체화된 인지(embodied cognition) 이론과 트랜스휴머니즘

이은빈 서울대학교 2018 국내석사

초 록 근대 과학혁명 이후 16세기부터 지속적으로 발달해 온 과학기술은 인간의 삶과 가치관의 여러 방면에 막대한 영향을 미친다. 철학에서는 기술이 인간의 삶과 세계를 변화시킬 때 제기되는 문제들에 관해 다양한 논의를 지속해 왔다. 산업기기의 등장으로 인한 인간의 노동문제부터 의∙공학기술 발달에 따른 트랜스휴머니즘까지, 기술의 발전은 이와 같은 변화에 걸맞은 대안이나 정책을 마련하게끔 언제나 우리를 고민하게 한다. 인지혁명이 도래함에 따라 20세기 중반부터 인지과학에서는 인지를 연구하기 위해 인간의 마음에서 지적 활동들이 어떻게 일어나는지에 대해 궁극적으로 이해하고자 했다. 초기 연구는 컴퓨터를 모델로 한 표상주의 기반 제1세대 인지과학으로 시작되었으며, 1980년대에 신경망을 모델로 한 연결주의 기반 제2세대 인지과학으로 이어졌다. 그러나, 인간의 의식과 과학적 연구 사이에는 설명적 간극(explanatory gap)이 생긴다는 비판을 받게 되었다. 이에 대한 대안으로 제시된 제3세대 인지과학은 체화된 인지(Embodied Cognition) 이론이다. 체화된 인지 이론은 몸과 마음의 이분법적 사고로부터 벗어나서 ‘체험’의 중요성을 강조한다. 또한 인지과정을 신경망에서만 국한되는 것이 아니라, 뇌를 제외한 나머지 몸, 환경, 그리고 세계에서 가능한 것으로 본다. 최근 활발히 논의되고 있는 트랜스휴머니즘은 과학기술을 이용하여 인간의 유한성(finitude)을 극복할 수 있으며, 그 가능방안을 적극적으로 추진하는 것에 동의한다는 사조를 갖는 움직임이다. 미래주의자들은 트랜스휴머니즘을 받아들여 인간의 지능을 모방하기 위한 인공지능 연구에 힘을 싣고, 머지 않아 인간지능을 초월하여 자가생성할 수 있는 초지능에 이를 것이라고 예측한다. 이 주장은 기계지능이 인간지능을 모방한다는 점에서 고전적 인지주의 및 연결주의를 따르고 있다는 점에서, 체화된 인지에서 ‘마음을 보는 태도’와 전적으로 상이하다. 뿐만 아니라, 트랜스휴머니즘의 사조와 달리 대다수의 트랜스휴머니스트들은 초지능을 개발한 후에 인간에게 접목하는 사안에 대해 거의 논의하지 않고, 오히려 초지능적 ‘존재’에 의해 지배된 미래 세계를 가정하고 권리문제 혹은 통제문제에 대해서만 주의를 기울이고 있다. 본고에서는 1장에서 연구의 배경을 전개한 후 논문에서 다루고자 하는 전체적인 문제를 제기할 것이다. 2장에서 트랜스휴머니즘을 정의한 후 그 사조에 따라 지능으로서 마음을 이해하는 방식을 알아보고, 3장에서 체화된 인지 이론의 세부 이론들을 탐구하여 세계와의 상호작용을 통해 인지를 구성하는 방식을 이해할 것이다. 그리고 4장에서 인간의 유한성을 극복하기 위한 트랜스휴머니즘의 시도가 내재하는 문제들을 비판한 후, 마지막 5장에서 비판에 관한 몇 가지 대안과 향후 연구방향을 제시할 것이다. 이와 같은 연구에 의거하여, 과학기술로 인간의 유한성을 극대화하려는 움직임에서 ‘인지’에 관하여 실질적으로 논의해야 하는 문제들을 인식할 수 있다. Abstract Since the scientific revolution, scientific technology has continuously developed and affected the life and Weltanschauung of human beings. The problem caused by innovative changes is always a hot issue in Philosophy, starting from labor issues to Transhumanism. In the 1950s, researchers started a scientific study on the mind and its processes. Through the history of Cognitive Science, Embodied Cognition proposes to build a bridge between human consciousness and Materialism. In this theory, the core concept is human experiences, so that the cognitive process is not only brain-bound but rather expanding to the whole body, environment, and world. The mind is something embodied in a specific body and not divided from the body. If it stays stationary, it would lose its essential meaning and values. Whereas, Transhumanism is an intellectual and cultural movement that aims to overcome human’s biological finitude by NBIC technologies toward the human enhancement. In this trend, transhumanist thinkers consider diseases, aging, and death as needless. Especially, many futurists agreeing with Transhumanism devote the artificial intelligence study and also expect superintelligence with autopoiesis will definitely come out in the near future. This view is obviously different from Embodied cognition, and moreover, the issue after applying the technology to human beings is hardly discussed. Instead, there are debates about control and right problems toward a future world dominated by the superintelligence. In this thesis, I would develop the core contents first. Then I will discuss Transhumanism based on Materialism and Embodied cognition theory based on Embodimentalism in chapter 2 and 3. Next, I will consider the problem brought on by the aims to overcome human’s finitude by scientific technologies in chapter 4. In conclusion, I will summarize the point of this discussion and propose some alternatives with a further study. This work suggests the point of an argument about human enhancement with cognition founded on implicit approaches of the mind researches in Cognitive Science.

인간 질문 메커니즘 기반 인공지능 프레임워크: 생성, 분석, 평가를 중심으로

신민정 서울대학교 대학원 2025 국내박사

현대 인공지능(AI)은 괄목할 만한 발전을 이루었으나, 대부분 특정 과업 수행에 최적화된 반응적 시스템으로, 인간과 같은 깊이 있는 이해나 능동적인 질문을 통해 지적 협력자로 기능하는 데에는 한계를 보인다. 본 연구는 이러한 문제의식에서 출발하여 인간 지능에서 핵심적인 역할을 하는 '질문하는 능력'을 인공지능의 맥락에서 재조명하고, 질문 행동을 인간-인공지능간 인지적 정렬의 매개체로 활용한다. 이를 통해 인공지능이 단순한 도구를 넘어 인간과 함께 탐구하고 협력하는 존재로 발전하기 위한 '질문 중심 패러다임'으로의 전환을 제안한다. 이를 위해 인지과학적 통찰을 바탕으로 인간의 질문 생성 메커니즘을 분석하고 인공지능 시스템에서의 질문 생성, 분석, 평가를 위한 체계적인 프레임워크를 구축하였다. 이 과정에서 지식화와 이해, 적용, 분석, 평가, 창출의 인지적 위계를 따라 질문이라는 대상을 체계적으로 탐구하였다. 구체적으로, ▲ 질문의 본질과 관련 인지 과정을 탐구하여 다차원적 질문 분류 체계(KCQ 분류)를 개발하였고(제 3 장), ▲ 불확실한 상황에서 인공지능의 효과적인 질문 생성을 위한 CAUS 데이터셋을 구축하였으며(제 4 장), ▲ 인간의 내러티브 이해 방식을 반영한 질문 분석 기반 CogME 평가 프레임워크를 통해 인공지능의 이해 능력 측정 프로세스를 개선하였고(제 5 장), ▲ 생성된 질문의 품질을 객관적으로 평가하기 위한 루브릭 기반 평가 방법론을 개발하였다(제 6 장). 나아가, ▲ 인공지능 모델이 질문 창출을 통해 사용자의 비판적 사고와 탐구를 지원하는 에이전트로서 기능할 수 있는 시나리오를 제시하였다(제 7 장). 본 연구는 질문이라는 지능적 행위를 중심으로 인공지능의 새로운 가능성을 탐색함으로써, 인간과 인공지능 간의 진정한 인지적 정렬과 상호보완적 협력을 실현하기 위한 이론적·실천적 토대를 마련하고자 한다. 궁극적으로 '질문 중심 인공지능'은 인공지능 기술을 더욱 이해 가능하고 신뢰할 수 있으며, 인간의 지적 활동을 확장하는 협력적 파트너로 발전시키는 데 기여할 것이다. Despite considerable advancements, current artificial intelligence (AI) systems are still largely reactive for the optimization of specific tasks. They lack the profound comprehension and proactive questioning capabilities required to function as intellectual collaborators. This study reimagines AI through the lens of questioning—a core element of human intelligence—and proposes a paradigm shift toward 'question-centric AI.' This approach emphasizes questioning behavior as a bridge for aligning human and machine intelligence, thereby transforming AI from simple answering tools into collaborative entities that engage and work alongside humans. Drawing on cognitive science insights, we examined the mechanisms behind human question generation and developed a structured framework for generating, analyzing, and evaluating questions within AI systems. This investigation was based on questioning through a cognitive hierarchy that included remembering, understanding, application, analysis, evaluation, and creation. Specifically, this study ▲ developed a multidimensional knowledge-cognition-question (KCQ) classification system by investigating the nature and cognitive processes of questioning (Chapter 3); ▲ constructed the Curious About Uncertain Scene (CAUS) dataset for effective AI question generation in uncertain situations (Chapter 4); ▲ enhanced AI comprehension measurement through the question analysis-based CogME evaluation framework that reflects human narrative understanding (Chapter 5); ▲ developed a rubric-based methodology for objective quality assessment of generated questions (Chapter 6); and ▲ presented scenarios in which AI models can function as agents supporting users' critical thinking and inquiry through question creation (Chapter 7). This research lays the groundwork for both theoretical and practical approaches to achieve genuine cognitive alignment and collaborative synergy between humans and AI by examining the intellectual process of questioning. In the end, 'question-centric AI' will contribute to making AI technology more understandable, trustworthy, and capable of functioning as a collaborative partner that extends human intellectual activities.

