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연구과제 상세정보

프랙탈 이미지를 이용한 미적 경험의 과학적 분석
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사업명 학제간융합연구사업 [지원년도 신청 요강 보기 지원년도 신청요강 한글파일 지원년도 신청요강 PDF파일 ]
연구과제번호 2009-371-H00012
선정년도 2009 년
연구기간 10 개월 (2009년 05월 01일 ~ 2010년 02월 28일)
연구책임자 이승복
연구수행기관 충북대학교
과제진행현황 종료
공동연구원 현황 한승기(충북대학교)
윤장노(충북대학교)
박수진(연세대학교)
한재현(연세대학교)
정우현(충북대학교)
과제신청시 연구개요
  • 연구목표
  • 진리로서의 아름다움에 관한 탐구는 아름다움의 경험, 미적 경험을 증진시키기 위한 것이라 할 수 있다. 본 연구는 진리로서의 이 아름다움에 대한 탐구의 일환으로 계획되었다. 개인차와 문화 차이에 대한 몇 가지 보고들이 있지만, 일반적으로 아름다움 판단과 관련하여 다루어진 연구들에서는 보편성을 보여주는 연구들이 더 많다. 보편성을 강조한 연구들은 신생아, 또는 원시 부족을 대상으로 하여 아름다움에 대한 판단이 생래적임을 보여준다. 본 연구에서는 아름다움에 대한 판단이 보편적임을 가정하고, 그에 영향을 미치는 물리학적, 지각적, 신경생물학적 속성들을 살펴보고자 한다. 본 연구에서는 아름다움의 경험을 분석하는 대상으로는 프랙탈 이미지를 이용할 것이다. 자연에 내재된 복잡성과 공간 구조 사이의 관계성을 기술하고자 하는 시도가 자연과학에서는 1977년 Mandelbrot의 프랙탈 패턴 fractal pattern의 연구로부터 시작되었다. 프랙탈은 구조와 불규칙성을 동시에 가지면서 무한 반복되는, 자기-유사성(self-similarity)을 포함하고 있는 이미지이다. 프랙탈을 이용하면 복잡성을 통제하면서 여러 지각 속성을 변화시킨 다수의 이미지를 만들어 낼 수 있으며, 프랙탈은 실제 자연 장면에서의 많은 형태들과 공통된 속성을 갖고 있다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 활용하여 현재까지 진행되어온 아름다움 연구에서 사용된 자극의 한계를 극복하고자 한다. 이를 위하여 본 연구에서는 Mandelbrot의 프랙탈에서 관측되는 무한 반복성에 대한 몇 가지 변수 변화를 통하여 미적 요소가 전개되고 있는 프랙탈 이미지를 대상으로 다음과 같은 세 가지 흐름의 연구를 진행하고자 한다: (1) 그 공간적 특성 분석을 통하여 프랙탈 이미지의 미적 요소를 찾고자 한다. 분석은 프랙탈 이미지의 공간주파수 분석, 차원 분석, 공간 네트워크 분석으로 이루어질 것이다. (2) 시각에서의 미적 경험에 대한 심리적 요소를 분석하고자 한다. 공간주파수, 대비, 밝기와 아름다움에 관한 연구에서는 프랙탈 이미지를 밝기, 대비성 차원에서 변형시킨 자극과 공간주파수 차원에서 변형시킨 자극을 사용하여 아름다움 판단과 선호에 대한 평정을 측정하여 두 측정치의 값을 비교하여 살펴본다. 또한 미적 경험에 자극 제시 시간 간격이 미치는 영향을 찾아봄으로써, 미적 경험의 시간 과정을 검토해보고자 한다. (3) 프랙탈 이미지에 대한 미적 경험을 일으키는 신경생물학적 기초를 신경영상 연구를 통해 밝혀보고자 한다. 프랙탈의 차원과 대비성에 따른 미적 경험의 차이가 나타내는 뇌 활성화 방식을 검토하기 위해 기능적 자기공명 영상장치를 이용한 실험을 할 것이며, 또한 그 시간 간격에 따른 활성화의 차이를 검토해볼 것이다.
