뇌 기능 연구 분야에서는 MRI, PET, MEG 영상 시스템 등을 이용한 인지기능에 대한 정량적 평가 연구가 계속적으로 이루어 지고 있다. 최근에는 컴퓨터 기술을 응용하여 인지 기능의 정량적 분석을 효과적으로 하고자 시도되고 있다. 본 연구에서는 터치 스크린을 이용하여 인지 기능의 정량적 평가를 할 수 있는 소프트웨어 패키지를 구현하였다. 여기서 구현된 내용은 집중력, 숫자 기억력, 조합 기억력, 위상 기억력, 시각 및 근육 반응, 청각 반응 등으로 되어 있다. 우리는 구현된 소프트웨어에 대하여 실험적 검증과정을 거치고자 20~59세까지의 연령 및 성별에 따른 80명을 대상으로 실험을 수행하였다. 남녀 모두 40세 이후의 연령에서 인지기능의 감쇄가 일어나는 결과를 정량적 획득하였다. 본 연구에서는 고가 장비인 영상 시스템뿐만 아니라 상대적으로 간소화된 소프트웨어를 이용하여서도 인지기능의 정량적 평가가 가능함을 보여주고 있다. 이러한 방법을 적용하여 다양한 그룹의 인지 기능의 정량적 평가 및 비교를 수행하는 데 비용과 시간을 줄일 수 있을 것으로 보인다.
뇌 기능 연구 분야에서는 MRI, PET, MEG 영상 시스템 등을 이용한 인지기능에 대한 정량적 평가 연구가 계속적으로 이루어 지고 있다. 최근에는 컴퓨터 기술을 응용하여 인지 기능의 정량적 분석을 효과적으로 하고자 시도되고 있다. 본 연구에서는 터치 스크린을 이용하여 인지 기능의 정량적 평가를 할 수 있는 소프트웨어 패키지를 구현하였다. 여기서 구현된 내용은 집중력, 숫자 기억력, 조합 기억력, 위상 기억력, 시각 및 근육 반응, 청각 반응 등으로 되어 있다. 우리는 구현된 소프트웨어에 대하여 실험적 검증과정을 거치고자 20~59세까지의 연령 및 성별에 따른 80명을 대상으로 실험을 수행하였다. 남녀 모두 40세 이후의 연령에서 인지기능의 감쇄가 일어나는 결과를 정량적 획득하였다. 본 연구에서는 고가 장비인 영상 시스템뿐만 아니라 상대적으로 간소화된 소프트웨어를 이용하여서도 인지기능의 정량적 평가가 가능함을 보여주고 있다. 이러한 방법을 적용하여 다양한 그룹의 인지 기능의 정량적 평가 및 비교를 수행하는 데 비용과 시간을 줄일 수 있을 것으로 보인다.
Imaging studies using MRI, PET, and/or MEG have been primary evaluation methods to quantitatively assess cognitive function. Recent advances in computational technology and information technology may allow a novel evaluation methodology to quantitate cognitive function more cost-effectively. In this...
Imaging studies using MRI, PET, and/or MEG have been primary evaluation methods to quantitatively assess cognitive function. Recent advances in computational technology and information technology may allow a novel evaluation methodology to quantitate cognitive function more cost-effectively. In this study, we developed a software package composed of a series of tests to evaluate cognitive ability combined with a user-friendly touch screen input device. This cognitive assessment tool can quantitate concentration, numeric memory, associative memory, topological memory, visual and muscular reaction, and acoustic reaction over a relatively short testing time. We performed an empirical study on eighty normal subjects aged 20 and 59 years old using the developed evaluation methods. Age-related cognitive deterioration after 40 years old was confirmed. There was no difference in cognitive ability between male and female in the same age group. This study demonstrates the feasibility of a simple but effective evaluation software tool to quantitatively assess cognitive ability. This methodology may provide improved accessibility and reduced costs to perform cognitive function studies to compare between various subject groups.
