I. 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
2. 연구의 범위 및 방법
II. 이론적 배경
1. fMRI 개념 및 특성
2. 인간의 감정과 관련된 뇌 영역과 fMRI
3. 건축 공간에 대한 반응: SOR 모델
III. 연구 방법
1. 분석 대상 선정 과정
2. 선정된 논문
3. 분석 내용
IV. 결과
1. 실험 설계 분석
2. 건축 공간의 특성에 따른 반응 및 뇌 활성화 영역
3. 건축 공간의 특성에 따른 감정-행동 반응과 주요 뇌 활성화 관계
V. 결 론
1. 요약
2. 의의 및 한계
I. 서 론
1. 연구의 배경 및 목적
건축 공간을 포함한 인간이 거주하는 환경이 사용자의 감정적 반응과 행태에 영향을 준다는 것은 환경심리학의 기본이 될 뿐 아니라 사용자 중심 디자인 관점에서도 중요하다(Bullinger et al., 2010). 건축 공간의 다양한 특성이 인간의 감정, 사고 및 건강에 영향을 미칠 수 있다는 인식과 근거들은 계속해서 증가하고 있으며 이에 따라 인간의 감정 반응을 객관적으로 측정하고 보다 종합적으로 이해하기 위해 최근 들어 생체신호 방법에 많은 관심을 보이고 있다(Vartanian et al., 2021). 특히 건축 공간의 속성에 따른 인간의 생리적인 두뇌 반응을 파악하는 것은 의도하지 않은 무의식적 반응을 파악할 수 있으므로 일반적인 설문이나 인터뷰 등으로 밝히지 못하는 세심한 부분을 파악할 수 있는 점에서 가능성과 잠재성을 갖는다. 이러한 도구들에는 대표적으로 Electroencephalography(EEG), Functional near-infrared spectroscopy(fNIRs), Functional magnetic resonance imaging(fMRI)가 있다.
EEG란 뇌 신경세포의 전기적 활동을 측정하기 위한 비침습적인 방법으로, 뇌파 검사, 뇌전도 검사라고도 불린다(Lim, 2024). 뇌파는 “대뇌피질에서 분비되는 신경전달물질을 두피상에 부착된 전극을 통해 추출하고 이를 증폭하여 전극간의 전위변화를 기록한 것”이다(Kim & Ha, 2022). fNIRs는 대뇌피질의 대사 변화와 관련하여 근적외선 범위에서 빛 흡수 차이를 활용하는 기술로, 기능적 근적외선 분광법이라고 불린다(Kang & Hong, 2021). fMRI는 뇌 기능 영상 기법으로, 뇌의 바깥쪽인 대뇌피질뿐만 아니라 심층 구조까지 측정할 수 있어 뇌에서 주는 정보를 폭넓게 수집할 수 있고 인간의 감정적 반응을 보다 정교하게 이해하는 데 기여할 수 있다.
건축, 실내디자인 등 환경디자인 분야에서 두뇌의 활동과 환경과의 관계에 관심을 갖고 탐구하는 ‘신경건축학’이란 분야는 2005년 미국 캘리포니아 샌디에이고의 건축가들과 신경과학자들이 모여 만든 ‘건축을 위한 신경 과학 아카데미(Academy of Neuroscience for Architecture)’의 설립으로 그 연구가 본격적으로 시작되었다고 볼 수 있다(Jeong, 2014). 건축 공간에서의 자극은 인간이 경험할 수 있는 요소로 인식될 수 있지만, 무의식적 차원에서 발생하는 뇌의 활동과 인지 체계가 설계자에게 중요한 이유는 특정 공간 요소가 인간의 감정과 행동에 미치는 영향을 다각도로 분석할 수 있기 때문이다. 즉 기존의 설문조사나 인터뷰 방법은 사용자의 주관적 평가와 사용자가 인식하고 언어화할 수 있는 경험에 국한되는 한계가 있는 반면, 생체신호 분석 방법은 감정적 반응과 공간 경험의 관계를 보다 객관적이고 실증적으로 규명할 수 있다. 또한 환경에 대해 사용자가 느끼는 스트레스, 인지 부하, 편안함과 같은 정서적･인지적 반응을 측정하여 궁극적으로 감정적 경험을 최적화하는 공간 디자인 전략을 도출할 수 있는 기반을 제공한다.
그동안 건축 분야에서 EEG를 이용한 연구들에 대한 선행연구분석(Zhang et al., 2024)과 fNIRs에 대한 선행연구분석이 소개된 반면(Kim, 2023), fMRI는 전문성과 큰 비용이 요구되는 현실적인 한계로 인해 관련 연구가 활발히 이루어지지 않고 있다. 그동안 색채와 천장 높이, 가구, 조명 등이 인간의 뇌에 미치는 영향을 뇌파를 통해 규명한 연구들은 설계에 적용할 수 있는 유의미한 결과들을 도출해냈지만, fMRI를 활용하여 건축 공간에 대한 인간의 뇌 반응을 측정한 연구는 거의 부재하다. 특히 건축 공간의 특성이 감정적 반응을 유발하는 구체적 매커니즘을 뇌 활성화 데이터를 통해 탐구한 사례는 그 수가 적다. 해외에서는 건축 공간이 인간의 뇌 활성화에 미치는 영향을 fMRI로 본 연구가 있으나 국내에서는 전무하고, 건축 공간에 대한 인간의 반응을 fMRI로 살펴본 연구들을 종합한 선행연구분석은 2024년 12월 말 기준 국내, 해외에 전무한 상황이다.
따라서 본 연구는 fMRI를 통해 다양한 건축 공간 특성이 인간의 감정 반응과 행동 반응에 미치는 영향을 탐구한 실증적 연구들을 분석하여, 이러한 연구의 특성과 주요 발견들을 종합하고자 한다. 특히 SOR(Stimuli-Organism-Response) 이론의 관점에서 자극물인 건축 공간이 인간에게 주는 영향을 감정 및 행동 반응으로 나누어 분석하고, 뇌의 활성화 반응이라는 객관적인 지표의 적용 가능성을 탐색함으로써 근거중심설계(Evidence-based design)의 기초가 될 과학적 근거를 제공하고자 한다. 본 연구에서 제시된 근거는 인간이 하루 중 가장 오랜 시간을 머물고 심리적 안정감을 느껴야 하는 주거공간 계획 및 설계에도 시사하는 바가 있을 것으로 본다.
2. 연구의 범위 및 방법
본 연구는 선행연구를 분석하여 종합적인 결과를 도출하는 체계적 문헌고찰 연구이다. 분석 대상 문헌의 선정은 Web of science database에서 관련 키워드 서치 진행 후 체계적 논문 선정과 분석을 위한 Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses(PRISMA) 방식을 사용하여 국제저널에 출판된 아티클 및 학술대회 프로시딩에 게재된 논문들 총 10편을 선정하였다. 이들은 건축 공간의 특성에 대한 감정 반응 및 행동 반응을 fMRI를 이용해 두뇌의 반응을 측정하고 실증한 연구들이다.
