상상연습과 동작관찰 동안 전방머리자세의 대뇌겉질 활성도 비교 Comparison of Electroencephalographic Changes during Mental Practice and Action Observation in Subjects with Forward Head Posture원문보기
Purpose : The purpose of this study was to investigate the difference in motor cortical excitability during mental practice and action observation in subjects with forward head posture. Methods : This study was performed in two groups, a forward head posture group (n=17) and a normal posture group (...
Purpose : The purpose of this study was to investigate the difference in motor cortical excitability during mental practice and action observation in subjects with forward head posture. Methods : This study was performed in two groups, a forward head posture group (n=17) and a normal posture group (n=17). Electroencephalography (EEG) was conducted to investigate cerebral cortex activity, and six electrodes were attached to Fp1, Fp2, C1, C2, C3, and C4 to measure the relative alpha power, relative beta power, relative gamma power, and mu rhythms. The subjects were requested to perform the four different conditions, which were eye opening, eye closing, mental practice, and action observation for 300 seconds. Results : The results showed that the relative alpha waves showed a significant difference between the normal and forward head posture groups in the C1, C2, C3, and C4 regions with the eyes open (p<.05). The relative beta waves also showed a significant difference between the two groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05). The relative gamma waves were significantly different between the normal and forward head posture groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05) in C1, C2, and C3 with eyes closed (p<.05) and in C1, C2, C3, and C4 with eyes open (p<.05). Conclusion : The results of this study showed that EEG change in the forward head posture group was different from that in the normal control group in action observation rather than in mental practice. Therefore, we are expected to provide a neurophysiological basis for applying action observation to motor skill learning during exercise for correcting forward head posture.
Purpose : The purpose of this study was to investigate the difference in motor cortical excitability during mental practice and action observation in subjects with forward head posture. Methods : This study was performed in two groups, a forward head posture group (n=17) and a normal posture group (n=17). Electroencephalography (EEG) was conducted to investigate cerebral cortex activity, and six electrodes were attached to Fp1, Fp2, C1, C2, C3, and C4 to measure the relative alpha power, relative beta power, relative gamma power, and mu rhythms. The subjects were requested to perform the four different conditions, which were eye opening, eye closing, mental practice, and action observation for 300 seconds. Results : The results showed that the relative alpha waves showed a significant difference between the normal and forward head posture groups in the C1, C2, C3, and C4 regions with the eyes open (p<.05). The relative beta waves also showed a significant difference between the two groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05). The relative gamma waves were significantly different between the normal and forward head posture groups in the Fp1 and Fp2 regions during action observation (p<.05) in C1, C2, and C3 with eyes closed (p<.05) and in C1, C2, C3, and C4 with eyes open (p<.05). Conclusion : The results of this study showed that EEG change in the forward head posture group was different from that in the normal control group in action observation rather than in mental practice. Therefore, we are expected to provide a neurophysiological basis for applying action observation to motor skill learning during exercise for correcting forward head posture.
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문제 정의
이처럼 상상연습과 동작관찰이 중추신경계 질환자의 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향에 대한 연구들은 지속적으로 이루어져 왔으나, 근골격계 질환자에 대한 상상 연습과 동작관찰이 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하다. 따라서 본 연구는 상상연습과 동작 관찰 동안 정상인과 전방머리자세 대상자간 대뇌겉질 활성도의 차이를 비교하고자 한다.
본 연구는 상상연습과 동작관찰 하는 동안 정상인과 전방머리자세 대상자간의 대뇌겉질 활성화의 차이를 알아보았다. 연구결과, 정상군과 전방머리자세군의 뮤리듬은 모든 조건에서 유의한 차이는 없었고, 정상군과 전방머리자세군의 상대알파파는 눈뜬 상태에서 C1, C2, C3, C4 영역 유의한 차이가 있었다.
본 연구에서는 근골격계 질환에 적용된 간접적 운동 학습 효과의 기초 자료를 제공하고자 정상군과 전방머리자세군 간의 눈뜬 상태, 눈 감은 상태, 상상연습과 동작관찰시 대뇌겉질 활성화를 비교하였다.
제안 방법
대뇌겉질 활성도 측정을 위해 먼저 대상자의 두피를 알코올 솜으로 닦아낸 후 Ag/AgCl 전극용 겔을 이용하여 Fp1, Fp2, C1, C2, C3, C4에 자료 수집용 전극을 부착 하였다(그림 1). 10~20 국제표준전극 부착 법을 이용하였으며, 접지전극은 왼쪽 귓볼(A1)과 오른쪽 귓볼(A2) 에 부착하였다.
