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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 먼저 산소 농도와 인지 유형을 변화 시키고자 한다. 학습 효과 와 순서 효과에 영향을 작게 받는 기억력 과 제인 2-back 과제라는 인지 능력에 대한 40% 고농도 산소의 효과를 밝히고자 한다{Baddley, 1986).
- 학습 효과 와 순서 효과에 영향을 작게 받는 기억력 과 제인 2-back 과제라는 인지 능력에 대한 40% 고농도 산소의 효과를 밝히고자 한다{Baddley, 1986). 또한 외부에서 고농도의 산소를 공급 했을 때 인지 처리에 따른 생리 변화를 관찰 하기 위해 심박동율과 혈중 산소 농도를 측정 하고자 한다. 즉, 인지 처리수행 시 심박동율 을 측정하여 자율 신경계 변화를 관찰하고, 외부의 산소 공급이 심박동율에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하고자 한다.
- 또한 외부에서 고농도의 산소를 공급 했을 때 인지 처리에 따른 생리 변화를 관찰 하기 위해 심박동율과 혈중 산소 농도를 측정 하고자 한다. 즉, 인지 처리수행 시 심박동율 을 측정하여 자율 신경계 변화를 관찰하고, 외부의 산소 공급이 심박동율에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하고자 한다. 그리고 40%의 산소 공급으로 인지 처리에 필요한 산소가 실제 혈류에 공급되어 뇌 신진대사 활동에 부응 할 준비가 되었는지를 혈중 산소 포화도를 통해 측정하고자 한다.
가설 설정
- 21%일 때와 40%‘ 산소 농도 일 때 2-back 과제를 수행하는 실험을 설계하였다. 본 실험에서 21% 산소 농도일 때를 통제조건으로 가 정하였다. 각 실험은 그림 1과 같이 Restl(l분), 0-back Task(l 분), 2-back Task(2분), Rest2(4분)의 네 구간으로 구성되어 있다.
제안 방법
- 21%일 때와 40%‘ 산소 농도 일 때 2-back 과제를 수행하는 실험을 설계하였다. 본 실험에서 21% 산소 농도일 때를 통제조건으로 가 정하였다.
- 85OOA(Ninin Medical Inc.) 를 이용하여 실험 참여자의 왼손 약지 손가락에서 혈중 산소 포 화도(SPO2 [%])를 측정하였다. 이 제품은 LED 를 이용하여 디스플레이만 가능하고 저장 장 치가 없다.
- 그러므로 실험자가 5초 간격으로 측정값을 읽어서(lsample/5sec) 데이터를 기록하였다. Biopac MP100(Biopac Systems, Inc.)을 사용하여 Electrocardiogram(ECG)를 256 samples/sec로 즉정하였고, Acqknwledge 3.5(Biopac Systems, Inc.)를 이용하여 심박동율(bit per minute: bpm) 을 계산하였다. 이때 전극은 오른쪽 발목에 기준 전극을 부착하고, 양 손목에 측정 전극 을 부착하였다.
- 즉, 인지 처리수행 시 심박동율 을 측정하여 자율 신경계 변화를 관찰하고, 외부의 산소 공급이 심박동율에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하고자 한다. 그리고 40%의 산소 공급으로 인지 처리에 필요한 산소가 실제 혈류에 공급되어 뇌 신진대사 활동에 부응 할 준비가 되었는지를 혈중 산소 포화도를 통해 측정하고자 한다.
- 21% 또는 40%의 산소는 Restl, 0-back Task, 2-back Task 구간(4분)만 공급되었다. 두 가지 산소 농도를 각각 공급하면서 각 구간에 따라 생체 신호의 변화(심박동율, 혈중 산소 농도)를 관찰하였다. 두 개의 실험(21%, 40%)에서 각 실험참여자에 대해 2-back Task의 정답 수와 반응시간을 계 산하였다.
