[논문]3D 시각적 피드백과 동작관찰을 이용한 운동이 전방머리자세의 자세 정렬과 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향

강효정; 양회송; 김민규

doi:10.15268/ksim.2020.8.1.113

3D 시각적 피드백과 동작관찰을 이용한 운동이 전방머리자세의 자세 정렬과 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향
Effects of the 3D Visual Feedback Exercise with Action Observation on the Posture Alignment and Cerebral Cortex Activation in Forward Head Posture 원문보기

Journal of the Korean Society of Integrative Medicine = 대한통합의학회지, v.8 no.1, 2020년, pp.113 - 124

강효정 (청암대학교 물리치료과) , 양회송 (청암대학교 물리치료과) , 김민규 (삼육대학교 물리치료학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose : The purpose of this study was to investigate the effects of exercise intervention combined with 3D visual feedback and motion observation on postural alignment and cerebral cortical activity in subjects with forward head posture (FHP). Methods : The study included 28 participants with FHP, randomly divided into a 3D visual feedback plus motion observation group (n=14) or control group (n=14). The experimental group received corrective exercise combined with 3D visual feedback and motion observation for FHP, three times a week for four weeks. We examined cervical spine radiographs in the lateral standing position with both arms crossed to measure the craniovertebral angle (CVA) and cervical lordosis (CL). Relative alpha (RA) and beta waves (RB) were measured by wireless dry EEG. Results : The CVA value was significantly different between the groups, and the CL value was significantly different only in the experimental group. RA and RB values were not significantly different before and after intervention in the control group. RB values were significantly decreased before and after intervention in the experimental group. Conclusion : Based on the results of this study, we suggest that interventions combined with motion observation and 3D visual feedback may be effective as exercise methods to improve postural alignment and cerebral activity in subjects with FHP. Further research is required to generalize our results on technical supplementation complemented with 3D visual feedback devices.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. General characteristics of the subjects (n=28)
그림 Fig 1. 3D visual feedback
표 Table 2. Exercise programs
그림 Fig 2. Electro-encephalography
표 Table 3. Comparison of CVA, CL between pre and post exercise (n=28)
표 Table 4. Comparison of RA, RB between pre and post exercise (n=28)
표 Table 5. Comparison of RA, RB changes between two groups (n=28)

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구는 3D 시각적 피드백과 동작관찰을 병행한 운동 중재가 전방머리자세의 자세 정렬, 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
본 연구는 3D 시각적 피드백과 동작관찰을 병행한 운동 중재가 전방머리자세의 자세 정렬과 대뇌겉질 활성도에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 본연구의 결과 CVA 값은 실험군과 대조군 모두 유의하게 증가하였고, CL 값에서는 실험군에서만 유의한 차이를 보였다.
본 연구는 순천시 Ｃ대학교 재학생 중 28명의 전방머리자세 대상자에 대해 실시하였다. 연구 대상자의 수는 G power 3.
본 연구의 목적은 3D 시각적 피드백과 동작관찰을 병행한 운동 중재가 전방머리자세의 자세 정렬, 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향을 알아보는데 있다. 자세 불균형의 개선 효과를 알아보기 위해 CVA, CL 값을 평가하였고, 운동학습의 효과를 알아보기 위한 변수로 대뇌피질 활성도 변화를 평가하였다.