상상 연습은 대상자가 이어폰을 이용하여 운동에 대한 설명이 녹음된 음성을 들으면서 그 운동을 상상하게 하도록 요구하였다. 동작관찰은 대상자의 앞에 위치한 16:9 와 이드 14인치 화면을 통해 운동이 실시되는 영상을 관찰하게 하였다. 각 대상자에게 제공된 4가지 조건은 무작 위 순서로 실시되었다.
전방머리자세군과 정상성인군을 대상으로 눈 감은 상태, 눈뜬 상태, 상상연습, 동작관찰 총 4가지 조건에서 대뇌겉질 활성도(electroencephalogram; EEG)를 측정하였다. 상상연습과 동작관찰을 위해 전방머리자세 훈련 중 동작을 영상으로 확실하게 보여줄 수 있는 어깨관절가 쪽돌림(shoulder external rotation) 강화운동을 음성과 영상으로 각각 제작하여 제공하였다.
대상 데이터
전방머리자세군과 정상성인군을 대상으로 눈 감은 상태, 눈뜬 상태, 상상연습, 동작관찰 총 4가지 조건에서 대뇌겉질 활성도(electroencephalogram; EEG)를 측정하였다. 상상연습과 동작관찰을 위해 전방머리자세 훈련 중 동작을 영상으로 확실하게 보여줄 수 있는 어깨관절가 쪽돌림(shoulder external rotation) 강화운동을 음성과 영상으로 각각 제작하여 제공하였다. 측정어깨관절 가쪽돌림 운동은 의자에 앉은 자세에서 양손으로 세라 밴드(thera-band)를 어깨넓이 만큼 잡고, 양 팔꿈치를 90 ° 구부린 상태로 몸통에 붙인 자세에서 실시한다.
연구 대상자는 전방머리자세군 17명과 정상 성인군 17 명을 선정하였고, 전방머리자세군의 선정기준은 선 자세에서 귀구슬(tragus)이 지나가는 지면과 수직인 선과 어깨뼈봉우리(acromion process)가 지나가는 지면과 수직선과의 거리가 5 ㎝ 이상인 사람으로 하였으며(Hanten 등, 1991), 제외기준은 근골격계와 신경학적 손상 및 병변이 있는 자, 시각 및 청각의 손상 및 병변이 있는자, 심한인지, 의사소통, 지각에 문제로 인해 구두 지시를 이해하고 수행하는데 어려움이 있는 자를 제외하였으며, 연구에 대하여 충분한 설명을 하고 동의를 받아 선정하였다. 대상자의 일반적 특징은 Table 1과 같다.
데이터처리
정규성 검정을 위하여 Shapiro-Wilk test를 실시하였다. 두 군간 일반적인 특성과 각 조건에 따른 대뇌겉질 활성도 차이를 비교하기 위해 독립표본 t-test를 사용하였다. 통계학적 유의수준은 ⍺＝.
0을 사용하여 통계 처리 하였다. 연구대상자의 일반적인 특성은 기술통계를 이용하여 평균과 표준편차를 표시하였다. 정규성 검정을 위하여 Shapiro-Wilk test를 실시하였다.
몸 움직임의 영향을 많이 받는 델타파 (0-4 ㎐)를 제거 한 후 fast fourier transform (FFT)의 알고리즘을 이용하여 나머지 주파수 대역(4-50 ㎐)의 파워 스펙트럼을 분석하였다. 전체 주파수 대역의 상대알파파(relative alpha power, RA, 8-13 ㎐/4-50 ㎐), 상대베타파(relative beta power, RB, 13-30 ㎐/4-50 ㎐), 상대감마파(relative gamma power, RG, 30-50 ㎐/4-50 ㎐), 뮤리듬(mu rhythms, Mu, 8-13 ㎐) 을 분석하였다. 측정은 음성과 영상의 시작 10 초 전부터 측정하여 총 5분 10초(310초)간 실시였으며, 측정 후 뇌파구간 분석은 음성, 영상 제공 전 10초와 휴 식시 간을 제외하고, 운동 구간만을 분석하여 총 30구간 의 평균을 분석하였다.
연구대상자의 일반적인 특성은 기술통계를 이용하여 평균과 표준편차를 표시하였다. 정규성 검정을 위하여 Shapiro-Wilk test를 실시하였다. 두 군간 일반적인 특성과 각 조건에 따른 대뇌겉질 활성도 차이를 비교하기 위해 독립표본 t-test를 사용하였다.