- 두 가지 산소 농도를 각각 공급하면서 각 구간에 따라 생체 신호의 변화(심박동율, 혈중 산소 농도)를 관찰하였다. 두 개의 실험(21%, 40%)에서 각 실험참여자에 대해 2-back Task의 정답 수와 반응시간을 계 산하였다. paired t-test(SPSS ver.
- 본 연구는 일반 공기 중의 산소(21%)에 비해 40%의 고농도 산소 공급이 2-back 과제 수 행에 어떠한 영향을 주는지에 대한 기초 연구를 과제 수행 능력과 생체신호(심박동율 혈중 산소 포화도) 결과를 비교하여 수행하였다. Moss(1994) 등은」00%의 산소 공급이 기억력 을 증가시켰다고 보고하였다.
- OOl)가 관찰되어, 두 가지 산소 농도에 따라 혈중 산소 농도의 변화 양상이 차이가 있는 것으로 나타났다. 상호 작용 효과를 해석 하기 위해 표 4와 같이 산소농도별로 구간의 단순 주효과 분석을 실시하였다. 분석결과 21% 산소농도에서는 구간의 효과가 없는 것으로 나타났으며(F=.
대상 데이터
- 21% 및 40% 농도의 산소를 각각 8Umin의 양으로 일정하게 공급할 수 있는 산소 공급 장치(0巧 Cure Co.)를 사용하였다. 산소 공급 장치에서 발생된 산소는 마스크를 통하여 실험 참여자에게 전달되었다.
- 산소 공급 장치에서 발생된 산소는 마스크를 통하여 실험 참여자에게 전달되었다. 5명의 남자 대학 생(평균 25.8±1.3세)과 5명의 여자 대학생(평균 23.0±1.0세)을 실험 참여자로 선정하였고, 각 실험 참여자는 24시간의 시간 간격을 두고 두 번의 실험(21%와 40%)에 참여하였다. 두 가지 농도의 산소는 무작위로 공급되어 실험 참여 자는 어떤 농도의 산소가 공급되는지 모르게 하였다.
- 각 실험은 그림 1과 같이 Restl(l분), 0-back Task(l 분), 2-back Task(2분), Rest2(4분)의 네 구간으로 구성되어 있다. SuperLab 1.07 (Cedrus Co.) 을 사용하여 제 작된 0-back 및 2-back 과제가 컴퓨터 모니터를 통해 실험 참 여자에게 제시 되었다. 실험 참여자는 키보드 를 통해 반응 버튼을 누르도록 하였다.
- 2-back 과제에서는 3초 간격으 로 40 문자가 제시 되었고, 두 번째 전에 제 시된 문자가 나오면 이를 기억하여 반응 버튼 을 누르게 하였다. 정답은 총 10개가 있었다. Rest2는 산소 공급을 중지한 후 백지 화면을 보고 4분 동안 휴식하는 구간이다.
데이터처리
- 두 개의 실험(21%, 40%)에서 각 실험참여자에 대해 2-back Task의 정답 수와 반응시간을 계 산하였다. paired t-test(SPSS ver. 10.0)를 이용하여 산소 농도에 따라 정답 수와 반응시간에서 통계적으로 유의한 차이가 있는지를 검증하였다. 각 실험 참여자의 혈중 산소 포화도와 심 박동율은 각 구간별(네 구간)로 하나의 평균값이 산출되었다.
- 각 실험 참여자의 혈중 산소 포화도와 심 박동율은 각 구간별(네 구간)로 하나의 평균값이 산출되었다. 산소농도(21%, 40%)와 구간을 독립변인으로 하는 two-way repeated measures ANOVA(SPSS ver. 10.0) 를 사용하여 두 가지 산소 농도 사이에 그리고 각 구간별로 심박동 율과 혈중 산소 포화도에서 유의한 차이가 있 는지를 검증하였다.
- 이것은 인지 처리가 요구되는 구간 에서 21%에 비해 40%의 산소 공급 시 실제 혈중 산소 농도가 증가되어 뇌 활동에 보다 도움을 줄 수 있다는 사실을 의미한다. 표 3 과 같이 산소농도(21%, 40%)와 구간을 독립변 인으로 하는 ANOVA 분석을 수행하였다. 산 소농도(F= 33.
