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문제 정의
- 지금까지 대부분의 연구들은 뇌졸중 환자들의 손상된 대뇌반구의 동측 사지에 대한 운동학적 결함을 확인하기 위해 연구의 초점이 맞추어져 있었으며, 동측운동결함과 함께 새로운 움직임을 학습할 수 있는 능력이 정상 대상자와 비교하여 차이가 있는지에 대한 연구는 없었다. 그래서 우리의 연구의 목적은 단시간 반복적인 움직임 연습을 통해 뇌졸중 대상자와 정상 성인 대상자 사이에 운동학습 능력이 차이가 있는지 확인하는 것이다.
제안 방법
- 많은 선행 연구들에서 뇌졸중 환자의 손상된 동측 사지에 운동학적 결함이 있음을 확인하였고, 이와 같은 동측운동결함은 운동 기술의 습득에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그래서, 본 연구에서 손상된 대뇌 반구의 동측 상지에 단시간 반복적인 시-공간적(visuo-spatial) 움직임 연습을 통해 뇌졸중 환자들의 운동학습 능력을 확인 하였다. 본연구의 결과에서는 뇌졸중 대상자와 나이와 성별을 매칭한 정상 대상자 그룹 모두에서 시-공간적 움직임 연습 후 손허리손가락 관절 움직임의 정확도 지수가 증가하였다.
- 훈련 전-후 각각 3번의 추적과제를 수행한 결과값의 평균으로 운동습득 능력을 확인하였다. 뇌졸중 환자군은 비손상측(less-affected side)으로 추적 과제 훈련 및 평가를 실시하였으며, 정상 대조군은 뇌졸중 환자군과 매칭하여 동일한 방향에 추적과제 훈련 및 평가를 실시하였다. 훈련 중 어지러움증이나 이상 증상을 호소하면, 충분한 휴식을 취한 후 다시 평가 혹은 훈련이 이루어졌다.
- 시-공간적 추적과제를 수행하기 위해 뇌졸중 대상자들은 비손상측 상지를 이용하여 추적 과제를 진행하였으며, 정상 대조군은 뇌줄중 대상자가 수행한 같은 방향(same side)의 손허리손가락 관절에서 추적 과제를 수행하였다. 대상자들은 팔꿈치가 약 90도 정도 굽힘되고 편안하게 지지된 자세에서 테이블 앞에 앉아 과제 평가를 수행하였다.
- 자체 제작된 플라스틱 보조기에 전위차계(potentiometer)를 삽입하여 손허리손가락 관절의 굽힘(flexion)과 폄(extension)의 움직임을 정량화 할 수 있도록 하였다. 데이터는 1.5 Hz 저역 통과 필터 (low-pass filter)와 함께 120 Hz 주파수의 발진관(oscillation)에 수집한 아날로그 신호를 변환기(convert)를 통해 디지털 신호로 컴퓨터로 전송되도록 하였다. 시-공간적 추적과제를 수행하기 위해 뇌졸중 대상자들은 비손상측 상지를 이용하여 추적 과제를 진행하였으며, 정상 대조군은 뇌줄중 대상자가 수행한 같은 방향(same side)의 손허리손가락 관절에서 추적 과제를 수행하였다.
- 두 그룹의 모든 대상자들은 15초 동안 총 50번의 추적과제를 실시하였고, 5번의 추적과제 완료 후 1분 동안 휴식을 하였다. 훈련 전-후 각각 3번의 추적과제를 수행한 결과값의 평균으로 운동습득 능력을 확인하였다.
- 5 Hz 저역 통과 필터 (low-pass filter)와 함께 120 Hz 주파수의 발진관(oscillation)에 수집한 아날로그 신호를 변환기(convert)를 통해 디지털 신호로 컴퓨터로 전송되도록 하였다. 시-공간적 추적과제를 수행하기 위해 뇌졸중 대상자들은 비손상측 상지를 이용하여 추적 과제를 진행하였으며, 정상 대조군은 뇌줄중 대상자가 수행한 같은 방향(same side)의 손허리손가락 관절에서 추적 과제를 수행하였다. 대상자들은 팔꿈치가 약 90도 정도 굽힘되고 편안하게 지지된 자세에서 테이블 앞에 앉아 과제 평가를 수행하였다.