Imaging studies using MRI, PET, and/or MEG have been primary evaluation methods to quantitatively assess cognitive function. Recent advances in computational technology and information technology may allow a novel evaluation methodology to quantitate cognitive function more cost-effectively. In this study, we developed a software package composed of a series of tests to evaluate cognitive ability combined with a user-friendly touch screen input device. This cognitive assessment tool can quantitate concentration, numeric memory, associative memory, topological memory, visual and muscular reaction, and acoustic reaction over a relatively short testing time. We performed an empirical study on eighty normal subjects aged 20 and 59 years old using the developed evaluation methods. Age-related cognitive deterioration after 40 years old was confirmed. There was no difference in cognitive ability between male and female in the same age group. This study demonstrates the feasibility of a simple but effective evaluation software tool to quantitatively assess cognitive ability. This methodology may provide improved accessibility and reduced costs to perform cognitive function studies to compare between various subject groups.
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문제 정의
본 논문에서는 용이한 검사가 가능하도록 터치스크린을 이용하여 인지기능 측정 소프트웨어를 개발하고 이를 이용하여 전산화 인지기능평가의 장점을 살리면서 자극의 제시와 검사 수행과정의 자동화를 통하여 한국 성인을 대상으로 한 정량적 임상연구를 수행하고자 하였다. 이를 위해서는 일관된 측정이 가능한 측정 모델 소프트웨어의 검증을 수행하였고 연령별 및 성별 측정결과를 수집하여 정상인을 대상으로 한 정량적 한국 표준인지 지표 자료를 제시하고자 하였다.
측정 소프트웨어는 7가지 테스트를 통하여 집중력, 기억력, 반응시간을 측정할 수 있는 프로토콜을 사용하였다. 이는 인지기능 측정 소프트웨어의 임상적 평가 및 유용성 검증이 가능하며 측정된 데이터를 바탕으로 정량적 분석을 통하여 노화에 따른 인지기능의 표준 지표가 가능함을 보이고자 한다.
본 논문에서는 용이한 검사가 가능하도록 터치스크린을 이용하여 인지기능 측정 소프트웨어를 개발하고 이를 이용하여 전산화 인지기능평가의 장점을 살리면서 자극의 제시와 검사 수행과정의 자동화를 통하여 한국 성인을 대상으로 한 정량적 임상연구를 수행하고자 하였다. 이를 위해서는 일관된 측정이 가능한 측정 모델 소프트웨어의 검증을 수행하였고 연령별 및 성별 측정결과를 수집하여 정상인을 대상으로 한 정량적 한국 표준인지 지표 자료를 제시하고자 하였다. 측정 소프트웨어는 7가지 테스트를 통하여 집중력, 기억력, 반응시간을 측정할 수 있는 프로토콜을 사용하였다.
각각의 단계마다 숫자의 자릿수가 늘어나는 것에 따라 숫자를 기억하는 시간을 자릿수가 하나씩 증가할 때마다 1초씩 추가하였다. 이에 대한 결과 값은 실험자가 기억한 숫자의 자릿수를 통해 단기 회상 기억력을 평가하고자 하였다.
제안 방법
1) 집중력 평가(Concentration): 집중력 검사는 1∼15까지 각각의 블록 도형에 배열된 숫자들을 1부터 15까지 오름차순으로 누르는 데 걸리는 시간을 측정하였다.
이러한 반응시간을 검사하는 방법에는 반응속도를 측정하는 영역의 단순반응시간, 반응속도와 판단을 측정하는 영역의 선택반응시간, 협조를 측정하는 영역의 수지타진검사 등이 있으며, 시간구성에 따라 단기 자극 검사 및 장기 자극 검사 등이 있다.20) 본 논문에서는 단순반응시간을 측정하기 위해 시각반응 및 청각반응에 테스트를 구성하였다. 부수적으로 뇌의 반응시간이 근육반응과의 연계성을 보여주기 위한 근육반응속도를 측정하였다.
숫자 기억력 평가는 숫자 입력에 제한시간이 없으며, 몇 자리 수까지 숫자를 기억하는 지를 평가하게 된다. 각각의 단계마다 숫자의 자릿수가 늘어나는 것에 따라 숫자를 기억하는 시간을 자릿수가 하나씩 증가할 때마다 1초씩 추가하였다. 이에 대한 결과 값은 실험자가 기억한 숫자의 자릿수를 통해 단기 회상 기억력을 평가하고자 하였다.