  • 연구요약
  • 1. 프랙탈 이미지의 구조분석:
    Mandelbrot의 수리 함수에서 몇 가지 변수를 조작하면 그 이미지에 다양한 변형을 줄 수 있다. 프랙탈 이미지에 대한 공간적 구조 분석은 공간 주파수 분석, 프랙탈 차원 분석, 공간 구조의 네트워크 분석을 통하여 수행한다.
    공간 주파수 분석은 프랙탈 이미지를 이차원 함수로 구성하며, 이를 푸리에 변환을 통하여 공간 주파수 특성을 구하고, 공간 주파수의 상대적 크기와 그 지수적 특성에서 공간적 복잡성을 정량화하는 것이다. 프랙탈 차원 분석은 프랙탈 이미지를 바둑판과 같은 이차원 객자로 나눈 후에 그 객자의 수가 지수적으로 증가하는 법칙에서 프랙탈 차원을 계산한다. 공간 구조의 네트워크 분석은 이차원 객자로 나누어진 프랙탈 이미지에서 연결선을 검토하는 작업이다. 공간 구조의 각 격자점에 대한 모든 연결도(K)를 구하고, 이로부터 모든 격자점 사이의 연결 네트워크를 구성한다. 이로부터 연결도 분포도 특성을 분석하고 그 지수적 특성에서 네트워크의 구조적 특성을 밝힌다.

    2. 프랙탈 이미지 감상과 시각적 속성:
    프랙탈 이미지 감상과 시각적 속성에 관한 연구는 공간특성과 미적 요소 비교 분석, 아름다움 지각에 미치는 자극 제시 시간의 효과, 아름다움 지각에서 시각속성의 순응 효과로 나누어 수행한다.
    미적 요소에 대한 분석은 연구 1에서 구한 공간적 특성의 세 가지 지수와 각 프랙탈 문양에 대한 선호도, 반응도와의 상관 관계를 구한다. 세 가지 공간지수를 유지하는 무작위 프랙탈 이미지를 비교 검토할 것이다.
    공간주파수, 대비, 밝기와 아름다움에 관한 연구에서는 프랙탈 이미지를 밝기, 대비성 차원에서 변형시킨 이미지(실험 2-1), 프랙탈 이미지를 공간주파수 차원에서 변형시킨 이미지(실험 2-2)를 사용하여 아름다움 판단 뿐 아니라 선호에 대한 평정도 측정하여 두 측정치의 값을 비교하여 살펴본다.
    아름다움 지각에 미치는 자극 제시 시간의 효과에 관한 연구에서는 제시 시간을 제한하거나 반응시간을 측정한다. 얼굴 표정에 대한 판단은 10~50 msec 정도의 아주 짧은 시간동안에도 가능하다. 이는 사회적 장면에서의 중요성 때문이다. 얼굴이 아닌 시각 자극에 대한 미적 판단에서도 이러한 신속한 판단이 가능하다면, 사회적인 작용 이외의 다른 기능을 가지고 있을 것이다. 자극은 연구 1에서 사용되었던 프랙탈 이미지 중에서 공간주파수와 대비, 밝기 차원에서 변화시키지 않은 이미지를 사용한다.
    공간주파수나 대비 차원에서 변형시킨 자극에 순응을 시키면 아름다움 지각에 영향을 줄 수 있는지 살펴보아 미적 경험에 공간주파수나 대비와 같은 기본 시각 속성 차원이 관련되어 있는지 검토해볼 수 있을 것이다. 자극은 실험 2-1, 2-2에서 사용되었던 자극 중에서 변화시킨 이미지를 순응 자극으로 사용하고 변화되지 않은 이미지를 아름다움을 평가하기 위한 자극으로 사용한다. 순응자극 제시 후 나오는 평가 자극에 대해 7점 척도로 반응하게 한다.