치매가 없는 중노년층에서 혈역학적 생체 신호와 인지, 스트레스 및 우울 요소의 상관관계 : 스펙트럼 분석

서민희 서울대학교 대학원 2016 국내석사

인지과학에서 뇌영상기법이 발전하기 이전에도 혈류와 뇌기능, 인간의 행동양식 간의 상관관계에 관해서는 1870년대 후반에서부터 연구가 되어왔다. 혈액의 흐름이 뇌가 기능하는 것과 밀접하게 연관되어 있을 것이라는 주장은 19세기의 한 이탈리아 생리학자에 의해 제기되었다. 현재는 뇌영상기법 뿐 아니라 다양한 생체 변수 측정 방법론을 통해 혈류와 뇌기능 사이의 상관관계를 탐구할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 스펙트럼 분석을 통해 인지, 스트레스 및 우울 요소와 혈역학적 생체 신호 사이의 상관관계에 관해 탐색적 연구를 수행하였다. 혈역학적 생체 신호는 혈역학적 변화 양상을 양적으로 측정한 매개 변수이다. 서울대학교 병원 신경심리검사실을 방문했던 중노년층 집단과, 별도로 모집했던 젊은층 집단에 대해서 기립 스트레스 검사를 시행하였다. 동시에 혈역학적 생체신호를 측정한 뒤 스펙트럼 분석을 통해 심박․혈압 변산성, 혈중 산소포화도를 얻었으며 중노년층의 경우 추가로 신경심리검사실에서 인지 기능 평가 및 우울감, 스트레스 정도를 측정을 실시하였다. 나이를 제어하고 혈역학적 생체 신호와 신경심리검사 점수에 관해서 편상관분석을 한 결과 인지, 스트레스 및 우울 요소와 심박 변산성, 혈중 산소포화도의 저주파 대역과의 상관성이 두드러지게 나타났다. 유의미한 상관관계에 관해 회귀 분석을 한 결과 유의미한 결정 계수를 보이는 관계는 없었다. 이를 통해 정서성 변수와 전두엽성 기능을 제외한 인지 기능의 경우 교감 신경계의 활성 정도가 변수 지표가 작동하는 효율성과 상반된 관계에 있을 가능성이 있음을 유추할 수 있다. 전두엽성 기능의 경우 다른 인지 기능과 다르게 부교감, 교감 신경계의 활성을 나타내는 저주파, 고주파 대역과 모두 동일한 방향의 상관성을 보였으므로 다른 기작이 관여하고 있을 가능성이 있다. 다만 본 연구의 경우 중노년층을 대상으로 수행되었으며 집단의 연령층에 따라 생체 신호 양상에 유의미한 차이가 관찰되었기 때문에 결과에 대한 해석을 젊은층에까지 확대해서 적용할 수는 없다.

