KR102162918B1 - 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상자의 사전 안정시 심박동수와 동일한 BPM을 파악하고 스트레스원에 노출된 불안 상황에서 이를 적용한 음원을 통해 신체의 불안을 스트레스원 유발 이전 수준으로 완화 시키도록 하는 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템에 관한 것이다.

Description

심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템 {Stress relief system using sound source coordinated with heart rate}

본 발명은 스트레스 완화시스템에 관한 것으로, 자세하게는 대상자의 사전 안정시 심박동수와 동일한 BPM(이하, 'Healing Beat'라 칭함)을 인지하고 스트레스원에 노출된 불안 상황에서 이를 적용한 음원을 통해 신체의 불안을 스트레스원 유발 이전 수준으로 완화 시키도록 하는 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템에 관한 것이다.

현대사회는 고도로 발달한 의료기술 및 과학기술의 영향으로 다양한 질병을 진단하고 편리함과 물질적인 풍요로움 가운데 있으나, 급변하는 사회 환경, 과도한 경쟁, 비인간화 현상, 사회 심리적 범죄, 전염성 질환 출현 및 노령화 등 다양한 사회문제의 발생으로 불안 및 스트레스 등이 현대인의 정신적, 육체적 건강을 크게 위협하는 요소로 작용하고 있다.

특히 불안으로 인한 스트레스는 현대 사회에서 매우 중요한 문제로 부각되고 있으며, 불안 반응으로 스트레스, 우울 장애, 정신장애 등 신체나 정신의 특정한 질병에 걸리거나 건강장애를 초래할 가능성이 큰 것으로 알려짐에 따라 불안의 적절한 조절은 건강증진을 위한 중요한 요소로 자리하게 되었다.

불안의 생리적 반응으로는 코티졸의 분비가 증가하고 면역억제작용이 일어난다. 또한, 에피네프린과 노르에피네프린 등 카테콜라민의 분비가 증가하고 교감신경계반응이 항진된다. 그 결과 심박동수, 혈압, 호흡수가 증가하고 근육긴장, 위장관 운동의 저하 등이 나타날 수 있으며, 심리적 반응으로는 우울, 분노 등이 나타날 수 있다.

이러한 지속적이고 과다한 불안은 스트레스원으로 유발되고 인체의 항상성 유지, 심혈관계, 근골격계 등과 같은 신체반응, 정서적 안정, 면역기능에 대한 불안정, 고혈압, 수면장애 등을 초래하게 되며, 이로 인해 개인뿐만 아니라 사회에도 많은 손실을 초래하게 된다.

이에 불안 완화를 위한 방법으로 의료적으로 여러 가지 진정제를 투여함으로써 조절하고 있으나, 때로 과도한 조절이 심기능에 영향을 미쳐 부작용 및 의료사고가 발생률이 증가하며, 진정제 투여 자체가 스트레스원으로 유발되어 불안을 야기하기도 한다.

따라서 최근 불안을 안정시키기 위한 진정을 위한 중재는 매우 중요한 부분이며 약물적 치료뿐만 아니라 비약물 치료인 보완 대체요법에 에 대한 관심이 증대되면서 통합적 돌봄이 강조되고 있다.

불안 완화를 위한 기존 실험으로는 아로마 에센셜 오일 흡입이 스트레스, 불안 및 우울에 미치는 효과, 발마사지가 스트레스, 면역 및 피로에 미치는 영향, 숲 치료가 심신안정에 미치는 효과, 뉴로피드백 훈련이 후기청소년의 신체적, 정서심리적 스트레스 반응과 자기조절에 미치는 효과 및 운동이 신체적, 정신적 건강에 미치는 영향 등이 진행되어 왔다.

하지만, 아로마 에센셜 오일 흡입과 발마사지의 경우 훈련받은 전문가가 기술을 제공해야 하며, 숲 치료와 운동은 대상자가 신체적 장애가 있을 경우 일상생활에서 실천하기에는 다소 어려움이 있고, 날씨, 장소의 영향을 많이 받기 때문에 여러모로 제한적이다.

또한, 뉴로피드백 훈련과 같은 경우에는 특별한 장치와 시설 및 공간이 필요하기 때문에 급성기 스트레스나 지속적인 스트레스를 중재하는 데에 어려움이 있다.

그 중 음악을 이용한 스트레스 중재는 불안을 감소시키고 활력 징후를 안정시키며, 비침습적이고 비용 면에서도 효과적이며 부작용이 거의 없는 보완대체요법이다.

음악은 변연계에 영향을 주며 오른쪽 대뇌 반구에 의해 지각된 심미적 기쁨은 뇌하수체에 작용해 엔도르핀을 분비시켜 음악을 들을 때 심박동수, 혈압을 감소시킨다. 특히, 최근실험에 따르면 사람들은 심장박동과 걷는 템포와 같은 신체움직임의 자연스러운 형태와 관련된 생물학적인 리듬에 심리적인 안정감을 느낀다고 한다.

하지만, 지금까지의 음악요법을 통한 스트레스 중재의 선행실험은 클래식이나 발라드 같은 환자가 선호하는 특정 장르로 제한되어 있거나, 실험 처치 전과 후의 차이점만으로 국한되어 있어 지속적인 효과를 알 수 없는 경우가 대부분이다.

