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생물형운동자극을 이용한 조현병 환자의 지각과정 및 작업기억의 종합적 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 생물형운동자극을 이용한 조현병 환자의 지각과정 및 작업기억의 종합적 연구 | 2015 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김제중(덕성여자대학교) ) 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 2015S1A5A8016885
Year(selected) 2015 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2017년 10월 24일
Year type 결과보고
Year(final report) 2017년
Research Summary
  • Korean
  • 조현병(schizophrenia)은 주요 정신병리 가운데 하나로서 다양한 임상증상 외에도 지각적 및 인지적 결함의 기제가 중요한 경험적 연구의 주제로서 다루어져 오고 있다. 시각운동지각(visual motion perception)의 결함이나 작업기억(working memory)의 장애 등을 예로 들 수 있다. 그러나 조현병 환자들을 대상으로 이 장애들을 비롯한 다양한 지각 및 인지과정에 대한 연구들은 대부분 각각의 상호 영향을 통제한 채로 지각과정에만 또는 인지과정에만 초점을 맞추어 개별적으로 진행되어 왔으며 이 두 과정의 통합적 연구 시도는 상대적으로 미흡하다. 본 연구에서는 선행연구들로부터 알려져 온 조현병환자의 시지각문제, 작업기억의 문제, 그리고 이들로 인한 사회기능의 장애간의 유기적 연관성에 주목하였고, 이 주제들에 대한 통합적 접근을 시도하였다. 이를 위해, 10여개의 점 운동으로 인간을 포함하는 유기체의 특징적인 운동을 모사하는 동시에, 성별이나 기분상태 등의 인지사회적 정보까지 포함하는 특수한 시지각 운동자극인 생물형운동(biological motion)자극을 이용하여 조현병 환자의 시지각 결함과 작업기억(working memory)표상 간의 상호작용을 밝히고자 하였다. 1차년도에는 생물형 운동자극이 작업기억의 부호화 및 유지에 미치는 영향을 파악하기 위하여 조현병 환자 및 정상인 집단을 대상으로 작업기억 측정을 위해 자극을 제시하고 일정 시간이 경과한 후에 기억했던 자극을 회상 또는 재인하도록 하는 지연반응과제(delayed response task)를 실시하였다. 이 지연반응과제에 그간 사용된 적이 없는 생물형운동(BM), 그리고 비교자극인 비생물형 운동(non-BM), 정지된 무의미도형자극을 도입하여 기억 부하(load)에 따른 기억의 정확도를 측정하고 이를 집단 내, 집단 간 비교하였다. 1차년도 연구 결과, 조현병 환자집단은 선행연구들과 일관되게 모든 조건에서 정상인에 비해 낮은 기억수행을 보였다. 본 연구를 통해 새롭게 밝혀진 결과는 다음과 같다. 낮은 기억부하에서 조현병환자들은 생물형운동(BM)자극에 대한 기억수행이 다른 자극에 비해 더 우수하였고, 이는 BM자극의 고유한 특성(유기체 특유의 움직임, 사회적 정보 등)이 부호화를 도운 결과로 나타나는 기억촉진 효과를 시사한다. 그러나 높은 기억부하 조건에서는 이 효과가 사라지는 결과가 나타났다. 반면에 정상인 집단은 기억부하에 관계없이 BM자극에 대한 기억수행이 우수하였다. 1차년도 연구의 결과는 시각자극의 특성과 부하에 따라 조현병 환자의 핵심인지능력 결함인 작업기억의 장애가 다양한 형태로 발현된다는 점을 새롭게 밝힌 것이며, 최근 국제학술지 PLOS ONE에 발표, 게재되었다. 2차년도에는 1차년도 결과에 따른 후속연구문제들을 검증하고자 하였다. 2차년도 연구 1(실험 2)에서는 기억자극 부하에 따라 조현병 환자들이 어떤 부호화 특징을 보이는지에 대한 심화 연구를 통하여 지각 – 자극부호화단계 간의 상호작용 양상을 조사하였다. 보다 구체적으로, 기억부하와 자극종류에 의한 부호화 촉진의 효과를 더 상세히 알아보고자 했으며, 이를 위해 BM과 non-BM을 1개씩, 또는 2개씩 기억하도록 하는 조건과 BM, non-BM을 함께 제시한 후 둘 중 하나를 기억하도록 하는 조건을 실행하였다. 그 결과 두 집단 모두에서 BM, nonBM (또는 nonBM, BM) 순서로 제시된 조건의 결과는 BM 2개 또는 nonBM 2개를 기억하는 조건에서와 거의 유사한 기억정확도가 나타났다. 전체적인 결과는 실험 1과 일관되게 BM의 기억촉진효과가 낮은 기억부하에서만 관찰되었고, 실험 2에서 새롭게 추가된 조건인 두 종류의 자극이 함께 제시된 경우에서 관찰된 기억정확도의 하락과 그 기저의 처리과정은 집단 간에 상이한 것으로 생각되었다. 정상인 집단의 경우 BM이 기억표적자극일 때는 부호화 촉진 현상이 강하게 나타났지만, non-BM시행의 경우 부호화 촉진효과가 나타나지 않았으며, 이는 기억부하가 증가할 때 큰 폭의 기억정확도 감소로 나타났다. non-BM과 함께 제시되는 자극이 BM일 경우도 마찬가지였다. 반면 환자집단에서는 BM, non-BM자극이 제시될 때, 선행연구에서 밝혀졌듯이 non-BM을 BM으로 착각하는 경향이 나타나 두 자극이 서로 간섭을 일으켜 정확도가 낮아졌을 가능성이 있다. 2차년도 연구 2(실험 3)에서는 앞선 두 실험에서 관찰된, 낮은 기억부하에서의 생물형운동의 작업기억촉진효과가 파지기간의 길이에 따라 집단 별로 어떻게 다르게 나타나는지를 조사하였다. 이를 위해 0초, 5초, 20초의 파지기간이 지연반응과제에서 제시되었다. 실험 결과, 비생물형운동, 무의미도형에 비해 생물형운동에 대한 기억정확도가 높고 더 오래 지속된 결과가 두 집단 모두에게서 관찰되었다. 그러나 지연기간이 없는 조건에서 환자들의 재인 정확도는 낮아 부호화 단계에서부터 문제가 있을 수 있다는 점과, 기억자극촉진효과가 정상인에 비해 빨리 사라져, 효과의 지속이 제한적이라는 점이 관찰되었다. 요약하면, 조현병환자들의 작업기억 부호화는 자극의 종류에 따라 촉진효과가 나타날 수 있으나, 정상인에 비해 그 효과가 제한적이며, 작업기억 유지에 미치는 영향도 크지 않아 쉽게 효과가 상실되는 것으로 보인다. 2차년도 연구의 결과는 현재 분석과정을 거쳐 논문 작성 준비 단계에 있다.