혼성 지각 : 타자지각의 지각 가능성에 대한 과학-예술 융합 연구

김정한 서울대학교 대학원 2015 국내박사

본 논문은 다양한 혼성지각 실험을 통해 현상학적 타자경험과 타자이해의 문제에 대한 인지과학과 예술, 특히 미디어아트와의 융합적 관점에서 타자지각의 지각 가능성을 탐구한다. 타자경험과 타자이해에 대한 문제 의식은 Hegel, Sartre, Husserl과 Merlau-Ponti 로 이어지는 현상학 분야의 가장 중요한 논점 중 하나이다. 본 논문에서는 Merlau-Ponti(1962)의 ‘지각의 현상학’ 과 Varela 등의 ‘체화된 마음/인지’ 이론(Varela, Thomson, Rosch, 1991)의 논의를 중심으로 타자지각과 관련된 기존의 연구성과들을 종합하고 그 연장선 상에서 타자이해의 가능성에 대해 혼성지각 실험을 통해 모색한다. 혼성지각 실험은 타자지각을 재현하는 지각 장치나 지각 환경을 체험자에게 제공하고 자기의 본래 지각과 타자지각 에뮬레이터(emulator)를 통해 생성된 지각을 혼합하여 혼성지각을 구성하는 것이다. 먼저, 1장에서 마음의 인지(cognition) 작용이 발생하기 전 단계인 감각(sensation)과 지각(perception) 사이에서 발생하는 현상에 대해 논한다. 이 사이 현상을 고찰하기 위해 감각질 문제(Dennett, 1991)와 신경미학적 제문제들에 대해 검토하고, 이를 바탕으로 인지의 지형도를 구성하는 혼성지각 실험을 진행한다. ‘감각질 풍경’ 혼성지각 실험은 혼성지각장치를 다수 체험자들에게 제공하여 획득된 ‘감각-지각 관계성(감각질) 정보들의 레이어들’로부터 패턴을 추출하여 이를 통해 타자에 대한 새로운 은유들을 생성하고 서사화하여 재의미화하는 실험이다. 이러한 혼성지각 실험은 현상학적 환원, 형상적 변경, 상호주관적 검증과 같은 1, 2인칭적인 현상학적 방법을 3인칭적 자연과학 연구에 적용하기 위한 노력의 일환이다. 2장에서 Nagel(1974)의 “박쥐처럼 된다는 것은 무엇인가”라는 문제의식에서 출발하여 언어적 소통이 불가능한 타자인 새와 인간 사이의 ‘조-인’ 혼성지각 실험에 의한 소통을 시도한다. 이는 과학적 지식이 진실에 다가가는 방식에 대한 연극적 재현이며, 자연 다큐멘터리의 관점 및 자연사 박물관의 관점에 대한 성찰이기도 하다. 즉, 새라는 비언어적 타자에 대한 관찰자로서 인간의 관점, 즉 조류학이라는 과학적 지식이 형성되고 재현되는 과정에 있어서 그 지식의 관점이 구성되는 문제에 대해 고찰하였다. ‘조-인’ 혼성지각 실험은 조-인 시지각 에뮬레이터 장치를 통해 체험자의 관심, 참여, 놀이를 유도하고, 체험자 자신의 행위가 새의 관점에서 지각되는 과정을 지각하도록 함으로써, 타자의 지각과정 모방이 자신의 지각과정을 변화시키는 혼성지각의 순환과정 속에서 그 지각의 차이와 유사성을 발생시켰다. 혼성지각 체험자는 인간으로서 새와 동일한 지각을 체험하게 되는 것은 불가능할지라도 혼성지각의 차이와 유사성의 흐름 속에서 상호 관점의 교차를 통해 타자지각에 점차 근접할 수 있는 가능성을 제공받게 된다. 이는 Bullough(1972)가 지적하듯이, 존재론적 조망과 의미론적 조망 사이의 메울 수 없는 틈에 마주섰을 때, 인간이 진실에 좀 더 다가가기 위해서 타자와 주체가 하나가 되거나 둘 중 하나를 제거하여 그 거리를 완전히 없애는 것 보다는 그 둘을 모두 유지하며 그 거리를 최소한으로 줄여가려는 노력이 더 바람직 할 수 있다는 점을 상기시킨다. 3장에서 지각의 주체가 자신을 둘러싼 생태 환경과의 역동적 상호관계를 통해 자신의 위상을 정립해 가는 과정을 ‘길 불러오기’ 혼성지각 실험을 통해 보여준다. 건축 공간 구조의 내부 공간에서의 지각과 외부 공간에서의 지각을 실시간으로 혼성하여 체험자에게 두 개의 공간 지각을 공존시키고, 컴퓨터 비전을 통해 체험자의 행위를 관찰하고 이를 분석하여 패턴화를 통한 예측에 의해 새로운 공간을 연출함으로써 유기적이고 생태적인 건축물 내 혼성지각을 생성한다. 이러한 공간 생태 기반 혼성지각의 구성을 위해 행동유도성(affordance) 이론(Gibson, 1979)과 체화된 인지 이론(Shapiro, 2011), 현상학적 지각으로서의 실존적 공간 이론(Schultz, 1980) 등을 토대로 하여, 현상학적 표현으로서의 공간, 지각 요소(몸, 행위, 장소성, 시간성), 관찰자의 경험 등의 상관관계를 탐구한다. 4장에서 개인의 공소공포증이라는 심리적 요인으로 인한 상이한 지각 체험을 혼성지각적이며 동시에 언어적 소통을 통해 공유할 수 있는 가능성에 대해 탐구한다. 이러한 공유 가능성의 근거를 마련하기 위하여 Kant(1790)의 ‘공통감’ 개념과 더불어 Merlau-Ponti(1945)의 지각의 현상학을 재검토하고 Merlau-Ponti의 이론이 결국 타자경험의 현상학이라는 점을 밝힌다. 이를 통해 자아와 타자가 상호주관적 관계 속에서 드러나는 타자경험의 직접성이 곧 ‘공감(empathy)’이며, 양자의 경험은 공유될 수 있는 가능성을 지닌다는 점을 밝힐 것이다(Meltzoff, 2011). 타인의 지각을 공유하기 위한 이러한 시도는 혼성지각 장치 및 설치와 더불어 타인에 대한 면담과 대화에 기반한 언어적 소통을 병행하는 실험적 다큐멘터리의 형식을 모색하고, 사회과학적 연구방법에 있어 타자이해의 대안적 접근 방법으로서 관찰자와 관찰대상자의 관점을 공존시킬 수 있는 방법을 실험한다. 5장에서 ‘도시의 마음, 그 발현’이라는 혼성지각 실험을 통해, 소셜네트워크서비스 등의 집단 정보와 생명과학적 정보의 구조 등을 활용하여 ‘개인이 뉴스단어를 지각하는 감성적 관점’과 ‘집단이 뉴스단어를 지각하는 감성적 관점’을 혼성할 수 있는 가능성을 모색한다. 이는 개인의 1인칭 관점과 이러한 관점이 다수 모인 특정 도시 집단의 관점이 실제 실시간으로 발생하는 사건과 그에 대한 뉴스에 대해 어떠한 감정적 관계망을 구성하는지를 자동기술적이고 생성적인 시스템을 통해 시각화하고 청각화하는 혼성지각 실험이다. 또한 정보미학적 관점에서 디지털 정보가 우리에게 새로운 지각 환경을 제공하고 있으며, 이 새로운 환경을 관찰하는 우리의 관점이 주관적이거나 객관적인 양자선택의 방식이 아니라, 1,2,3인칭적 관점들을 공존시킬 수 있을 때 좀 더 유의미한 해석이 가능하다는 점을 탐구한다. 이상과 같이 총 다섯 가지의 서로 다른 층위에서의 혼성지각 실험을 통해, 전반부 세개 장에서 인간 언어 이전 개인-생태 차원에서의 혼성지각 실험을 통한 관점들을 구성하고, 후반부 두개 장에서 인간 언어 이후 개인-사회집단 차원에서의 혼성지각 실험을 통한 다중 관점을 구성한다. 다수의 체험자들에게 제공된 혼성지각 장치와 설치 등에 의해 타자지각과의 혼성을 시도한 혼성지각 실험들은 지각경험을 변형하고 재창조함으로써 타자에 대한 경험의 원초적 의미를 탐색하는 메타방법론을 제공할 것이다. 본 저자는 이러한 혼성지각 실험을 통해 주체의 지각과 다른 타자적 지각들 사이의 조우가 이루어 질 때 생태학적 서사와 공감(empathy) 상태가 실재화할 수 있는 가능성을 기대할 수 있을 것으로 가정하였다. 이러한 시도는 우리에게 이 세계를 지각하고 이해하는 방식이 유일한 한 가지 방법만 있는 것은 아니라는 단순한 사실을 상기시킨다. 이러한 실험의 과정에서 생성된 새로운 혼성적 지각의 레이어들을 수집하고 그 겹들로부터 패턴을 추출함으로써 주관과 객관이 공존하는 전(全) 인칭적이며 현상학적 관점을 구성하고, 이러한 새로운 관점에서 과학과 예술을 다시 바라보고자 하는 것이 본 논문이 궁극적으로 추구하는 바이다.

Studies on pattern changes to odorant exposure depending on the label related to odor experiences