연구의 분석 내용은 선행연구를 중심으로 fMRI의 개념 및 실험 방법에 대해 고찰한 후, 건축 공간에 대한 인간의 반응을 SOR 이론에 적용하여 분석하였다. 또한 fMRI 실험 과정에서 나타나는 뇌의 활성화 영역을 파악하고 건축 공간을 경험할 때 나타나는 감정 및 행동 반응과의 관계를 정리하였다. 이러한 과정을 통해 건축 공간의 특성이 인간의 감정적, 행동적 반응에 미치는 영향을 체계적으로 분석하여 건축 공간과 인간의 반응 간의 연관성을 명확히 이해하고자 하였다.
II. 이론적 배경
1. fMRI 개념 및 특성
공간, 언어, 기억 등의 다양한 인간의 고차원적 인지 처리 과정과 그 원리를 밝히는데 뇌 기능 영상 기법(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)이 유용하게 활용되고 있다(Chung et al., 2009). fMRI는 뇌의 특정 부위가 사용될 때 신경 활동이 진행되고 뇌혈류 및 대사가 증가하여 산포 포화도가 증가된다는 사실에 기초하여 뇌에서 활성화된 영역을 파악하고 도출하는 데 사용되는 기술이다. 혈류가 증가할 때 증가되는 혈중 산소 농도(blood oxygen level-dependent, BOLD)를 MRI 장비를 통하여 측정할 수 있는데(Gang et al., 2022), BOLD 신호는 “국소 부위 혈중의 산소수준에 따라 변화하는 MR신호의 변화”를 의미한다(You et al., 2022).
fMRI의 특성은 다음과 같다. 첫째, fMRI는 기존의 양전자단층촬영(position emission tomography, PET), 뇌자도(magnetoencephalography, MEG), 정량적 뇌파도(quantitative electroencephalography, qEEG) 등과 비교하여 기능적 신경 영상 연구 기법 중 가장 우수한 공간 해상도를 가진다(Song, 2016). 공간 해상도란 영상/이미지를 공간적으로 얼마나 자세하게 표현할 수 있는지를 의미하는 세밀성의 척도로서 (Telecommunications Technology Association, 2023) 공간 해상도가 높을수록 특정 뇌 영역이 활성화되는 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 둘째, fMRI는 비침습적이고 안전하다(Han & Han, 2022). 방사선에 노출되지 않고 침습적인 수술이나 전극 삽입 등이 필요하지 않기 때문에 PET와 달리 여러 번 반복해서 사용가능하다. PET이란 신경의 활성화를 방사성 활성도를 통해 간접적으로 측정하는 기법이며, 방사선 피폭이 있다고 알려져 있다(Song, 2016). 셋째, fMRI는 뇌의 표면뿐만 아니라 안쪽에 위치한 깊은 영역까지도 측정할 수 있어 해마와 편도체 등 감정을 주로 담당하는 부위까지 측정할 수 있다는 점에서 유용하다. 뇌파측정인 EEG는 주로 뇌의 표면의 변화를 파악할 수 있는 반면 fMRI는 자기공명영상 기법을 통해 뇌의 내면까지 파악이 가능하다. 그러나 촬영 시 기기에서 발생하는 큰 소음으로 인해 청각 자극을 사용하는 데 한계가 있으며(Lee, 2008), BOLD 신호의 경우 신경 활동 후 약 4-6초 후에 최대 강도가 나타나기 때문에 시간이 지연되어 시간 해상도가 MEG나 EEG에 비해 떨어지는 단점을 지닌다. MEG는 세포 내의 전류가 만드는 자기장을 측정하는 영상 기법이다(Lee, 2009). MEG와 EEG는 자기장이나 전기장을 직접 측정하므로 fMRI보다 시간해상도가 높다(Song, 2016).
fMRI, fNIRS 등의 신경 영상 장치를 활용한 연구에서 통상적으로 가장 많이 사용하는 실험 방법은 ‘블록 설계(Block Design)’이다. 활성화 과제와 대조 과제를 5~10블록 이상 설계하고 여러 번 반복 제시하여 이 과정을 통해 얻은 결과를 일반화할 수 있는 목적으로 주로 사용된다(Park et al., 2019).
2. 인간의 감정과 관련된 뇌 영역과 fMRI
감정(Emotions)은 우리의 경험과 행동의 근본이며, 우리 삶의 많은 측면에 영향을 미치고 동기를 부여한다(Malezieux et al., 2023). 인간의 감정은 일반적으로 의식적인 심리적 상태로 여겨지지만, 실제로는 무의식적인 수준에서 뇌의 신경계가 이미 자동으로 생리적 반응을 시작한다. 감정과 뇌의 관계를 다룬 연구들은 긍정적 또는 부정적 감정, 그리고 인지와 판단에 따라 뇌의 활성화 부위가 다름을 보고해 왔다(Kim et al., 2011).
인간의 감정에 중요한 역할을 담당하는 뇌 영역은 변연계(limbic system)로 알려져 있다. 변연계는 감정과 인지 과정에 관여하는 상호 연결된 대뇌피질(대상회 및 안와전두피질cingulate gyrus 및 orbitofrontal cortex) 및 피질하(편도체, 해마, 유선체 및 전대상핵(subcortical, amygdala, hippocampus, mammillary bodies, and anterior thalamic nuclei) 구조의 그룹이다 (Connaughton et al., 2024). 변연계는 광범위한 정서 및 인지기능에 영향을 미치며, 감정 조절에 중요한 역할을 하고 다른 뇌 영역과 협력하여 감정 및 인지 정보를 통합하고 복잡한 행동과 사고 과정을 가능하게 한다(Sanaeifar et al., 2024).
이중 특히 편도체(amygdala)의 역할에 관심이 집중되는데 (Kim, 2001), 편도체는 ‘감정의 관문’으로 크기는 작지만 각 부분이 각기 다른 감정을 관장하는 복잡한 구조를 이루고 있다 (Institute for Basic Science). 또한 편도체는 불안과 우울증과 같은 부정적인 감정을 포함한 감정을 처리하는 데 중요하며(Cai, 2018), 주로 두려움과 고통 등의 부정적인 감정 반응과 약물 보상과 같은 긍정적 감정 반응을 포함한 감정 관련 학습 행동을 조절한다(Baxter & Murray, 2002; Neugebauer, 2015).
대상피질(cingulate cortex)은 정서, 인지 및 운동 통제의 접점이 되는 영역이고, 전대상피질(ACC, Anterior Cingulate Cortex)은 혐오스럽거나 분노한 얼굴 표정을 인식하는 동안 활성화된다(Wicker et al., 2003). Etkin 등(2011)은 감정을 평가하고 표현하는 부위와 감정을 조절하는 또 다른 부위가 역할을 함을 밝혔는데, 내측 전두엽(mPFC, the medial prefrontal)과 전대상피질의 등쪽-아래쪽부위(dorsal-caudal regions)는 부정적인 감정의 평가와 표현에 관여하며, 전대상피질(ACC)과 내측 전두엽(mPFC) 잎쪽의 배쪽-앞쪽부위(ventral-rostral portions)는 감정 반응을 일으키는 변연계 영역을 조절하는 역할을 한다고 밝혔다(Etkin et al., 2011).