  • English
  • Schizophrenia is a major mental disorder characterized by various clinical symptoms, but also shows perceptual and cognitive impairments that are important research topics in this field. For example, patients with schizophrenia consistently show impaired visual motion perception and working memory. So far, most research on perceptual processing in schizophrenia tended to control any cognitive influence during the experimental tasks and vice versa. Efforts to scrutinize perceptual-cognitive processing integratively have been relatively ignored. The present study paid attention to the dynamic relationship among deficits in visual perception, working memory, and resulting social dysfunction. An unique type of visual motion stimuli, called biological motion(BM), that depicts characteristic movement of organism including humans with a couple of moving dots, and even contains rich social information such as gender and mood was used to understand interaction between visual deficits and impaired working memory representation, and to take more integrative approach to this issue. In the first year of the study, we investigated how biological motion (BM) would affect efficiency of working memory, specifically encoding and maintenance. We recruited patients with schizphrenia and healthy controls and administered a delayed-response task (DRT) which is one of a typical working memory task. In the delayed-response task, either BM, non-BM, or static random polygon was given as a stimus to be remembered, and its recognition was tested after a delay period. The results showed that the patients with schizophrenia had lower accuracy compared with controls in general, which is consistent with past researches. A novel finding was as follows. In the low memory load condition (one target is to be remembered), the patients with schizophrenia had relatively higher accuracy when they was to remember BM stimuli, compared with other types of stimuli. It seemed that BM had a facilitating effect for encoding process, resulting enhanced working memory. However, when the memory load was high (2 targets remembered), this effect was not valid any more. Whereas, the healthy controls showed consistent encoding facilitation effect by BM stimuli regardless of memory load. This results suggested that working memory impairments may have different manifestation depending on memory load and types of memory stimuli. Recently, the first year study has been published in the journal PLOS ONE. In the first experiment of the second year (experiment 2), we examined the unanswered questions from the first year study. Specifically, we attempted to understand more deeply how the encoding facilitation would be manifested by combinations of stimulus type and memory load. In this experiment, there were three conditions of presenting stimuli during the delayed response task: BM (load1 and load2), non-BM (load 1 and load2), BM and non-BM. The results showed similar accuracy between load 2 