Ju-Yeon Yi DGIST 2018 국내석사

Various types of odorants exist in the world. Odorants, which are normally volatile chemical molecules, are related to olfaction among five human senses (vision, audition, olfaction, gustation and somatosensation). To describe or use odorants, people have written odor descriptions for each odorant. In other words, odor description is used to identify or to explain odorants. Odor description is complex because it composes words about human’s feeling toward odorants, memories of odorants, etc. Therefore, one odorant has many odor descriptions. Then, using labels with different characteristics about odorants, will odor cognition be changed? In addition, when odor cognition will be changed, which parts of odor factors will be changed, and which will be not changed depending on labels? In this experiment, I studied which odor factors was changed and how many factors of odor cognition was changed depending on labels about odorants. To investigate odor cognition, odor factors were used. To use labels related to the odorant, the change of odor cognition was determined by questionnaire. To survey, questionnaires in Korean version were made to use odor factors. Odor factors were consisted of five odor factors of cognitive psychology and 146 odor qualities. Odor factors of cognitive psychology were ‘pleasantness’, ‘intensity’, ‘familiarity’, ‘edibility’ and ‘relaxation’. Odor qualities were referred to a book, Atlas of Odor Character Profiles. Questions were valued on a nine-point scale. Before the test, using the sniffin’ sticks, participants were tested for whether their olfactory functions were appreciated to odorant experiment. Through four conditions were used, the pattern changes of odor factors were investigated. The results revealed that odor cognition was changed depending on the label. The odorant seemed to have its key odor factors and the pattern of odor factors was rarely changed depending on the label related to the odorant. Thus, using words related to the odorant, odorant expressions related to the label will be increased that you want. In addition, when considering these results, it will be useful for researching or making products using odorants in the industries. 세상에는 많은 종류의 냄새가 있다. 냄새에 대해 설명하거나 사용하기 위해 사람들은 냄새마다 냄새 기술어구를 작성해 놓았다. 즉, 냄새 기술어구는 주로 냄새에 대한 사람들의 느낌, 기억 등이 기본이 되어 작성된 것이다. 사람들은 경험 등 여러 이유에 의해서 같은 냄새라도 다양한 반응이 나타나기 때문에, 하나의 냄새라도 다양한 냄새 기술어구를 가진다. 그렇다면 다른 성격을 가지는 냄새 기술어구를 먼저 제시한 후, 냄새에 대한 반응을 측정하였을 때 냄새에 대한 사람들의 반응, 즉 후각 인지가 변할까? 만약 변한다면, 냄새 인지와 관련된 요인의 어떠한 부분이 변하며 얼마나 많이 변할까? 이번 실험에서는, 이러한 의문점을 해결하기 위해서 냄새와 관련된 서로 다른 특징을 가진 냄새 기술어구를 이용하여 후각 인지의 변화를 확인하고자 하였다. 후각 인지 변화를 확인하기 위해서, 후각 인지와 관련된 여러 요인 중 냄새의 질과 인지 심리와 관련된 냄새 요인을 이용하였다. 실험은 행동 실험 중 한 방법인 설문조사를 진행하였다. 설문조사는 냄새에 대한 사람의 반응을 알 수 있으며, 후각 인지와 관련한 여러 요인들을 동시에 측정할 수 있는 방법이다. 실험 전, 후각 능력 테스트(sniffin’ sticks test)를 통해서 냄새 실험에 적합하지 못한 사람은 제외하고 후각 능력이 정상인 사람들만 실험에 참여하도록 하였다. 설문조사를 진행하기 위해, 인지 심리와 관련된 냄새 요인 5가지 (기분 좋은 정도, 강도, 친숙한 정도, 먹을 수 있는 정도, 그리고 긴장 완화 정도)와 ‘Atlas of Odor Character Profiles’ 책에 있는 146개 냄새의 질을 한국어로 번역한 후, 9점 척도를 이용해서 설문조사지를 만들었다. 냄새와 관련된 단서를 준 후 냄새에 대한 반응을 확인하기에 이전에 준 라벨이 다음 실험에 영향을 줄 수 있으므로, 한 그룹이 아닌 여러 그룹으로 나누었다. 조건은 총 4가지를 이용하였으며, 이는 라벨없이 냄새만을 이용한 조건들, ‘3-메틸 부티르산(3-Methylbutanoic acid)’만 사용한 조건 그리고 ‘헵탄-1-올(Heptan-1-ol)’만 사용한 조건, 라벨과 냄새 두가지 모두를 이용한 조건들,‘구토’라벨 제시 후 3-메틸 부티르산을 준 조건, ‘파마산 치즈’라벨 제시 후 3-메틸부티르산을 준 조건)이다. 실험 전, 설문조사를 이해하지 못해 발생하는 오류를 줄이기 위해서 설문조사에 대해 자세히 설명하고 실험을 시작하였으며, 비슷한 조건(동일한 장소, 비슷한 환경 등)에서 진행하였다. 실험은 경험과 관련된 단서를 제시하거나 단서를 제시하지 않은 후, 각자 자신에 앞에 준비된 시향지를 이용하여 냄새를 맡은 후 설문조사를 진행하였다. 냄새에 대한 적응 및 스트레스를 줄이고자 향은 4초 이내로 맡도록 하였으며, 대신 기억이 나지 않을 때는 다시 맡을 수 있게 하였다. 실험 후, 설문조사에서 ‘전혀 모름’이 나온 냄새의 질을 제외한 나머지 57가지 요인을 이용하여 분석을 진행하였다. 분석 결과, 3-메틸부티르산만을 맡았을 때와 MA와 관련된 ‘파마산 치즈’라벨 제시 후 3-메틸부티르산을 맡았을 때, 후각 인지가 변한다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 ‘구토’라벨 제시 후 3-메틸부티르산을 맡았을 때는 후각 인지가 변하지 않았다. 이는 사람들이 3-메틸부티르산을 맡을 때 라벨이 없더라도 구토처럼 느끼기 때문으로 보인다. ‘파마산 치즈’라벨 제시 후 3-메틸부티르산을 맡았을 때와 3-메틸부티르산만을 주었을 때 후각 인지가 변하는 점을 토대로, 후각 인지와 관련된 냄새 요인의 변화를 확인해 보았다. 먼저, 유의미하게 새로 생기거나 없어진 요인은 없어는 것으로 보아 후각 인지의 양상은 크게 변화하지 않는 다는 것도 확인할 수 있었다. 그러나 냄새 만을 맡았을 때의 조건과 비교하여 냄새와 관련된 단서 제시 후 냄새를 맡았을 때의 조건을 확인했을 때 유의미하게 차이가 나는 냄새 요인이 존재하였으며, 이들은 모두 평균 점수가 증가하였다. 그러나 가장 유의미하게 변한 냄새의 질을 제외하였을 때, 다른 변화된 냄새 요인들은 냄새를 맡았을 때 나타나는 주요 냄새 요인이 아니었다. 즉, 라벨로 인해 라벨과 관련된 냄새 요인을 떠올릴 수는 있지만 기본적으로 가지고 있는 냄새와 관련된 요인들이 더 많은 영향을 주는 것으로 보인다. 결론적으로, 냄새와 관련된 라벨을 제시하더라도, 냄새가 가지고 있는 특징적인 고유 냄새의 질이 있기 때문에 그 틀이 유지되는 것으로 보이며, 틀이 유지하면서 라벨과 관련된 다른 냄새 요인들의 비중이 증가하는 것으로 보인다. 추가적으로, 냄새의 종류에 따라 고유의 틀이 다르다는 사실 또한 확인할 수 있었다. 위의 결과인 냄새와 관련된 라벨에 의해서 냄새의 요인은 크게 변하지 않는다는 점과 냄새와 관련된 여러 냄새의 요인들을 알고 있다면, 연구를 진행하거나 산업에서 냄새를 이용해서 제품을 만들 때 유용하게 사용될 것으로 보인다.

Exploring the Effects of Body Position in Virtual Environments: The Relationship with Spatial Cognition, Locomotion Method, Presence, and Cybersickness