대한민국 등록특허 제10-1828952호(2018.02.07)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 자세하게는 대상자로부터 안정시 심박동수와 동일한 BPM을 인지하고 스트레스원에 노출된 불안 상황에서 이와 동일한 음원에 노출되도록 함으로 신체의 불안을 스트레스원 유발 이전 수준으로 완화 시키도록 하는 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 음원을 이용한 스트레스 완화시스템에 있어서, 대상자의 심박동수를 측정하되, 심적 안정기의 박동수를 추출하는 수집부; BPM(Beat per minute) 별로 음원을 입력받아 저장하되, 대상자의 심적 안정기의 박동수에 대응하는 BPM을 갖는 음원을 검색하는 음원관리부; 대상자에 대하여 상기 음원관리부를 통해 검색된 음원을 출력하는 출력부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 수집부는 대상자의 심박동수를 연속적으로 측정하는 측정부와, 측정되는 심박동수에 대응하는 심적정보를 입력받아 매칭시키는 매칭부와, 심적정보에 따른 심박동수를 분석하여 안정기의 박동수를 추출하는 추출부로 구성될 수 있다.

또한, 상기 음원관리부는 음원을 입력받는 입력부와, 입력된 음원의 BPM을 분석하는 분석부와, 분석된 BPM에 따라 순차적으로 음원을 정렬하는 정렬부로 구성될 수 있다.

또한, 상기 음원관리부는 음원을 구성하는 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기를 포함하는 음원정보를 부여하여 관리하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 출력부를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 수집부를 통해 수집되는 심박동수의 변화를 수집하는 제1추적부와, 출력되는 음원과 동일한 BPM을 갖는 다른 음원 및 상하 설정된 범위의 BPM을 갖는 또 다른 음원을 출력에 대응하여 상기 수집부를 통해 수집되는 심박동수의 변화를 수집하는 제2추적부와, 상기 제1추적부 및 제2추적부의 수집결과를 분석하여 심박동수의 최적 안정치를 나타내는 최적 음원을 산출하는 산출부를 구비하는 피드백부; 를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 스트레스원에 노출된 상황에서 불안을 스트레스원 유발 이전 수준으로 완화시키는 데에 크게 효과적이며, 다양한 스트레스 상황의 임상현장에서 혹은 일상생활에서 스트레스를 완화하기 위해 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 적용에 따른 절차를 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명의 실험예를 위한 참가자 모집절차를 나타낸 순서도,
도 5는 실험군과 대조군 사전 동질성 검증에 따른 테이블,
도 6은 실험군과 대조군의 자율 신경 균형 지수, 심박수 & 불안의 비교 결과를 나타낸 테이블이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 개념도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도로서, 본 발명은 개인의 심적 안정기의 심박동수를 반영하여 최적화된 음원인 힐링비트(Healing Beat)를 다양한 스트레스나 긴장상태에서 사용하여 심적안정 및 스트레스를 완화하기 위한 것으로 수집부(110)와, 음원관리부(120)와, 출력부(130)의 기본구성과 더불어 더욱 정확한 개인 맞춤형 스트레스 완화를 위한 지원 구성인 피드백부(140)로 이루어지게 된다.

상기 수집부(110)는 대상자의 심박동수를 측정하되, 심적 안정기의 박동수를 추출하기 위한 구성이다. 본 발명을 위해서는 기본적으로 대상자의 심박동수 중 특히 심적 안정기의 박동수를 확인할 필요가 있으며, 이를 위해 심박동수 측정을 위한 다양한 수단을 적용할 수 있다.

또한, 안정기 또는 그에 최대한 근접한 상태에서의 심박동수를 얻기 위해 1회성의 측정이 아닌 스트레스원을 제거한 상태의 기간을 두고 다수의 측정을 통해 가장 안정적인 상태로 판단되는 심박동수를 추출하게 된다.

이를 위해 상기 수집부(110)는 대상자의 심박동수를 연속적으로 측정하는 측정부(111)와, 측정되는 심박동수에 대응하는 심적정보를 입력받아 매칭시키는 매칭부(112)와, 심적정보에 따른 심박동수를 분석하여 안정기의 박동수를 추출하는 추출부(113)로 구성될 수 있다.

즉 스트레스원이 없거나 최대한 제거한 상태에서 연속적으로 심박동수를 측정하며 심정정보를 함께 입력받되, 바람직하게는 자율신경계 측정장비를 이용하여 설정 시간 연속적으로 측정한 후 심박동변화율(Heart Rate Variability; HRV)을 토대로 자율신경계 균형도(Balance of Autonomic Nervous System)를 표준유도법으로 정량화하여 나타낸 값을 심적정보로 활용할 수도 있다. 이는 1부터 10까지 정량화가 가능하며 수치가 높을수록 불안, 스트레스에 노출된 것으로 판단하고 가장 낮은 수치가 안정기의 심적 상태인 것으로 인지할 수 있으며, 이와 함께 심적상태를 파악하기 위한 설문조사 및 기질불안을 측정하여 심적정보에 반영할 수도 있다.

상기 음원관리부(120)는 BPM(Beat per minute) 별로 음원을 입력받아 저장하되, 대상자의 심적 안정기의 박동수에 대응하는 BPM을 갖는 음원을 검색하는 구성이다. 심신의 안정을 줄 수 있는 다양한 음악과 관련된 음원을 활용할 수 있으며 특정 음원의 빠르기를 조절하는 방식으로 인위적은 BPM의 변화를 주는 방식도 가능하나 가급적 해당 BPM을 갖는 별도의 음원을 수집, 저장하는 것이 바람직하다.