인간의 감정을 연구하는 데 있어 fMRI는 뇌의 특정 부위와 그 기능을 시각화하는 데 유용한 도구로 활용되고 있으며 감정과 관련된 뇌 영역의 활성화를 분석함으로써 감정 처리의 신경 기제를 이해하는 데 중요한 정보를 제공한다. Phan et al.(2002)의 연구에서는 fMRI를 사용하여 감정 유발 자극에 대한 뇌의 반응을 조사하였으며, 편도체와 전두엽의 활성화가 감정 처리와 밀접한 관련이 있음을 발견하였다. Kim et al.(2017)은 fMRI 연구들에 대한 메타 분석을 통해 기본정서 이론을 조사하였는데, 즐거움, 행복, 공포, 분노, 혐오, 슬픔의 6개 개별 정서와 관련된 뇌 반응 영역을 분석하여, 각 정서가 일관되고 구별 가능한 국부적인 뇌 반응과 관련됨을 확인하였다. 최근에는 지속적인 쾌락과 고통에 대한 MRI 연구에서 감정적 유쾌함과 강도를 파악하는데 복내측 및 측면 전전두엽 피질(ventromedial and lateral prefrontal cortices), 안와전두엽 피질(orbitofrontal cortex), 전측섬엽(the anterior insula), 편도체의 뇌 영역이 관여함이 보고되었다(Lee et al., 2024).
이러한 연구들은 fMRI가 감정과 관련된 뇌의 특정 부위와 기능의 시각화와 분석에 중요한 역할을 하며 이를 통해 감정 인식 및 조절에 관련된 뇌의 기능과 신경 기제를 이해하는 데 유용함을 밝히고 있다. 이러한 신경과학적 연구들은 인간의 감정이 뇌의 여러 영역에서 복합적으로 처리된다는 점을 규명하는 데 기여해 왔으며, 이는 감정 반응을 유발하는 환경적 자극이 공간 설계에 어떠한 영향을 미칠 수 있는지를 과학적으로 설명할 수 있는 근거로 활용될 수 있다. 건축 공간은 단순히 시각적 요소뿐만 아니라 청각적･후각적･촉각적 요소 등 다양한 감각적 경험을 통해 사용자의 감정을 유발하는데, 이러한 감정 반응의 기저에는 뇌의 자동적이고 무의식적인 감정 처리 과정이 존재한다. 즉, 사용자가 명확하게 언어적･의식적으로 표현하지 못하는 감정적 경험이나 불편함도 뇌의 활성화 데이터로 포착할 수 있어 미묘한 공간 경험의 단서를 제공한다. 이러한 점에서 감정과 뇌 활성화의 관계를 분석하는 연구는 디자이너가 사용자의 경험을 보다 깊이 이해하고, 특정 감정을 유도하는 공간 설계를 위한 근거중심설계의 중요한 기반 자료가 될 수 있다. 결국 건축가나 디자이너는 단순히 사용자의 의식적 평가만이 아니라, 무의식적 생리 반응을 통해 드러나는 감정적 경험까지 고려함으로써 인간의 감성에 더욱 충실한 공간을 창출할 수 있는 가능성을 갖게 된다.
3. 건축 공간에 대한 반응: SOR 모델
fMRI를 이용한 건축 공간 연구들은 환경에 대한 사람들의 반응을 체계적으로 설명한 SOR모델을 통해 이해할 수 있다. SOR모델은 Stimuli(자극) - Organism(유기체 혹은 기관) - Response(반응)를 의미하며, 환경심리학의 근거가 되는 이론이다. Mehrabian & Russell(1974)에 의해 제시된 이 모델은 환경의 분위기 변수가 환경 이용자의 감정 상태에 영향을 미치고, 이는 다시 행동적 반응에 영향을 미치는 과정을 설명한다. 자극(S)은 환경과 관련된 다양한 물리적, 심리적 요인을 반영하고, 유기체(O)는 “자극과 반응에 개입하는 프로세스로 구성된 인지 및 정서적 중계 조건으로 개념화”되고(Lee & Yang, 2022) 자극의 도입에 따른 감정 상태를, 반응(R)은 자극에 대한 접근(approach) 또는 회피(avoidance) 반응으로 구성된다(Donovan & Rossiter, 1982; Mehrabian & Russell, 1974). Donovan & Rossiter(1982)은 특히 상업 공간에서 이러한 SOR 모델이론을 더욱 발전시켰다. Organism은 환경에 대한 접근 또는 회피 반응에 매개 역할을 하는 중재변수로서 세 가지 감정 상태인 쾌락(Pleasure), 각성(Arousal), 지배(Dominance), 즉 PAD라는 이론으로 발전되었다.
쾌락-불쾌감은 개인이 어떤 상황에서 기쁨, 행복 또는 만족감을 느끼는 정도이고, 각성-이완은 개인이 그 상황에서 흥분, 자극, 주의력 또는 활동성을 느끼는 정도를, 지배-복종성은 개인이 그 상황을 통제하거나 자유롭게 행동할 수 있다고 느끼는 정도를 의미한다(Donovan & Rossiter, 1982). SOR 모델은 환경심리 외에도 마케팅, 정보시스템 분야에서도 폭넓게 활용되고 있다(Lee & Yang, 2022). 환경 자극이 주요 감정 반응에 의해 행동 반응으로 연결된다는 것은 환경의 요소가 감정에 미치는 영향과, 다시 행동에 미치는 영향을 파악할 수 있는 프레임을 제공한다. fMRI는 이러한 과정에서 특정 반응이 일어나는 생리적인 이유와 그 기저에 있는 메카니즘을 깊이 이해할 수 있는데 도움이 될 수 있다.
III. 연구 방법
1. 분석 대상 선정 과정
분석 대상 논문들은 Web of science database를 통해 검색하였다. 키워드 검색 시, 연구의 대주제인 fMRI, functional mri, Functional Magnetic Resonance Imaging을 넣었으며 건축공간을 나타내는 키워드로 indoor, interior, architectur*를 추가하였다. 건축 공간 중 특히 실내 공간 요소에 주목하여 관련된 논문을 탐색하고자 상기와 같은 키워드를 설정하였다. 또한 fMRI를 통해 인간의 감정 및 행동 반응을 알아보는 논문을 검색하고자 하였으므로 심리, 인지, 판단, 감정, 반응을 나타내는 키워드인 psycholog*, perception, judgment*, emotion*, response*를 추가하였고, 환경을 나타내는 키워드인 environment를 추가하여 논문을 검색하였다. 따라서 WOS 검색 키워드 식은 다음과 같다. ‘TS=(fmri OR functional mri OR Functional Magnetic Resonance Imaging) AND TS=(indoor OR interior OR architectur*) AND TS=(psycholog* OR perception OR judgment* OR emotion* OR response*) AND TS=(environment*)’
언어는 영어로, 문서 유형은 저널 아티클과 학회 프로시딩으로 한정하였으며 실험을 진행한 실증적 논문으로 한정하였다. 학회 프로시딩은 건축 환경을 대상으로 fMRI를 이용한 논문 수가 극히 적은 관계로 포함하였다. 논문 선정 방법으로는 PRISMA 방식을 사용하였다. 또한 관련성이 있는 논문을 추가하기 위해 Snowball Sampling 방법을 추가적으로 사용하였다. 본 연구의 절차는 <Figure 1>과 같다.
