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문제 정의
- 일반적으로 주의집중이나 지각 등의 인지기능이 원격현존감을 경험하는 것과 연관이 있는 것으로 알려져 있다.11) 따라서 본 연구에서는 정상인과 인지기능이 떨어지는 조현병 환자 간에 원격현존감과 관련된 뇌 영역에 차이가 있는지, 그리고 이러한 뇌 영역들이 다감각적 정보에 따라 영향을 받는지 분석하기 위해 대화상황을 관찰하는 거리를 달리하여 멀티미디어로부터 제시되는 다감각적 정보의 양을 조절하였다.
- 본 연구에서 저자들은 멀티미디어에 노출되었을 때 경험하게 되는 원격현존감과 관련된 뇌 영역을 규명하고, 정상인과 조현병 환자 간에 원격현존감과 관련된 뇌 영역에 차이가 있는지, 이러한 뇌 영역들이 다감각적 정보에 따라 차이가 있는지 분석해 보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 멀티미디어로부터 제시되는 다감각적 정보의 양의 크기를 조절한 대화상황의 동영상(video clip) 과제를 피험자가 경험하는 동안 기능자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, 이하 fMRI)을 촬영하여 원격현존감과 상관성을 갖는 영역들을 추출함으로써, 각각의 집단 및 영상자료로부터 제시되는 다감각적 정보의 양의 크기에 따라 비교 분석하고자 하였다.
- 본 연구에서는 멀티미디어를 경험할 때, 피험자가 보고하는 원격현존감과 상관관계가 있는 뇌 영역을 알아보기 위해 피험자와 관련된 내용의 대화를 주고받는 상황을 제시하면서 fMRI를 촬영하였다. 일반적으로 주의집중이나 지각 등의 인지기능이 원격현존감을 경험하는 것과 연관이 있는 것으로 알려져 있다.
- 본 연구에서 저자들은 멀티미디어에 노출되었을 때 경험하게 되는 원격현존감과 관련된 뇌 영역을 규명하고, 정상인과 조현병 환자 간에 원격현존감과 관련된 뇌 영역에 차이가 있는지, 이러한 뇌 영역들이 다감각적 정보에 따라 차이가 있는지 분석해 보고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 멀티미디어로부터 제시되는 다감각적 정보의 양의 크기를 조절한 대화상황의 동영상(video clip) 과제를 피험자가 경험하는 동안 기능자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, 이하 fMRI)을 촬영하여 원격현존감과 상관성을 갖는 영역들을 추출함으로써, 각각의 집단 및 영상자료로부터 제시되는 다감각적 정보의 양의 크기에 따라 비교 분석하고자 하였다.
- 통제 블록에서 사용된 영상물은 동일한 배경에서 등장인물 없이 5 m 거리에서 촬영되었다. 피험자는 fMRI 촬영 후 경험한 상황에 대해 설문지를 통해 원격현존감 점수를 보고하였다. 설문지는 원격현존감 설문지 중 가장 빈번히 사용되고 있는 Nowak과 Biocca26)의 원격현존감 척도(Telepres-ence Scale)를 사용하였다.
제안 방법
- 1.5T MRI 장비(Signa Eclipse ; GE Medical System, Milwaukee, MN, USA)를 사용하여 blood oxygenate level dependent 신호를 횡단면(axial) 방향으로 얻는 fMRI를 시행하였다(64 × 64 × 30 matrix with 3.75 × 3.75 × 5 mm spatial resolution ; echo time = 14.3 ms ; repetition time = 3000 ms ; field of view = 240 mm ; slice thickness = 5 mm ; flip angle = 90° ; number of slices = 30).
- Magnetic resonance 신호의 비정상적인 값을 제거하기 위해서 3포인트 저역필터[low pass filter, 0.15 × (a - 1) + 0.7 × (a) + 0.15 × (a + 1)]를 사용하여 시간적 평활화(temporal smoothing)를 시행하였다.
- 실험과제는 27초 길이로 제작된 영상자료들로 구성되었다. 각 영상자료는 두 명의 여성이 벤치에 앉아 대화를 하는 설정으로, 등장인물들은 수시로 정면을 쳐다보면서 피험자와 관련된 내용의 대화를 주고받는 상황을 연출하였다. 실험자극으로부터 제시되는 시청각 정보의 양을 통제하기 위해 영상자료는 1 m, 5 m, 10 m 등, 총 세 가지의 거리에서 촬영되었다.
