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문제 정의
- 따라서 위와 같은 점에 착안하여 본 시스템은 다양한 부위를 자극하여 피험자의 체성감각계를 활성화시켜 자세 안정성을 유도할 수 있는 시스템을 개발하였다. 또한 이 체성감각 자극 시스템을 통한 자세 안정성을 평가하기 위해서 불안정한 자세 유도 후, 진동 자극의 유무와 자극 부위에 따른 COP(Center of Pressure, 압력중심) 변동을 즉정하여 자극 효과를 분석 고찰하였다.
- 본 시스템은 발바닥과 발목 관절 근육에 체성감각계의 촉각자극과 고유수용감각을 자극시 키 는 진동 자극제시 부와 진동 자극으로 유도된 자세 안정성의 영향을 측정하기 위한 자세균형 측정부로 구성하여 새로운 체성감각 자극 시스템을 개발하였다. 이 체성감각 자극 시스템의 자세 안정성에 대한 영향을 평가하기 위해 불안정한 자세를 유도한 후, 진동 자극의 유무와 자극 부위에 따른 COPrms를 측정하여 체성감각 자극 효과를 분석하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 시스템은 체성감각계의 촉각과 고유수용감각을 자극시키는 진동 자극제시부와 진동 자극으로 유도된 자세 안정성의 영향을 측정하기 위한 자세균형 측정부로 구성하여 새로운 체성감각 자극 시스템을 제안하고자 한다.
- 그러므로 자세 안정성을 증진시키기 위해서는 자세조절에 관여하는 감각을 증진시켜야 한다. 이 감각들 중 체성감■긱에 진동자극을 제시하여 자세 안정성의 증진에 도움을 주는 효과에 대해 논의하도록 한다.
제안 방법
- 있다. 8개의 진동소자(10g, a diameter of 1cm, JHV-10A1, JAHWA ELECTRONICS Co.)를 양 발의 발목보호대에 고유수용감각을 자극시키기 위하여 발목 근육의 신전을 담당하는 전경골근(Tibialis Anterior, T/公과 하퇴 삼두근(Triceps Surae, TS) 부위에 촉각을 자극시키기 위하여 양발의 발바닥 중앙(Right Plantar zone, RP, Left Plantar zone, LP)의 두 부분에 부착하였다.
- 나누어 수행하였다.: (1) 시각적인 단서와 진동자극이 제시될 때 (2) 시각적인 단서와 진동자극이 제시되지 않을 때(3) 시각적인 단서는 제시되고 진동자극은 제시되지 않을 때 (4) 시각적인 단서는 제시되지 않고 진동자극은 제시될 때로 나누어 COP 변동을 측정한다.
- 발목보호대에 진동모터를 부착한 진동자극 제시 시스템에서 피험자의 COP를 측정하기 위해 안정판과 불안정판을 이용하였다. 각 지지대에서 얻어지는 신호는 증폭되어 NI 사의 PCI-6024E DAQ 보드를 통하여 컴퓨터에 입력하여 측정하였다.
- 모니터 화면상에 좌표축의 영점과 제시되는 원의 중심 사이의 거리가 60mm로 일정하도록 그림 7에서 안정 자세인 중심영역 (center) 과 불안정 자세인 전, 후 좌, 우(anterior, posterior, left, right)영역에 지름 20mm의 목표 원을 제시하였으며, 제시되는 방향의 순서는 무작위순으로 하여 예싱에 의한 준비나 순서에 따른 학습의 효과를 배제하고자 하였다. 각각의 목표마다 피험자는 자신의 COP 궤적을 원의 중심에 도달하도록 몸의 중심을 이동하도록 하였고 원 안에 들어간 후에는 30초 간 COP를 원 안에 유지하도록 하였다. 인간의 자세 안정성 범위(limit of stability)는 인간이 전후좌우영역으로 낙상 없이 최대로 기울일 수 있는 각도를 말하며, 전-후 방향으로 12.
- 두 번째 실험은 시각적인 단서 없이 피험자가 촉각자극부위와 고유수용감각 자극 부위를 나누어 진동자극을 인가한 후 안정자세와 불안정한 자세에서 4가지 조건으로 나누어 수행하였다. (1) 진동자극 없이 중심, 전 후, 좌, 우 영역에 대해 자세 유지 (2) 모든 부위의 진동자극 제시되면서 중심, 전, 후, 좌, 우 영역에 대해 자세 유지 (3) 고유수용감각 부위 자극으로 TA와 TS 부위에 각각 진동자극이 제시되면서 중심, 전, 후 영역에 대해 자세 유지 (4) 촉각 부위자극으로 RP와 LP 부위에 각각 진동자극이 제시되면서 중심, 전, 후 영역에 대해 자세 유지할 때로 나누어 COP 변동을 즉정한다.