제안 방법

촬영된 영상은 Sante DICOM Viewer free(SantesoftLtd, Nicosia, 키프로스)를 이용하여 머리척주각(craniovertebral angle, CVA)과 목뼈앞굽음(cervical lordosis, CL)을 분석하였다. CVA는 목뼈 7번의 가시돌기 끝부분과 바깥귀길(external auditory meatus) 전연에 두 점을 찍어 이은 선과 목뼈 7번을 지나는 지면과 평행한 선이 이후는 각도로 측정하였다. CL은 목뼈 1번과 7번이 이루는 Cobb’s angle로 측정하였으며, 고리뼈(atlas)의 앞결절과 뒤결절 각각의 중간점을 찍어 이은 선과 목뼈 7번의 척추뼈몸통의 아래연에 평행하게 그은 선에 각각 수직선을 그어 교차하는 각도를 측정하였다(Jung 등, 2013).
가슴근, 넓은등근, 뒤통수밑근 신장운동을 12초 유지, 10회 반복, 총 3세트 실시하였고, 모래주머니와 탄성밴드를 이용하여 깊은목굽힘근, 어깨 가쪽돌림근, 마름근, 중간·아래등세모근 강화운동을 각 동작 7초 유지하여 10회 반복, 총 3세트 실시하였다.
각 세트 사이에는 30초 휴식을 실시하였다(Cho, 2014; Lee 등, 2015)(Table 2). 단, 본운동의 실시방법은 대조군에서는 치료사에 의하여 구두로 동작에 대한 수정을 실시하였고, 실험군은 3D 시각적 피드백을 이용하여 실시간으로 본인이 실시한 동작을 관찰하며 동작 수정을 할 수 있도록 하였다. 3D 시각적 피드백을 제공하기 위하여 앞쪽, 가쪽, 위쪽에 웹 카메라 (SPC-A30M, Samsung, Korea) 3대를 설치하여 대상자를 촬영하였다.
운동프로그램은 운동에 대한 순서 및 방법을 교육하는 동작교육 5분, 준비운동 5분, 본운동 20분, 마무리운동 5분으로 총 35분을 4주 간 주 3회 실시하였다. 대조군에게 치료사가 팸플릿(pamphlet)을 이용하여 구두로 동작교육을 실시하였고, 실험군은 제작한 동작관찰 영상 시청을 통하여 동작교육을 실시하였다. 본운동은 대조군과 실험군에게 같은 프로그램을 실시하였다.
촬영된 3개의 영상은 컴퓨터 모니터에 재생되며, 이는 대상자가 운동을 하면서 실시간으로 볼 수 있도록 동일한 영상을 스마트폰(Galaxy 8, Samsung, Korea)으로 미러링(mirroring)하여 무선으로 제공하였다. 머리에 착용하는 스마트폰 거치대를 이용하여 대상자와 영상장치가 15 ㎝ 거리를 유지하게 하여 운동 시 동작이 바뀌더라도 영상에 집중할 수 있도록 하였다(Fig 1).
머리와 목뼈 정렬을 측정하기 위하여 선 자세에서 양 팔을 가슴 앞쪽으로 교차하여 놓은 자세(cross-arm position)로 가쪽 목뼈 방사선 촬영(X-ray)을 실시하였다. 이 자세는 기능적 시상면 정렬을 검사하기 위한 방법으로 최대한 평소 선 자세를 유지하도록 하다(Kim 등, 2005).
본 연구는 전방머리자세를 대상으로 두 그룹으로 무작위로 나누어 두 그룹에 각각 동일한 운동프로그램을 제시하되 실시하는 방법을 실험군은 동작관찰과 3D 시각적 피드백을 병행하여 실시하게 하였고, 대조군은 일반적인 방법으로 실시하게 하였다. 운동프로그램은 운동에 대한 순서 및 방법을 교육하는 동작교육 5분, 준비운동 5분, 본운동 20분, 마무리운동 5분으로 총 35분을 4주 간 주 3회 실시하였다.
, USA)를 사용하였으며, 10-20 국제 표준전극 부착법을 이용하여 측정하였다. 본 연구에서는 이마엽앞겉질(prefrontal cortex)의 Fp1, Fp2와 감각운동겉질(sensorimotor cortex)의 C3, C4 위치의 뇌파를 분석하였다.
