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수행 오류 예측 및 예방을 위한 행동 및 뇌영상 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 수행 오류 예측 및 예방을 위한 행동 및 뇌영상 연구 | 2014 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김초복(경북대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number 2014S1A5A8017594
Year(selected) 2014 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 12일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 인지적 통제는 일상생활에서 발생하는 의사결정, 문제 해결, 그리고 작업기억과 같은 다양한 인지과정에서 목표지향적인 행동을 성공적으로 수행하기 위해 사고와 행동을 통합하는 핵심 능력이다. 인지적 통제는 전두엽의 수행 감시 기능이 관여하고, 이러한 수행 감시 시스템의 수준 변동을 통해 수행의 성공과 오류를 예측할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 현재까지 오류에 대한 여러 연구들은 인지적 과제 수행동안의 수행 감시 수준에 따라 나타나는 신경생리학적 특성을 바탕으로 오류를 예측하였으나 오류 수행에 선행하는 행동적 특성을 기반으로 오류를 예측한 연구는 아직 알려진 바가 없다. 이에 본 연구는 행동적 특성으로 인간의 수행 오류를 예측하기 위해, 인지적 과제를 이용하여 다양한 오류들의 발생하는 원인에 대한 행동적 특성을 확인하고 다양한 오류들의 신경학적 기제를 규명하고자 하였다. 구체적으로, 1단계 연구에서는 수행 오류를 예측하는 행동적 특성들을 규명하기 위해 행동 연구를 통해서 단일과제의 반복 시행에서 오류 시행 전에 나타나는 행동적 특성들이 다양한 수준의 자극 재료, 시행 간 간격, 과제의 난이도 등과 같은 조건에 따라 달라지는 행동적 특성의 양상을 분석하였다. 이를 통해, 오류에 선행하는 반응시간 패턴으로 정확 시행을 76%, 오류 시행을 69% 예측하였고, 이러한 결과는 행동적 특성만으로 오류를 성공적으로 예측할 수 있다는 것을 의미한다. 2단계 연구에서는 1단계 연구에서 규명된 행동 기반 오류 예측 모형의 생리학적 메커니즘을 확인하기 위해 기능적 자기공명영상(fMRI)를 이용하여, 오류 이전의 시행에서의 나타나는 부적응적인 BOLD 신호가 인간 오류와 관련이 있음을 확인하였고, 이를 바탕으로 인간 오류가 행동적 특성을 통한 예측이 가능함을 확인하였다. 이는 인간 오류가 행동적 특성과 신경 생물학적으로 구별될 수 있음을 시사한다. 3단계 연구에서는 다양한 오류를 측정할 수 있는 과제들을 개발하기 위해, 수반자극과제를 기반으로 지각 과정에서 발생할 수 있는 오류를 측정하는 지각 과제, 작업기억에서 발생하는 오류를 측정하는 작업기억 과제, 그리고 반응 억제의 실패로 인해 발생하는 오류를 측정하는 반응 과제를 구성하였다. 이러한 과제들을 통해 최종적인 오류 모형을 구축하고 개개인이 취약한 오류를 분석하여 개인에게 적합한 오류 방지 알람을 제공할 수 있는 프로그램 개발을 위한 이론적 방법론적 근거를 마련하였다. 종합하면, 본 연구는 오류 이전에 나타나는 행동적 특성을 통해, 오류를 사전에 방지 할 수 있는 피드백을 제공하여 오류가 치명적 결과로 이어질 수 있는 항공, 의료, 기계 등의 환경에서 오류 발생을 감소시킬 수 있는 기틀을 제공하였다.