사람의 정상 심박동수의 범위인 분당 60회 내지 100회이므로 이를 기준으로 이에 맞추어진 음원을 입력받게 된다.

이러한 상기 음원관리부(120)는 음원을 입력받는 입력부(121)와, 입력된 음원의 BPM을 분석하는 분석부(122)와, 분석된 BPM에 따라 순차적으로 음원을 정렬하는 정렬부(123)로 구성되어 스트레스 완화에 효과가 있다고 판단되는 다양한 음원의 입력시 이를 분석하여 BPM별 자동 분류가 이루어져 추후 필요한 음원을 쉽게 찾아 활용할 수 있다.

또한, 상기 음원관리부(120)는 음원을 구성하는 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기를 포함하는 음원정보를 부여하여 관리하도록 구성될 수 있으며, 사전 전문가로부터 설정된 음원정보에 적합한 음원을 추천받거나 시스템적으로 음원정보에 부접합한 음원을 배제하도록 구성할 수도 있다.

이는 음악의 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기가 스트레스 완화효과에 영향을 줄 수 있음에 따라 최적의 효과를 갖는 음악을 제공하기 위한 것으로 본 발명의 실험예에서는 4분의 4박자로 반복적인 G-C-D-G 코드로 구성된 리듬의 패턴으로 건반과 기타의 합주 음악을 사용하였으나 다양한 특성의 음원을 활용할 수 있음은 당연하다.

음원에 사용된 Scale은 어떤 음에서 한 옥타브 높은 음까지의 배열을 의미한다. 음악을 만들 때 사용하는 scale 에 따라 사용하는 음이 달라지고, 그에 따라 분위기가 결정되며 우리가 듣는 대부분의 음악은 Ionian scale 혹은 Aeolian Scale을 사용하고, 이를 각각 Major scale 과 Minor scale 이라고 부른다.

이는 우리 귀에 가장 익숙한 음악들이 바로 위의 두 scale을 이용해 만들어진다는 것으로 Major scale의 음악들은 밝은 분위기, Minor scale의 음악들은 어두운 분위기를 조성한다. Healing beat의 음악은 우리 귀에 친숙하면서도 밝은 분위기를 내기 위해서 Major Scale을 사용한다.

사용한 Chord는 앞서 언급한 Scale의 각각의 음들 위로 쌓아서 나오는 것으로 Diatonic Chord라고 부른다. Scale에 속한 음들을 사용하여 만들어지는 코드이므로 주어진 Scale에서 이질감이 없다고 할 수 있다. Healing beat는 G Major scale을 기본으로 작곡된 음악을 사용하며, 그에 따른 Diatonic chord 는 G, Am, Bm, C, D, Em, F#m7(b5) 이다. 그중 구성상 불안하다고 할 수 있는 F#m7(b5)를 제외하고 나머지 여섯 개의 Chord를 가지고 만들었다.

Chord의 진행은 1-6-4-5 도로 이루어지는 진행은 많은 노래에서 쉽게 찾아볼 수 있는 유형으로, 가장 일반적으로 사람들이 편하게 들을 수 있는 진행을 사용하였다. Bridge 부분도 흔히 볼 수 있는 4-5-3-6 도로 이루어진 진행과 2-1-4-5도의 진행을 사용하여 Diatonic Chord 내에서도 가장 자연스런 진행을 선택한다. 앞서 나왔던 1-6-4-5 도의 진행이 다시 등장해서 익숙한 느낌으로 곡을 끝마치게 된다.

Melody의 진행은 충분히 예측 가능하도록 작곡된 음악을 사용하며, 너무 심한 도약(8도 이상)이나, Scale 에 포함되지 않는 음들은 사용하지 않도록 한다. 불안하다고 느낄 수 있는 증4도의 진행 또한 배제한다.

주로 순차적인 진행(상행, 하행)을 사용하여 쉽게 들을 수 있게 작곡되었으며, BPM을 60부터 100까지 만들기 위해서 적당한 빠르기를 유지해야 하는데, 주로 8분 음표를 사용하여 곡이 늘어지는 느낌이 들거나 지나치게 빠르다고 느끼지 않도록 한다.

악기의 선택은 주변에서 가장 쉽게 접할 수 있는 악기인 기타와 피아노를 선택하게 되며, 피아노는 Chord로 배경을 연주하는데 사용하고, 그 위에 기타로 Melody를 연주하는 음악을 사용한다.

상기 출력부(130)는 대상자에 대하여 상기 음원관리부를 통해 검색된 음원을 출력하는 구성으로, 스피커, 해드폰과 같은 음향 출력수단을 활요하게 된다.

상기 피드백부(140)는 동일 내지는 설정된 범위 내에서 유사한 BPM을 갖는 음원 중 사용자에게 최적화된 음원을 찾기 위한 구성으로, 상기 출력부(130)를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 수집부(110)를 통해 수집되는 심박동수의 변화를 수집하는 제1추적부(141)와, 출력되는 음원과 동일한 BPM을 갖는 다른 음원 및 상하 설정된 범위의 BPM을 갖는 또 다른 음원을 출력에 대응하여 상기 수집부(110)를 통해 수집되는 심박동수의 변화를 수집하는 제2추적부(142)와, 상기 제1추적부(141) 및 제2추적부(142)의 수집결과를 분석하여 심박동수의 최적 안정치를 나타내는 최적 음원을 산출하는 산출부(143)를 구비하게 된다.