실험군 14명과 대조군 14명으로 무작위 배정하였다. 실험군은 동작관찰과 3D 시각적 피드백을 병행한 운동프로그램을 실시하였으며, 대조군은 일반 운동프로그램을 실시하였다. 대상자의 선정기준은 만 18세 이상 65세 미만인 자이며, 각도계(goniometer)를 이용하여 선 자세에서 귀이주(tragus)와 7번째 목뼈를 연결한 선과 지면과 수평으로 C7를 지나는 선의 각도인 머리척추각이 48° 미만인 대상자를 전방머리자세인 자로 하였다(Haughie 등, 1995).
가슴근, 넓은등근, 뒤통수밑근 신장운동을 12초 유지, 10회 반복, 총 3세트 실시하였고, 모래주머니와 탄성밴드를 이용하여 깊은목굽힘근, 어깨 가쪽돌림근, 마름근, 중간·아래등세모근 강화운동을 각 동작 7초 유지하여 10회 반복, 총 3세트 실시하였다. 운동 강도는 개인의 운동 능력에 맞춰 제공하기 위하여 각 동작을 10회 반복 실시하여 운동자각도(Rating Perceived Exertion, RPE)가 13~15(60 %MVC) 수준으로 하였으며, 2주차에 운동 강도를 재확인하여 저항을 점진적으로 제공하였다. 각 세트 사이에는 30초 휴식을 실시하였다(Cho, 2014; Lee 등, 2015)(Table 2).
본 연구는 전방머리자세를 대상으로 두 그룹으로 무작위로 나누어 두 그룹에 각각 동일한 운동프로그램을 제시하되 실시하는 방법을 실험군은 동작관찰과 3D 시각적 피드백을 병행하여 실시하게 하였고, 대조군은 일반적인 방법으로 실시하게 하였다. 운동프로그램은 운동에 대한 순서 및 방법을 교육하는 동작교육 5분, 준비운동 5분, 본운동 20분, 마무리운동 5분으로 총 35분을 4주 간 주 3회 실시하였다. 대조군에게 치료사가 팸플릿(pamphlet)을 이용하여 구두로 동작교육을 실시하였고, 실험군은 제작한 동작관찰 영상 시청을 통하여 동작교육을 실시하였다.
Daejeon, Korea)을 이용하여 몸 움직임의 영향을 많이 받는 0~4 ㎐ 영역대인 델타파(delta)를 제거한 후 fast fourier transform(FFT)의 알고리즘을 이용하여 4~50 ㎐의 파워 스펙트럼(power spectrum)을 분석하였다. 이완 및 휴식상태에서 나타나는 알파파(alpha)와 인지적 정보처리활동 및 일반적 신체활동을 실시할 때 나타나는 베타파(beta)를 확인하였으며, 개인의 편차를 줄이고 보정하기 위해 전체 주파수 대역의 상대알파파(relative alpha power, RA, 8-13 ㎐/4-50 ㎐), 상대베타파(relative beta power, RB, 13-30 ㎐/4-50 ㎐)를 분석하였다.
본 연구의 목적은 3D 시각적 피드백과 동작관찰을 병행한 운동 중재가 전방머리자세의 자세 정렬, 대뇌겉질 활성도에 미치는 영향을 알아보는데 있다. 자세 불균형의 개선 효과를 알아보기 위해 CVA, CL 값을 평가하였고, 운동학습의 효과를 알아보기 위한 변수로 대뇌피질 활성도 변화를 평가하였다.
5-50 ㎐, 16-bit AD 변환을 통해 대뇌겉질 활성도가 컴퓨터에 저장되었다. 총 120초 간 눈감은 상태, 눈뜬 상태, 어깨 가쪽돌림 운동 시의 상황에서 각각 120초에서 실시하였으며, 측정 후 뇌파구간 분석은 측정 직후 10초와 마지막 10초를 제외하고, 총 100초를 분석하였다. 수집된 데이터는 분석 프로그램 DSI Streamer Ver 1.
이 자세는 기능적 시상면 정렬을 검사하기 위한 방법으로 최대한 평소 선 자세를 유지하도록 하다(Kim 등, 2005). 촬영된 영상은 Sante DICOM Viewer free(SantesoftLtd, Nicosia, 키프로스)를 이용하여 머리척주각(craniovertebral angle, CVA)과 목뼈앞굽음(cervical lordosis, CL)을 분석하였다. CVA는 목뼈 7번의 가시돌기 끝부분과 바깥귀길(external auditory meatus) 전연에 두 점을 찍어 이은 선과 목뼈 7번을 지나는 지면과 평행한 선이 이후는 각도로 측정하였다.