김애리 서울대학교 대학원 2021 국내박사

Immersive virtual environments (VEs) can disrupt the everyday connection between where our senses tell us we are and where we are actually located. In computer-mediated communication, the user often comes to feel that their body has become irrelevant and that it is only the presence of their mind that matters. However, virtual worlds offer users an opportunity to become aware of and explore both the role of the physical body in communication, and the implications of disembodied interactions. Previous research has suggested that cognitive functions such as execution, attention, memory, and perception differ when body position changes. However, the influence of body position on these cognitive functions is still not fully understood. In particular, little is known about how physical self-positioning may affect the cognitive process of perceptual responses in a VE. Some researchers have identified presence as a guide to what constitutes an effective virtual reality (VR) system and as the defining feature of VR. Presence is a state of consciousness related to the sense of being within a VE; in particular, it is a ‘psychological state in which the virtuality of the experience is unnoticed’. Higher levels of presence are considered to be an indicator of a more successful media experience, thus the psychological experience of ‘being there’ is an important construct to consider when investigating the association between mediated experiences on cognition. VR is known to induce cybersickness, which limits its application and highlights the need for scientific strategies to optimize virtual experiences. Cybersickness refers to the sickness associated with the use of VR systems, which has a range of symptoms including nausea, disorientation, headaches, sweating and eye strain. This is a complicated problem because the experience of cybersickness varies greatly between individuals, the technology being used, the design of the environment, and the task being performed. Thus, avoiding cybersickness represents a major challenge for VR development. Spatial cognition is an invariable precursor to action because it allows the formation of the necessary mental representations that code the positions of and relationships among objects. Thus, a number of bodily actions are represented mentally within a depicted VR space, including those functionally related to navigation, the manipulation of objects, and/or interaction with other agents. Of these actions, navigation is one of the most important and frequently used interaction tasks in VR environments. Therefore, identifying an efficient locomotion technique that does not alter presence nor cause motion sickness has become the focus of numerous studies. Though the details of the results have varied, past research has revealed that viewpoint can affect the sense of presence and the sense of embodiment. VR experience differs depending on the viewpoint of a user because this vantage point affects the actions of the user and their engagement with objects. Therefore, it is necessary to investigate the association between body position, spatial cognition, locomotion method, presence, and cybersickness based on viewpoint, which may clarify the understanding of cognitive processes in VE navigation. To date, numerous detailed studies have been conducted to explore the mechanisms underlying presence and cybersickness in VR. However, few have investigated the cognitive effects of body position on presence and cybersickness. With this in mind, two separate experiments were conducted in the present study on viewpoint within VR (i.e., third-person and first-person perspectives) to further the understanding of the effects of body position in relation to spatial cognition, locomotion method, presence, and cybersickness in VEs. In Chapter 3 (Experiment 1: third-person perspective), three body positions (standing, sitting, and half-sitting) were compared in two types of VR game with a different degree of freedom in navigation (DFN; finite and infinite) to explore the association between body position and the sense of presence in VEs. The results of the analysis revealed that standing has the most significant effect on presence for the three body positions that were investigated. In addition, the outcomes of this study indicated that the cognitive effect of body position on presence is associated with the DFN in a VE. Specifically, cognitive activity related to attention orchestrates the cognitive processes associated with body position, presence, and spatial cognition, consequently leading to an integrated sense of presence in VR. It can thus be speculated that the cognitive effects of body position on presence are correlated with the DFN in a VE. In Chapter 4 (Experiment 2: first-person perspective), two body positions (standing and sitting) and four types of locomotion method (steering + embodied control [EC], steering + instrumental control [IC], teleportation + EC, and teleportation + IC) were compared to examine the relationship between body position, locomotion method, presence, and cybersickness when navigating a VE. The results of Experiment 2 suggested that the DFN for translation and rotation is related to successful navigation and affects the sense of presence when navigating a VE. In addition, steering locomotion (continuous motion) increases self-motion when navigating a VE, which results in stronger cybersickness than teleportation (non-continuous motion). Overall, it can be postulated that presence and cybersickness are associated with the method of locomotion when navigating a VE. In this dissertation, the overall results of Experiment 1 suggest that the cognitive influence of presence is body-dependent in the sense that mental and brain processes rely on or are affected by the physical body. On the other hand, the outcomes of Experiment 2 illustrate the significant effects of locomotion method on the sense of presence and cybersickness during VE navigation. Taken together, the results of this study provide new insights into the cognitive effects of body position on spatial cognition (i.e., navigation) in VR and highlight the important implications of locomotion method on presence and cybersickness in VE navigation. 가상현실은 몸과 마음이 공간에 함께 존재한다는 일상적 경험에 대해 새로운 관점을 제시한다. 컴퓨터로 매개된 커뮤니케이션에서 많은 경우 사용자들은 몸은 배제되며 마음의 존재가 중요하다고 느끼게 된다. 이와 관련하여 가상현실은 사용자들에게 커뮤니케이션에 있어 물리적 몸의 역할과 비체화된 상호작용의 중요성에 대해 연구할 수 있는 기회를 제공한다. 기존 연구에 의하면 실행, 주의집중, 기억, 지각과 같은 인지기능들이 몸의 자세에 따라 다르게 작용한다고 한다. 하지만 이와 같은 인지기능들과 몸 자세의 상호연관성은 여전히 명확히 밝혀지고 있지 않다. 특히 가상현실에서 몸의 자세가 지각반응에 대한 인지과정에 어떤 작용을 하는지에 대한 이해는 매우 부족한 상황이다. 가상현실 연구자들은 존재감을 가상현실의 핵심 개념으로 정의하였으며 효율적인 가상현실 시스템 구성과 밀접한 관계가 있다고 한다. 존재감은 가상공간에 있다고 느끼는 의식상태를 말한다. 구체적으로 가상현실 속 경험을 실재 존재한다고 느끼는 의식상태를 말한다. 이런 존재감이 높을 수록 현실처럼 인지하기에 존재감은 가상현실 경험을 측정하는 중요한 지표이다. 따라서 가상공간에 존재하고 있다는 의식적 경험 ((거기에 있다(being there)), 즉 존재감은 매개된 가상경험들의 인지 연구에 중요한 개념이다. 가상현실은 사이버멀미를 유발하는 것으로 알려져 있다. 이 증상은 가상현실의 사용성을 제약하는 주요 요인으로 효과적인 가상현실 경험을 위해 사이버멀미에 대한 다양한 연구가 필요하다. 사이버멀미는 가상현실 시스템을 사용할때 나타나며 어지러움, 방향상실, 두통, 땀흘림, 눈피로도등의 증상을 포함한다. 이런 사이버멀미에는 개인차, 사용된 기술, 공간디자인, 수행된 업무등 매우 다양 요인들이 관여하고 있어 명확한 원인을 규정할 수 없다. 이런 배경으로 인해 사이버멀미 저감과 관련한 다양한 연구들이 필요하며 이는 가상현실 발전에 중요한 의미를 갖는다. 공간인지는 3차원 공간에서 신체 움직임과 대상과의 상호작용에 중요한 역할을 하는 인지시스템이다. 가상공간에서 신체 움직임은 네비게이션, 사물조작, 다른 에이전트들과 상호작용에 관여한다. 특히 가상공간에서 네비게이션은 자주 사용되는 중요한 상호작용 방식이다. 이에 가상공간을 네비게이션 할때 존재감에 영향을 주지 않고 멀미증상을 유발하지 않는 효과적인 공간이동 방법에 대한 다양한 연구들이 이루어지고 있다. 이전 연구들에 의하면 시점이 존재감과 체화감에 영향을 준다고 한다. 이는 시점에 따라 사용자의 행동과 대상들과의 상호작용 방식에 달라지기 때문이다. 따라서 가상공간에서 경험 또한 시점에 따라 달라진다. 이런 배경으로 몸의 자세, 공간인지, 이동방법, 존재감, 사이버멀미의 상호 연관성에 대한 연구를 시점에 따라 분류해서 연구할 필요가 있다. 이를 통해 가상현실 속 공간 네비게이션에 대한 인지과정을 보다 다각적으로 이해 할 수 있을 것이다. 그동안 존재감과 사이버 멀미에 내재된 매커니즘을 이해하기 위해 다양한 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 몸의 자세에 따른 인지작용이 존재감과 사이버멀미에 어떤 영향을 주는지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 학위논문에서는 1인칭과 3인칭 시점으로 분류된 별도의 실험과 연구를 진행하여 가상현실에서 몸의 자세와 공간인지, 공간이동방법, 존재감, 사이버멀미의 상호연관성을 보다 심층적으로 이해하고자 한다. 제3장에서는 3인칭시점의 실험과 결과에 대한 내용을 기술했다. 3인칭시점 실험에서는 가상공간에서 몸의 자세와 존재감의 상호연관성 연구를 위해 세가지 몸의 자세 (서있는 자세, 앉은 자세, 다리를 펴고 앉은 자세)와 2가지 타입의 공간이동 자유도 (무한, 유한)를 상호 비교했다. 실험결과에 의하면 공간이동 자유도가 무한한 경우 서있는 자세에서 존재감이 높게 나타났다. 추가적으로 가상공간에서 몸의 자세와 존재감은 공간이동자유도와 관련이 있는 것으로 나타났으며 여러 인지기능 중 주의집중이 몸의 자세, 존재감, 공간인지의 통합적 상호작용을 이끌어 낸 것으로 파악되었다. 3인칭시점의 결과들을 종합해 보면 몸 자세의 인지적 영향은 공간이동자유도와 상관관계가 있는 것으로 추측할 수 있다. 제4장에서는 1인칭시점의 실험과 결과에 대한 내용을 기술했다. 1인칭시점 실험에서는 가상공간에서 몸의 자세, 공간이동방법, 존재감, 사이버멀미의 상호연관성 연구를 위해 두 조건의 몸의 자세 (서있는 자세, 앉아 있는 자세)와 네가지 타입의 이동방법 (스티어링 + 몸을 활용한 회전, 스티어링 + 도구를 활용한 회전, 텔레포테이션 + 몸을 이용한 회전, 텔레포테이션 + 도구를 활용한 회전)의 상호 비교가 이루어 졌다. 실험결과에 의하면 위치이동방식과 회전방식에 따른 공간이동자유도는 성공적인 네비게이션과 관련이 있으며 존재감에 영향을 주는 것으로 나타났다. 추가적으로 연속적으로 시각정보가 입력되는 스티어링 방법은 자가운동을 높여 비연속적 방법인 텔레포테이션보다 사이버멀미를 더 유발하는 것으로 나타났다. 1인칭시점의 결과들을 종합해 보면 가상공간에서 네비게이션을 할때 존재감과 사이버멀미는 공간이동방법과 관련이 있는 것으로 가정할 수 있다. 제3장의 3인칭 시점 실험결과에 의하면 몸의 자세와 존재감은 상관관계가 있는 것으로 제시되었다. 반면 제4장의 실험결과에 의하면 1인칭시점으로 가상공간을 네비게이션 할 때는 공간이동방법이 존재감과 사이버멀미에 영향을 주는 것으로 나타났다. 이 두 실험에 대한 연구 결과를 통해 가상현실에서 몸의 자세와 공간인지 (네비게이션)의 상호연관성에 대한 이해를 확대하고 존재감 및 사이버멀미와 공간이동방법의 관련성을 밝힐 수 있을 것으로 기대한다.

