VR) to measure anxiety, responding to the increasing prevalence of anxiety symptoms and disorders in modern society. With the rise of "corona blues" and anxiety disorders during the prolonged COVID-19 pandemic, effective interventions are crucial. Traditional exposure therapy, such as Cognitive-Behavioral Therapy (CBT), may not be optimal as it can potentially exacerbate anxiety. VR technology, offering realistic simulations for exposure therapy, presents a promising alternative. However, prior research on anxiety exposure therapy using VR has limitations, often employing uniform content for all participants without considering individual differences in personality, genetics, and experiences. To address this, personalized exposure therapy tailored to individual characteristics and situations is essential. The study specifically focuses on anxiety-inducing situations within the subway, considering the distinctive experiences of anxiety among individuals. VR content depicting anxiety-inducing scenarios was created for 17 adult participants, recording emotional responses using VIVE Pro HMD and skin conductance devices. Key scenarios included "Clustering Contents" and "Attention Contents," addressing situations where people gather, attract attention, and anxiety-inducing figures approach. Participants watched five anxiety-inducing situations in VR, completed pre- and post-experiment surveys related to anxiety, and underwent interviews. Analysis of skin conductance responses, survey results, and interviews provided insights into the correlation between anxiety and situations in diverse scenarios. Key findings include participants who infrequently used the subway feeling more anxiety in complex subway environments. The presence of opposite-gender characters induced anxiety differently in males and females, with males experiencing discomfort due to physical contact and females feeling anxiety about male characters. The appearance of elderly characters triggered heightened anxiety in some participants, emphasizing the influence of societal perspectives on concession culture. Additionally, the appearance of an intoxicated character triggered anxiety and aversion in some participants, particularly those who commute during nighttime hours, reflecting their real-life experiences with such situations. In conclusion, participants benefited from understanding their emotions through skin conductance changes, highlighting the potential of VR in recognizing and addressing anxiety. VR-based anxiety exposure therapy not only enhances visual and auditory realism but also facilitates personalized treatments by improving tactile and kinesthetic sensations. This method provides safe, repeatable exposure therapy. The study underscores the importance of tailoring exposure therapy to each patient's characteristics and situations, as standardized methods may not be universally effective and could even heighten anxiety levels. Personalized scenario-based approaches considering patients' backgrounds, characteristics, and values are essential for successful anxiety treatment. Keywords : Empirical studies in interaction design, HCI design and evaluation methods User studies, Virtual Reality, Anxiety disorder, VRET

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구의 배경 1
• 제2절 연구의 목적 7
• 제3절 관련 연구 . 8
• 1. 가상현실 노출 치료 (Virtual Reality Exposure Therapy : VRET) 8
• 2. STRIVE : Stress Resilience In Virtual Environments . 12
• 제4절 선행 연구 13
• 1. IE(Interoceptive Exposure)을 결합한 외상 후 스트레스 장애 치료 . 13
• 2. 가상현실 노출 치료를 통한 성인의 치과 공포증 치료 14
• 제2장 이론적 배경 . 16
• 제1절 VR (Virtual Reality) . 16
• 1. 가상현실의 정의 16
• 2. 가상현실과 의료 분야 16
• 3. HMD (Head Mounted Display) 17
• 제2절 피부 전도도 (GSR:Galvanic Skin Response) . 17
• 1. 피부 전도도 정의와 기본 원리 17
• 2. 피부 전도도를 통한 감정 분석 18
• 제3절 불안장애 . 18
• 1. 불안장애 . 18
• 2. 광장공포증 19
• 제3장 콘텐츠 개발 및 실험 설계 20
• 제1절 개요 . 20
• 제2절 콘텐츠 개발 . 20
• 1. 콘텐츠 개발 환경 20
• 2. 콘텐츠 기획 및 시나리오 . 22
• 3. 콘텐츠 제작 25
• 제3절 실험 설계 33
• 1. 실험 대상 33
• 2. 측정도구 33
• 3. 실험 환경 구성 40
• 4. 실험 절차 41
• 제4장 실험 결과 . 44
• 제1절 설문 데이터 결과. 44
• 1. 사전 설문지와 실험 후 설문지 데이터 분석 44
• 2. 사용자 기본 설문지 데이터 45
• 제2절 피부 전도도 신호 데이터 결과 49
• 1. 피부 전도도 데이터 분석 방법 . 49
• 2. 사용 불가하여 삭제한 데이터 50
• 3. 피부 전도도 데이터 및 설문지 분석 . 53
• 제3절 결과 분석 72
• 제4절 논의 74
• 1. 연구의 시사점 . 74
• 2. 연구의 한계점 . 77
• 제5장 결론 . 78
• 참고문헌 83
• 부록 . 86
• 국문초록 88