전체 주파수 대역의 상대알파파(relative alpha power, RA, 8-13 ㎐/4-50 ㎐), 상대베타파(relative beta power, RB, 13-30 ㎐/4-50 ㎐), 상대감마파(relative gamma power, RG, 30-50 ㎐/4-50 ㎐), 뮤리듬(mu rhythms, Mu, 8-13 ㎐) 을 분석하였다. 측정은 음성과 영상의 시작 10 초 전부터 측정하여 총 5분 10초(310초)간 실시였으며, 측정 후 뇌파구간 분석은 음성, 영상 제공 전 10초와 휴 식시 간을 제외하고, 운동 구간만을 분석하여 총 30구간 의 평균을 분석하였다.
이론/모형
동작관찰은 다른 사람의 행동을 관찰함으로써 행동의 형태와 동작을 이해하고, 그것을 선택하여 모방하는 것으로(Ashford 등, 2006), 일반인, 스포츠 선수, 운동장애를 가진 환자에게도 운동기술의 향상과 학습을 위해 적용되고 있는 인지적 중재방법이다(Buccino 등, 2004; Rizzolatti 등, 2001). 동작관찰에 대한 신경생리학적 근 거는 1996년 이탈리아의 Parma대학교의 신경과학자 Giacomo Rizzolatti의 원숭이 실험에서 처음으로 보고 된 거울신경시스템(mirror neuron system)을 기초로 한다. 사람의 뇌에서는 운동앞이랑, 아래마루엽과 아래이마엽이랑, 마루엽영역과 위쪽관자엽고랑이 있는 배쪽운동 앞겉질(ventral premotor cortex)에 해당되는 곳이며 (Fabbri-Destro와 Rizzolatti, 2008; Iacoboni와 Dapretto, 2006), 원숭이와 달리 실제 목표물 없이 흉내내는 동작과 자발적인 동작에서도 활성화 된다(Buccino 등, 2001).
몸 움직임의 영향을 많이 받는 델타파 (0-4 ㎐)를 제거 한 후 fast fourier transform (FFT)의 알고리즘을 이용하여 나머지 주파수 대역(4-50 ㎐)의 파워 스펙트럼을 분석하였다. 전체 주파수 대역의 상대알파파(relative alpha power, RA, 8-13 ㎐/4-50 ㎐), 상대베타파(relative beta power, RB, 13-30 ㎐/4-50 ㎐), 상대감마파(relative gamma power, RG, 30-50 ㎐/4-50 ㎐), 뮤리듬(mu rhythms, Mu, 8-13 ㎐) 을 분석하였다.
성능/효과
군간 대뇌겉질 활성도를 비교한 결과 뮤리듬은 모든 조건에서 유의한 차이는 없었다(Table 2). 상대알파파는 눈뜬 상태에서 C1, C2, C3, C4 영역에서 정상군과 전방 머리자세군 사이에 유의한 차이가 있었다(p<.
그 결과 뮤리듬은 모든 조건에서 전방머리자세군과 정상군 사이의 유의한 차이는 없었다. 단, 눈감은 상태에 서 Fp1, Fp2, C1, C3 영역에서 정상군이 더 높은 양상을 보였다.
또한, 눈 감은 상태는 C1, C2, C3영역에서 유의한 차이가 있었고, 눈뜬 상태에서 C1, C2, C3, C4 영역에서 유의한 차이가 있었다. 본 연구 결과 상상연습 보다 동작관찰을 할 때 전방머리자세군은 정상군과 다른 대뇌곁질 활성도를 보였다. 전방머리자세를 교정하는 운동치료를 할 때 동작관찰을 운동기슬 학습에 적용 할 수 있는 신경생리학적 근거를 제시하는 것으로 생각 된다.
05)(Table 3). 상대베타파는 동작관찰 시 Fp1, Fp2 영역에서 정상군과 전방머리자세군 사이에 유의한 차이가 있었다. (p<.
본 연구는 상상연습과 동작관찰 하는 동안 정상인과 전방머리자세 대상자간의 대뇌겉질 활성화의 차이를 알아보았다. 연구결과, 정상군과 전방머리자세군의 뮤리듬은 모든 조건에서 유의한 차이는 없었고, 정상군과 전방머리자세군의 상대알파파는 눈뜬 상태에서 C1, C2, C3, C4 영역 유의한 차이가 있었다. 또한, 정상군과 전방머 리자세군의 상대베타파는 동작관찰 시 Fp1, Fp2 영역에서 유의한 차이가 있었고, 정상군과 전방머리자세군의 상대감마파는 동작관찰 시 Fp1, Fp2 영역에서 유의한 차 이가 있었다.