대상 데이터

단, 본운동의 실시방법은 대조군에서는 치료사에 의하여 구두로 동작에 대한 수정을 실시하였고, 실험군은 3D 시각적 피드백을 이용하여 실시간으로 본인이 실시한 동작을 관찰하며 동작 수정을 할 수 있도록 하였다. 3D 시각적 피드백을 제공하기 위하여 앞쪽, 가쪽, 위쪽에 웹 카메라 (SPC-A30M, Samsung, Korea) 3대를 설치하여 대상자를 촬영하였다. 촬영된 3개의 영상은 컴퓨터 모니터에 재생되며, 이는 대상자가 운동을 하면서 실시간으로 볼 수 있도록 동일한 영상을 스마트폰(Galaxy 8, Samsung, Korea)으로 미러링(mirroring)하여 무선으로 제공하였다.
본 연구는 순천시 Ｃ대학교 재학생 중 28명의 전방머리자세 대상자에 대해 실시하였다. 연구 대상자의 수는 G power 3.1을 이용하여 산정하였으며, Choi와 Hwang(2011)의 선행연구에 근거하여 효과크기 1.40, 유의수준 0.05, 검정력 0.90 조건에서 총 24명이 요구되었고, 탈락율을 고려하여 총 28명을 대상으로 실시하였다. 실험군 14명과 대조군 14명으로 무작위 배정하였다.

데이터처리

대상자의 일반적 특성에 대한 동질성 검정을 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였다. 그룹 내 목뼈 정렬과 대뇌겉질 활성도를 비교하기 위하여 대응표본 t-검정을 사용하였고, 그룹 간 차이를 확인하기 위하여 독립표본 t-검정을 사용하였다. 모든 통계적 유의 수준은 α=.
0 프로그램을 사용하여 통계처리 하였다. 기술통계를 이용하여 대상자의 일반적인 특성의 평균과 표준편차를 확인하였으며, 일-표본 Kolmogorov-Smirnov 검정을 이용하여 정규성 검정을 실시하였다. 대상자의 일반적 특성에 대한 동질성 검정을 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였다.
기술통계를 이용하여 대상자의 일반적인 특성의 평균과 표준편차를 확인하였으며, 일-표본 Kolmogorov-Smirnov 검정을 이용하여 정규성 검정을 실시하였다. 대상자의 일반적 특성에 대한 동질성 검정을 위하여 독립표본 t-검정을 실시하였다. 그룹 내 목뼈 정렬과 대뇌겉질 활성도를 비교하기 위하여 대응표본 t-검정을 사용하였고, 그룹 간 차이를 확인하기 위하여 독립표본 t-검정을 사용하였다.
총 120초 간 눈감은 상태, 눈뜬 상태, 어깨 가쪽돌림 운동 시의 상황에서 각각 120초에서 실시하였으며, 측정 후 뇌파구간 분석은 측정 직후 10초와 마지막 10초를 제외하고, 총 100초를 분석하였다. 수집된 데이터는 분석 프로그램 DSI Streamer Ver 1.08.09(Wearable Sensing Inc., USA)과 TeleScan Ver 3.06(Laxtha Inc. Daejeon, Korea)을 이용하여 몸 움직임의 영향을 많이 받는 0~4 ㎐ 영역대인 델타파(delta)를 제거한 후 fast fourier transform(FFT)의 알고리즘을 이용하여 4~50 ㎐의 파워 스펙트럼(power spectrum)을 분석하였다. 이완 및 휴식상태에서 나타나는 알파파(alpha)와 인지적 정보처리활동 및 일반적 신체활동을 실시할 때 나타나는 베타파(beta)를 확인하였으며, 개인의 편차를 줄이고 보정하기 위해 전체 주파수 대역의 상대알파파(relative alpha power, RA, 8-13 ㎐/4-50 ㎐), 상대베타파(relative beta power, RB, 13-30 ㎐/4-50 ㎐)를 분석하였다.