- 우리의 연구 결과는 뇌졸중 대상자들이 동측운동결함 뿐만 아니라 동측 상지(ipsi-lesional side)의 운동 학습 능력에서도 정상 노인대상자들에 비해 저하되어 있음을 확인한 새로운 증거(novel evidence) 를 제공한다. 그래서, 임상에서는 뇌졸중 대상자들의 동측 사지에 제한된 운동 학습이 존재 할 수 있기에 동측 사지에 대해서도 관심을 가져야 할 것이다.
- 우리의 연구에서는 손허리손가락(metacarpophalangeal, MCP) 관절의 움직임을 통해 시-공간적(visuospatial) 추적과제를 실시하였다. 추적 과제(tracking task) 데이터는 개인 노트북 컴퓨터, 회전 전위차계(rotatory potentiometer), I/O 장비와 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 수집하였다.
- 추적 과제(tracking task) 데이터는 개인 노트북 컴퓨터, 회전 전위차계(rotatory potentiometer), I/O 장비와 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 수집하였다. 자체 제작된 플라스틱 보조기에 전위차계(potentiometer)를 삽입하여 손허리손가락 관절의 굽힘(flexion)과 폄(extension)의 움직임을 정량화 할 수 있도록 하였다. 데이터는 1.
- 추적 과제는 대상자가 모니터에 나타나는 목표 정현파(target wave)를 15동 동안 가능한 정확하게 추적하도록 지시하였다. 추적과제는 시상면(sagittal plane)에서 일어나는 손허리손가락 관절의 굽힘과 폄을 통해 수행하였고, 2번째에서 5번째 손허리손가락 관절의 굽힘은 하향으로 폄은 상향으로 표시되도록 하였다.
- 추적 과제는 대상자가 모니터에 나타나는 목표 정현파(target wave)를 15동 동안 가능한 정확하게 추적하도록 지시하였다. 추적과제는 시상면(sagittal plane)에서 일어나는 손허리손가락 관절의 굽힘과 폄을 통해 수행하였고, 2번째에서 5번째 손허리손가락 관절의 굽힘은 하향으로 폄은 상향으로 표시되도록 하였다. 목표정현파는 다양한 속도와 1.
- 컴퓨터 모니터에서 대상자의 움직임에 의해 나타나는 반응파(response wave)는 빨간색으로 표시되었고, 목표정현파는 검정색으로 표시되어 나타나게 하였다. 컴퓨터 모니터에 나타나는 정현파 신호(sinusoidal signal) 의 상하 진폭(peak)은 손허리손가락 관절의 실제 움직임 범위와 일치 하도록 하였고, 실제 MCP 관절의 움직임의 범위는 각 대상자의 80% 이내의 범위로 설정하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 MRI 혹은 CT 영상에서 뇌출혈 또는 뇌경색으로 인해 뇌졸중으로 진단 받은 대상자 13명과 신경학적 손상이 없는 정상 대상자 13명으로 하였다. 연구에 참여한 뇌졸중 환자의 선정 기준은 다음과 같다.
- 우리의 연구에서는 손허리손가락(metacarpophalangeal, MCP) 관절의 움직임을 통해 시-공간적(visuospatial) 추적과제를 실시하였다. 추적 과제(tracking task) 데이터는 개인 노트북 컴퓨터, 회전 전위차계(rotatory potentiometer), I/O 장비와 데이터 분석 소프트웨어를 사용하여 수집하였다. 자체 제작된 플라스틱 보조기에 전위차계(potentiometer)를 삽입하여 손허리손가락 관절의 굽힘(flexion)과 폄(extension)의 움직임을 정량화 할 수 있도록 하였다.