    3. 프랙탈 이미지 감상의 신경생리학적 이해:
    어떤 종류의 미학적 경험이든 뇌의 시각 영역이 활발하고 건강하게 관여하여야 가능하다. 본 연구에서는 신경영상연구로 미학적 경험의 신경생리학적 이해를 시도한다.
    공간주파수와 대비에 관한 연구에서는 실험 2-1에서 사용하여 검증된 프랙탈 이미지 중에서 선호도가 높은 자극과 낮은 자극을 제시하고, 프랙탈 이미지에 대한 미적 경험을 하는 동안, 활성화 되는 뇌 영역에 대한 분석을 시도한다. 미적 경험에서의 차이로 인한 뇌 영역에서의 활성화 강도 변화나 영역 크기의 변화로 측정하여 볼 것이다.
    자극 제시 시간의 효과에 관한 연구에서는 자극 제시 간격을 아주 짧게 주었을 때의 미적 경험과 충분히 긴 시간동안의 경험에 관여하는 뇌 영역의 변화를 비교해볼 것이다. 제시 시간 간격의 변화로 인한 미적 경험에서의 차이를 뇌 영역에서의 활성화 강도 변화나 영역 크기의 변화로 측정하여 볼 것이다.
  • 한글키워드
  • 관심영역 분석,순응,선호도,대비성,공간 네트워크,공간주파수,프랙탈 이미지,지각적 속성,보편성,미적 경험,아름다움,기능적 자기공명 영상,활성화 강도 변화,뇌 활성화,신경생물학적 기초,물리학적 속성,신경생물학적 속성,공간적 구조,차원,심리적 요소,밝기,자극간 제시간격
  • 영문키워드
  • physical features,change of signal intensity,analysis of regions of interest,beauty,brightness,brain activation,spatial frequency,dimension,spatial network,aesthetic experience,preference,adaptation,inter-stimulus interval,functional MRI,neurobiological mechanism,psychological elements,contrast,perceptual features,neurobiological features,fractal image,spatial structure
결과보고시 연구요약문
  • 국문
  • 아름다움에 대한 기존 연구들은 다음의 측면에서 검토되었다. 첫째, 기존 연구들에서 다루고 있는 대상들이 무엇인지를 살펴보았다. 본 연구에서는 대상과 관계없이 보편적이고 공통적인 아름다움이라는 것이 무엇인지를 살펴보고자 하였으므로, 기존 연구들에서 연구 대상 간 공통점을 살펴보는 것이 도움이 되리라 판단하였기 때문이다. 둘째, 기존 연구들에서 다루어온 물리적/지각적 요소가 무엇인지에 대해 살펴보았다. 이는 본 연구에서 물리적 측면에서 살펴보고자 한 프랙탈 차원이외에 어떤 물리적/지각적 요소들이 아름다움과 관련한 속성 요소가 될 수 있을지 가능성을 확인하기 위함이었다. 셋째, 기존 연구들에서 인간의 감성적 측면에서 어떤 평가적 측정치를 사용해왔는지를 살펴보았다. 이는 아름다움이 무엇인가에 대한 개념적 정의와 관련된 것으로 각기 다른, 그러나 아름다움과 관련된 감성적 측면들을 확인하고 추후 연구에서 이를 모형화하고자 하는 의도로서 진행된 것이었다. 마지막으로, 아름다움에 대한 인식 과정은 넓은 의미의 정보처리 과정의 일부이고, 따라서 우리의 뇌에 기반한 것이라 할 수 있다. 본 연구에서는 아름다움과 관련된 전통적인 연구 방식인 행동 측정치와 함께 뇌 영상 기법을 사용하였다.
  • 영문
  • The scientific approach of the aesthetic experience using the fractal images.