피실험자는 6가지의 테스트를 진행하며, 시각 반응 평가 시 근육 반응 평가가 동시에 이루어지므로 결과는 7가지가 도출된다. 각각의 평가에 따른 실험결과들은 정량적 값들로 이루어져 있으며, 이에 대한 결과들은 데이터베이스에 저장하여 추후 실험 결과와 비교할 수 있도록 데이터베이스를 설계하였다. 이는 측정 데이터의 지속적인 축적이 가능하게 해서 시간에 따른 동일 실험자의 테스트 결과 변화에 대한 분석도 가능할 것이다.
본 논문에서는 인지기능 측정 프로토콜을 집중력(Concentration), 기억력(Memory), 반응시간(Reaction Time)으로 분류하여 소프트웨어를 구성하였다. 기억력은 숫자기억력, 조합기억력, 위상기억력을 측정할 수 있는 단기기억력 측정과 반응시간은 시각과 청각반응시간을 측정할 수 있도록 하였다. 부가적으로 근육반응시간도 측정할 수 있도록 하였다.
주어지는 숫자 위치와 블록 도형은 반복 실험에 의한 학습효과를 줄이기 위하여 랜덤하게 구성되도록 하였다. 또한 실험자가 현재 진행 중인 숫자를 위에 표시함으로써 다음 진행해야 할 숫자를 인지 할 수 있도록 하였으며, 이에 대한 결과는 수행시간으로 나타냈다.
18,19) 이러한 기억력 검사로는 숫자 따라 하기, 시각 단기 기억력 검사, 시각 도형 학습검사 등이 이용되고 있다. 본 논문에서는 기억력 평가 방법들 중에서 3가지 기억력 평가를 적용하였다. 첫 번째는 단순 공간 기억력으로 10쌍의 그림을 보여주고 같은 쌍을 기억한 후에 일정시간이 지난 후 찾아내는 방법이다.
본 논문에서는 인지기능 측정 프로토콜을 집중력(Concentration), 기억력(Memory), 반응시간(Reaction Time)으로 분류하여 소프트웨어를 구성하였다. 기억력은 숫자기억력, 조합기억력, 위상기억력을 측정할 수 있는 단기기억력 측정과 반응시간은 시각과 청각반응시간을 측정할 수 있도록 하였다.
기억력은 숫자기억력, 조합기억력, 위상기억력을 측정할 수 있는 단기기억력 측정과 반응시간은 시각과 청각반응시간을 측정할 수 있도록 하였다. 부가적으로 근육반응시간도 측정할 수 있도록 하였다. 각 테스트는 아래와 같은 특징을 보여준다.
20) 본 논문에서는 단순반응시간을 측정하기 위해 시각반응 및 청각반응에 테스트를 구성하였다. 부수적으로 뇌의 반응시간이 근육반응과의 연계성을 보여주기 위한 근육반응속도를 측정하였다.
두 번째는 조합 회상 기억력 평가방법으로 사진과 이름을 일정시간 기억한 후 사진과 이름 조합하는 평가방법이다. 세 번째로는 순차적 회상 기억력 방법으로 연속적으로 자리수가 증가되는 숫자를 기억하는 평가방법으로 기억하고 있는 최대 자릿수를 측정하는 것으로 평가한다.
6) 청각 반응 평가(Acoustic Reaction): 청각 반응 평가는 소리 반응에 대한 시간을 측정하는 것으로 인지 능력 검사 중에서 가장 많이 사용하는 방법 중의 하나이다. 실험자는 검사 준비가 되면 시작 버튼을 누른 후 일정 시간이 지난 후 들리는 신호음에 반응하여 최대한 빨리 정지 버튼을 누르도록 하여 신호음에 얼마나 빨리 반응을 하였는가를 측정하게 된다. Fig.
인지 기능의 정량적 측정을 위하여 컴퓨터를 이용한 소프트웨어 구현을 통하여 연령별 및 성별에 대한 인지 기능의 실험적 검증 과정을 거쳤다. 이를 위하여 20대에서 50대까지의 한국 성인을 대상으로 구현된 6가지 테스트를 통하여 7가지의 측정요소를 분석함으로써 성별/연령별 표준 인지기능의 정량화를 하였다. 본 연구대상자들에게서 나온 결과는 연령별, 성별에 따른 인지 기능의 차이가 있음을 정량적으로 보여 주었다.
