Research on Driver’s Brain Activation during Take-Over Process in Conditional Autonomous Vehicle

Abstract

Conditional autonomous vehicles should hand over control to the driver according to driving situations. However, if the driver is immersed in a nondriving task, the driver may not be able to make suitable decisions. Previous studies have confirmed that Cue enhances take-over performance with directional information on driving. However, studies on the effect of Cue on the driver's brain activities are rigorously investigated yet. Therefore, in this study, we evaluate the driver's brain activity according to the Cue. This study is divided into two parts. In Study1, we examine the effect of the Cue under different environmental conditions (Day, Night), and in Study2, we examine the effects of the Cue under different traffic situations (LowDensity, High-Density). Each study involves 25, 19 participants evaluated the take-over performance using a driving simulator. Brain activity was evaluated by functional near-infrared spectroscopy, which measures brain activity through changes in oxidized hemoglobin concentration in the blood. As a result, it was confirmed that the driver's brain was activated in the presence of the Cue so that the driver could stably control the vehicle. This study is expected to contribute to the study of take-over performance on biomarkers in conditional autonomous driving in the future.|조건부 자율주행 차량은 주행 상황에 따라 운전자에게 제어권을 인계해야 한다. 그러나 운전자가 비운전 과제에 몰입해 있다면, 상황에 맞는 의사결정을 하지 못할 수 있다. 선행연구에서는 주행 방향정보를 제공하는 단서 자극(Cue)이 제어권 전환 성능을 높인다는 것을 확인했으나, 이러한 방법론이 실제 운전자의 뇌 활성도에 미치는 영향에 관한 연구는 매우 제한적이다. 따라서 본 연구는 두 번의 실험을 통해 조건부 자율주행에서 제어권 전환 시, Cue에 따른 운전자의 뇌 활동을 평가한다. Study1에서는 주행시간(낮, 밤)에 따른Cue의 효과를 확인한다. Study2에서는 교통량(낮음, 높음)에 따른 Cue의 효과를 확인한다. 각 연구에서는 25명, 19명의 피험자가 운전 시뮬레이터를 활용한 제어권 전환 성능에 평가를 수행하였다. 뇌 활동의 평가를 위해서는 혈액 내 산화 헤모글로빈 농도 변화를 통해 뇌 활성화를 측정하는 기능적 근적외 분광법이 사용되었으며 뇌 영역 중 전전두피질 (Prefrontal Cortex; PFC)의 활성화를 평가했다. 실험결과, Cue가 존재하는 경우 운전자의 PFC가 활성화되어 안정적인 제어권 전환 성능이 형성됨을 확인하였다. 본 연구는 Cue가운전자의 뇌 활성도에 미치는 영향을 정량적으로 확인하였다는 점에서, 향후조건부 자율주행에서 생체반응을 활용한 제어권 전환 성능 평가 연구에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.