키워드 검색 결과, 총 104개의 논문이 검색되었다. 이후 다음과 같은 선정기준을 토대로 관련성이 적은 논문들을 순차적으로 제거하였다. 첫째, 아티클과 학회 프로시딩이 아닌 논문 11개를 제거하였다. 둘째, 영어로 쓰이지 않은 논문 1개를 제거하여 92개의 논문이 남았다. 셋째, 제목과 초록에서 연구 주제와 맞지 않는 85개의 논문을 제거하였다. 제거 기준을 설정함에 있어서 본 연구의 핵심인 ‘건축 공간을 다루는지’, ‘감정 반응을 다루는지’를 1차적으로 고려하였다. 또한 fMRI 도구 특성상 의학 분야가 많아 질병을 다루는 경우가 많았으므로 질병과 관련된 내용이 포함된 경우도 제외하였다. 따라서 (1) 자극물이 건축 공간이 아닌 것(ex.불완전한 장면 조각, 터널의 장식, 대기 오염 물질, 자연 등, n=46), (2) 감정 반응에 대해 연구한 논문이 아닌 것(ex.기억 능력, 인지 능력, 지각 능력, 단순 뇌 활성화 결과 등, n=55), (3) 질병과 관련된 것(ex.유년기 트라우마, 양극성 장애, 신경성 식욕부진증 환자, 정신 분열증 등, n=7). 이와 같은 세 가지 기준을 통해 연구 주제와 맞지 않는 논문이 제거되어 7개의 논문이 남게 되었다. 한 논문에 여러 개의 기준이 중복되는 경우가 있으므로 총합이 85개가 아니라는 점을 명시한다. 마지막으로 Snowball Sampling 방법으로 Google Scholar를 통해 관련성 있는 논문 3개를 추가 선정하여 총 10개의 논문이 선정되었다.
논문 선정 시 Web of Science와 Google Scholar 두 개의 데이터베이스를 사용하였기에, 혹시 다른 데이터베이스에서 더 많은 논문들이 검색될 수 있는 가능성을 고려하여 Scopus에서도 동일 키워드 식으로 검색하는 과정을 거쳤다. 그 결과 앞서 선정된 논문 3개가 검색되었고 그 외 추가적인 논문들은 나타나지 않았으므로, 10개의 소수이나 이들을 면밀하게 분석하여 향후 해당 분야의 연구 필요성 및 의의를 밝히고자 하였다.
2. 선정된 논문
선정된 논문은 저널 아티클 9개, 학회 프로시딩 1개 (10번)이며 해당 논문들의 저자와 제목은 <Table 1>과 같다. 포함된 1개의 학회 프로시딩은 공간 인지에 대한 이해를 확립하는 과정부터 실험 방법론, fMRI 활용까지 포함된 체계적인 프레임워크로 진행되었고, 참가자 수나 자극물 이미지 수가 10개 연구들의 평균과 비교해보았을 때 평균 이상(참가자 수 평균 29명, 프로시딩 42명; 이미지 수 평균 108개, 프로시딩 104개)이었으므로 타당도와 신뢰성이 떨어지지 않는다고 판단하여 포함하였다.
Table 1.
Selected Papers
| Author(s) (Year) | Title | |
| 1 | Vartanian et al. (2013) |
Impact of contour on aesthetic judgments and approach-avoidance decisions in architecture |
| 2 | Vartanian et al. (2015) |
Architectural design and the brain: effects of ceiling height and perceived enclosure on beauty judgments and approach-avoidance decisions |
| 3 | Bermudez et al. (2017) |
Externally-induced meditative states: An exploratory fMRI study of architects’ responses to contemplative architecture |
| 4 | Coburn et al. (2020) | Psychological and neural responses to architectural interiors |
| 5 | Khaleghimoghaddam et al. (2022) |
Neuroscience and architecture what does the brain tell to an emotional experience of architecture via a functional mr study |
| 6 | Khaleghimoghaddam (2022) |
Objective exploration of the effects of architectural components on users’ spatial evaluation: a neuroimaging approach |
| 7 | Khaleghimoghaddam (2024a) | A neurological examination of gender differences in architectural perception |
| 8 | Khaleghimoghaddam (2024b) |
Analysis of the brain’s responses to the approach-avoidance behavior in architectural experience |
| 9 | Wang et al. (2024) |
Influence of architectural interior design on human perception and emotion with the consideration of neural aesthetics |
| 10 | Choi et al. (2024) |
How can we measure human cognition and emotion for human centric design in interior urban spaces? |
3. 분석 내용
본 연구는 선정된 선행연구에 대하여 (1)실험이 어떻게 설계되었는지와 (2)건축 공간의 특성에 따른 반응을 분석하였다. 실험설계분석 과정에서는 fMRI 실험, 설문조사, 인터뷰가 어떠한 절차로 이루어지는지 정리하고, 각 절차에 응한 참가자 수를 파악하였다. 그 후, fMRI 실험에 초점을 맞추어 자극물 제시 방식, 설계 방식, 제시되는 이미지의 수를 분석하였다. 또한 fMRI 실험 시 필요한 기술적인 도구로써 스캐너 기기의 종류, 데이터 분석 프로그램을 정리하였다. 이후 SOR 이론에 의거하여 건축 공간의 특성에 따라 나타나는 반응을 감정 반응과 행동 반응으로 나누고 이와 함께 활성화되는 뇌의 영역을 분석하였다. 이때 건축 공간의 특성은 자극물(S), 감정 반응은 유기체(O), 행동 반응은 반응(R)으로 분류하였다<Figure 2>.
IV. 결과
1. 실험 설계 분석
각 연구의 실험 설계를 분석하여 정리한 것은 <Table 2>와 같다. 실험 절차 측면에서 살펴보면, (1)fMRI 실험, 설문 순으로 진행한 경우(1, 9, 10번), (2)fMRI 실험, 설문 후에 인터뷰까지 진행한 경우(3번), (3)설문, fMRI 실험 순으로 진행한 경우(4, 5, 6, 7, 8번), (4)fMRI 실험만 진행한 경우(2번)로 나눌 수 있다. 특히 1, 2, 4, 8번 연구는 fMRI 실험과 동시에 응답을 요청했다는 특징이 있다. 이는 fMRI 스캐너 스크린에 제시된 이미지 혹은 영상을 보고 아름다운지 혹은 접근하고 싶은지 응답하는 방식이다. fMRI는 뇌의 활성화 영역만을 측정할 수 있는 도구이기 때문에 그와 동시에 참가자의 주관적인 의견을 얻기 위하여 응답을 요청한 것으로 보인다.
Table 2.
Experimental Design Analysis
SOR 관점에서 주관적 반응을 살펴보면, 건축 공간의 특성과 감정 반응의 관계를 분석한 연구는 9개(7번 제외)이며, 이중 더 나아가 행동 반응과의 관계까지 분석한 연구가 5개(1, 2, 4, 6, 8번) 였다. 7번 연구는 성별에 따라 사람들이 공간을 인지할 때 더 집중하는 요소가 무엇인지 조사한 것으로, 공간에 대한 인지 처리가 감정과 행동 반응과 밀접하게 연결되어 있다는 가설을 바탕으로 진행되었다.