인지 기능의 정량적 측정을 위하여 컴퓨터를 이용한 소프트웨어 구현을 통하여 연령별 및 성별에 대한 인지 기능의 실험적 검증 과정을 거쳤다. 이를 위하여 20대에서 50대까지의 한국 성인을 대상으로 구현된 6가지 테스트를 통하여 7가지의 측정요소를 분석함으로써 성별/연령별 표준 인지기능의 정량화를 하였다.
1은 전체 소프트웨어의 구성도이다. 전체적인 소프트웨어 실행은 모든 대상자들이 쉽게 사용할 수 있도록 터치스크린 방식을 적용한 UI (User Interface)를 설계하였다. Fig.
이를 위해서는 일관된 측정이 가능한 측정 모델 소프트웨어의 검증을 수행하였고 연령별 및 성별 측정결과를 수집하여 정상인을 대상으로 한 정량적 한국 표준인지 지표 자료를 제시하고자 하였다. 측정 소프트웨어는 7가지 테스트를 통하여 집중력, 기억력, 반응시간을 측정할 수 있는 프로토콜을 사용하였다. 이는 인지기능 측정 소프트웨어의 임상적 평가 및 유용성 검증이 가능하며 측정된 데이터를 바탕으로 정량적 분석을 통하여 노화에 따른 인지기능의 표준 지표가 가능함을 보이고자 한다.
측정 소프트웨어의 각각의 테스트에 대한 충분한 설명과 함께 1회씩 연습을 실행한 후 테스트를 수행하도록 하였다. 테스트의 결과는 자동적으로 데이터베이스에 저장 되도록 하였으며, 각각의 측정결과는 집중력, 기억력과 관련된 숫자, 조합, 위상기억력 측정과 청각 반응, 시각 반응, 근육 반응의 반응속도 측정으로 나누어 정량적 평가를 수행하였다.
측정 소프트웨어의 각각의 테스트에 대한 충분한 설명과 함께 1회씩 연습을 실행한 후 테스트를 수행하도록 하였다. 테스트의 결과는 자동적으로 데이터베이스에 저장 되도록 하였으며, 각각의 측정결과는 집중력, 기억력과 관련된 숫자, 조합, 위상기억력 측정과 청각 반응, 시각 반응, 근육 반응의 반응속도 측정으로 나누어 정량적 평가를 수행하였다. 측정된 결과값들에 대한 통계 분석은 연령별 및 성별에 따라 비교하기 위하여 One-way analysis of variance (ANOVA)를 이용하였다.
대상 데이터
정상인을 대상으로 20대에서 50대의 각 연령별 남녀 각각 10명씩을 선별하여 총 80명을 대상으로 인지 기능 측정 소프트웨어를 통하여 평가를 진행하였다. 실험에 참여하는 지원자는 과거 뇌기능에 질환이 없었던 정상인을 대상으로 하였다.
정상인을 대상으로 20대에서 50대의 각 연령별 남녀 각각 10명씩을 선별하여 총 80명을 대상으로 인지 기능 측정 소프트웨어를 통하여 평가를 진행하였다. 실험에 참여하는 지원자는 과거 뇌기능에 질환이 없었던 정상인을 대상으로 하였다.
데이터처리
측정된 결과값들에 대한 통계 분석은 연령별 및 성별에 따라 비교하기 위하여 One-way analysis of variance (ANOVA)를 이용하였다. 여기서 사용된 것은 SigmaStat 3.5가 통계 분석에 이용되었고, p＜0.05인 경우 통계적으로 차이가 있는 것으로 분석하였다.
테스트의 결과는 자동적으로 데이터베이스에 저장 되도록 하였으며, 각각의 측정결과는 집중력, 기억력과 관련된 숫자, 조합, 위상기억력 측정과 청각 반응, 시각 반응, 근육 반응의 반응속도 측정으로 나누어 정량적 평가를 수행하였다. 측정된 결과값들에 대한 통계 분석은 연령별 및 성별에 따라 비교하기 위하여 One-way analysis of variance (ANOVA)를 이용하였다. 여기서 사용된 것은 SigmaStat 3.