- 기능영상 데이터를 Talairach 표준공간으로 변환하기 위해, AFNI에서 제공하는 Montreal Neurological Institute N27 template에 T1 강조영상을 공간표준화한 후, 여기서 생성된 파라미터를 이용해 기능영상들을 2 × 2 × 2 mm3의 해상도에서 이중선형 보간법(bilinear interpolation)으로 공간표준화하였다.
- 우리가 멀티미디어를 경험할 때, 대부분의 경우 등장인물들의 대화를 통해 상황을 파악하기는 하지만, 일부 사회적이지 않은 내용의 자극에 대해서는 다른 해석이 필요할 것으로 생각된다. 둘째, 본 실험에서는 피험자의 대화상황 관찰 거리에 따라 시각정보와 청각정보의 양이 함께 변하는 세 가지 조건이 사용되었다. 만약 시각정보와 청각정보의 양이 서로 독립적으로 통제가 되었다면 각각의 정보가 원격현존감을 경험하는데 끼치는 영향을 비교해볼 수 있었을 것이다.
- 마지막으로 환자군에서 정상인군보다 유의한 수준으로 낮은 지능을 보였다. 따라서 분석 과정에서 이러한 차이를 고려해 통계적으로 통제하였다.
- 기능영상 데이터를 Talairach 표준공간으로 변환하기 위해, AFNI에서 제공하는 Montreal Neurological Institute N27 template에 T1 강조영상을 공간표준화한 후, 여기서 생성된 파라미터를 이용해 기능영상들을 2 × 2 × 2 mm3의 해상도에서 이중선형 보간법(bilinear interpolation)으로 공간표준화하였다. 마지막으로 가우시안 필터(Gaussian filter)를 사용한 공간적 평활화(spatial smoothing)는 full width at half maximum을 8 mm로 하여 시행하였다.
- 가 이용되었다. 먼저 처음 15초의 데이터를 제거한 후, 머리 움직임의 영향을 보정하기 위하여, 첫 번째 영상을 기준으로 나머지 전체 영상을 정합(registration)하였다. Magnetic resonance 신호의 비정상적인 값을 제거하기 위해서 3포인트 저역필터[low pass filter, 0.
- 정상군과 환자군 공통으로 원격현존감과 상관성을 보이는 뇌 영역을 살펴보기 위해 원격현존감 점수와 모든 조건의 대조영상을 평균한 영상과의 상관분석을 시행하였다. 상관분석의 결과는 uncorrected p ＜ 0.001의 복셀 수준 및 100 mm3 이상의 클러스터 수준으로 관찰하였다.
- 만약 시각정보와 청각정보의 양이 서로 독립적으로 통제가 되었다면 각각의 정보가 원격현존감을 경험하는데 끼치는 영향을 비교해볼 수 있었을 것이다. 셋째, 원격현존감은 fMRI 촬영 후 설문지를 이용하여 일회만 측정되었다. 만약 각 실험조건별로 원격현존감 점수를 측정하였다면 좀더 의미 있는 결과를 도출할 수 있었을 것으로 생각된다.
- 원격현존감과 관련된 영역을 추출하고 해당 영역들의 뇌 활성화가 집단이나 시청각적 정보의 양에 따라 차이를 보이는지를 알아보기 위해서 먼저 상관분석의 결과로 나온 각 영역을 관심영역(region of interest, 이하 ROI)으로 하여, 각 조건별 뇌 활성화 차이 값을 얻었다. 이 값들을 사용하여 2 × 3 repeated measure ANOVA분석을 수행하였다.
- 10 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 전혀 들을 수 없고, 등장인물의 몸짓도 구분하기 힘들 정도로 제작되었다. 이상 세 가지의 조건 별로 각각 네 개의 시나리오로 대화상황을 구성하였다. 실험자극은 대화상황을 실제 지켜보는 것처럼 느껴지도록 눈앞에 제시하기 위해 머리 부분 탑재형 디스플레이(head mounted display)를 이용하였다.
- 전처리된 개개인의 fMRI 데이터를 일반선형모델(general linear model)을 사용하여 각 조건에 대해서 개인별 뇌 활성화 영상으로 변환한 후, 배경에 대한 효과를 제거하기 위해 각 조건별 뇌 활성화 영상에서 통제조건의 뇌 활성화 영상을 감산한 대조영상을 얻었다. 정상군과 환자군 공통으로 원격현존감과 상관성을 보이는 뇌 영역을 살펴보기 위해 원격현존감 점수와 모든 조건의 대조영상을 평균한 영상과의 상관분석을 시행하였다.