각 연구에서의 참가자 수, 이미지 수, 자극물 제시 방식은 다음과 같다. 실험 절차 (1), (2)는 fMRI 측정 후에 설문조사에서 fMRI 실험에서 본 동일 이미지에 대해 평가를 내리는 방식으로, 참가자 수와 이미지 수가 동일하였다. (3)은 설문조사에서 평가를 진행하여 유의미한 결과가 있는 주요 이미지를 선별한 후 그것을 대상으로 fMRI 측정을 진행하는 방식으로, 4, 7번 연구에서는 이미지 수가 동일한 것을 제외하고는 fMRI보다 설문조사에서 참가자 수, 이미지 수가 더 많은 경향을 보였다. fMRI 측정 참가자 수는 적게는 13명, 많게는 42명까지 있었다. 설문의 경우 적게는 13명, 많게는 798명을 대상으로 하는 등 연구마다 참가자 수의 차이가 큰 편이었다. 또한 자극물 제시 방식은 10개의 연구 중 9개의 연구가 스캐너를 통해 이미지(실제공간의 사진들)를 제시하였으며, 10번 연구만이 스캐너를 통해 영상(공간 렌더링이미지들)을 제시하였다.
fMRI 실험 설계 방식으로는 8개 연구들에서 (1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9번) 블록 설계 방식이 사용되었다. 블록 설계는 보통 실험군 이미지, 대조군 이미지, 중립 이미지, 쉬는 시간으로 블록을 구성하며 중립 이미지는 주요 공간 이미지 사이에 배치되어 이전 반응의 영향을 받지 않도록 하는 역할을 한다. 실험과정에서 이미지는 fMRI 스캐너 뒤에 있는 LCD 모니터 화면을 통해 제시되며, 참가자의 머리에 착용하는 장치에 삽입되어있는 거울에 반사되어 보여지게 된다. 이때 사용한 fMRI 기기는 Siemens사의 3-Tesla MRI scanner(1, 2번), 1.5-Tesla MRI scanner(5, 7, 8번), 3-Tesla Trio scanner(3번), 3-Tesla Prisma scanner(10번)가 있었고, General Electric사의 Discovery MR750W 3.0T scanner(9번)가 사용되었다.
분석 방법을 살펴보면, fMRI스캐너를 통해 얻어진 영상 데이터는 10번 연구를 제외한 9개의 연구에서 MATLAB에서 구현된 뇌 영상 분석 프로그램인 Statistical Parametric Mapping(SPM)을 사용하여 전처리 및 통계 분석 과정을 거쳤다. 예외적으로 10번 연구는 FreeSufer 6.0.5, Software Library (FSL) 6.0.5 등의 프로그램을 통해 전처리 과정을 거쳤다. 전처리 과정에서는 머리의 움직임이나 타이밍 등 뇌 영상 자료의 차이를 최소화하고, 삼차원 영상의 부피 단위인 복셀(volume element, voxel)(You et al., 2022)과 클러스터(cluster) 크기를 보정하여 잘못된 데이터를 제외한다. 데이터 통계 분석 방법으로는 각 복셀의 영상에 할당된 데이터 값들을 일반 선형 모델(General Linear Model, GLM)을 이용하여 모델링하고 실제 데이터와 모델이 얼마나 유사한지를 통계적으로 확인한다. 이를 통해 뇌의 각 영역에서의 활성화 정도는 활성화된 복셀 수를 통해 계산되어 도출된다. 일반선형 모델(GLM)은 각 복셀의 일시적인 변화를 개별적으로 확인할 수 있는 방법으로, 뇌의 신경 상관관계의 통계적 유의성을 평가하기 위한 모델이다. 또한 대부분 연구에서는 데이터 분석 시 모집단을 대표하는 표본으로부터 추정된 분산이나 표준편차를 가지고 검토하는 t-test를 사용하였다.
2. 건축 공간의 특성에 따른 반응 및 뇌 활성화 영역
1) 건축 공간의 특성(S)과 감정 반응(O)
각 연구에서 다룬 건축 공간의 특성과 이에 대한 인간의 감정 반응과의 관계를 분석하였으며 이러한 과정에서 활성화되는 주요 뇌 영역을 파악하였다. 감정 반응을 파악한 연구는 전체 10개 연구 중 총 9개로 7번 연구만이 제외된다<Table 3>.
각 연구에서 진행한 건축 공간을 내부, 외관으로 나누어 보면, 실내 공간만 연구한 경우가 6편(1, 2, 4, 6, 9,10번)으로 건축 외관만 한 경우인 1편(3번) 보다 많았다. 5, 7, 8번 연구는 실내와 외부를 모두 대상으로 하였다. 특히 실내 주거공간을 대상으로 한 연구는 4편(1, 2, 4, 9번)으로, 주거공간이 fMRI연구에서 큰 부분을 차지하고 있음을 알 수 있다.
자극물인 건축 공간의 특성은 연구별로 다양하게 구성되어 있었으므로 이를 공간 자체, 공간의 속성, 공간의 요소, 총 3가지 유형으로 구분하였다. 공간 자체는 구체적인 공간의 특성이나 요소를 지칭하지 않고 공간의 성격을 크게 규명한 경우로 3번연구의 명상적 건물이 해당된다. 공간의 속성으로는 매혹성, 일관성, 아늑함, 쾌적성이 주로 다루어졌고, 공간의 요소로는 윤곽, 천장 높이, 개방성, 색상, 모양, 기하학, 빛이 사용되었다. 공간의 속성의 경우, 어떠한 특성이 반영된 공간 이미지에 대해 1차적으로 평가하여 공간의 속성이 명확히 드러나는 이미지를 도출하고 이를 다시 자극물로 사용한 경우이다. 이후, 이러한 이 자극물에 대한 반응을 긍정, 부정의 감정으로 세분화하여 살펴본 경우였다.
윤곽이 자극물인 1, 9번 연구에 의하면 곡선 공간이 직선 공간보다 아름답다고 판단되고 선호되었다. 1번 연구에서는 곡선 공간을 볼 때 직선 공간을 볼 때와 달리 전대상피질의 활성화에 유의미한 관련이 있음이 보고되었다. 9번 연구에서는 곡선 공간을 봤을 때 우측 혀회(Lingual gyrus), 좌측 중간 전두회가 활성화되었고, 우측 전대상피질, 좌측 시상의 반응은 감소함을 보고하였다. 직선 공간에서 더 활성화된 전대상피질과 좌측 시상은 부정적 감정 처리를 주로 담당하는 부위이므로, 이를 통해 곡선 공간이 사용자에게 비교적 긍정적인 반응을 준다는 점을 확인할 수 있다. 천장 높이와 개방성을 다룬 2번 연구에 의하면 천장이 높을수록 더 아름답다고 판단되었고 이때 좌측 전두엽과 좌측 중간 전두회가 활성화되었다. 개방성 측면에서는 열린 공간을 볼 때 더 아름답다고 판단되었고, 좌측 중간 측두회와 우측 상측두회가 활성화되었다.
Table 3.