- 유도할 수 있는 시스템을 개발하였다. 또한 이 체성감각 자극 시스템을 통한 자세 안정성을 평가하기 위해서 불안정한 자세 유도 후, 진동 자극의 유무와 자극 부위에 따른 COP(Center of Pressure, 압력중심) 변동을 즉정하여 자극 효과를 분석 고찰하였다.
- 자세 제시를 위해 피험자의 눈높이에 모니터를 설치하고, 피험자가 직접 자신의 COP를 볼 수 있도록 하였다. 모니터 화면상에 좌표축의 영점과 제시되는 원의 중심 사이의 거리가 60mm로 일정하도록 그림 7에서 안정 자세인 중심영역 (center) 과 불안정 자세인 전, 후 좌, 우(anterior, posterior, left, right)영역에 지름 20mm의 목표 원을 제시하였으며, 제시되는 방향의 순서는 무작위순으로 하여 예싱에 의한 준비나 순서에 따른 학습의 효과를 배제하고자 하였다. 각각의 목표마다 피험자는 자신의 COP 궤적을 원의 중심에 도달하도록 몸의 중심을 이동하도록 하였고 원 안에 들어간 후에는 30초 간 COP를 원 안에 유지하도록 하였다.
- 목표 원 안에서 COPrms를 안정판과 불안정판에서 시각자극과 진동 자극제시 유무에 따른 네 가지 조건에서 측정하였다. 그림 8은 안정판과 불안정판에서 목표 원의 방향에 따라 COP를 유지하게 할 때, 시각자극과 촉각과 고유수용감각의 동시 진동 자극의 제시 유무에 따른 4가지 실험 조건에서 COPrms 데이터이다.
- 체성감각계의 자극을 위한 진동 제시부와 진동에 의해서 피험자의 cop을 측정하기 위한 측정부로 구성되어 있다. 발목보호대에 진동모터를 부착한 진동자극 제시 시스템에서 피험자의 COP를 측정하기 위해 안정판과 불안정판을 이용하였다. 각 지지대에서 얻어지는 신호는 증폭되어 NI 사의 PCI-6024E DAQ 보드를 통하여 컴퓨터에 입력하여 측정하였다.
- 실험은 촉각자극과 고유수용감각의 자극 부위에 따라 두가지로 나뉘어 힘판과 불안정판 지지대 위에서 안정자세와 불안정한 자세를 30초간 유지하는 것으로 실행하였다.
- 안정판과 불안정판 지지대에서 피험자의 발은 어깨 넓이만큼 벌리고, 좌우대칭이 되도록 서게 하였으며, 실험은 2번 반복으로 수행되었으며 각 조건 사이의 휴식시간은 1분으로 하였지만 피험자가 피로를 호소할 경우 측정을 중단하고 충분한 휴식을 취하도록 하였다.
- 개발하였다. 이 체성감각 자극 시스템의 자세 안정성에 대한 영향을 평가하기 위해 불안정한 자세를 유도한 후, 진동 자극의 유무와 자극 부위에 따른 COPrms를 측정하여 체성감각 자극 효과를 분석하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 5° 기울여 유지하도록 하였다. 이때 분석 지표로서 원 안에서 COP 변동의 RMS(root mean square) 값을 평가지표로 구하였다[14]. COPrms는 COP 변동의 범위를 의미하며 값이 클수록 신체 동요가 커짐을 의미한다.
- 자세 제시를 위해 피험자의 눈높이에 모니터를 설치하고, 피험자가 직접 자신의 COP를 볼 수 있도록 하였다. 모니터 화면상에 좌표축의 영점과 제시되는 원의 중심 사이의 거리가 60mm로 일정하도록 그림 7에서 안정 자세인 중심영역 (center) 과 불안정 자세인 전, 후 좌, 우(anterior, posterior, left, right)영역에 지름 20mm의 목표 원을 제시하였으며, 제시되는 방향의 순서는 무작위순으로 하여 예싱에 의한 준비나 순서에 따른 학습의 효과를 배제하고자 하였다.
- 첫 번째 실험은 촉각자극 부위와 고유수용감각 자극 부위를 모두 자극시키고 지지대의 특성에 따른 자세안정성을 평가하고자 안정자세와 불안정한 자세에서 네 가지 조건으로 나누어 수행하였다.: (1) 시각적인 단서와 진동자극이 제시될 때 (2) 시각적인 단서와 진동자극이 제시되지 않을 때(3) 시각적인 단서는 제시되고 진동자극은 제시되지 않을 때 (4) 시각적인 단서는 제시되지 않고 진동자극은 제시될 때로 나누어 COP 변동을 측정한다.