본 연구에서 동작관찰은 전방머리 자세에서 사용이 저하된 근육을 활성화시킴으로써 수행 에 있어 스트레스 및 긴장을 야기 시킬 수 있어 상대감마파에 영향을 미친 것으로 추측된다. 이 결과는 전방머리자세군은 동작관찰 시 인지 및 집중력이 저하되어있 다는 것을 알 수 있으며, 어깨 가쪽돌림 동작 시 정상군 보다 긴장 상태임을 확인할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서 사용한 대뇌활성도 측정기는 젤 형태의 전극을 사용하였기 때문에 탈부착 시 대상자들의 불편함이 있어 실험에 어려움이 있었고, 근골격계 질환을 대상으로 상상연습과 동작관찰 훈련 후 대뇌겉질 활성도 차이를 알아보는 추가적인 연구가 필요하다.
본 연구의 결과 신경계 손상이 없는 바르지 못한 자세정렬에서 특별한 뮤 억제가 보이지 않았다. 하지만 전방머리자세군에서 정상군보다 높게 나타난 양상은 보다 불안정 상태를 의심할 수 있어 더 많은 대상자를 통한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동작관찰 시, 사람의 뇌에서 활성화되는 부위는?
동작관찰에 대한 신경생리학적 근거는 1996년 이탈리아의 Parma대학교의 신경과학자 Giacomo Rizzolatti의 원숭이 실험에서 처음으로 보고 된 거울신경시스템(mirror neuron system)을 기초로 한다. 사람의 뇌에서는 운동앞이랑, 아래마루엽과 아래이마엽이랑, 마루엽영역과 위쪽관자엽고랑이 있는 배쪽운동앞겉질(ventral premotor cortex)에 해당되는 곳이며(Fabbri-Destro와 Rizzolatti, 2008; Iacoboni와 Dapretto, 2006), 원숭이와 달리 실제 목표물 없이 흉내내는 동작과 자발적인 동작에서도 활성화 된다(Buccino 등, 2001). 동작관찰의 선행연구들로는 동작관찰훈련 시 뇌 영상 변화를 관찰한 연구에서 동작관찰훈련을 할 때와 직접 움직일 때 같은 뇌 영역이 활성화된다고 하였고(Filimon 등, 2007), Kim 등(2010)은 뇌졸중 환자에게 동작관찰훈련을 실시하였을 때, 운동유발전위가 큰 폭으로 증가되었는데 이는 겉질척수로의 흥분성을 증가시켜서 손의 조작능력을 향상시켰다고 보고했다.
동작관찰이란?
동작관찰은 다른 사람의 행동을 관찰함으로써 행동의 형태와 동작을 이해하고, 그것을 선택하여 모방하는 것으로(Ashford 등, 2006), 일반인, 스포츠 선수, 운동장애를 가진 환자에게도 운동기술의 향상과 학습을 위해 적용되고 있는 인지적 중재방법이다(Buccino 등, 2004; Rizzolatti 등, 2001). 동작관찰에 대한 신경생리학적 근거는 1996년 이탈리아의 Parma대학교의 신경과학자 Giacomo Rizzolatti의 원숭이 실험에서 처음으로 보고 된 거울신경시스템(mirror neuron system)을 기초로 한다.
전방머리자세의 보상행동은?
전방머리자세(forward head posture)는 장시간 책상에 앉아 있는 사무직 근로자 및 학생들에게 많이 발생하는 부정렬 자세이다(Kang 등, 2012). 전방머리자세는 머리가 인체의 중심선보다 전방에 위치하여 머리의 굽힘 모멘트가 증가하게 되어 아랫목뼈는 과도하게 굽힘이 일어나고, 이를 보상하기 위하여 위목뼈는 과다 폄이 발생한다. 이러한 비정상적인 머리, 목 정렬은 뒤쪽에 뒤통수밑근, 반가시근 등의 폄 근육의 단축 및 기능저하와 앞쪽에 깊은목굽힘근의 약화 등 목 근육의 불균형을 초래하며, 이는 목 통증, 두통, 뻣뻣함, 피로, 신체균형의 저하 등의 문제를 야기시킨다(Fernández-de-las-Peñas 등, 2006).
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