SOR and Brain Activation Areas according to the Characteristics of Architectural Space in Each Studies
판테온, 사르트르 대성당과 같은 명상적 건물이 자극물인 3번 연구에서는 이들 건물에 대해 12명의 참가자 중 11명이 긍정적이었으나 예외적으로 1명이 부정적 반응을 보였고, 긍정적인 감정을 느끼는 경우에는 방추형회, 중후두회, 중심전회가 활성화된 반면, 부정적인 감정을 느낄 때는 중간 전두회, 전대상회가 활성화되었다. 방추형회와 중후두회는 시각 처리를 담당하는 부위로 긍정적으로 느끼는 명상적 건물을 볼 때는 활성화되었다고 해석할 수 있다. 부정적으로 느낄 때는 주의 집중과 같은 고차원적 인지 과정을 담당하는 중간 전두회와 감정 조절을 담당하는 대상회가 활성화되었다.
4번 연구에서는 천장 높이, 개방성, 곡률 요소가 적용된 공간 이미지를 1차적으로 평가하여 ‘매혹성, 일관성, 아늑함이 높은 공간 이미지’로 각각 분류하였다. 이후 이에 대한 2차 감정 반응 평가에서, 매혹성과 일관성이 높은 이미지가 아름답다고 평가되었고 fMRI 실험 시 각각 우측 혀회와 좌측 하측 후두회가 활성화되었다. 반면, 아늑함이 강한 이미지는 미적 판단과 무관하였고, 특징적인 뇌 활성화 영역도 발견되지 않았다.
5, 6, 8번 연구는 건축 공간의 속성인 쾌적성을 다루어 자극물들을 쾌적한 공간, 불쾌한 공간으로 구분하였다. 이들 연구에서는 공통적으로 쾌적한 공간에 대해 긍정적인 반응을 보였고, 불쾌한 공간에 대해 부정적인 반응을 보였다. 5번 연구에서는 이보다 구체적으로 쾌적한 공간에 대해서 조화, 차분, 만족 등의 감정이, 불쾌한 공간에 대해서 지루함, 고통, 짜증 등의 감정이 나타났으며 이후 성별에 따라 어떤 뇌 반응을 보이는지를 측정하였다. 6번 연구에서는 fMRI 실험 결과, 쾌적한 공간과 불쾌한 공간에 대해 후두엽, 측두엽, 두정엽이 강하게 활성화되었으나 활성화 정도는 쾌적한 공간에서 더 높았다. 8번 연구에서는 쾌적한 공간에 대해 후두엽, 소뇌, 측두엽, 두정엽이 강하게 활성화되었으며, 불쾌한 공간에 대해 후두엽, 측두엽, 좌측 방추형회, 후대상피질이 강하게 활성화됨을 보고하였다.
빛을 자극물로 다룬 10번 연구에서는 밝은 공간일수록 즐거움, 기쁨, 놀라움과 같은 긍정적인 반응이 우세하였고 어두울수록 불쾌함, 우울함, 좌절과 같은 부정적인 반응을 보였다. 그러나 이와 관련하여 활성화된 뇌의 영역은 언급되지 않았다.
이렇듯 선행연구 분석을 통해, 긍정적 감정을 유도하는 건축 공간의 특성은 ‘명상적임, 쾌적함, 매혹성, 일관성, 곡선, 높은 천장, 높은 개방성, 밝음’이며, 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽을 포함한 대뇌피질과 소뇌가 활성화 반응을 보임을 알 수 있다. 부정적 감정을 유도하는 공간의 특성은 ‘불쾌함, 매혹적이지 않음, 일관적이지 않음, 직선, 낮은 천장, 낮은 개방성, 어두움’이었으며, 대상피질이 활성화되는 동시에 전대상피질, 시상, 해마, 편도체가 활성화됨을 알 수 있다.
2) 건축 공간의 특성(S)과 행동 반응(R)의 관계
전체 연구 중 감정 반응에서 더 나아가 행동 반응을 살펴보고, 이와 관련하여 뇌의 활성화된 영역을 분석한 연구는 1, 2, 4, 6, 8번으로 총 5개이다. 해당 연구에 제시된 건축 공간의 특성은 쾌적성, 매혹성, 일관성, 아늑함, 윤곽, 천장 높이, 개방성이다.
윤곽 요소를 다룬 1번 연구에서는 설문조사를 통해 반응을 조사하였는데, 윤곽이 감정 반응에는 영향을 준 반면 접근-회피 행동 반응에서는 영향을 주지 않음을 밝혔다.
천장 높이와 개방성 요소를 다룬 2번 연구에서는 천장 높이가 감정 반응에는 영향을 주었으나 접근 회피 결정에 영향을 주지 않아 주요한 뇌 활성화 반응이 없음을 보고하였다. 개방성의 경우, 열린 공간보다 닫힌 공간에서 회피하고자 하는 경향을 보였으며 이때 전대상피질이 활성화되었다. 천장 높이, 개방성, 곡률을 모두 다룬 4번 연구에서 1차 평가를 통해 매혹성, 일관성, 아늑함 각각이 강한 이미지로 나누고 이에 대해 행동 반응을 평가하였다. 그 결과, 매혹성이 강한 공간 이미지에 대해 접근하고자 하며 이 때 우측 혀회가 활성화되었고, 아늑함이 강한 공간 이미지를 보고 접근하고자 하며 쐐기(Cuneus)가 활성화되었다. 한편 일관성이 강한 공간과 접근 회피 결정 사이의 관계에는 유의미한 결과가 없었다. 쾌적성이 자극물인 6, 8번 연구에서는 1차 평가를 통해 쾌적한 공간, 불쾌한 공간으로 분류한 후 이러한 속성이 나타나는 이미지에 대해 행동 반응을 조사하였다. 6번 연구는 접근 회피와 관련된 설문을 진행하지는 않았으나 전대상피질이 회피 행동과 관련이 있다는 선행연구를 바탕으로 fMRI 실험 결과를 분석하였다. 실제 fMRI 실험에서 불쾌한 공간을 봤을 때 전대상피질이 활성화되었고, 이로써 불쾌한 공간이 회피 행동을 이끈다는 사실을 확증하였다. 8번 연구에서는 설문을 통해 불쾌한 공간보다 쾌적한 공간에 접근하겠다는 응답이 많음을 발견하였다. 뇌 활성화 측면에서는 쾌적한 공간을 볼 때 접근 행동과 관련이 있다고 밝혀진 내측 전두엽 피질이 활성화되었고, 불쾌한 공간을 볼 때는 방추형회, 뇌섬엽, 전대상피질이 활성화되었고 회피 행동을 보였다.
이상과 같이, 행동 반응과 관련이 있는 건축 공간의 특성은 ‘개방성, 매혹성, 아늑함, 쾌적성’이며, 두뇌의 ‘전대상피질, 우측 혀회, 쐐기, 방추형회, 뇌섬엽’이 활성화 반응을 보였다. 특히 회피 행동과 관련하여서는 전대상피질이 2, 6, 8번 연구에서 공통적으로 언급되어 일관적인 반응이 있음을 입증하였다. 한편, 건축 공간의 특성이 행동 반응에 미치는 영향은 제한적임을 알 수 있다. 참가자의 감정 반응과 행동 반응을 함께 분석하였을 때, 긍정적인 감정 반응을 보인다고 하여 그것이 무조건적으로 접근 행동으로 이어지는 것은 아님을 알 수 있다.