대상 데이터
- 힘판의 크기는 가로 600mm, 세로 400mm, 높이 50mm이다. 불안정판의 크기는 길이 550mm, 넓이 390mm로 정하였으며 높이는 130mm, 곡률 반경은 200mm이다. 불안정판의 앞뒤 최대 기울기 각도는 28。이고 좌우 최대기울기 각도는 18。이다.
- 그림 9. 안정판과 불안정판에서 고유수용감각 자극 부위에 따른 COP rms 데이터.
- 진동 제시에 따른 COP를 측정하고 분석하기 위하여 네개의 로드셀(load cell)을 설치한 힘판을 안정판으로 2개의 기울기 센서(tilt sensor)가 설치된 불안정판을 그림 3에서처럼 이용하였다. 힘판의 크기는 가로 600mm, 세로 400mm, 높이 50mm이다.
- 체성감각 자극인 진동 자극이 자세 안정성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 20대 성인 남녀(남자: 5명, 여자: 5명, 나이: 23.1±3.5)를 대상으로 실험을 진행하였다. 피험자들은 모두 신경학적, 전정기관, 시각, 근골격계 및 촉각에 이상이 없는 건강한 사람들을 대싱.
- 이용하였다. 힘판의 크기는 가로 600mm, 세로 400mm, 높이 50mm이다. 불안정판의 크기는 길이 550mm, 넓이 390mm로 정하였으며 높이는 130mm, 곡률 반경은 200mm이다.
데이터처리
- 통계분석은 SPSS 12.0 version을 이용하여 첫 번째 실험에서는 모든 부위 진동자극으로 목표 원의 방향, 지지대의 기울기 정도 시각자극과 진동 자극의 제시 유무에 따라 COP 변동의 RMS값을 구하여 삼원배치 분산분석(3-way ANOVA test)을 실시하였고, 두 번째 실험에서는 부분 진동자극으로 목표 원의 방향과 지지대의 기울기 정도에 따라 COP 변동의 RMS값을 구하여 이원배치 분산분석(2-way ANOVA test)을 실시하여 결과 값의 유의성을 획득하였다. 통계적 유의성 검정을 위한 p 값은 0.
성능/효과
- 004). 각 목표 원의 방향에서 실험조건에 따른 안정판과 불안정판의 비교는 힘판에서의 COPrms 가 더 작았으며, 목표 원의 방향, 시각자극과 진동자극 유무에 따른 결과는 유의하지 않았다(vibration X visual X target direction: F") 0 = 1.110, p = 0.353).
- 후 영역에서 불안정한 자세를 유지하는 동안 힘판에서 진동자극을 인가하지 않았을 때 보다 자극을 인가하였을 때의 COPrms 값이 더 작고 하퇴삼두근에 자극을 인가하였을 때 제일 작은 값을 보였다(support: Fi" = 10.011, p = 0.002, vibration region: F%i6o = 32.358, p = 0.001, support x vibration region: F3」&)= 4.269, p = 0.008).
- 수행하였다. (1) 진동자극 없이 중심, 전 후, 좌, 우 영역에 대해 자세 유지 (2) 모든 부위의 진동자극 제시되면서 중심, 전, 후, 좌, 우 영역에 대해 자세 유지 (3) 고유수용감각 부위 자극으로 TA와 TS 부위에 각각 진동자극이 제시되면서 중심, 전, 후 영역에 대해 자세 유지 (4) 촉각 부위자극으로 RP와 LP 부위에 각각 진동자극이 제시되면서 중심, 전, 후 영역에 대해 자세 유지할 때로 나누어 COP 변동을 즉정한다.
- 1. 진동자극을 이용한 체성감각 자극을 제시하지 않았을 때보다 제시하였을 때 더 자세 안정성을 확보할 수 있었다.
- 2. 안정판 지지대에서보다 불안정판 지지대에서 진동자극으로 체성감각 자극을 인가하였을 때 COPrms 감소율이 더 크게 나타났고, 이는 진동자극으로 유도된 구심성 신경흐름이 불안정한 지지면 상태에서 더 활성화되어 자세안정성의 효과가 더 크게 증가하였기 때문이다.
- 3. 고유수용감각 자극 부위로 발목 신전 근육을 자극하였을경우, 진동자극을 인가한 근의 위치 방향으로 불안정 자세를 유지할 수 있었고, 촉각 자극 부위로 발바닥을 자극하였을 경우, 진동자극을 인가한 발바닥의 반대 방향으로 불안정 자세를 유지할 때 자세 안정성을 확보할 수 있었다.