Cognitive Function Evaluation Utilizing Information Mismatch in Virtual Reality: An Exploratory Investigation

주유미 서울대학교 대학원 2022 국내박사

The purpose of this dissertation was to investigate information mismatch in virtual reality (VR) and explore the possibility of using the cognitive reaction arising from information mismatch for cognitive evaluation. The virtual kitchen task was used to observe the subjects’ behaviors while performing the task, and to investigate the characteristics of movement and cognitive processes appearing during the performance of the virtual task. In addition, an attempt was made to explore the factors of cognitive overload in VR that determine the difference compared to a performance in the real environment. In particular, this study aimed to investigate how information mismatch occurring in VR causes cognitive overload in terms of sensorimotor control. First, it questioned how the cognitive process in VR differs from the real environment and also investigated the factors affecting the performance of tasks in VR. In the young adult group, while there was a significant difference between the execution time in VR and in the real environment in the difficult kitchen task, there was no such difference in the easy kitchen task. Meanwhile, among the elderly, there was a significant difference between the execution time in VR and in the real environment regardless of whether the task was difficult or easy. It was thought that cognitive load was caused due to difficulties in sensorimotor control in VR. It was found that the cognitive capacity is challenged when the task is difficult because the load of task performance itself and the load of sensorimotor control are doubling. Second, it was found that as the cognitive function decreased, an abrupt and jerky movement pattern was exhibited during the virtual kitchen task. The number of sequences in movement until the task was completed was also busier in the elderly group with lower cognitive function in contrast with those with higher cognitive function. In the case of the elderly with deteriorated cognitive function, it is suggested that there is difficulty in minimal jerk movement control because the predictive ability responding to environment is decreased. In addition, according to the results of multiple regression, cognitive function of the elderly is the most influential factor in performing VR tasks, other than age and educational background, which means that purely evaluating cognitive function may be suggested. Third, an attempt was made to verify how the unpredictability of sensorimotor feedback causes cognitive load in VR. The reaction time and speed of movement depending on the predictability of perturbation were measured in implicit 5 degrees and explicit 15 degrees perturbation. When the subject was unable to predict the variation of perturbation only in implicit motor control, reaching became slower and it took more time due to the accuracy and speed trade-off. In other words, unpredictability due to information mismatch leads to the use of different cognitive strategies in brain mechanisms. In conclusion, VR induces more cognitive load than the real environment because the sensory feedback is unpredictable and variable due to technical fidelity problems. The sensorimotor control in VR is challenged by the way the human motor system is adapted. Further, it was found that an unpredictable environment requires different cognitive strategies for the sensorimotor system to adapt to it. The manner in which effective cognitive strategies are taken represents an efficient central executive function. From this perspective, VR-based cognitive evaluation, using such attributes, is thought to be an alternative method for early screening of cognitive decline. 본 박사논문의 목적은 가상현실 내에서 발생하는 정보불일치에 대해서 알아보고, 정보 불일치로 인한 인지적 반응을 인지기능 평가에 활용할 수 있는 방안을 고찰하고자 함이다. 가상현실 주방과제를 구현하여 과제 수행 중 나타나는 움직임과 인지작용의 특성을 알아보고자 하였다. 또한 VR에서 과제수행 시 나타나는 인지 부하의 요인을 탐색하였다. 특히, 감각운동 조절 측면에서 가상현실 내 발생하는 정보불일치로 인한 인지 과부하를 살펴보았다. 첫째, 가상현실과 실제환경에서 작동하는 인지과정이 어떻게 다른지 알아보기 위해 두 환경 간의 과제 수행 차이를 비교하였다. 젊은 성인 그룹에서는 어려운 주방과제 수행 시 가상현실과 실제환경 간의 수행시간에 유의한 차이가 있었지만 쉬운 주방 과제에서는 차이가 없었다. 반면 노인 집단에서는 과제의 난이도와 관계없이 두 환경 간의 수행 시간에 상당한 차이가 있었다. 노인의 경우 가상현실에서 감각운동 조절의 어려움을 보였다. 즉 노인의 경우 젊은 성인에 비해 가상현실 내에서의 감각운동 조절이 더 어렵기 때문에 이로 인한 인지적 부하가 과제 수행 자체의 인지적 부하에 가중되어 과제 난이도가 어려워지면 인지용량의 한계를 초과하게 된다. 둘째, 가상 주방과제 수행 시 인지기능이 저하됨에 따라 갑자기 휙 움직이는(jerky) 패턴을 보이는 것으로 나타났다. 이는 인지기능이 저하된 노인의 경우 환경에 대한 예측력이 저하되어 최소 저크운동 조절(minimal jerk movement control)에 어려움이 있음을 시사한다. 또한 인지기능이 높은 그룹보다 인지기능이 낮은 노인 그룹의 경우 과제가 완료될 때까지의 일련의 움직임 단계가 더 많았다. 인지기능이 저하됨에 따라 비효율적이고 분주한 움직임을 보인다고 할 수 있다. 또한 다중회귀분석 결과, 노인이 가상현실 주방과제를 효율적으로 수행함에 있어 연령 및 학력 보다는 인지기능이 가장 영향을 미치는 요인으로 나타났다. 즉 가상현실 기반 과제수행은 순수 인지기능만을 평가하는 새로운 대안으로 제시할 수 있다. 마지막으로 감각운동 피드백의 예측불가능성(unpredictability)이 가상현실에서 인지부하를 유발하는 방식을 알아보고자 하였다. 섭동의 예측 가능성에 따른 반응 시간과 이동 속도를 암묵적 5°와 명시적 15° 섭동 조건에서 각각 측정하였다. 그 결과 암묵적 운동 제어 시 섭동의 변화를 예측할 수 없을 때 움직임의 정확도를 높이기 위해 움직임이 느려지는 전략(accuracy and speed trade-off)을 사용하는 것으로 나타났다. 즉, 감각운동조절 과정 상에서 정보 불일치로 인한 예측 불가능성에 대해 우리의 뇌는 다른 인지전략을 취한다고 설명할 수 있다. 결론적으로 가상현실은 기술적 충실도(fidelity) 문제로 인해 감각 피드백이 예측 불가능하고 가변적이기 때문에 실제 환경보다 더 많은 인지 부하를 유발한다. 특히 가상현실에서의 감각운동 조절은 실제환경에서 인간의 운동 시스템이 적응된 방식과는 다르다고 볼 수 있다. 즉 가상현실 내에서는 감각운동 시스템이 예측할 수 없는 환경에 적응하기 위해 다른 인지 전략을 취하게 된다. 환경에 따른 효율적인 인지전략의 전환은 중앙 집행기능(central executive)과 관련 있으며, 이러한 특징을 활용한 가상현실기반 과제는 새로운 인지기능 평가의 대안으로 제시할 수 있다.

불안 개념의 인지적 구조에 대한 다중 관점에서의 고찰

오지현 서울대학교 대학원 2020 국내석사

본 연구는 다중 관점에서 불안 개념의 인지적 구조를 탐색하는 것을 목표로 한다. 불안은 인간의 출생부터 죽음에 이르기까지 가장 밀접하게 연관된다. 21세기는 세계보건기구에서 전염병의 시대라고 규정 지은 바 있으며, 빠르게 확산되는 신종감염병에 대한 사람들의 불안과 공포는 점차 심해지고, 사회 경제 외교 등 모든 분야에 영향을 미친다. 불안 개념을 구성하는 다양한 관점들은 객관성(Objectivity)과 주관성(Subjectivity)의 정도(Degree)로 표현될 수 있다. 본고에서는 객관과 주관의 축 위에서 연구의 관점을 서서히 이동시켜 가며 불안의 개념적 구성 요소를 살펴본다. 전체 학문 커뮤니티에서 특정 학문 집단의 지식 체계를 거쳐 연구자 개인의 차원으로 수렴해 나가고, 줌 인(Zoom-in)과 줌 아웃(Zoom-out) 전략을 교대로 사용하기도 하면서, 객관과 주관을 자유롭게 넘나드는 다중 관점의 연구를 시도한다. 예컨대 2장에서는 심리학, 교육학, 의학 등 전체 학문 커뮤니티의 문헌을 총괄하여, 빈번히 사용되는 단어들을 벡터 공간상에 임베딩하고 시각화 함으로써 불안과 관련성이 높은 키워드를 추출한다. 이는 다양한 관점에서 서술된 텍스트를 기반으로 이루어진 것이므로 탈관점적이며 가장 객관적인 방법이라 할 수 있다. 그러나 자아, 애착, 심리, 효과, 교육, 만족도, 죽음 등으로 추출된 양적 정보는 질적으로 가치 있는 부분을 미처 포함하지 못하기도 한다. 3장에서는 지각된 대상을 강조하는 서양의학과 지각의 경험을 중시하는 동양의학의 의학적 지식에서의 관점을 살펴본다. 의학 지식에서 톱다운(Top-down) 방식으로 체계화되는 질병 분류 체계를 바탕으로 불안 개념 분류의 관점을 다루고 있다. 4장은 개인의 주관성이 가장 높은 관점에서의 연구로, 연구자는 <페스트>에 나타난 불안과 현실의 불안을 연관지으며 내러티브 소설과 삶을 모두 적극적으로 경험한다. 이때 연구자는 불안을 직접 느끼기도 하고, 불안을 느끼는 자신이나 타인 혹은 불안한 환경을 메타적인 시선에서 관찰하기도 한다. 이를 통해 불안과 공포의 농도적인 차이, 불안에 대한 미래 전략의 중요성, 불안의 없음과 불안으로부터의 자유는 다르다는 것 등 불안의 숨겨진 개념을 유추할 수 있게 된다. People are susceptible to anxiety across their lifespan. At this day and age, where it is defined as the era of epidemics, people’s vulnerability to feel anxiety and fear continues to escalate at an alarming rate. To further understand the concept of anxiety, this study aims to explore the cognitive structure of anxiety from multiple perspectives. Multiple perspectives about anxiety can be examined through both objective and subjective research methodologies. From Chapter 2 to 4, I will discuss the conceptual structure of anxiety by gradually shifting the perspectives of research along the axis of objectivity and subjectivity. Each chapter deals with a different perspective of anxiety along this axis. Chapter 2 examines anxiety through an objective aggregation of literature from various academic disciplines (Data-driven). Chapter 3 explains anxiety from the perspective of a single academic group (Knowledge-driven). Finally, Chapter 4 explores anxiety from the subjective perspective of the individual researcher (Experience-based). In this way, it attempts to understand anxiety from multi-convergent perspectives that liberally cross objectivity and subjectivity. In Chapter 2, literature from a wide variety of academic disciplines, such as Psychology, Pedagogy, and Medicine, is aggregated. Keywords are then extracted by embedding and visualizing frequently used words in a vector space. Aggregating text from such a wide variety of disciplines facilitates an objective data-driven analysis, unbiased by the perspective of any single academic discipline. However, this quantitative information (Self, Attachment, Psychology, Effectiveness, Education, Satisfaction, and Death) comes at the expense of qualitatively valuable information. Chapter 3 examines the perspectives of diagnostic classification from two perspectives; Western medicine which emphasizes perceived objects, and Korean medicine which emphasizes the experience of perception. This chapter examines the classification of the concept of anxiety based on a disease classification system organized through a Top-down approach grounded in medical knowledge. Chapter 4 explores anxiety from the perspective of individual subjectivity. I actively experience both narrative novels and life by relating the anxiety expressed in <La Peste> to the anxiety of reality. In this chapter, I tried to feel anxiety directly, observe patient’s anxiety, and reflect on situations that make us anxious from the third-person point of view. This allows insight into the hidden concept of anxiety, such as the degree difference of intensity between anxiety and fear, the importance of future coping strategies for anxiety, and the difference between a lack of anxiety and freedom from anxiety.