앞서 언급한 바와 같이 수집부(110)를 통해 초기 안정기의 심박동수를 추출하게 되나, 스트레스가 전혀 없는 상황을 조성하기가 어려울 수 있음에 따라 이러한 피드백부(140)를 통해 최적화된 BPM을 갖는 음원을 추후에도 찾을 수 있도록 보완이 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 적용에 따른 절차를 나타낸 순서도로서, 앞서 언급한 구성을 통해 본 발명의 시스템을 적용하여 사용자의 스트레스를 완화하기 위한 절차는 다음과 같다.

첫 번째 단계(S 110)에서는 대상자의 심박동수를 측정하되, 심적 안정기의 박동수를 추출하게 된다.

이러한 첫 번째 단계(S 110)는 대상자의 심박동수를 연속적으로 측정하는 단계(S 111)와, 측정되는 심박동수에 대응하는 심적정보를 입력받아 매칭시키는 단계(S 112)와, 심적정보에 따른 심박동수를 분석하여 안정기의 박동수를 추출하는 단계(S 113)로 세분화되어 진행할 수 있다.

다음 두 번째 단계(S 120)에서는 BPM(Beat per minute) 별로 음원을 입력받아 저장하게 된다.

이러한 두 번째 단계(S 120)는 특정 음원을 입력받는 단계(S 121)와, 입력된 음원의 BPM을 분석하는 단계(S 122)와, 분석된 BPM에 따라 순차적으로 음원을 정렬하는 단계(S 123)로 세분화되어 진행될 수 있으며, 음원을 구성하는 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기를 포함하는 음원정보를 부여하여 관리하도록 구성될 수 있다.

다음 세 번째 단계(S 130)는 대상자의 심적 안정기의 박동수에 대응하는 BPM을 갖는 음원을 검색하는 단계이다.

다음 네 번째 단계(S 140)에서는 대상자에 대하여 상기 음원관리부를 통해 검색된 음원을 출력하게 된다.

추가로 이루어질 수 있는 다섯 번째 단계(S 150)는 동일 내지는 설정된 범위 내에서 유사한 BPM을 갖는 음원 중 사용자에게 최적화된 음원을 찾는 단계로, 상기 네 번째 단계(S 140)에서 출력되는 음원에 대응하여 대상자의 심박동수의 변화를 수집하는 단계(S 151)와, 출력되는 음원과 동일한 BPM을 갖는 다른 음원 및 상하 설정된 범위의 BPM을 갖는 또 다른 음원을 출력에 대응하여 대상자의 심박동수의 변화를 수집하는 단계(S 152)와, 앞 단계(S 151 및 S 152)에서의 수집결과를 분석하여 심박동수의 최적 안정치를 나타내는 최적 음원을 산출하는 단계(S 153)로 세분화되어 진행될 수 있다.

이상, 정리하면 본 발명에 따른 시스템은 Healing Beat Program로 명명되는 박자 및 음파를 이용한 Beat induction 중재 프로그램을 구현하기 위한 시스템으로 스트레스원에 노출된 대상자에게 안정 시 평균 심박동수와 동일한 Healing Beat를 적용하여 진정을 유도하게 된다.

인체의 정상 심박동수 범위인 분당 60회 에서 100회에 맞추어, 1 BPM(Beats Per Minute) 단위로 60 BPM 부터 100 BPM 까지 총 41개로 구성한다.

정상 심전도의 동성리듬 P-QRS-T 파형 변화를 진폭과 진동수를 기반으로 분석 후 추출하여 동성리듬과 동일한 Healing Beat 파형을 구현하도록 하여, 안정 시 심박동수와 가장 근접한 주파수를 제공한다.

이를 정리하면 다음 [표 1]과 같다.

Healing Beat Program
구성	내용	근거
Beat	60BPM-100BPM	- 정상 심박동수와 동일한 범위이며 1BPM 단위로 구분되어 총 41개 구성 (60,61,62,63,64,65,66,67...98,99,100 BPM)
Scale	Major Scale	- 가장 익숙하고 친숙하면서도 밝은 분위기 조성하면서 가장 안정적인 배열
Chord	Diatonic Chord G Major scale	- Diatonic chord : G, Am, Bm, C, D, Em, F#m7(b5) - 구성상 불안하다고 할 수 있는 F#m7(b5) 제외 - 여섯개 Chord로 구성 : G, Am, Bm, C, D, Em
Chord Progress	1-6-4-5	- Diatonic Chord 내에서도 가장 자연스러운 진행으로 편안함을 제공
Melody Progress	Predictable ascending & descending	- 순차적인 진행(상행, 하행) 사용 - Meoldy 진행 예측 가능하도록 구성 - 8도 이상, Scale 미포함 음 사용 제한 - 불안하다고 느낄 수 있는 증4도 진행 배제 - 주로 8분 음표 사용 : BPM을 60부터 100까지 만들기 위해서 적당한 빠르기를 유지해야 하는데, 주로 8분 음표를 사용하여 곡이 늘어지는 느낌이 들거나 지나치게 빠르다고 느끼지 않도록 구성
Instrument configuration	Piano & Guitar	- 2가지 악기 구성이 가장 안정감을 제공해 준다는 근거를 기반으로 가장 일상적인 악기 2개로 구성 - 피아노 : Chord로 배경 연주 사용 - 기타 : Melody 연주
Waveform	EKG, Sinus rhythm	- 심전도의 정상리듬 P-QRS-T 파형 변화 분석을 통하여 진폭과 진동수에 대한 특징 벡터를 추출 후 동일한 음파로 변환하여 Healing Beat를 구성