- 전처리된 개개인의 fMRI 데이터를 일반선형모델(general linear model)을 사용하여 각 조건에 대해서 개인별 뇌 활성화 영상으로 변환한 후, 배경에 대한 효과를 제거하기 위해 각 조건별 뇌 활성화 영상에서 통제조건의 뇌 활성화 영상을 감산한 대조영상을 얻었다. 정상군과 환자군 공통으로 원격현존감과 상관성을 보이는 뇌 영역을 살펴보기 위해 원격현존감 점수와 모든 조건의 대조영상을 평균한 영상과의 상관분석을 시행하였다. 상관분석의 결과는 uncorrected p ＜ 0.
대상 데이터
- 3 ms ; repetition time = 3000 ms ; field of view = 240 mm ; slice thickness = 5 mm ; flip angle = 90° ; number of slices = 30). fMRI 촬영은 두 세션으로 나누어 진행되었으며, 두 세션 중간에 T1 강조영상이 획득되었다. T1 강조영상은 fast spoiled gradient-echo sequence로 관상면(coronal) 방향으로 촬영되었다(256 × 256 × 116 matrix with 0.
- 본 연구에 참여한 피험자는 정신과적, 내과적 질환이 없는 15명의 정상인 성인과 인지기능이 비교적 양호하고 과제를 이해하여 수행할 수 있는 정도의 기능을 보이는 조현병 환자 15명으로 구성되었다(Table 1).
- 실험과제는 27초 길이로 제작된 영상자료들로 구성되었다. 각 영상자료는 두 명의 여성이 벤치에 앉아 대화를 하는 설정으로, 등장인물들은 수시로 정면을 쳐다보면서 피험자와 관련된 내용의 대화를 주고받는 상황을 연출하였다.
- 각 영상자료는 두 명의 여성이 벤치에 앉아 대화를 하는 설정으로, 등장인물들은 수시로 정면을 쳐다보면서 피험자와 관련된 내용의 대화를 주고받는 상황을 연출하였다. 실험자극으로부터 제시되는 시청각 정보의 양을 통제하기 위해 영상자료는 1 m, 5 m, 10 m 등, 총 세 가지의 거리에서 촬영되었다. 1 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 명확하게 들을 수 있고, 등장인물의 얼굴도 잘 관찰할 수 있는 수준이었다.
- 이상 세 가지의 조건 별로 각각 네 개의 시나리오로 대화상황을 구성하였다. 실험자극은 대화상황을 실제 지켜보는 것처럼 느껴지도록 눈앞에 제시하기 위해 머리 부분 탑재형 디스플레이(head mounted display)를 이용하였다. 대화상황에 몰입할 수 있도록 방음이 가능한 헤드폰 안쪽으로 이어 플러그를 장착하여, fMRI로 인한 소음을 차단하고 컴퓨터 시스템으로부터 제시되는 청각자극이 선명하게 전달되도록 하였으며, 예비실험을 통해 의미전달에 지장을 주지 않을 정도로 소음이 차단되었음을 확인하였다.
- 각 자극 블록 전후에는 15초 길이의 주시(fixation) 블록이 제시되었다. 통제 블록에서 사용된 영상물은 동일한 배경에서 등장인물 없이 5 m 거리에서 촬영되었다. 피험자는 fMRI 촬영 후 경험한 상황에 대해 설문지를 통해 원격현존감 점수를 보고하였다.
데이터처리
- 이 값들을 사용하여 2 × 3 repeated measure ANOVA분석을 수행하였다.
이론/모형
- fMRI 데이터 분석에는 Analysis of Functional NeuroImages(이하 AFNI)27)가 이용되었다. 먼저 처음 15초의 데이터를 제거한 후, 머리 움직임의 영향을 보정하기 위하여, 첫 번째 영상을 기준으로 나머지 전체 영상을 정합(registration)하였다.
- 피험자는 fMRI 촬영 후 경험한 상황에 대해 설문지를 통해 원격현존감 점수를 보고하였다. 설문지는 원격현존감 설문지 중 가장 빈번히 사용되고 있는 Nowak과 Biocca26)의 원격현존감 척도(Telepres-ence Scale)를 사용하였다.