Exploratory Research on Relationship between Cardiorespiratory Fitness and Cognition Among Older Adults: Post-Exercise Hemodynamic Assessment

장민하 서울대학교 대학원 2020 국내석사

많은 연구들이 신체활동이 심혈관 건강, 체력, 인지기능 등에 좋은 영향을 미치는 것을 확인하였다. 현 연구의 목적은 체력과 인지기능 간에 주목할 만한 유의미한 관계가 있는지 검증하는 것이다. 실험 1 연구에 참여한 피험자는 모두 노인층으로, 55살 이상이다. 피험자들은 서울대병원 신경과 외래환자이며, 67명이 참가하였다. 그중, 실험 기준에 부합하는 66명의 자료를 분석하였다. 심폐체력 측정을 위하여, 스텝운동과 의자운동을 시행하였다. 운동 후에 측정된 혈압 및 심박수의 값이 심폐체력을 반영하며, 운동 전의 값에서 감산한 값이 심폐체력의 지표로 사용 되어, 운동 1분후와의 차이를 상승 그리고 운동 1분후와 운동 3분후와의 차이를 회복1, 운동전과 운동 3분후와의 차이를 회복2로 정하고 측정하였다. 인지기능을 측정하기위해, 집행기능 및 시지각 기능을 측정하는 Trail Making Test (TMT) A유형과 B유형의 시험, 작업기억 및 집중력을 측정하는 Digit Span Forward (DSF) 유형과 Backward (DSB) 유형의 시험, 영상기억 수행테스트가 사용 되었다. 영상기억수행시험(ICM)은 두 가지 유형의 블록으로 나눠져 있는데, 숫자 블록은 피험자에게 방향키가 가리키는 숫자를 맞추도록 하고, 색깔블록은 색깔을 맞추도록 요구된다. 각각의 블록들은 다시 세 가지 조건, pre 300ms, pre 100ms, post 100ms, 으로 이루어져있다. 이중, post 100ms 조건은 영상기억기능을 반영하고, 나머지 조건들은 집중력을 반영한다. 모든 운동 후 혈압 및 심박 지표에서 횟수로 측정된 체력과의 유의미한 상관관계가 발견되었다(p<0.05). 스텝퍼운동 후 상승된 혈압 및 심박 값과 인지기능결과와는 유의미한 상관관계가 발견되지 않았지만, 의자운동후의 혈압 및 심박지표와는 유의미한 상관관계가 발견되었다 (p<0.05). 실험 2 연구에 참여한 피험자는 모두 노인층으로, 55살 이상이다. 피험자들은 서울대병원 신경과 외래환자이며, 155명이 참가하였다. 그중, 실험 기준에 부합하는 67명의 자료를 분석하였다. 실험 2 와 순서와 운동 및 인지기능 시험은 동일하며, 심페 체력 측정 방법만 바뀌었다. 심박 마다 모니터링 된 혈압과 혈압 변이 값과 운동 전의 혈압과 혈압 변이 값의 차이를 구하여, 혈압 및 혈압 변화량과 심폐체력과 비교하였고, 인지기능과의 상관관계를 파악하였다. 인지 기능 점수 결과와 혈역학 적 생체 신호에 관해서 나이, 성별, 교육년수를 제어변수로 놓고 편상관 분석을 한 결과, 혈압변이 변화량을 제외하고, 나머지 모든 혈압지표 및 체력 값과 인지기능과의 유의미한 상관관계가 발견되었다(p<0.05). 운동전과 운동 횟수와 인지기능 간에도 부분적으로 유의미한 상관관계가 확인되었다(p<0.05). 노년층에서 얻은 혈압지표와 체력의 상관관계를 통하여, 심폐체력의 측정 방법론으로서의 사용가능성을 제시하였고, 이를 통하여 측정한 심폐체력과 인지기능의 상관관계를 파악하였다. Numerous studies have examined the positive effects of exercise on physical health and cognition. Such effects are often discovered with assessing cardiorespiratory fitness (CRF), which is health-related fitness. Since the CRF reflects cardiovascular and respiratory health, the cardiovascular response to exercise is used in many studies to assess CRF. CRF has been frequently reported to be closely associated with brain function. Especially for preventing cognitive deterioration among older adults, exercise and physical fitness effects on cognition are heavily researched. The association between CRF and the neural system is linked with cardiovascular function. For cerebral blood flow (CBF) circulation, the heart’s role as a source provider because it provides a driving force for CBF to the brain by contracting its muscle. Both the heart rate (HR) and blood pressure (BP) represent cardiovascular fitness, but only HR index is used as CRF assessment. This study aims to examine whether there is a positive relationship between physical fitness and cognitive function. In addition, the second purpose of this study is to investigate if blood pressure (BP) reflects CRF to suggest BP as a new CRF assessment. Two experiments were conducted with different cardiovascular measurements. In the first experiment, HR and BP were measured while only BPs were measured with the continuous beat-to-beat monitoring device in the second experiment. Experiment 1 Method The data of 65 participants (71.88 ± 6.98) were used for analysis. All of the subjects participated in cognitive assessments (trail making tests, digit span tests, & iconic memory task), exercise tests (stepper & chair-stand exercises, and cardiovascular assessment (pre- and post-exercise cardiovascular measurement). To discover the immediate recovery reflects CRF, the BP and HR were measured 1 min and 3 min after exercise. Results Only the HR positively correlated with fitness (p<.05). The CRF related cognitive functions were discovered as iconic memory, attention, working memory, and visuoperceptual skills. Although there were inconsistent results found among the significant correlation results after chair exercise, all other significantly correlated CRF indices positively associated with cognitive performances(p<.05). Experiment2 Method The data of 67 participants (73.46 ± 6.98) were used for analysis. The procedure is the same as experiment 1 except for the measurement time of cardiovascular assessment. The blood pressure was monitored from the start and end of the experiment. The 3 min of BP and BPV recovery were analyzed. Results No significant correlation was found between fitness and BP & BPV recoveries. However, significant results found in the correlation between cognition and CRF and between cognition and pre-exercise BP. The CRF positively associated with iconic memory, attention, working memory, and visuoperceptual skills(p<.05). The pre-exercise BPs inversely correlated with iconic memory and attention. Lower the resting BP relates to better cognition, which corresponds to previous findings. Conclusion BP was not examined to reflect CRF based on the current findings, but HR was discovered to reflect CRF. Although the current study's attempt to suggest a new CRF assessment was failed, another hypothesis that CRF is significantly associated with cognition was partially supported. Iconic memory, attention, working memory, and visuoperceptual controls were discovered as associated with CRF, but executive function was not examined. However, the significant results found in the broad range of cognitive functions are helpful for future research on CRF and cognition. Besides, by modifying the study design, BP will be examined to reflect CRF with valid methods.