데이터처리
- 정상대조군과 뇌졸중 환자군 사이의 나이, 키, 몸무게에 관련된 것은 독립 t-test를 이용하였다. Shapiro-Wilk test를 통해 두 그룹 사이에 정규성 검정을 실시하였다. 두 그룹 사이의 훈련 전·후의 정확도 지수를 비교하기 위하여 이요인 반복측정 분산분석(two-way repeated-measures analysis) 통해 확인하였다.
- 두 그룹 사이의 훈련 전·후의 정확도 지수를 비교하기 위하여 이요인 반복측정 분산분석(two-way repeated-measures analysis) 통해 확인하였다.
- 0 version을 사용하였다. 정상대조군과 뇌졸중 환자군 사이의 나이, 키, 몸무게에 관련된 것은 독립 t-test를 이용하였다. Shapiro-Wilk test를 통해 두 그룹 사이에 정규성 검정을 실시하였다.
- 두 그룹 사이의 훈련 전·후의 정확도 지수를 비교하기 위하여 이요인 반복측정 분산분석(two-way repeated-measures analysis) 통해 확인하였다. 추가적으로 상호작용에 대한 그룹 간 비교를 위해 독립 표본 t 검정(independent t-test)를 사용하였으며, 그룹 내 비교를 위해서는 대응 표본 t 검정(paired t-test)로 확인하였다. 유의 수준은 0.
- 훈련 전-후 각각 3번의 추적과제를 수행한 결과값의 평균으로 운동습득 능력을 확인하였다.
성능/효과
- 추적과제 훈련 전-후 AI 에 대한 그룹 내 비교에서 두 그룹 모두 유의한 차이를 나타내었다. 두 그룹 간 추적과제 훈련 전-후 운동 학습 스킬에 유의한 차이가 있는지 확인하기 위해 이요인 반복측정분산분석을 통해 확인하였고, 두 그룹 사이에서 정확도 지수에서 교호작용에서 유의한 차이가 있었다(F = 5.46, p = 0.028). 훈련 전 정확도 지수에서 두 그룹 사이에서 유의한 차이가 나타났으며(p < 0.
- 본 연구에서 단시간 반복 연습 전에 이루어진 중재 전 정확도 지수 결과 값은 여러 선행 연구들의 결과와 같이 뇌졸중 대상자에서 시-공간적(visou-spatial) 협응 움직임이 필요한 추적과제에서 정상 대상자와 비교했을 때 정확도 지수 값이 낮은 평가 결과가 나타났다. 이는 본 연구에서도 뇌졸중 대상들이 대뇌반구의 동측 상지에 동측운동 결함이 있음을 확인한 연구 결과이다.
- 그래서, 본 연구에서 손상된 대뇌 반구의 동측 상지에 단시간 반복적인 시-공간적(visuo-spatial) 움직임 연습을 통해 뇌졸중 환자들의 운동학습 능력을 확인 하였다. 본연구의 결과에서는 뇌졸중 대상자와 나이와 성별을 매칭한 정상 대상자 그룹 모두에서 시-공간적 움직임 연습 후 손허리손가락 관절 움직임의 정확도 지수가 증가하였다. 하지만, 그룹 간 비교에서 뇌졸중 대상자 그룹은 정상 성인 노인 그룹과 비교했을 때, 운동학습 능력 정도가 현저히 감소되게 나타났다.
- 하지만, 두 군 사이의 그룹간 비교에서도 뇌졸중 환자에 비해 정상 노인 대상자들이 정확도 지수 값의 향상이 유의하게 더 높았다. 이는 뇌졸중 환자에서 손상된 대뇌반구의 동측 상지에 운동결함과 함께 시-공간적 협응 능력과 관련한 운동습득 능력에서 성별과 나이를 매칭한 정상 노인 그룹에 비해 충분한 운동 학습이 이루어지지 않고 있음을 확인할 수 있는 결과라 생각 되어진다. 현재까지 뇌졸중 대상자들의 대뇌반구의 동측 사지에 대한 운동학습에 대한 연구는 없었다.