- 그림 4와 표 5와 같이 모든 구간에서 심박 동율은 40%에 비해 21%일 때 증가하였다. 표 6과 같이 산소농도(21%, 40%)와 구간을 독립 변인으로 하는 ANOVA 분석을 수행하였다. 산소농도(F=6.
이론/모형
- Moss(1994) 등은 100%의 산소 공급이 단어 기억력 증가에 긍정적인 영향을 미친다는 사 실을 보고하였다. 본 연구팀에서는 30%의 산 소 공급 시 공간 인지 능력에 어떠한 변화를 유발하는지에 대한 기초 연구를 뇌기능 영상 기법 (functional Magnetic Resonance Imaging: fMRI) 을 이용하여 수행하였다{Chung, et al., 2004 a, b). 일반 공기 중의 산소 농도 환경 (21%)에 비해 30%의 고농도 산소 환경에서 공간 인지 기능을 담당하는 두정엽과 소뇌, 후 두엽, 전두엽 영역의 신경 활성화 면적이 증 가하였다.
성능/효과
- O-back 과제에서 모든 피험자는 두 가지 산소 농도에서 하나의 오답도 발생시키지 않아 본 실험에 집중하였음을 확인할 수 있었다.그림 2와 표 1과 같이 2-back 과제의 평균 정답 율은 2L%와 40% 산소 농도에서 각각 82.
- 구간별 심박동율의 변화를 살펴보면, 안정 상태에 비해 2-back 과제 구간에서 심박동율이 증가하였다. 이것은 인지 처리가 이루어지는 구간에서 심장 부하가 증가한다는 사실을 의 미하고, 인지 처리 수행 시 심박동율이 증가 한다는 선행 연구 결과와 일치하는 것이다.
- 이것은 뇌 신진대사가 활성화 되는 구간에서 21%에 비해 40%의 산소 공급이 실제 혈중 산 소 농도를 증가시켜 뇌 활성화를 촉진시킬 수 있다는 사실을 증명하는 결과이다. 구간별 혈 중 산소 포화도 변화를 살펴보면, 구간별로 유의한 차이가 있었고 안정 상태에 비해 인지 처리가 이루어지는 구간에서 혈중 산소 포화 도가 증가하는 경향이 있었다. 이것은 인지 처리 수행 시 산소 요구량이 증가한다는 선행 연구 결과와 유사한 것이다{Backs & Selijos, 1994; Baddley, 1986; Turner & Carroll, 1985).
- 본 연구 결과로부터 외부의 고농도 산소 공 급이 혈중 산소 포화도를 증가시켜 인지 능력 증가에 긍정적인 영향을 미치고, 심박동율을 감소시킨다는 결론을 도출할 수 있다. 그러므로 본 연구는 21%와 40%의 산소 농도일 때 인지 처리 능력의 변화뿐만 아니라, 생리 신 호의 변화까지 관찰하여, 산소의 긍정적인 효과를 보다 객관적이고 신뢰성 있게 판단 할 수 있는 근거를 마련하였다. 향후 다양한 산 소 농도에 대한 연구로부터 인지 기능을 최대한 높일 수 있는 최적의 산소 농도를 찾는 연구가 필요할 것이다.
- 01)에서 유의한 차이가 나타나 21%와 40% 산소 농도 사이에 그리고 구간별로 혈중 산소 농도가 유의미한 차이가 있다는 사실이 관찰되었다. 그리고 산소농 도와 구간의 상호작용 효과(F= 11.788, df=3, 27, pCO.OOl)가 관찰되어, 두 가지 산소 농도에 따라 혈중 산소 농도의 변화 양상이 차이가 있는 것으로 나타났다. 상호 작용 효과를 해석 하기 위해 표 4와 같이 산소농도별로 구간의 단순 주효과 분석을 실시하였다.