자동평가기술기반 구성주의 교육 : 말하기·쓰기 자동오류교정기술 사례를 통한 구성주의 교육의 한계성 극복

이수화 서울대학교 대학원 2021 국내박사

The creative education that will lead the 4th industrial revolution is based on one's own creative composition through active activities with the learner at the center. Constructivist learning methodology is a learning method based on learner-centered education, that is, the relativism of truth that all learners individually think is truth. Although it is an ideal methodology, it has been faced with difficulties in time, cost, and space as it is an individual learner's action-oriented methodology. Various objections have been presented, ranging from the criticism of the idealism ignoring reality to the criticism that there is a fundamental error. The characteristics of the constructivist learning methodology of ecological and centrifugal divergence that guarantee creativity are the characteristics of the educational science philosophy in order to achieve the manageability of the education management agent who wants to manage the development of the learner's ability in a limited time and in a set order and scope. It is necessary to both prepare a theoretical framework and set the direction of artificial intelligence technology input based on it. As a solution, a scenario in which the framework of critical realism is reconstructed cognitively and artificial intelligence technology for automatic evaluation of learner atypical behavioral data is put here. In this paper, an empirical case study to find a solution to the difficulties faced by constructivist learning methodologies by automatically evaluating learner behavior by a computer, and an educational science philosophical study to converge automatic evaluation and teacher guidance were conducted together. A case study was conducted that the automatic evaluation technology created by the third-generation cognitive artificial intelligence that combines knowledge graph and machine learning, that is, a hybrid artificial intelligence technique, satisfies the following three hypotheses. 1. The hypothesis that robustness will be achieved; 2. The hypothesis that the actual knowledge and personal experiences used in the evaluation will be grounded; 3. The hypothesis that the necessary transparency and extrapolativeness of education. In Case Study 1, robustness, grounding, transparency, and extrapolation were confirmed by combining acoustic and language knowledge graphs with machine learning for the disabled and normal people through case analysis of R&D of automatic speech recognition helpers using voice recognition technology. In Case Study 2, robustness, grounding, transparency, and extrapolation were confirmed through case analysis of the R&D system for correcting English pronunciation for Koreans. The actual high school English pronunciation correction test was also conducted to confirm the grounding as experimental evidence. In Case Study 3, through case analysis of research and development of an English preposition error correction model using the learner corpus, satisfactory performance and robustness, transparency, and extrapolation of error correction beyond the limits of corpus refinement and natural language processing technology were confirmed. From the performance of WM (Writing Master)'s own teaching-learning model, the linkage with constructivist learning methodology was also looked at. In Study 4, based on the results of previous studies, a framework for learners' reality three areas was proposed, starting from critical realism. According to this, teachers manage learner behavior by applying automatic evaluation technology educationally and scientifically. At the same time, learners' experiences and intentions are encompassed by teaching-learning, which develops teachers' creativity based on vectorized automatic evaluation of learner behavior. By overcoming the case of u-learning that failed to be universally used, we logically support the hypothesis that learner behavior management by hybrid artificial intelligence can solve time, cost, and space difficulties, which have been critical items of constructivist learning methodologies. A solution was derived to solve the vagueness and ambiguity that existed in the use of computers and artificial intelligence in education. This study has prepared an educational science philosophical and cognitive science framework for constructivist learning methodologies to actually work, and based on this, provides robust research results that advance the realization of hybrid artificial intelligence required in the educational field. 4차산업혁명을 이끌어 나갈 창의적 교육은 학습자가 중심이 되어, 능동적 인 활동을 통한 자기만의 창조적 구성을 기반으로 한다. 구성주의 학습방 법론은 학습자 중심 교육, 즉 학습자가 개별적으로 생각하는 것은 모두 진 리라는 진리의 상대론에 기반한 학습방법론이다. 이상적인 방법론임에도 불구하고 학습자 개인의 행동 중심 방법론이므로 시간·비용·공간의 어려움 에 처해왔다. 현실을 도외시한 이상론이라는 비판부터 근본적 오류가 있다 는 비판까지 다양한 반대론이 제시되어왔다. 창의성을 담보하는 생태론적, 원심적 발산이라는 구성주의 학습방법론의 특성이 한정된 시간에, 정해진 순서와 범위에 의해서 학습자의 능력계발이 관리되길 원하는 교육관리주 체의 관리가능성과 접점을 이루기 위해서는 교육과학철학적 이론틀 마련 과 이에 근거한 인공지능 기술투입 방향성의 설정 둘 다 필요하다. 본 고 에서는 비판적 실재론의 프레임워크를 인지과학적으로 재구성하여 여기에 학습자 비정형 행동데이터의 자동평가 인공지능 기술을 투입하는 시나리 오를 그 해결책으로 제시하였다. 본 논문에서는 학습자 행동을 컴퓨터가 자동평가함으로써 구성주의 학습 방법론이 처한 어려움을 해결하는 해결책을 모색하는 실증적 사례연구와 자동평가와 교사지도를 융합시키기 위한 교육과학철학적 연구를 함께 진 행하였다. 지식그래프와 머신러닝을 결합한 3세대 인지적 인공지능, 즉 하 이브리드(hybrid) 인공지능 기법으로 만들어낸 자동평가 기술이 다음 3가 지 가설을 만족시킨다는 사례연구를 수행하였다. 1. 강건성(robustness)을 달성할 것이라는 가설, 2. 평가에 사용된 실재적 지식과 개인의 경험이 그 라운딩(grounding)될 것이라는 가설 3. 교육에 필요한 투명성 (transparency)과 외삽성(extrapolativeness)을 확보할 것이라는 가설, 총 3가지이다. 사례연구 1에서는 음성인식 기술을 이용한 자동 언어장애 도우미 연구개발 사례분석을 통해 장애인·정상인 음향·언어 지식그래프와 머신러닝을 결 합시켜 강건성·그라운딩·투명성·외삽성 확보를 확인하였다. 사례연구 2에서는 한국인을 위한 영어발음 교정 시스템의 연구개발을 사 례분석을 통해 역시 강건성·그라운딩·투명성·외삽성 확보를 확인하였다. 실 제 고등학교 영어발음교정 테스트 사례 역시 진행되어 그라운딩을 실험 증거로 확인하였다. 사례연구 3에서는 학습자 코퍼스를 이용한 영어 전치사 오류 교정 모델 연구개발 사례분석을 통해 코퍼스 정제의 한계, 자연언어처리 기술의 한계 를 넘어서는 오류교정의 만족할 만한 성능과 강건성·투명성·외삽성을 확인 하였다. WM(Writing Master) 고유의 교수-학습 모형이 지닌 성과로부터 구성주의 학습방법론과의 연계성도 조망하였다. 연구 4에서는 앞선 연구결과들을 바탕으로 비판적 실재론에서 출발한 학 습자의 실재 3영역 프레임워크를 제안했다. 이에 의하면, 교사는 자동평가 기술을 교육과학적으로 적용하여 학습자 행동을 관리한다. 동시에 학습자 의 경험·의도는 벡터화된 학습자 행동 자동평가를 기반으로 한 교사의 창 의성 계발 교수-학습이 포괄하게 된다. 보편적 활용에 실패하였던 u-러닝 사례를 극복하여, 하이브리드 인공지능에 의한 학습자 행동관리가 구성주 의 학습방법론의 비판대상 항목이었던 시간·비용·공간상 애로사항을 해결 할 수 있다는 가설을 논리적으로 지지한다. 컴퓨터와 인공지능을 교육에 활용하는데 존재해왔던 막연함·모호함을 해결하는 해결책이 도출되었다. 본 연구는 구성주의 학습방법론이 실제적으로 작동하기 위한 교육과학철 학적, 인지과학적 프레임워크를 마련하였으며, 이를 바탕으로 교육현장에 필요한 하이브리드 인공지능의 구체화를 진전시키는 튼튼한 연구결과를 제공한다.