- Table 1은 뇌졸중 환자군과 정상노인 그룹의 일반적인 특성을 나타낸다. 일반적 특성인 성별, 연령, 나이, 키와 몸무게에서 두 그룹 사이에서 유의한 차이는 없었다. 추적과제 훈련 전-후 AI 에 대한 그룹 내 비교에서 두 그룹 모두 유의한 차이를 나타내었다.
- 추가적으로 본 연구의 결과에서 두 군 모두 반복적인 추적과제 훈련 전-후 그룹내 비교에서 정확도 지수값이 유의하게 증가하였다. 하지만, 두 군 사이의 그룹간 비교에서도 뇌졸중 환자에 비해 정상 노인 대상자들이 정확도 지수 값의 향상이 유의하게 더 높았다.
- 일반적 특성인 성별, 연령, 나이, 키와 몸무게에서 두 그룹 사이에서 유의한 차이는 없었다. 추적과제 훈련 전-후 AI 에 대한 그룹 내 비교에서 두 그룹 모두 유의한 차이를 나타내었다. 두 그룹 간 추적과제 훈련 전-후 운동 학습 스킬에 유의한 차이가 있는지 확인하기 위해 이요인 반복측정분산분석을 통해 확인하였고, 두 그룹 사이에서 정확도 지수에서 교호작용에서 유의한 차이가 있었다(F = 5.
- 본연구의 결과에서는 뇌졸중 대상자와 나이와 성별을 매칭한 정상 대상자 그룹 모두에서 시-공간적 움직임 연습 후 손허리손가락 관절 움직임의 정확도 지수가 증가하였다. 하지만, 그룹 간 비교에서 뇌졸중 대상자 그룹은 정상 성인 노인 그룹과 비교했을 때, 운동학습 능력 정도가 현저히 감소되게 나타났다. 이러한 우리 연구의 결과는 뇌졸중 대상자는 정상 대상자보다 손상된 대뇌반구의 동측 상지(ipsilateral upper-limb of damaged hemisphere)에서 충분한 운동 학습이 이루어 지지 못한다는 것을 제시한다.
- 추가적으로 본 연구의 결과에서 두 군 모두 반복적인 추적과제 훈련 전-후 그룹내 비교에서 정확도 지수값이 유의하게 증가하였다. 하지만, 두 군 사이의 그룹간 비교에서도 뇌졸중 환자에 비해 정상 노인 대상자들이 정확도 지수 값의 향상이 유의하게 더 높았다. 이는 뇌졸중 환자에서 손상된 대뇌반구의 동측 상지에 운동결함과 함께 시-공간적 협응 능력과 관련한 운동습득 능력에서 성별과 나이를 매칭한 정상 노인 그룹에 비해 충분한 운동 학습이 이루어지지 않고 있음을 확인할 수 있는 결과라 생각 되어진다.
- 훈련 전 정확도 지수에서 두 그룹 사이에서 유의한 차이가 나타났으며(p < 0.05), 두 그룹 모두 실험 전-후 값 차이 비교에서도 유의한 차이를 확인하였다(p< 0.05)(Table 2).
후속연구
- 마지막으로 대상자수가 적어 일반화하기 어렵다는 것이다. 그래서, 향후 이러한 제한점을 보완하여, 장시간 훈련을 통한 다양한 관절들에서 뇌졸중 환자의 동측(ipsilateral side)의 운동학습 능력에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 하지만, 우리의 연구에는 몇 가지 제한점을 가지고 있다. 첫째, 우리의 연구는 인체의 많은 관절 중에 손허리손가락 관절에 서만 운동학습을 확인하여 다른 관절에서 운동학습에는 일반화하기 어렵다는 것이다. 둘째, 우리의 연구는 장시간 훈련이 아닌 단시간의 반복적인 훈련만 실시한 것이다.
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