이론/모형

대뇌겉질 활성도(electroencephalography, EEG)를 측정하기 위하여 21채널 무선 건식 뇌파측정기(DSI-24, Wearable Sensing Inc., USA)를 사용하였으며, 10-20 국제 표준전극 부착법을 이용하여 측정하였다. 본 연구에서는 이마엽앞겉질(prefrontal cortex)의 Fp1, Fp2와 감각운동겉질(sensorimotor cortex)의 C3, C4 위치의 뇌파를 분석하였다.

성능/효과

제외기준은 1) 근육뼈대계와 신경학적 손상 및 병변이 있는 자, 2) 시각 및 청각의 손상 및 병변이 있는 자, 3) 심한 인지, 의사소통, 지각에 문제로 인해 구두 지시를 이해하고 수행하는데 어려움이 있는 자로 하였다. 모든 대상자는 측정과 방법에 대해 설명을 듣고 동의서에 서명을 하였으며, 대상자의 일반적 특성에 대한 실험군과 대조군의 동질성을 검정한 결과 유의한 차이가 없어 동질한 것으로 나타났다(Table 1).
본 연구에서는 실험군과 대조군의 CVA, CL, RA, RB의 중재 후 변화를 비교한 결과, CVA 값은 실험군과 대조군 모두 유의한 차이를 보였고, CL값에서는 실험군에서만 유의한 차이를 보였다. RB값은 실험군에서 중재 전후 유의한 차이를 보였다.
본 연구의 실험군 CVA 값이 중재 전·후 53.44±8.53에 서 63.26±6.08로 유의하게 증가한 것은 선행연구와 유사한 결과이며, 자세개선의 효과가 있었다(p<.05).
본 연구는 3D 시각적 피드백과 동작관찰을 병행한 운동 중재가 전방머리자세의 자세 정렬과 대뇌겉질 활성도에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 본연구의 결과 CVA 값은 실험군과 대조군 모두 유의하게 증가하였고, CL 값에서는 실험군에서만 유의한 차이를 보였다. 상대 베타파의 활성도는 실험군에서 중재 전·후 유의하게 감소하였다.
운동 중재에 따른 그룹 내 CVA의 변화를 비교한 결과, 실험군은 운동 전 53.44±8.53, 운동 후 63.26±6.08로 유의하게 증가하였으며(p<.05) 대조군은 운동 전 55.69±7.94, 운동 후 62.55±4.46로 유의하게 증가하였다 (p<.05).
운동 중재에 따른 그룹 내 RB는 실험군에 서 EO 시 Fp1에서 운동 전 0.20±0.10, 운동 후 0.14±0.05로 유의하게 감소하였으며(p<.05), Fp2에서 운동 전 0.20±0.10, 운동 후 0.14±0.06으로 유의하게 감소하였다 (p<.05).
상대 베타파의 활성도는 실험군에서 중재 전·후 유의하게 감소하였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 전방머리 자세를 가진 대상자에게 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백을 병행한 중재는 자세정렬을 개선하는 효과가 있으며, 상대 베타파의 활성도에 영향을 미친다. 상대 베타파의 활성도 감소가 운동학습의 직접적인 증거라고 하기에는 보다 많은 연구적 논의가 필요하지만 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백을 병행한 운동중재가 운동학습에 효과적 일 수 있음을 제안한다.