성능/효과
- 실험자극으로부터 제시되는 시청각 정보의 양을 통제하기 위해 영상자료는 1 m, 5 m, 10 m 등, 총 세 가지의 거리에서 촬영되었다. 1 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 명확하게 들을 수 있고, 등장인물의 얼굴도 잘 관찰할 수 있는 수준이었다. 5 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 부분적으로 들을 수 있고, 등장인물의 몸짓 정도를 관찰할 수 있는 수준이었다.
- 원격현존감은 자신이 실재 현 위치가 아닌 다른 물리적 장소에 있는 것처럼 느낄 때 경험하게 되고, 가상현존감은 가상현실(virtual reality)처럼 컴퓨터에 의해 만들어진 실존하지 않는 가상의 장소에 있는 것처럼 느낄 때 경험하게 된다.2) 매체의 종류와 관계없이 사용자들은 매체를 통한 시각, 청각, 촉각 등의 다감각적 정보를 통해 현존감을 경험하게 된다.
- 4) 되먹임 감각의 종류가 다양하고 실재적일수록 원격환경을 실재처럼 받아들이게 된다.38)39) 사실감을 극대화하기 위해 파노라마 3차원 영상이나 입체음향이 활용되기도 한다.
- 1 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 명확하게 들을 수 있고, 등장인물의 얼굴도 잘 관찰할 수 있는 수준이었다. 5 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 부분적으로 들을 수 있고, 등장인물의 몸짓 정도를 관찰할 수 있는 수준이었다. 10 m 거리에서 촬영된 영상물은 대화내용을 전혀 들을 수 없고, 등장인물의 몸짓도 구분하기 힘들 정도로 제작되었다.
- 결론적으로, 본 연구에서 영상물로 구성된 대화상황을 경험하는 동안 fMRI를 촬영해 원격현존감과 관련된 뇌 기능을 확인한 결과, 조현병 환자들은 정상인과 동등한 수준으로 원격현존감을 경험하였고, 관련된 뇌 기능에도 뚜렷한 차이는 발견되지 않았다. 이러한 사실은 기존에 환자들의 치료나 교육을 목적으로 의심 없이 행해지던 멀티미디어의 노출에서 조현병 환자들도 정상인과 동일하게 몰입하였음을 뜻하고, 이러한 멀티미디어 자극들이 동일한 효율을 가짐을 시사한다.
- 0)으로, 두 변수 모두에서 집단 간 차이는 유의하지 않았다. 단축형 Korean version of the Wechsler Adult Intelligence Scale로 측정한 지능은 각각 106.7(SD = 8.8)과 97.7(SD = 11.1)로 정상 성인군에서 유의하게 높았다(t = 2.44, p = 0.02). 환자군에서 양성 및 음성 증후군 척도의 총점 평균은 68.
- 실험자극은 대화상황을 실제 지켜보는 것처럼 느껴지도록 눈앞에 제시하기 위해 머리 부분 탑재형 디스플레이(head mounted display)를 이용하였다. 대화상황에 몰입할 수 있도록 방음이 가능한 헤드폰 안쪽으로 이어 플러그를 장착하여, fMRI로 인한 소음을 차단하고 컴퓨터 시스템으로부터 제시되는 청각자극이 선명하게 전달되도록 하였으며, 예비실험을 통해 의미전달에 지장을 주지 않을 정도로 소음이 차단되었음을 확인하였다.
- 대화상황을 경험하는 조건에서 통제조건의 뇌 활성화를 뺀 대조영상의 뇌 활성화 차이와 피험자의 원격현존감 점수와의 상관분석 결과, 정적 상관관계가 uncorrected p ＜ 0.001에서 유의미하게 나타나는 영역들을 발견하였다. 즉, Table 2에 제시된 바와 같이, 좌측 중심후이랑(left postcentral gyrus), 우측 하전두이랑(right inferior frontal gyrus), 좌측 하전두이랑(left inferior frontal gyrus), 우측 방추이랑(right fusiform gyrus), 좌측 상측두고랑(left superior temporal sulcus) 등이 모두 유의한 상관관계를 보였다.
- 만약 각 실험조건별로 원격현존감 점수를 측정하였다면 좀더 의미 있는 결과를 도출할 수 있었을 것으로 생각된다. 마지막으로 환자군에서 정상인군보다 유의한 수준으로 낮은 지능을 보였다. 따라서 분석 과정에서 이러한 차이를 고려해 통계적으로 통제하였다.