  • English
  • Cognitive control is the ability to flexibly adapt thought and behavior to goal-directed action such as decision-making, problem-solving, and working memory in daily life. Cognitive control is involved in performance monitoring functions in the frontal cortex and the variation of the performance monitoring function is a key of the prediction of successful performance or errors. Previous studies on human errors tried to anticipate errors based on neurophysiological characteristics observed in the performance monitoring function during the cognitive tasks, yet it is unknown to predict errors by behavioral characteristics. In order to predict errors by behavioral characteristics, this study identified the behavioral characteristics about the causes of the errors and investigated neural mechanisms of the errors. Specifically, in the first stage of the study, the behavioral characteristics that predict the errors were investigated in terms of various conditions such as stimulus features, inter-trial intervals, and difficulties of tasks. As a result, 76% correct and 69% error trials were predicted by response-time patterns preceding errors, which indicates that the occurrence of errors can be successfully predicted by the behavioral characteristics. In the second stage of the study, functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used to identify neurophysiological mechanisms of the behavior-based error prediction model identified in first stage and maladaptive BOLD signal changes preceding the errors related to committing errors. The results showed that human errors were predictable enough through behavioral characteristics, suggesting that human errors can be distinguished neurophysiological from behavioral characteristics. In the third stage, three cognitive tasks based on the flanker task were designed to measure various types of errors, in which the perceptual-error task measured errors during the perception processes, the working memory-error task measured those associated with working memory failure, and the response-error task measured those caused by failure of response inhibition. Using these tasks, the final error-prediction model was constructed, which provides a theoretical and methodological basis for an appropriate error-preventing alarm program. Overall, the current study suggests a framework for reducing errors in various industries where errors can lead to fatal consequences through providing a feedback that can prevent errors in advance.
Research result report
  • Abstract
  • 인지적 통제는 일상생활에서 발생하는 의사결정, 문제 해결, 그리고 작업기억과 같은 다양한 인지과정에서 목표지향적인 행동을 성공적으로 수행하기 위해 사고와 행동을 통합하는 능력이다. 인지적 통제는 전두엽의 수행 감시 기능이 관여하고, 이러한 수행 감시 시스템의 수준 변동을 통해 수행의 성공과 오류를 예측할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 현재까지 오류에 대한 여러 연구들은 인지적 과제 수행동안의 수행 감시 수준에 따라 나타나는 신경생리학적 특성을 바탕으로 오류를 예측하였으나 오류 수행에 선행하는 행동적 특성을 기반으로 오류를 예측한 연구는 아직 알려진 바가 없다. 이에 본 연구는 행동적 특성으로 인간의 수행 오류를 예측하기 위해, 인지적 과제를 이용하여 다양한 오류들의 발생하는 원인에 대한 행동적 특성을 확인하고 다양한 오류들의 신경학적 메커니즘을 규명하고자 하였다. 구체적으로, 1단계 연구에서는 수행 오류를 예측하는 행동적 특성들을 규명하기 위해 행동 연구를 통해서 단일과제의 반복 시행에서 오류 시행 전에 나타나는 행동적 특성들이 다양한 수준의 자극 재료, 시행 간 간격, 과제의 난이도 등과 같은 조건에 따라 달라지는 행동적 특성의 양상을 분석하였다. 이를 통해, 오류에 선행하는 반응시간 패턴으로 정확 시행을 76%, 오류 시행을 69% 예측하였고, 이러한 결과는 행동적 특성만으로 오류를 성공적으로 예측할 수 있다는 것을 의미한다. 2단계 연구에서는 1단계 연구에서 규명된 행동 기반 오류 예측 모형의 생리학적 메커니즘을 확인하기 위해 기능적 자기공명영상(fMRI)를 이용하여, 오류 이전의 시행에서의 나타나는 부적응적인 BOLD 신호가 인간 오류와 관련이 있음을 확인하였고, 이를 바탕으로 인간 오류가 행동적 특성을 통한 예측 가능성과 확인하였다. 이는 인간 오류가 행동적 특성과 신경 생물학적으로 구별될 수 있음을 시사한다. 3단계 연구에서는 다양한 오류를 측정할 수 있는 과제들을 개발하기 위해, 수반자극과제를 기반으로 지각 과정에서 발생할 수 있는 오류를 측정하는 지각 과제, 작업기억에서 발생하는 오류를 측정하는 작업기억 과제, 그리고 반응 억제의 실패로 인해 발생하는 오류를 측정하는 반응 과제를 구성하였다. 이러한 과제들을 통해 최종적인 오류 모형을 구축하고 개개인이 취약한 오류를 분석하여 개인에게 적합한 오류 방지 알람을 제공할 수 있는 프로그램 개발을 위한 이론적 방법론적 근거를 마련하였다. 종합하면, 오류 이전에 나타나는 행동적 특성을 통해, 오류를 사전에 방지 할 수 있는 피드백을 제공하여 오류가 치명적 결과로 이어질 수 있는 항공, 의료, 기계 등의 업종에서 오류를 줄일 수 있는 기틀을 제공하였다.