이론/모형
전체적인 소프트웨어 구현은 C＋＋와 MFC (Microsoft Foundation Class)를 사용하였다. 구현된 소프트웨어 내용은 집중력, 기억력(숫자 기억력, 위상 기억력, 조합 기억력), 반응시간(청각 반응, 시각 반응 및 근육 반응) 등이다.
성능/효과
2) 숫자 기억력 평가(Numeric Memory): 숫자 기억력 평가는 숫자의 자릿수를 1자리에서 15자리까지 순차적으로 늘려가며, 생성되는 숫자는 랜덤하게 하였다.
2) 측정하고자 하는 인지기능의 변화는 노화를 통하여 나타나게 되는데 노화에 따른 인지기능의 저하는 동일하게 적용될 수 없으며 개인의 주변 환경이나 습관에 따라 후천적 요인이 작용할 뿐만 아니라 뇌기능영역의 감쇠 정도에 따라 다르게 나타나게 된다.3-6) 또한, 성별, 인종별, 교육 수준에 따라서도 인지기능의 차이가 나타난다고 연구되었다.
4) 위상 기억력 평가(Topological Memory): 위상 기억력 평가에서는 임의로 10쌍의 사진들을 랜덤하게 위치하도록 한 후, 60초 동안 같은 쌍의 사진 위치를 기억할 수 있도록 보여준다.
이것은 남녀 간의 차이보다 연령이 증가함에 따라 집중력과 기억력이 감소하는 것을 의미하는 것이다. 또한, 시각 반응과 청각 반응 평가의 경우도 연령별 차이가 남녀 성별 차이보다 크게 나타나는 결과를 보여주고 있다.
이를 위하여 20대에서 50대까지의 한국 성인을 대상으로 구현된 6가지 테스트를 통하여 7가지의 측정요소를 분석함으로써 성별/연령별 표준 인지기능의 정량화를 하였다. 본 연구대상자들에게서 나온 결과는 연령별, 성별에 따른 인지 기능의 차이가 있음을 정량적으로 보여 주었다. Table 1에서 보여 주듯이 20대부터 50대 사이에서 연령이 증가할수록 전체적인 인지 기능 평가에 있어서 감퇴하는 결과가 나타났다.
실험에 참여한 남녀 모두 20대와 50대 사이에 큰 차이가 있음을 확인할 수 있었다. 이에 대하여 좀 더 명확하게 20대와 50대 남녀의 인지능력의 차이를 보여주기 위하여 레이다 차트를 이용하여 Fig.
이와 유사한 연구 결과로 MRI를 이용하여 뇌의 노화와 인지기능과의 연관성, 노화와 교육 수준에서의 뇌의 크기, 뇌의 노화와 성별 차이 등에서 뇌의 노화가 진행됨에 따라 인지 기능 감퇴가 일어나는 것을 정량적으로 보여 주었다.14,15,17-19) 이러한 연구 결과들은 연령이 증가함에 따라 인지 기능이 저하되고 있는 본 연구의 정량적 분석 결과와도 유사함을 보여주고 있다.
후속연구
첫째, 임상에서 인지 기능의 변화를 쉽게 측정하고 인지 기능과 관련한 질병의 정도를 파악하는 도구로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 둘째, 인지 기능 연구를 위한 간단한 간이 도구로 이용하여 다양한 통계자료를 얻을 수 있을 것으로 생각한다. 셋째, 노인의 인지 감소 정도를 평가할 수 있는 도구로 사용될 수 있다고 본다.
둘째, 인지 기능 연구를 위한 간단한 간이 도구로 이용하여 다양한 통계자료를 얻을 수 있을 것으로 생각한다. 셋째, 노인의 인지 감소 정도를 평가할 수 있는 도구로 사용될 수 있다고 본다. 차후 연구에서 이러한 장점을 활용한 인지 기능 관련 연구를 충분히 수행하고 광범위한 실험군을 대상으로 연구를 계속하여 소프트웨어의 검증과정을 거쳐야 할 필요가 있다.
각각의 평가에 따른 실험결과들은 정량적 값들로 이루어져 있으며, 이에 대한 결과들은 데이터베이스에 저장하여 추후 실험 결과와 비교할 수 있도록 데이터베이스를 설계하였다. 이는 측정 데이터의 지속적인 축적이 가능하게 해서 시간에 따른 동일 실험자의 테스트 결과 변화에 대한 분석도 가능할 것이다. 각각의 기능별 평가 방법과 도출되는 결과 값들에 대해서는 아래에서 설명하였다.