3) 성별에 따른 반응 분석
건축 공간의 특성과 인간의 감정 및 행동 반응을 살핀 연구에서 성별에 따라 다른 반응이 나타난다는 점을 확인한 연구는 5, 7번 연구이다. 5번 연구에서는 쾌적/불쾌한 공간에서 성별에 따라 어떤 건축 공간 요소에 더 주목하는지를 살폈다. 그 결과, 쾌적한 공간을 볼 때 여성은 후두엽, 전두엽, 두정엽, 변연엽, 후대상피질이 활성화되었으며, 남성은 후두엽, 두정엽, 좌측 소뇌, 변연엽, 해마 주위 등이 활성화되었다. 불쾌한 공간에 대해 여성은 우뇌, 후두엽, 좌뇌, 측두엽, 변연엽, 방추형회, 후대상피질, 좌측 해마, 시상이 활성화되었으며, 남성은 후두엽, 우뇌, 좌뇌, 방추형회, 변연엽, 측두엽, 좌측 해마, 좌측 시상하부, 시상, 우측 해마, 후대상피질, 편도체가 활성화되었다. 부정적인 자극에는 전반적으로 여성의 뇌 반응이 강하게 나타나고, 긍정적인 자극에 비해 안쪽에 위치한 감정처리 영역인 해마, 편도체, 변연엽 등이 더 활성화된 모습을 보여 여성이 쾌적성에 더욱 예민함을 알 수 있다.
이와 비슷하게 7번 연구에서도 남성과 여성이 각각 어떤 시각적 요소에 집중했는지 도출하기 위한 질문을 제시하고 5점 리커트 척도로 답변하는 방식의 설문을 한 후, fMRI 실험을 진행하였다. 남성은 여성과 달리 모양 및 기하학적 요소에 더 집중하며 공간의 차원적 지각(크기, 높이, 형태, 깊이)을 파악하는 두정엽과 측두엽이 활성화되었고, 여성은 색상과 빛에 더 집중하며 전두엽이 강하게 활성화되었다. 이러한 결과는 같은 공간을 보더라도 성별에 따라 다른 반응을 보일 수 있기에 이를 인지하고 건축 공간 설계 시 고려할 필요가 있음을 시사한다.
3. 건축 공간의 특성에 따른 감정-행동 반응과 주요 뇌 활성화 관계
인간의 뇌는 형태와 기능에 따라 대뇌, 소뇌, 뇌간(뇌줄기)으로 나뉜다 (Asan Medical Center). 대뇌는 좌우 반구의 대뇌피질이 크게 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽으로 이루어져 있으며 대뇌피질의 아래, 뇌간의 위에 변연계가 위치한다. 소뇌는 뇌간의 후면에 위치한다. 변연계는 전대상피질, 편도체, 해마를 중심으로 구성되며, 뇌의 복잡한 상호 연결성으로 뇌간으로 분류되는 시상, 시상하부가 포함된다(Britannica, 2024). 전대상피질은 전두엽에 위치하나 배쪽(ventral) 부분이 변연계와 연결되어 있어 변연계의 일부로 간주된다. ‘느끼는 뇌’라고도 불리는 변연계는 감정 변화와 관련한 역할을 담당하기 때문에 감정 반응을 다루는 본 연구에서 특히 주목한 영역이기도 하다(Psychiatricnews, 2024)<Figure 3>.
<Table 4>에서는 뇌 영역별 기능이 어떠한 건축 공간 요소와 관련이 있는지를 fMRI 실험 결과를 통해 정리하였다. 뇌의 영역 중 전두엽은 사고, 인지, 판단, 결정 등을 처리하고 주의집중을 담당하는 영역으로(Lee et al., 2012) 명상적 건물, 쾌적성, 곡률, 천장 높이와 관련하여 활성화가 나타났다. 두정엽은 공간 정보를 처리하고 공간에 대한 주의 집중을 처리하는 영역이며 (Naghavi & Nyberg, 2005) 쾌적한 공간을 볼 때 활성화되었다. 측두엽은 복잡한 형태를 인지하거나 장기 기억 형성을 담당하는 영역으로(Kim et al., 2000) 쾌적성, 개방성과 관련이 있었다. 후두엽 또한 시각적 자극을 처리하는 영역으로(Kim, 2015) 명상적 건물, 매혹성, 일관성, 아늑함, 쾌적성, 윤곽과 관련이 있었다. 아늑한 공간을 볼 때는 접근하고자 하며 후두엽이 활성화되었다. 후두엽에서 가장 많은 건축적 요소에 대한 활성화가 이루어졌음을 알 수 있다.
Table 4.
Relationship between Characteristics of Architectural Space in Major Brain Region
또한 본 연구에서 더 눈여겨보아야 할 뇌 영역은 대뇌와 뇌간에 거쳐 존재하며 감정 반응에 관여하는 변연계이다. 변연계에 속하는 전대상피질은 고통, 두려움 등의 부정적인 감정 처리를 담당하기 때문에 곡선이 적은 공간일수록 활성화되는 모습을 보였다. 개방성이 낮은 공간을 보고 회피 결정을 내릴 때도 전대상피질이 활성화되었다. 편도체는 불안, 공포 등의 부정적인 정서를 느끼는 것과 관련이 있는 곳으로(Psychiatricnews. 2024) 불쾌한 공간에서 활성화되는 경향을 보였다. 장기 기억과 감정적인 행동 조절하는 역할을 하는 해마와(The Science Times. 2019) 스트레스 통제 기능을 하는 시상하부도 불쾌한 공간에서 활성화되었다. 시상은 감각을 대뇌피질로 전송하는 역할을 하며(Asan Medical Center) 쾌적성, 윤곽과 관련이 있었다. 소뇌는 감각을 인지하고 균형을 잡는 등의 운동 조절 역할을 담당하는데(Asan Medical Center) 쾌적성과 관련이 있었다. 이러한 fMRI 결과는 객관적인 지표로 건축 공간의 특성에 반응하는 감정 및 행동에 근거와 정확성을 제공한다.
V. 결 론
1. 요약
본 연구에서는 fMRI를 이용하여 건축 공간에 대한 인간의 감정과 행동 반응을 연구한 10개의 실증 연구들을 대상으로 각 연구의 실험 설계 분석을 진행하였다. 또한 자극물인 건축 공간의 특성이 감정 반응과 행동 반응을 유발한다는 SOR 이론에 근거하여 각 연구를 SOR의 요소들로 나누어 정리하고, fMRI를 통해 활성화되는 뇌의 영역을 관찰한 결과를 분석하였다. 추가적으로 성별에 따라 반응이 어떻게 상이한지도 비교하여 살펴보았다. 이에 따라 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 실험설계분석 결과 fMRI를 통해 뇌의 활성화 영역을 파악한다는 점에서 참가자 반응의 종합적인 파악을 위해 fMRI를 통한 측정과 동시에 응답을 요청하거나 측정 전후로 설문조사나 인터뷰를 진행하는 것이 효과적으로 보인다.
둘째, 10개의 연구 중 건축 외관 보다는 내부 공간에 대한 fMRI반응 연구가 많았으며 특히 주거공간을 대상으로 한 연구가 다수로 주거공간의 특성에 대한 두뇌 반응에 높은 관심이 있음을 알 수 있다.