[실험예]

본 발명의 적용이 스트레스원에 노출된 피실험자의 자율신경균형, 심박동수 및 불안에 미치는 효과를 확인하기 위한 무작위 대조군 전후 실험은 다음과 같다.

1. 실험방법

1.1 실험설계

본 실험 본 발명에 따른 Healing Beat 적용이 스트레스원에 노출된 간호대학생의 자율신경균형, 심박동수 및 불안에 미치는 효과를 확인하기 위한 무작위 대조군 전후 실험이다.

1.2 실험대상

실험 대상자는 D 광역시 소재의 대학교에서 2017년 10월부터 12월까지 실험참여자 모집공고에 자원한 건강한 성인을 대상으로 하였다. 각 대상자의 선정기준은 실험 목적을 이해하고 실험 참여에 자발적으로 동의한 자. 의사소통이 가능한 만 20세 이상, 60세 미만의 성인 남녀. 청각에 영향을 미칠 수 있는 질환을 앓고 있지 않은 자이며, 대상자 제외기준은 현재 신체적, 정신적 질병으로 치료받고 있는 자, 항불안제나 수면제를 복용하는 자로 하였다.

모집공고를 통해 각 집단의 대상자 목록을 확보하여 Random number generator로 1에서 2까지의 수를 생성한 후 그 숫자에 따라 실험군, 대조군에 무작위로 배정하였다.

대상자 할당 후 대상자에게는 자신이 속한 집단에 대한 정보를 제공하지 않았다. 대상 표본 크기는 G-power 3.1.7 프로그램으로 알파 값, 검정력, 효과크기를 대입하여 구하였다. 집단의 반복측정분산분석에서 유의수준 a는 .05, 검정력 1-b는 .95, 반복측정횟수 10회, 집단 수 2개, 반복측정치 간 상관관계 .30, 효과크기(effect size)는 선행실험[W. J. Kim., M, H. Hur., Inhalation Effects of Aroma Essential Oil on Quality of Sleep for Shift Nurses after Night Work, Journal of Korean Academy of Nursing, Vol.46 No.6, 769- 779, 2016.]의 결과를 근거로 산출한 .25로 필요한 표본의 크기는 실험군 30명, 대조군 30명이었다.

도 4는 본 발명의 실험예를 위한 참가자 모집절차를 나타낸 순서도로서, 본 실험에서 선정된 실험대상자는 탈락률 20%를 첨가하여 각 집단 간 35명씩으로 총 70명으로 실험을 시작하였다. 실험군 35명 중 1명은 참여를 거부하였으며, 대조군 35명 중 2명은 약물 복용, 3명은 참여거부로 제거된 인원 총 6명을 제외한 64명의 자료를 분석에 사용하였다.

1.3 실험도구

본 실험에서 불안은 객관적, 주관적 측정 방법으로 다음 세 가지 방법으로 측정하였다.

1.3.1 자율신경균형

자율신경계 측정장비인 Canopy9 professinal 4.0(IEMBIO, Gangwon-do, Korea)을 이용하여 5분간 연속적으로 측정한 후 심박동변화율(Heart Rate Variability; HRV)을 토대로 자율신경계 균형도(Balance of Autonomic Nervous System)를 표준유도법으로 정량화하여 나타낸 값으로 1에서 10까지 있으며 수치가 높을수록 불안에 노출된 것을 의미한다. 측정 시기는 실험실 입실 직후, 스트레스원 노출 후, 실험처치 5분 단위로 40분 동안으로 총 10회 측정하였다.

1.3.2 심박동수

심박동수는 Philips사의 HP Monitor(M1106C, USA)에 연결된 심전도기기(EKG)를 이용하여 측정하였으며, 측정 시기는 실험실 입실 직후, 스트레스원 노출 후, 실험처치 5분 단위로 40분 동안으로 총 10회 측정하였다.

1.3.3 불안

한국문화에 맞게 표준화한 ‘자기감정평가 질문지(Korean adaptation of the state-trait anxiety, 이하 STAI-KYZ, 한덕웅, 이장호, 전겸구)’의 불안척도를 기질불안과 상태불안으로 구분하여 측정하며, 각 문항수는 20문항으로 점수범위는 최고 80점까지로 되어 있으며 점수가 높을수록 기질불안과 상태불안 정도가 높음을 의미한다. 측정시기는 기질불안은 실험실 입실 후 1회, 상태불안은 스트레스원 노출 후, 실험 종료 시 2회 측정하였다.

1.4 실험처치

1.4.1 실험실 환경

실험실의 면적은 22.82m2 이고, 측정장소의 실내온도는 인체에 적합하며 자율신경계 반응, 혈압 측정에 적당한 온도를 고려하여 22-24℃로 설정하였다. 실험실에는 환기가 잘되는 창문이 있으며, 대상자에게 편안한 환경을 제공할 수 있도록 쇼파, 테이블, 의자를 두었다.