- 일반 공기 중의 산소 농도 환경 (21%)에 비해 30%의 고농도 산소 환경에서 공간 인지 기능을 담당하는 두정엽과 소뇌, 후 두엽, 전두엽 영역의 신경 활성화 면적이 증 가하였다. 또한 공간 과제 수행 결과에서도 30% 농도의 산소 공급일 때 평균 정답률이 유의하게 증가하였다. 이것으로부터 고농도 산소공급이 인지 처리에 필요한 산소 공급을 충분하게 하고 신진대사를 보다 활성화시켜 과제 수행 능력도 증가한다는 결론을 도출하였다.
- 본 연구 결과로부터 외부의 고농도 산소 공 급이 혈중 산소 포화도를 증가시켜 인지 능력 증가에 긍정적인 영향을 미치고, 심박동율을 감소시킨다는 결론을 도출할 수 있다. 그러므로 본 연구는 21%와 40%의 산소 농도일 때 인지 처리 능력의 변화뿐만 아니라, 생리 신 호의 변화까지 관찰하여, 산소의 긍정적인 효과를 보다 객관적이고 신뢰성 있게 판단 할 수 있는 근거를 마련하였다.
- , 2004 a, b). 본 연구에서도 40%의 산소 공급시 2-back 과제 수행 능력이 유의하게 증가하여, 40%의 산소가 2-back 과제 수행 능력 향상에도 긍정적인 영향을 미친다 는 결론을 도출할 수 있었다.
- 선행 연구에서 고농도의 산소 공급이 뇌 활 성화 양을 증가시켜 공간 인지 능력이 향상 되었다는 사실을 뇌기능 영상 결과(fMRI)로부터 유도하였지만, 고농도의 산소 공급으로 실제 혈중 산소 농도가 증가되어 뇌 활성화에 사용될 수 있었는지에 대한 검증이 없었다. 본 연구의 결과에서 21%에 비해 40%의 산소 를 공급할 때 인지 처리가 요구되는 2-back 과 제 구간에서 혈중 산소 포화도는 유의미하게 컸고(그림 3), 과제 수행 능력도 증가하였다. 이것은 뇌 신진대사가 활성화 되는 구간에서 21%에 비해 40%의 산소 공급이 실제 혈중 산 소 농도를 증가시켜 뇌 활성화를 촉진시킬 수 있다는 사실을 증명하는 결과이다.
- 상호 작용 효과를 해석 하기 위해 표 4와 같이 산소농도별로 구간의 단순 주효과 분석을 실시하였다. 분석결과 21% 산소농도에서는 구간의 효과가 없는 것으로 나타났으며(F=.88O, df=3, 27, p>.5), 40% 산 소농도에서는 구간의 효과가 있는 것으로 나 타났다(F= 18.301, df=3, 27, p<.001). 어느 구간 에서 유의한 차이가 있는지 파악하기 위하여 대비분석을 추가로 실시한 결과, O-back 과제 와 2-back 과제수행시의 혈중 산소 포화도가 Restl 과 Rest2 구간보다 높았으며 (F=50.
- 표 3 과 같이 산소농도(21%, 40%)와 구간을 독립변 인으로 하는 ANOVA 분석을 수행하였다. 산 소농도(F= 33.662, df=l, 9, p<0.001)와 구간 (F=6.327, df= 3, 27, p<0.01)에서 유의한 차이가 나타나 21%와 40% 산소 농도 사이에 그리고 구간별로 혈중 산소 농도가 유의미한 차이가 있다는 사실이 관찰되었다. 그리고 산소농 도와 구간의 상호작용 효과(F= 11.
- 산소농도와 구간의 상호작 용 효과는 없는 것으로 나타나 두 가지 산소 농도에 따라 심박동율의 변화 양상은 차이가 없는 것으로 나타났다.5).