같은 연령대에서의 성별에 대한 인지기능 차이는 크게 나타나지 않고 있다. 이러한 결과는 앞으로 좀 더 많은 연구 대상자들을 대상으로 반복 연구가 필요하다고 본다.
이러한 연구 결과들은 인지 기능과 노화에 대한 관계뿐만 아니라 뇌 질환 환자들에 있어서 치료 전후의 인지기능 변화를 정량적으로 분석함으로써 재활 정도의 평가 등에도 도움이 될 것으로 사료된다.
셋째, 노인의 인지 감소 정도를 평가할 수 있는 도구로 사용될 수 있다고 본다. 차후 연구에서 이러한 장점을 활용한 인지 기능 관련 연구를 충분히 수행하고 광범위한 실험군을 대상으로 연구를 계속하여 소프트웨어의 검증과정을 거쳐야 할 필요가 있다.
하지만, 본 연구를 통해 제안한 소프트웨어는 몇 가지 장점이 있을 것으로 기대된다. 첫째, 임상에서 인지 기능의 변화를 쉽게 측정하고 인지 기능과 관련한 질병의 정도를 파악하는 도구로 이용될 수 있을 것으로 기대된다. 둘째, 인지 기능 연구를 위한 간단한 간이 도구로 이용하여 다양한 통계자료를 얻을 수 있을 것으로 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Bloom은 인간의 행동 영역 중 인지적 영역을 어떻게 정의하였는가?
Bloom (1956)은 교육목표 분류학에서 인간의 행동 영역을 인지적 영역(cognitive domain), 정의적 영역(affective domain), 심리 운동적 영역(psychomotor domain)으로 나누고 인지적 영역을 지식의 기억, 상기, 사고, 문제 해결, 창의력 등 광범위한 지적 과정을 모두 포함하는 것으로 정의하였다. 현대에 와서는 뇌기능과 인간 행동과의 관련성에 관한 관심과 인지장애에 관한 관심이 임상분야에서 증대되면서 정확하면서도 포괄적인 인지기능 평가의 필요성이 임상의 들의 주요한 관심의 하나로 대두되고 있다.
Bloom은 인간의 행동 영역을 어떻게 나누었는가?
Bloom (1956)은 교육목표 분류학에서 인간의 행동 영역을 인지적 영역(cognitive domain), 정의적 영역(affective domain), 심리 운동적 영역(psychomotor domain)으로 나누고 인지적 영역을 지식의 기억, 상기, 사고, 문제 해결, 창의력 등 광범위한 지적 과정을 모두 포함하는 것으로 정의하였다. 현대에 와서는 뇌기능과 인간 행동과의 관련성에 관한 관심과 인지장애에 관한 관심이 임상분야에서 증대되면서 정확하면서도 포괄적인 인지기능 평가의 필요성이 임상의 들의 주요한 관심의 하나로 대두되고 있다.
한국인에 맞게 표준화된 mini mental state examination의 문제점은 무엇인가?
일반적으로 노인의 인지측정을 위한 평가 과정을 간편하고 용이하게 수행하기 위하여 mini mental state examination (MMSE)가 가장 많이 이용되고 있으며, 이를 한국인에 맞게 표준화(MMSE-K)시켜 이용되고 있는 것을 제외하곤 표준화가 되어 있는 인지 측정 도구가 없다.9) MMSE-K는 간편하게 인지 상태를 검사해보는 도구로 널리 쓰이고 있으나, 정신이상 상태를 간단히 검사하기 위해 개발되었기 때문에 일반적으로 인지기능 평가를 충분히 다루지 못하는 제한점이 있다.10) 또한 MMSE-K는 문항 난이도가 너무 낮고 너무 쉽기에 교육 정도가 높은 노인에게 실시하면 변별력이 떨어진다. 이 검사는 난이도가 낮고 교육 정도가 높은 사람의 최고의 점수가 반영되지 않기에 점수가 상위에 몰리는 천장 효과를 초래하게 된다. 이는 오류가 일어날 확률이 높아져 잘못된 판단을 내리기 쉽다.
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