1.4.2 스트레스원

스트레스원은 암산 연산을 통한 스트레스 자극을 제공하는 것으로, 5분 동안 6135에서 17씩 빼 나가는 연산을 수행하도록 하였으며 틀릴 경우 처음부터 다시 하도록 하였다.

1.4.3 Healing Beat

음악의 비트를 이용한 Beat induction으로 인체의 정상 심박동수 범위인 분당 60회에서 100회를 기반으로 대상자의 평균 심박동수에 맞추어진 BPM(Beats Per Minute)을 제공하는 것이다. 4분의 4박자로 반복적인 G-C-D-G 코드로 구성된 리듬의 패턴으로 건반과 기타의 합주를 통해 60 BPM부터 100 BPM까지 Beat 별 총 40개의 음원으로 구성되어 있다. Healing Beat 적용은 스트레스원 제공 후 헤드폰(Quiet Comfort15ⓡ, Bose, Boston, MA, USA, 2016)을 통해 대상자의 평균 심박동수에 맞는 BPM을 40분 동안 40dB(사람의 대화크기 정도)의 볼륨으로 적용하였다.

1.4.4 자료수집절차

자료수집기간은 실험처치 효과의 확산을 방지하기 위하여 대조군을 실험군 보다 먼저 자료를 수집하였다. 실험 전 실험 진행에 관해 D대학교에 기관생명윤리심의위원회 심의를 거쳐 허락(DST 2016-001-015)을 받은 후 시작하였다. 실험대상자는 리쿠르트에 의해 자율적으로 모집, 참여하도록 하였으며, 그 후 의자에서 편안한 자세로 5분 동안 안정을 취하도록 한 후 사전조사로 설문지 작성, 자율신경균형, 심박동수 및 기질불안을 측정하였다.

스트레스원은 암산 연산을 통한 스트레스 자극을 제공하는 것으로, 5분 동안 6135에서 17씩 빼 나가는 연산을 5분 동안 수행하도록 하였으며 틀릴 경우 처음부터 다시 하도록 하였다. 스트레스원 제공 후 자율신경균형, 심박동수 및 상태불안을 측정하였다.

스트레스원 제공 후 편안하게 안정을 취하도록 한 후 실험군은 Healing Beat를 헤드폰(Quiet Comfort15ⓡ, Bose, Boston, MA, USA, 2016)을 통해 대상자의 사전 평균 심박동수에 맞는 BPM을 40dB의 볼륨으로 적용하였으며, 대조군은 아무런 처치를 취하지 않았다. 실험처치 후 5분 간격으로 40분 동안 자율신경균형, 심박동수를 총 8회 측정하였으며, 실험처치 종료 후 상태불안을 측정하였다.

실험종료 후 실험참여 대상자에게 소정의 사례를 제공하였다. 수집된 자료는 아이디를 부여하여 코딩하여 사전, 스트레스원 노출 후, 사후 조사결과를 분석하였다.

1.5 자료분석

수집된 자료는 SPSS for window version 23.0을 이용하여 통계처리 하였다. 일반적 특성은 빈도, 실수와 백분율로 분석하고, 실험군, 대조군의 동질성 검정은 X2-test와 t-test로 분석하였다. 실험군, 대조군의 종속변수에 대한 사전 동질성 검정은 t-test로 분석하였다. 두 군의 자율신경균형, 심박동수 및 불안에 대한 실험 전, 후 차이 검정은 t-test로 분석하였으며, 시간의 변화에 따른 자유신경균형 및 심박동수의 차이를 검정하기 위해 repeated measures of ANOVA를 실시하였다.

2. 실험결과

2.1 실험군과 대조군 사전 동질성 검증

1) 일반적 특성에 대한 동질성 검증

도 5는 실험군과 대조군 사전 동질성 검증에 따른 테이블로서, 일반적 특성 중 대상자의 연령은 실험군 22.68±1.45세, 대조군은 22.13±1.66세로 두 군간 유의한 차이가 없었다. 또한, 두 군의 일반적 특성에 대한 동질성 검증을 실시한 결과 키, 몸무게, 성별, 음주에서 유의한 차이가 없어 두 군의 동질성은 확보되었다.

2) 종속변수에 대한 동질성 검증

도 6은 실험군과 대조군의 자율 신경 균형 지수, 심박수 & 불안의 비교 결과를 나타낸 테이블로서, 자율신경균형은 실험군 4.24±2.40, 대조군은 4.50±2.54로 두 군간 유의한 차이가 없었으며, 심박동수는 실험군 79.82±11.05, 대조군 78.53±8.48회로 두 군간 유의한 차이가 없었다. 불안 점수는 기질불안과 상태불안으로 구분되며 기질불안은 실험군 51.59±1.99점, 대조군 51.83±2.13점, 상태불안은 실험군 49.65±2.76점, 대조군 49.93±2.59점으로 두 군간 유의한 차이가 없었으므로 두 군은 유사한 집단임을 알 수 있었다.