- 특히 거리가 멀어질수록 시각정보의 양이 줄어들게 되는데, 이때 피험자가 등장인물의 얼굴이나 표정에 집중하면서 원격환경에 몰입하는데 방해를 받았을 것으로 생각된다. 방추이랑에서 집단과 거리 사이에 유의한 상호작용 효과가 있었다는 결과로 보아, 정상인은 거리와 무관하게 얼굴표정 등의 상대방의 시각적 정보를 수용하려는 특성을 보이나, 조현병 환자들은 거리가 멀어질수록 시각적 정보의 양이 줄어드는 것에 영향을 받아 시각적 정보 수용에 소극적으로 반응하였던 것으로 생각된다. 얼굴 등의 시각정보에 집중할수록 멀티미디어의 컨텐츠에 집중하기 어려워지고, 원격현존감의 경험에 방해를 받게 되는데, 정상인의 경우 대화상황에서 시각적인 정보가 줄어들게 되면 원하는 정보를 얻기 위해 상대방의 얼굴에 더 집중을 하게 되고, 이는 오히려 원격현존감의 경험에 악영향을 미치는 것으로 생각된다.
- 방추이랑을 제외하면, 원격현존감과 상관관계를 보이는 영역 대부분에서 집단이나 거리의 주효과나 이들 간의 상호작용 효과는 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 해당 영역들이 원격현존감을 경험하는 것과 관련이 있다는 것과 더불어, 조현병 환자들도 노출된 멀티미디어로부터 원격현존감을 경험하는데 어려움이 없었음을 시사한다.
- 실험 결과 정상인군과 조현병 환자군에서 원격현존감과 상관관계를 보이는 뇌 영역은 중심후이랑, 하전두이랑, 방추이랑, 상측두고랑 등으로 나타났다. 이 영역들 중, 특히 방추이랑에서 집단이나 거리의 주효과는 없었지만 이들 간의 유의한 상호작용 효과를 보였다.
- 실험 결과 정상인군과 조현병 환자군에서 원격현존감과 상관관계를 보이는 뇌 영역은 중심후이랑, 하전두이랑, 방추이랑, 상측두고랑 등으로 나타났다. 이 영역들 중, 특히 방추이랑에서 집단이나 거리의 주효과는 없었지만 이들 간의 유의한 상호작용 효과를 보였다. 방추이랑은 주로 얼굴의 지각을 처리하는 기능과 관련이 있는 것으로 알려져 있으며,28)29) 얼굴 표정에서 정서를 인지하는 기능과도 관련이 있는 것으로 확인되었다.
- 즉, Table 2에 제시된 바와 같이, 좌측 중심후이랑(left postcentral gyrus), 우측 하전두이랑(right inferior frontal gyrus), 좌측 하전두이랑(left inferior frontal gyrus), 우측 방추이랑(right fusiform gyrus), 좌측 상측두고랑(left superior temporal sulcus) 등이 모두 유의한 상관관계를 보였다.
- 피험자들의 원격현존감 점수 평균은 정상 성인군에서 18.8 (SD = 7.7), 환자군에서 17.5(SD = 7.3)였다. t-검정 결과, 두 집단 간의 원격현존감 점수에 유의미한 차이는 없었다(t = 0.
- 조현병 환자들은 전두엽 기능저하뿐만 아니라 각종 뇌기능 장애로 인해 인지기능에 손상이 있고,37) 이에 따라 정상인과는 다른 원격현존감을 경험할 것으로 예측하였다. 하지만 본 실험을 통해 피험자들이 주관적으로 보고한 원격현존감 척도의 점수에서도 확인할 수 있듯이, 조현병 환자들은 정상인 수준의 원격현존감을 경험하였고, 이러한 결과는 원격현존감과 상관관계를 보이는 뇌 영역들의 활성화가 집단 간에 차이가 없음으로 다시 한번 확인되었다. 사람들은 멀티미디어로부터 다감각적인 정보를 수용하면서 원격환경에 대한 몰입감을 경험하게 된다.
- 02). 환자군에서 양성 및 음성 증후군 척도의 총점 평균은 68.1(SD = 14.0)이었다. 본 연구는 임상시험심사위원회의 승인을 받았으며, 모든 피험자에게 서면 동의서를 받았다.
후속연구
- 본 연구의 제한점으로는 첫째, 원격현존감을 유도하기 위한 자극으로 대화상황만을 사용했다는 것이다. 이런 이유로 원격현존감과 연관된 것으로 생각되는 뇌 영역들에 언어와 관련된 기능을 담당하는 뇌 영역이 포함된 것으로 생각된다.
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