- 001). 어느 구간 에서 유의한 차이가 있는지 파악하기 위하여 대비분석을 추가로 실시한 결과, O-back 과제 와 2-back 과제수행시의 혈중 산소 포화도가 Restl 과 Rest2 구간보다 높았으며 (F=50.188,df=l, 27, p<.001), Restl 구간의 혈중 산소 포 화도가 Rest2 구간보다 높았다<F=4518, df= 1, 27, p<.05). 그러나, 0-back 과제수행시와 2- back 과제수행시에 혈중 산소 포화도는 차이가 없는 것으로 나타났다(F=.
- 또한 공간 과제 수행 결과에서도 30% 농도의 산소 공급일 때 평균 정답률이 유의하게 증가하였다. 이것으로부터 고농도 산소공급이 인지 처리에 필요한 산소 공급을 충분하게 하고 신진대사를 보다 활성화시켜 과제 수행 능력도 증가한다는 결론을 도출하였다.
- 또한 기억해야할 단어가 많으면 많을 수록 심박동율과 호흡의 증가량은 커지고, 산 소 요구량이 증가한다는 보고도 있었다<Backs & Selijos, 1994). 이러한 연구 결과로부터 인지 처리 수행은 심박동율, 호흡, 산소 소모의 증 가와 같은 생리 변화를 유발하고, 인지 처리 의 요구가 커지고 인지 부하가 증가할수록 생 리 변화도 커진다는 사실을 알 수 있다.
- , 2004 a, b). 일반 공기 중의 산소 농도 환경 (21%)에 비해 30%의 고농도 산소 환경에서 공간 인지 기능을 담당하는 두정엽과 소뇌, 후 두엽, 전두엽 영역의 신경 활성화 면적이 증 가하였다. 또한 공간 과제 수행 결과에서도 30% 농도의 산소 공급일 때 평균 정답률이 유의하게 증가하였다.
후속연구
- 학습, 추리, 지각, 정서 등의 다양한 인간의 인지 처리에 고농도의 산 소 공급이 어떠한 변화를 유발하는지에 대한 연구도 필요할 것이다. 또한 고농도 산소 공 급의 인지 기능에 대한 긍정적인 효과뿐만 아니라 인간의 다양한 신체적 및 정신적 부정적 효과에 대한 검증 연구도 필요할 것으로 판단된다.
- 향후 다양한 산 소 농도에 대한 연구로부터 인지 기능을 최대한 높일 수 있는 최적의 산소 농도를 찾는 연구가 필요할 것이다. 본 연구에서와 같이 인 지 기능의 단기 효과(8분 동안의 짧은 실험 시간) 뿐만 아니라 장기적으로 고농도의 산소 가 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구도 필 요할 것으로 생각된다. 학습, 추리, 지각, 정서 등의 다양한 인간의 인지 처리에 고농도의 산 소 공급이 어떠한 변화를 유발하는지에 대한 연구도 필요할 것이다.
- 본 연구에서와 같이 인 지 기능의 단기 효과(8분 동안의 짧은 실험 시간) 뿐만 아니라 장기적으로 고농도의 산소 가 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구도 필 요할 것으로 생각된다. 학습, 추리, 지각, 정서 등의 다양한 인간의 인지 처리에 고농도의 산 소 공급이 어떠한 변화를 유발하는지에 대한 연구도 필요할 것이다. 또한 고농도 산소 공 급의 인지 기능에 대한 긍정적인 효과뿐만 아니라 인간의 다양한 신체적 및 정신적 부정적 효과에 대한 검증 연구도 필요할 것으로 판단된다.
- 그러므로 본 연구는 21%와 40%의 산소 농도일 때 인지 처리 능력의 변화뿐만 아니라, 생리 신 호의 변화까지 관찰하여, 산소의 긍정적인 효과를 보다 객관적이고 신뢰성 있게 판단 할 수 있는 근거를 마련하였다. 향후 다양한 산 소 농도에 대한 연구로부터 인지 기능을 최대한 높일 수 있는 최적의 산소 농도를 찾는 연구가 필요할 것이다. 본 연구에서와 같이 인 지 기능의 단기 효과(8분 동안의 짧은 실험 시간) 뿐만 아니라 장기적으로 고농도의 산소 가 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구도 필 요할 것으로 생각된다.
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