2.2 자율신경균형

Healing Beat가 자율신경균형에 미치는 효과를 확인하기 위하여 측정한 결과 스트레스원 노출 후 실험군, 대조군 모두 자율신경균형 값이 상승하였다. 실험처치 후 30분(T6) 후 실험군과 대조군이 유의한 차이를 보이기 시작하였고(t=-5.267, p<.001), 35분(T7)(t=-5.598, p<.001), 40분(T8)(t=-5.235, p<.001)에도 유의한 차이가 있었다. 총 10회 측정한 자율신경균형을 반복측정분산 분석한 결과는 시간에 따라 유의한 차이를 보였고(F=13.71, p<.001), 그룹과 시간에 따른 교호작용도 유의한 차이를 보였으며(F=6.151, p<.001), 집단에 따라 세 개 군의 반복 측정한 결과 또한 유의한 차이가 있었다(F=9.961, p=.002)

2.3 심박동수

Healing Beat가 심박동수에 미치는 효과를 확인하기 위하여 측정한 결과 스트레스원 노출 후 실험군과 대조군 모두 심박동수가 상승하였다. 실험처치 후 15분(T3) 후부터 실험군과 대조군이 유의한 차이를 보이기 시작하였으며(t=-2.285, p=.026), 20분(T4)(t=-2.069, p=.043), 25분(T5)(t=-2.670, p=.010), 30분(T6)(t=-2.088, p=.041), 35분(T7)(t=-2.009, p=.049) 후에도 유의한 차이를 보였다. 하지만, 실험처치 40분(T8)(t=-0.463, p=.645)에는 실험군과 대조군이 유의한 차이가 없었다. 총 10회 측정한 심박동수를 반복측정분산 분석한 결과는 시간에 따라 유의한 차이를 보였고(F=31.928, p<.001), 그룹과 시간에 따른 교호작용도 유의한 차이를 보였으나(F=5.455, p<.001), 집단에 따라 세 개 군의 반복 측정한 심박동수는유의한 차이가 없었다(F=2.05, p=.159)

2.4 불안

Healing Beat가 불안에 미치는 효과를 확인하기 위하여 상태불안을 사전 측정한 결과 실험군 51.59±1.99점, 대조군은 51.83±2.13점이었으며, 실험처치 후 실험군 46.38±2.05점, 대조군은 50.30±2.05점으로 감소하여 두 군간 유의한 차이가 있었다(t=-7.633, p<.001).

3. 논의

본 실험은 스트레스원에 노출된 불안한 상황에서 각 대상자의 안정시 심박동수와 동일한 Healing Beat를 적용하였을 때 신체의 불안 회복력에 미치는 효과를 확인하기 위하여 자율신경균형, 심박동수 및 불안을 측정하였다. 자율신경균형과 심박동수의 시점간 변이도를 검증하기 위하여 실험측정 시기는 실험처치 전, 스트레스원 노출 후, 실험처치 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분 후 총 10회에 걸쳐 추적 측정하여 시점별 변수들의 회복력에 대한 효과를 확인하였다. 불안 측정은 실험처치 사전, 사후 2회 측정하였다.

실험처치 전 대상자의 불안을 상승시키기 위하여 암산연산을 사용하여 스트레스원에 노출되도록 하였다. 실험처치로 실험군에게는 각 대상자의 안정시 평균 심박동수와 동일한 BPM으로 구성된 Healing Beat induction 적용을 헤드폰을 통해 40dB의 볼륨으로 적용하였으며, 대조군에게는 아무런 처치를 제공하지 않았다.

본 실험에서는 대상자에게 일상생활에서 흔히 느낄 수 있는 정도의 스트레스원을 인위적으로 제공하였다. Ward[21]는 암산 과제 스트레스원에 노출 시 교감신경계 활성은 증가하고 부교감 신경계 활성은 감소하여 스트레스를 느끼게 된다고 하였다. 따라서 본 실험의 스트레스원으로 사용된 암산연산은 일상생활에서 흔히 겪을 수 있는 정도의 스트레스이다. 이러한 스트레스원이 신체 불안의 생리적 반응에 미치는 정도를 확인하기 위하여 스트레스원 제공 후 자율신경균형, 심박동수 및 불안을 측정하였으며, 그 결과 모든 변수들이 스트레스원에 노출된 결과로 측정되어 암산연산은 스트레스원으로 불안을 유발하는 작용을 하였음을 확인하였다.

Healing Beat 적용이 불안에 미치는 효과를 알아보기 위해 자율신경계 반응인 자율신경균형을 측정하였다. 자율신경균형은 스트레스원 제공 시 두 군 모두 증가하였고, 실험군은 실험처치 제공 후 5분 단위로 측정하였을 때 30분 후부터 대조군보다 유의한 차이를 보였으며, 35분 후, 40분 후에도 지속적으로 감소하였다. 반면에 대조군은 스트레스원 제공 후 35분 후에도 초기값으로 회복되지 않았으며, 40분 후에 초기 스트레스 지수 수준 이하로 감소하였으므로, Healing Beat가 자율신경계에 미치는 급성기 효과가 있다는 것을 의미한다. 이러한 결과를 볼 때 Healing Beat 적용은 자율신경균형을 스트레스원 유발 이전 수준으로 감소시키며, 시간의 흐름에 따른 지속적인 변화를 추적 조사하였을 때 Healing Beat 적용 30분 후에 불안 반응으로부터 회복되는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

Healing Beat가 심박동수에 미치는 효과를 확인하기 위하여 측정한 결과 실험군은 대조군에 비하여 실험처치 후 15분 후부터 35분까지 유의하게 감소하였다. 특히 스트레스원에 노출된 상태에서 심박동수가 증가된 상태에서 대상자의 안정상태의 평균 심박동수로 회복되는 시점은 Healing Beat 적용 후 20분 후였다. 반면 대조군은 스트레스원 노출 후 안정된 상태에서 40분이 지났을 때에도 초기 심박동수로 회복되지 않은 점을 보아 Healing Beat가 스트레스원에 노출된 불안한 상황에서 효과적이라는 것을 검증해 주는 결과이다.