연구결과보고서
  • 초록
  • 아름다움에 대한 기존 연구들은 다음의 측면에서 검토되었다. 첫째, 기존 연구들에서 다루고 있는 대상들이 무엇인지를 살펴보았다. 본 연구에서는 대상과 관계없이 보편적이고 공통적인 아름다움이라는 것이 무엇인지를 살펴보고자 하였으므로, 기존 연구들에서 연구 대상 간 공통점을 살펴보는 것이 도움이 되리라 판단하였기 때문이다. 둘째, 기존 연구들에서 다루어온 물리적/지각적 요소가 무엇인지에 대해 살펴보았다. 이는 본 연구에서 물리적 측면에서 살펴보고자 한 프랙탈 차원이외에 어떤 물리적/지각적 요소들이 아름다움과 관련한 속성 요소가 될 수 있을지 가능성을 확인하기 위함이었다. 셋째, 기존 연구들에서 인간의 감성적 측면에서 어떤 평가적 측정치를 사용해왔는지를 살펴보았다. 이는 아름다움이 무엇인가에 대한 개념적 정의와 관련된 것으로 각기 다른, 그러나 아름다움과 관련된 감성적 측면들을 확인하고 추후 연구에서 이를 모형화하고자 하는 의도로서 진행된 것이었다. 마지막으로, 아름다움에 대한 인식 과정은 넓은 의미의 정보처리 과정의 일부이고, 따라서 우리의 뇌에 기반한 것이라 할 수 있다. 본 연구에서는 아름다움과 관련된 전통적인 연구 방식인 행동 측정치와 함께 뇌 영상 기법을 사용하였다.
  • 연구결과 및 활용방안
  • 아름다움에 관한 탐구는 아름다움의 경험을 증진시키기 위한 것이다. 본 연구는 진리로서의 이 아름다움에 대한 탐구이며, 아름다움에 대한 과학적 연구이다. 프랙탈이라는 과학적 창조물을 대상으로 한 수리적 분석과 심리학적 경험, 그리고 신경생물학적 기초에 대한 본 연구는 아름다움에 대한 기본 개념을 과학적으로 정의할 수 있도록 해줄 것이다. 이는 아름다움이라는 미학적인 개념에 대한 가장 구체적이고 분석적인 연구로, 과학적 연구의 지평을 넓히는 계기를 제공할 것이다.
    또한 객관적인 대상인 프랙탈의 요소들에 대한 주관적인 경험의 과정을 신경생물학적 기제로 검토함으로써 미적 경험의 특수성을 다른 경험과의 비교를 통하여 정의해 볼 수 있을 것이다. 미적 경험을 구성하는 요소들과 그 요소들의 경험 방식에 대한 신경 기제의 탐색은 인간의 삶에 긍정적인 영향을 미치는 여러 분야에 활용될 수 있다. 신경 기제의 어떤 부분에 영향을 미치느냐에 따라 프랙탈을 이용한 인간의 생활양식에 적용이 가능하기 때문이다. 우선, 현대 인간의 참살이(well-being) 생활양식에 기여할 수 있다. 연구 결과로 밝혀낸 아름다움의 정서경험을 돕는 자극의 제시를 통해 현대인의 안녕감을 고취시키고 긍정적인 정서를 유발시킴으로써 삶의 질적 향상을 돕는다. 또한, 정신과적 임상치료 현장에 유용하게 사용될 것으로 기대된다. 특히 환자에게 긍정적인 환경 자극을 제시함으로써 기분장애나 정서장애 치료에 유용할 것이다. 실제로 Ulrich(1984)는 자연을 바라다 볼 수 있는 창이 있는 병실의 수술 환자가 그렇지 않은 경우보다 더 빨리 회복된다고 보고한 바 있다. 자연의 변화 과정과 가장 닮아있고, 그래서 미적 경험을 일으키는 프랙탈 자극은 이와 유사한 효과를 가져 올수 있을 것이다.
  • 색인어
  • 아름다움,미적경험,프랙탈,기능적자기공명영상,보편성,물리학적 속성,지각적 속성,신경생물학적 속성,공간적 구조,공간주파수,프랙탈 차원,공간 네트워크,심리적 요소,대비성, 밝기,선호도, 순응,자극간 제시간격,신경생물학적 기초,뇌 활성화,활성화 강도 변화,관심영역 분석
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