후속연구

또한 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백이 병행해서 제공되었기 때문에 중재의 효과가 어떤 변수에 의한 것인지 명확히 구분하기 어려운 점이 있다. 따라서 추후 연구에서는 3D 시각적 피드백과 동작관찰의 개별적 효과를 검증할 수 있는 추가적 연구가 필요하다.
본 연구에서 제공된 3D 시각적 피드백 영상이 세 개의 화면으로 분할되어 제공되면서 대상자의 불편함이 있어 추후 연구에서는 영상제작에 기술적 보완이 필요하다. 또한 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백이 병행해서 제공되었기 때문에 중재의 효과가 어떤 변수에 의한 것인지 명확히 구분하기 어려운 점이 있다.
이상의 결과를 종합하여 볼 때 전방머리 자세를 가진 대상자에게 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백을 병행한 중재는 자세정렬을 개선하는 효과가 있으며, 상대 베타파의 활성도에 영향을 미친다. 상대 베타파의 활성도 감소가 운동학습의 직접적인 증거라고 하기에는 보다 많은 연구적 논의가 필요하지만 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백을 병행한 운동중재가 운동학습에 효과적 일 수 있음을 제안한다. 추후 연구에서는 3D 시각적 피드백에 대한 기술적 보완과 대상자의 다양화를 통해 일반화할 수 있는 연구가 필요한 것으로 사료된다.
상대 베타파의 활성도 감소가 운동학습의 직접적인 증거라고 하기에는 보다 많은 연구적 논의가 필요하지만 동작관찰훈련과 3D 시각적 피드백을 병행한 운동중재가 운동학습에 효과적 일 수 있음을 제안한다. 추후 연구에서는 3D 시각적 피드백에 대한 기술적 보완과 대상자의 다양화를 통해 일반화할 수 있는 연구가 필요한 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	운동학습은 무엇으로 나눌 수 있나?	운동학습은 감각 정보의 처리과정과 운동조절, 운동기술의 습득을 포함하는 개념으로 학습된 기술을 정확하게 수행할 수 있는 능력과 반복적인 경험을 통해 획득한 정보를 영구적으로 만들며 비기술적인 동작이 기술화되는 과정이다(Paik & Shin, 2010). 운동학습을 위해서는 운동을 통한 운동학습과 상상운동과 동작관찰훈련 같은 간접적인 운동학습으로 나눌 수 있다. 직접적인 신체적 운동학습이 자세교육에 미치는 효과는 다양한 선행연구를 통해 입증되었다.
	운동학습은 무엇을 포함하는 개념인가?	운동학습은 감각 정보의 처리과정과 운동조절, 운동기술의 습득을 포함하는 개념으로 학습된 기술을 정확하게 수행할 수 있는 능력과 반복적인 경험을 통해 획득한 정보를 영구적으로 만들며 비기술적인 동작이 기술화되는 과정이다(Paik & Shin, 2010). 운동학습을 위해서는 운동을 통한 운동학습과 상상운동과 동작관찰훈련 같은 간접적인 운동학습으로 나눌 수 있다.
	동작관찰훈련은 어디에 이론적 기초를 두고 있나?	동작관찰훈련은 동작을 관찰하고 관찰한 동작을 모방하여 반복적으로 훈련하는 방법이다. 이 방법은 거울신경세포 시스템에 이론적 기초를 두고 있다(Small 등, 2012). 동작을 관찰할 때 활성화되는 곳은 같은 동작을 실제로 실행하는 동안 활성화되는 곳과 동일한 운동 투사영역이며, 동작관찰과 상상훈련은 실제 행동 없이도 운동관련 영역인 운동앞겉질과 아래두정겉질의 활성화를 보인다(Fabbri-Destro & Rizzolatti, 2008; Iacoboni & Dapretto, 2006).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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