또한, 대상자의 불안 정도를 주관적으로 측정하기 위해 상태불안을 설문지로 실험처치 전, 후 2회 측정한 결과 실험군이 대조군보다 유의하게 감소하였다. 상태불안을 2회 측정한 이유는 측정시마다 설문지를 작성해야 하기 때문에 실험군은 Healing Beat를 적용 중, 대조군은 Healing Beat를 적용하지는 않지만 안정상태에서 자율신경균형 및 심박동수를 측정하는데 제한점이 될 수 있으므로 실험처치 전과 종류 후 2회로 측정하였다. 상태불안은 대상자가 느끼는 불안 정도를 측정한 것으로 객관적인 변수의 중요성과는 다른 의미가 있다고 생각된다.

이러한 본 실험에서 검증된 결과는 종래의 음악청취에 따른 항스트레스 효과의 실험 결과와 유사할 수 있으나 본 실험에서는 불안완화를 검증하기 위해 변수 측정 시 객관적, 주관적 자료를 모두 반영하여 측정하였다. 또한, 기존 대부분의 음악과 스트레스 관련 실험에서는 항스트레스 효과를 확인하기 위하여 사전, 사후로만 측정하고 있고, 음악 중재가 선호하는 음악, 이완음악 및 클래식 음악에만 국한되어 있었지만, 본 실험에서는 대상자의 안정된 상태에서의 평균 심박동수를 측정 후 스트레스 상황에서 Healing Beat를 개발하여 적용하였다는 부분과, 스트레스 회복시점을 파악하기 위하여 시간적 변화를 추적조사 하여 효율적인 임상적 근거를 제공하는 초기 실험로서 의미가 있다.

결론적으로 Healing Beat는 스트레스 상황에서 불안을 감소시키는 것으로 나타나 불안을 완화시키는 데에 효과적이다. 따라서 다양한 스트레스원에 노출된 많은 임상현장에서 혹은 일상생활에서 스트레스를 완화하기 위한 방법으로 사용할 수 있다. 또한, 급성기, 만성기 질환 환자 등과 같은 많은 대상자에게 적용할 수 있는 기초 자료가 될 것이라 사료된다. 또한, 스트레스 상황에서 안정 효과에 따른 이론적, 실무적 지표뿐만 아니라, Healing Beat를 적용 후 시간의 변화에 따른 회복 시점을 확인하는 초기 실험로서 효율적인 간호실무 적용에 사용되어질 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

110: 수집부 111: 측정부
112: 매칭부 113: 추출부
120: 음원관리부 121: 입력부
122: 분석부 123: 정렬부
130: 출력부 140: 피드백부
141: 제1추적부 142: 제2추적부
143: 산출부

Claims (5)

1. 대상자의 심박동수를 연속적으로 측정하며 측정되는 심박동수에 대응되는 심적정보를 입력받아 매칭시키고, 심적정보에 따른 심박동수를 분석하여 안정기의 박동수를 추출하는 수집부(110);
   입력된 음원의 BPM을 분석하여 분석된 BPM에 따라 순차적으로 음원을 정렬하여 저장하되 BPM(Beat per minute) 별로 복수 개의 음원을 입력받아 저장하고, 대상자의 심적 안정기의 박동수에 대응하는 BPM을 갖는 음원을 검색하는 음원관리부(120);
   대상자에 대하여 상기 음원관리부를 통해 검색된 음원을 출력하는 출력부(130); 및
   상기 출력부(130)를 통해 출력되는 음원에 대응하여 상기 수집부(110)를 통해 수집되는 심박동수의 실시간 변화를 수집하는 제1추적부(141)와, 출력되는 음원과 동일한 BPM을 갖는 다른 음원 및 상하 설정된 범위의 BPM을 갖는 또 다른 음원을 출력에 대응하여 상기 수집부(110)를 통해 수집되는 심박동수의 실시간 변화를 수집하는 제2추적부(142)와, 상기 제1추적부(141) 및 제2추적부(142)의 수집결과를 분석하여 실시간 심박동수가 상기 안정기의 박동수가 되는 음원을 산출하는 산출부(143)를 구비하는 피드백부(140)를 포함하고,
   상기 음원관리부(120)는 음원을 구성하는 스케일, 코드 및 코드의 진행, 악기를 포함하는 음원정보를 부여하여 관리하도록 구성되고, 상기 음원은 메이저 스케일(magor scale)을 기반으로 불안정코드를 제외한 다이아토닉 코드(Diatonic chord)로 구성되고 순차적인 상행 또는 하행의 멜로디로 구성되되 서로 다른 음원정보를 가지는 것을 특징으로 하는 심박동수와 연계한 음원을 이용한 스트레스 완화시스템.
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