- 작다면 자세 안정성이 높음을 의미한다. COPrms 항목에서 진동자극을 제시하지 않았을 때보다 진동자극을 제시하였을 때 더 안정된 자세 균형 제어를 하였으며, 시각자극이 제시되었을 때 자세가 좀 더 안정적으로 유지하였다. 이는 발바닥에서 백색잡음 신호로 진동을 인가했을 때 진동에 민감하게 반응하고 그 대역폭이 20Hz-400Hz로 넓은 범위에서 반응하는 파치니(pacini) 촉각수용기와 근방추의 구심성 신경섬유 중 4군 구심섬유(primary afferent)?} 흥분하여 각각 촉각과 고유수용감각을 피드백 함으로써 피험자의 자세 안정성 제어 능력에 도움이 되는 것을 알 수 있었다.
- COPrms 항목에서 진동자극을 제시하지 않았을 때보다 진동자극을 제시하였을 때 더 안정된 자세 균형 제어를 하였으며, 시각자극이 제시되었을 때 자세가 좀 더 안정적으로 유지하였다. 이는 발바닥에서 백색잡음 신호로 진동을 인가했을 때 진동에 민감하게 반응하고 그 대역폭이 20Hz-400Hz로 넓은 범위에서 반응하는 파치니(pacini) 촉각수용기와 근방추의 구심성 신경섬유 중 4군 구심섬유(primary afferent)?} 흥분하여 각각 촉각과 고유수용감각을 피드백 함으로써 피험자의 자세 안정성 제어 능력에 도움이 되는 것을 알 수 있었다.
- 이것은 진동으로 유도된 구심성 신경 흐름이 불안정한 지지면 상태에서 더 활성화됨을 의미한다. 그러나 첫 번째 실험 연구 결과에서는 특정 방향에 서체성감각 자극으로 자세 안정성에 대한 영향을 볼 수 없었다. 특정 방향에서의 체성감각 자극과 자세 안정성의 효과는 두 번째 실험에서 고찰하도록 한다.
- 으로 하였다. 또한 피험자들은 사전에 유사한 실험에 참여한 적이 없으며, 실험 전실험에 관한 모든 사항에 대하여 충분한 설명을 들었다.
- 001). 시각자극과 진동자극 제시 유무에 따른 조건에서는 시각자극과 진동자극이 같이 제시될 때 COPrms는 가장 작았으며, 시각자극과 진동자극이 같이 제시되지 않았을 때 가장 컸다. 시각자극이나 진동자극이 제시될 때의 조건은 비슷한 수치를 보였다(vibration: Fi, 4oo = 94.
- 001). 시각자극과 진동자극 제시 유무에 따른 조건에서는 시각자극과 진동자극이 같이 제시될 때 COPrms는 가장 작았으며, 시각자극과 진동자극이 같이 제시되지 않았을 때 가장 크게 나타났다. 시각자극이나 진동자극이 어느 한 자극만 제시될 때의 조건은 비슷한 수치를 보였다(vibration: Fl, 4oo= 119.
- Lekhel[9]은 소형진동기로 눈, 목, 발목 근육을 자극했고 정적 기립자세 동안 자세 조절을 위한 이들 근육으로의 고유수용성 감각 입력의 기여를 연구했는데, 눈 근육에 대한 진동으로 눈을 감고 서 있는 대상자는 진동되어진 근육의 흔들림 방향에 따라 신체가 흔들리는 것을 발견했다. 신체 흔들림은 또한 흉쇄유돌근(sternocleidomastoid muscle)과 가자미근(soleus muscle)의 진동으로도 일어났다. 이것은 신체 모든 부위에서 체성감각계의 입력으로 진동 자극이 정적 기립자세의 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 암시한다.
- 이번 연구 결과는 진동자극을 이용한 체성감각 자극으로 자세 안정성을 확보할 수 있었으며, 체성감각 자극 부위에 따라 자세 안정성을 확보할 수 있는 방향성의 특성이 있음을 고찰하였다.
- 이번 연구에서 크게 주목해야할 점은 안정판 보다 불안 정판 지지대에서의 진동 자극으로 인한 COPrms의 감소율이 더 컸던 점이다(시각자극이 제시될 때: Fi, i8o = 80.562, p = 0.001, 시각자극이 제시되지 않았을 때: F1, i80 = 27.913, p = 0.001). 이는 이전의 지지면의 경사와 관련한 자세균형 조절연구 결과와 일치한다.
후속연구
- 인간이 자세를 조절하기 위해서는 시각, 전정감각, 체성감각으로부터 입력된 정보가 중추신경계에서 통합되어 처리된 후 신체의 반사적 조절을 유발시키는 과정을 필요로 한다[3]. 이러한 감각들은 사고를 당하거나, 나이가 듦에 따라 약화되어 자세조절에 관장하는 시스템에 약화된 감각 또는 부정확한 정보를 제공할 것이다. 약화된 자세 조절은 비정상적인 보행 및 낙상의 위험을 증가시키며, 이러한 위험은 점차적인 신체 기능의 약화를 야기할 수도 있다.
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