셋째, 건축 공간의 특성에 따른 감정 반응의 경향을 보면 건축 공간의 특성이 윤곽일 때, 곡선 공간을 직선 공간보다 선호하는 경향이 있으며 이 때 전대상피질의 반응이 감소하는데, 부정적인 감정처리를 담당하는 전대상피질이 곡선 공간에서 덜 활성화된 점으로 추정컨대 곡선 공간이 긍정적 감정을 유발하는 데 효과적이라고 볼 수 있다. 또한 열린 공간은 닫힌 공간보다 긍정적인 감정을 유발하였으며, 명상적 건물로서 사색을 유도하는 공간도 대개 긍정적인 감정을 유발하였다. 명상적 건물을 보고 긍정적으로 느낄 때는 세부적인 형태, 색상 등에 집중하여 시각 처리를 담당하는 중후두회 등이 활성화되는 반면 부정적으로 느낄 때는 감정 조절을 담당하는 대상회가 활성화된다. 또한 쾌적성 평가를 거친 건축 공간 이미지에 대해 쾌적한 공간을 볼 때는 긍정적 반응을 보이고 불쾌한 공간을 볼 때는 부정적인 반응을 보였다. 불쾌한 공간을 볼 때 감정처리 영역인 해마, 편도체, 변연엽 등이 활성화되어 이들 영역은 부정적 감정과 관련되어 활성화되는 부위라고 볼 수 있다.
넷째, 건축 공간의 특성에 따른 행동 반응에 대한 주요 발견을 살펴보면, 열린 공간과 쾌적하다고 평가된 공간에 접근한다는 반응이 나타났으나 윤곽, 천장 높이는 접근 회피 결정에 영향을 주지 않았다. 닫힌 공간에서는 회피하고자 하는 동시에 전대상피질이 활성화되어 부정적인 영향을 준다고 하겠다.
다섯째, 건축 공간의 특성이 성별에 따라 보이는 반응 차이로는 여성은 남성보다 쾌적성에 더 민감하게 반응하며 불쾌한 공간을 볼 때 뇌가 더 강하게 활성화되었다. 이는 감정 반응에서 성별에 따라 유의미한 차이가 있음을 시사한다.
2. 의의 및 한계
본 연구의 의의는 다음과 같다. 첫째, 건축 공간의 특성이 인간의 반응에 미치는 영향을 객관적인 지표로 확인할 수 있는 도구인 fMRI 연구를 체계적인 PRISMA 방식을 통해 조사하고 분석하였다. SOR 이론 관점에서 보아 자극물에 대한 감정 반응만을 다룬 연구, 행동 반응만을 다룬 연구, 두 가지를 모두 다룬 연구 등 연구의 범위가 다양하나, 본 연구에서는 이들을 상세히 비교 분석하여 건축 공간이 인간의 감정과 행동 반응에 미치는 영향을 종합적인 안목에서 제시하였다. 둘째, 분석한 내용을 토대로 신경 건축학 분야에서의 fMRI 활용 가능성을 탐구하였다. 뇌의 감정 처리 영역까지 측정가능한 fMRI의 유용성을 건축 공간과 관련하여 강조하였다. 본 연구에서 분석된 해당 논문들은 2025년 1월 현재 Web of science database에서 해당 키워드로 획득할 수 있는 모든 자료로 볼 수 있다. Web of science에서는 학문적으로 우수한 저널로 인정받은 index의 논문들을 획득할 수 있으므로 그러한 연구들을 심층 분석한 본 연구는 신뢰할만한 연구 결과들로 유추된 의미있는 연구로 볼 수 있다. 셋째, 사전에 평가된 객관적인 지표는 사용자의 경험을 개선하기 위한 유용한 자료로 사용될 수 있으며 이는 건축 공간 설계 시 긍정적인 경험을 유도하기 위한 근거 기반 접근법으로 활용될 수 있는 기반을 마련하였다는 점에서 의의를 가진다. 본 연구의 결과는 주거공간, 치유공간, 명상공간 등 특히 평안함과 긍정적인 감정을 요하는 공간설계와 계획에 있어 fMRI를 통한 객관적 지표를 활용하여 맞춤형 설계를 진행하는 방향으로 나아갈 필요가 있음을 시사한다.
본 연구의 한계는 다음과 같다. 첫째, 관련된 연구의 수가 적어 논문 수집의 범위가 좁고, 따라서 저자가 중복되는 경우가 있었다. 동일 저자 논문 1, 2는 각각 윤곽, 천장 높이 및 개방성이라는 서로 다른 자극물 성격을 다루고 있어 중복의 우려는 없었다. 다른 동일 저자 논문 5,6,7,8에서 논문 7은 색상, 조명, 형태, 기하학의 특성과 성별차이를 다룬 반면 5,6,8은 ‘쾌적성’이라는 동일한 자극물 성격에서 5번 연구는 만족, 지루함 등 구체적인 감정 상태까지 도출하였다, 6번 연구는 지각, 인지 측면에 집중한 반면, 8번 연구는 접근, 회피 반응에 주목하여 설문조사까지 진행하였다는 차이가 있다. 그럼에도 각 연구가 비슷한 자극물을 다루었기에 다소 편향된 결과와 연구의 다양성이 부족할 수 있다는 한계가 있다. 둘째, 감정 및 행동 반응을 모두 포함한 연구의 수가 적고 일부 연구는 감정까지, 일부 연구는 행동까지 분석하여 일관성있는 비교가 어려웠다. 행동 반응의 경우 감정 반응에 비해 분석 결과가 적다는 한계가 있기 때문에, 향후 연구에서는 행동 반응에 대한 fMRI 분석 결과를 도출해 낼 필요가 있다고 본다. 셋째, 실험의 자극물이 공간 자체, 공간의 속성, 공간의 요소로 다양하여 그 범위와 특성이 일정하지 않다는 한계가 있다. 초기에는 실내 공간만으로 특정하고자 하였으나 표본의 수가 적어 건축 외관 등으로 자극물의 범위를 확대해야 하는 한계가 있었다.
향후 연구과제로는 다양한 자극물을 동일한 범위의 그룹으로 묶어 그룹별로 보다 구체적인 결과를 도출하고, 인간의 감정 및 행동 반응을 포함하여 다각적 접근이 필요함을 제안한다. 또한 fMRI 실험을 하는 짧은 시간 동안의 건축 공간 자극이 뇌 활성화에 미치는 영향을 분석하는 연구 뿐 아니라, 장기간 노출되었을 때의 변화를 추적하고 주기적인 개입(intervention)을 통해 두뇌 활성의 변화를 관찰하는 longitudinal 연구가 필요하다고 본다. 이를 위해 신경과학자, 의학자 등 다양한 분야의 전문가들의 협업으로 사용자의 연령, 병리적 상태, 인지적 특성 등의 요소를 통제한다면, 환경이 인간의 신경활동과 인지기능에 미치는 영향을 보다 정확하게 규명할 수 있을 것이다. 이러한 융합적 접근은 건축 환경 설계에 대한 과학적 근거의 강화를 통해 궁극적으로는 건강하고 최적화된 공간을 조성하는 데 기여할 것으로 기대된다.