  • Research result and Utilization method
  • 1단계 연구에서 행동연구를 통해 오류 시행 이전에 나타나는 반응시간의 추세를 분석하여 오류를 예측하는 함수를 규명하였다. 구체적으로, 오류에 선행하는 반응시간 패턴으로 정확 시행을 76%, 오류 시행을 69% 예측하였다. 이러한 결과는 기존의 신경생리학적 특성을 기반으로 오류를 예측한 연구들에 비하여 더 높은 일반화 가능성을 가지고 행동적 특성만으로 오류를 성공적으로 예측할 수 있다는 것을 시사한다. 또한, 오류 이전의 반응시간 추세를 살펴본 결과, 다양한 오류들의 특성들이 나타났다. 이러한 오류들의 특성은 인지 부하의 점차적인 증가로 발생하거나 지속된 수행으로 인한 누적된 피로 또는 순간적인 실수나 일시적인 주의 분산으로 인해 발생하였다. 2단계 연구에서는 1단계 연구에서 규명된 오류 행동 패턴의 신경학적 기저를 규명하기 위해 뇌 영상 연구를 수행하였다. 연구 결과, 오류 예측 모형에서 추출된 오류들이 서로 다른 신경학적 메커니즘과 관련된 증거를 확인하였다. 인지적 통제에 대한 주의 시스템으로 인해 나타나는 오류는 전대상피질과 내측 전두 피질에서 비활성화를 나타냈으며, 빠른 반응으로 인해 수행의 정확성이 낮아져 발생하는 오류는 좌측 일차 운동 영역의 활성화와 관련이 있는 것으로 나타났다. 높은 인지적 부하로 인한 피로로 인해 발생하는 오류는 각성과 관련된 중뇌, 문측 전전두피질의 활성화와 관련이 있었으며, 마지막으로 순간적인 착오로 인해 발생하는 오류는 좌측 설회와 연상회의 활성화가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해, 다양한 오류에 대한 신경생리학적 기반을 마련하였다. 3단계 연구에서는 오류 예측 모델을 기반으로 오류 방지 알람을 제공을 위한 연구를 수행하였다. 이를 위해, 오류 지각 오류와 주의 네트워크 과제의 각성 간의 관련성을 확인하였는데, 각성 수준에 따라 수행 오류와 누락 오류가 다르게 나타났다. 각성 수준이 높으면 수행 오류가 감소하였지만 누락 오류는 증가하였으며, 일치조건에서는 각성이 높을수록 누락 오류가 증가하였지만, 불일치 조건에서는 각성수준이 높을수록 누락 오류와 수행 오류가 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 종합하였을 때, 각성 수준이 인간 오류를 예측하는데 중요한 요인으로 여겨지며, 각성을 실시간으로 측정하여 각성 수준에 따른 알람신호를 제공함으로써 오류를 사전에 방지할 수 있는 기틀을 마련하였다.
    본 연구를 통해 인지적 통제, 갈등 적응, 오류 시행의 속성이라는 선행 연구를 기반으로 이제 오류의 예측과 예방이라는 새로운 제안을 함으로써 새로운 연구 분야를 개척할 수 있다. 또한, 행동 수행만으로 예측할 수 있는 오류 예측 모형을 개발하여 이러한 예측이 신경생리학적 변화를 예언할 수 있는지를 확인하였고, 확인된 오류 예측 함수가 실제 수행에 있어서 오류 시행을 미리 예측하여 방지할 수 있는 가능성을 보였으며, 이러한 일련의 연구를 통해 인간의 수행과 관련된 연구 분야에서 가장 중요한 주제 중의 하나인 오류 발생을 행동적, 신경과학적인 바탕에서 이해할 수 있을 것으로 기대된다. 응용의 관점에서 본 연구는 인간의 수행에 있어서 오류의 예방이라는 중요한 함의를 가지는데, 과제 수행 중 발생할 수 있는 오류가 치명적 결과로 이어질 수 있는 항공, 의료, 기계 등의 업종에서 수행 오류를 줄일 수 있다는 것은 비용 절감 이상의 의미가 있고, 특정 직군의 초심자에서부터 전문가에 해당하는 사람들에게 안전 지침을 제공하는 등의 응용적 접근을 가질 수 있으므로, 본 연구는 오류 행동 기저의 신경생리학적 메커니즘을 밝히고 직접적인 예측 모형을 제공함으로써 인간 오류를 연구하는 연구자들에게 새로운 연구 패러다임을 제공한다.
  • Index terms
  • 오류, 오류 예측, 오류 예방, 예측 매개변수, 인지적 통제, 수행 감시, 기능적 자기공명영상
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