감각운동학습에 의한 운동공명 효과

감각운동학습에 의한 운동공명 효과
Motor Resonance Effect by Sensory-Motor Learning
  
나영현, 이동훈 
부산대학교 인지과학협동과정, 부산대학교 심리학과
Younghyoun Rha , Donghoon Lee 
Graduate Program in Cognitive Science, Department of Psychology, Pusan National University
Email: ssu42th@hanmail.net, dhlee@pusan.ac.kr

 신호등, 화살표와 같은 추상적 기호들은 사회적 규범과 질서를 지키게 하기위해서 신속하게 정보를 전달하여 행위를 유발해야 할 때 널리 사용되고 있다. 이것은 일종의 행위를 유발하는 감각기호로써 여러가지 정보를 함축적으로 담고 있으며 행위를 직접적으로 묘사해주는 '행위지시어'와는 달리 빠르게 인식하고 행동으로 대처해야 할 경우 빈번히 사용된다. 운동 행위와 연결된 감각기호가 실제 행동에 어떤 영향을 미칠 것인가에 대한 원리는 개념의 체화된 인지 가설에서 유추해 볼 수 있다. 
 인지과학분야에서 최근 이슈가되고 있는 체화된 인지의 관점은 우리의 감각과 운동은 밀접한 관계를 가지고 의미 또는 개념이 구체적인 신체의 감각운동에 관한 정보로 표상된다고 주장한다. 이런 체화된 인지의 관점에서는 전통적인 개념에 대한 인지 가설과 달리 신체의 감각과 운동 영역들의 네트워크를 중시하고 그것을 증거로 제시하고 있다. 예를 들면, 다른 사람의 행위를 관찰할 때, 조작 가능한 물체를 관찰할 때 그리고 행위 언어를 처리할 때 자신이 직접 행위를 하는 것과 관련된 운동 시스템이 중첩되어 나타난다는 증거들이 있다. 이것을 운동공명(Motor Resonance)라고 하는데, 즉 운동과 관련된 정보를 처리하는 동안 감각과 운동영역들이 연결되는 것을 말하며 세상의 경험들을 처리해준다. 또한 이것은 헵가소성을 통하여 유아시기에서 부터 학습되고 발전된다고 제시해 오고 있다(Claire Landmann et al. 2011). Claire Landmann et al. (2009)은 성인에서 운동공명의 감각운동 이론을 검증하기 위해 동작관찰, 동작실행, 새로운 운동기호(Motor Symbol)를 관찰하는 동안 동원되는 네트워크 사이의 공간적인 중첩을 사건-관련 fMRI를 이용하여 확인하였다. 하지만 운동 공명이 감각과 운동의 연합 또는 추상적 자극과 행위가 함께 발화한다는 헵가소성에 의한 것이라면 뇌에 나타나는 표상 뿐만 아니라 실제 행위에서도 영향을 미쳐야 한다. 
따라서 본 연구는 감각 언어(운동기호)를 주었을 때 행위 언어를 주었을 때 처럼 운동공명이 나타나고 행위에 영향을 줄 것인가를 알아보고자 한다. 또한 이것을 처리하는 과정에서 개념이 시-공간적으로 뇌에서 어떻게 처리되는지 EEG에서 검출된 신호를 이용하여 Brain source localization과 Time-frequency analysis를 통해 알아보는 것이 본 연구의 목적이다. 
행위에 미치는 영향을 알아보기 위해 감각단어를 제시하고 운동기호를 관찰 하는 것과 행위단어를 제시하고 운동기호를 관찰할 때 나타나는 행동반응과 신경생리학적 반응을 비교분석하였다.

이를 위하여 64 channel EEG를 사용하여 감각언어와 행위언어 제시 전, 후의 사건관련전위(event-related potential; ERP)를 측정한 후, 이에 대한 쌍극자 전류원분석을 실시하여 손과 발의 운동 계획, 통제 및 실행에 관련된 뇌 전류원을 찾아내었다. 찾아낸 뇌 전류원에서 감각단어와 행위동사의 의미와 뒤따른 행동 반응의 신체 부위의 일치성 여부에 따른 운동공명효과를 비교분석하였다. 그리고 시간-주파수 분석을 실시하여 감각단어와 행위동사를 지각하고 행위로 이행하는 과정을 살펴보았다. 
20명의 실험참가자를 대상으로 64채널 EEG(Brain Product사, 독일)를 사용하여 실험 수행과정 동안 전체 두피 뇌파를 측정하였다. 실험 자극은 wav파일로 제작된 세 가지 감각언어(노랗다, 파랗다, 하얗다)와 세 가지 행위언어(눌러라, 밟아라, 멈춰라) 청각자극과 세 종류의 행동을 지시하는 노란색(버튼누르기), 파란색(페달밟기), 하얀색(반응행동 없음) 시각자극으로 구성되었으며 E-prime professional 2.0을 사용하여 자극제시와 행동반응을 수집하였다.
 실험참가자는 외부스피커에서 제시되는 청각 자극 내용에 상관없이 시각자극의 색상에 따라 두 종류의 다른 신체반응을 수행하거나, 수행하지 않도록 지시받았다. 수집된 뇌파자료는 BESA 5.6프로그램을 사용하여 각 실험조건에 따른 grand average ERP가 계산되었다. 
이 뇌파를 기준으로 쌍극자 전류원분석을 통해 유의한 전류원을 찾아내었고, 시간-주파수분석으로 조건별 스펙트럼파워 통계분석을 실시하였다. 행동 반응 분석결과, 유의한 반응촉진이 감각단어와 행위동사의 의미가 반응행동과 일치할 때, 버튼누르기 반응과 페달밟기 반응에서 모두 나타났다. 전류원 분석 결과, 전류원을 찾아내었다. 시간-주파수 스펙트럼 분석결과, 감각언어와 행위 언어를 지각하는 과정에서 운동프로그램 준비와 관련된 영역에서 운동공명으로 인한 반응이 유의하게 관찰되었다. 또한, 반응행동을 지시하는 시각자극 제시 이후 400ms 지점에서 일치-불일치에 따른 촉진-간섭효과가 관찰되었고, 700ms 이후 반응촉진 및 간섭에 따른 뇌파의 시간-주파수 스펙트럼 차이가 관찰되었다. 본 연구의 결과는 대뇌 전류원분석과 시간-주파수분석을 통해 감각운동학습에 의한 운동공명효과의 상세한 신경학적 메커니즘을 규명하는데 의의가 있다.