conditions regardless of BM or nonBM and BM-nonBM conditions. In general, encoding facilitation effect was observed in low load condition only, like in the first year study. Although the new condition of BM-nonBM presentation had similar accuracy with that from 2 BM or 2 nonBM stimuli in both groups, the underlying mechanisms appear to be quite different between groups. In healthy controls, they had strong encoding facilitation when BM was to be remembered, it was not the case for nonBM trials. Furthermore, the accuracy dropped a lot when the memory load increased in nonBM trials. When nonBM was the target in BM-nonBM trials, it seemed that BM was not helpful for encoding. Whereas, in the patients with schizophrenia group, it seemed that they may have processed nonBM as a “quasi” BM, as a results, the two different stimuli could interfere with each other leading dropped accuracy than other conditions. In the second experiment of the second year study (experiment 3), we investigated how long the facilitated encoding by BM in low load condition would last in the patients and controls group. There were three different delay periods conditions in the delayed response task: 0s, 5s, and 20s. Stimulus was either BM, nonBM or a random polygon. The results showed that the memory for BM stimuli was more accurate and lasted longer compared with the other two types of stimuli, in both groups. However, even when the delay period was 0s, overall accuracy for recognition in schizophrenia was lower than healthy controls, suggesting their abnormal perceptual encoding. Furthermore, the patients’ the facilitated encoding itself disappeared earlier than in controls. Therefore, the patients with schizophrenia do benefit from BM in working memory encoding, but its effect is limited and its influence on working memory is not as strong as in healthy cotrols. The results from the second year study is now under statistical analysis and the manuscript are being prepared.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구는 조현병(schizophrenia)환자들의 지각 및 인지 기능의 이상을 생물형운동(biological motion)자극이 사용된 단일 실험과제를 통하여 알아보고자 한 연구이다. 조현병은 환각, 망상, 부적절한 정서 반응 등의 다양한 임상 증상으로 잘 알려진 정신병리로서, 임상 증상 외에도 시지각 결함 및 인지기능 (기억, 주의, 집행기능)의 결함이 일관되게 보고되어 왔다. 지각 및 인지기능의 저하는 사회인지과정과 연계되어 행동 및 적응에 부정적 영향을 미치게 되므로, 조현병에서 관찰되는 이상행동 기저의 정보처리과정 양상을 이해하는 것은 병리 자체에 대한 이해와 함께, 환자들의 행동 수정 및 재활과 같은 응용에 필요한 경험적 단서를 제공하는 중요한 주제이다. 조현병 대상의 지각연구와 인지기능(작업기억)연구들은 많은 선행연구들에서 성과가 있었으나, 이 두 과정 간의 통합적 연구는 상대적으로 미흡하였다. 본 연구에서는 총 3개의 실험이 수행되었으며, 모든 실험에는 시각운동자극인 동시에 풍부한 사회적 정보를 포함하는 생물형운동 자극이 사용되었다. 첫 번째 실험에서는 조현병 환자 및 정상인 집단에 대해 생물형운동, 비생물형운동, 무의미 도형의 세 종류 자극을 1개 또는 2개씩 기억하도록 한 후 기억 정확도를 측정하였다. 그 결과, 두 집단 모두에서 기억자극 부하가 적을 경우 (1개) 생물형운동자극이 작업기억의 부호화를 촉진하는 효과가 나타났으나, 부하가 증가할 경우 조현병환자 집단에서 그 효과는 사라졌다. 두 번째 실험에서는 기억부하와 자극종류에 의한 부호화 촉진의 효과를 더 상세히 알아보기 위하여, 생물형운동과 비생물형운동을 1개씩, 또는 2개씩 기억하도록 하는 조건과 생물형운동, 비생물형운동을 함께 제시한 후 둘 중 하나를 기억하도록 하는 조건을 실행하였다. 그 결과 두 집단 모두에서 생물형운동, 비생물형운동이 1개씩 제시된 조건의 결과는 단일기억자극 2개를 기억하는 경우와 유사한 기억정확도를 보였으나, 각 집단 별 처리과정은 다른 것으로 생각된다. 세 번째 실험에서는 앞선 두 실험에서 관찰된 생물형운동의 작업기억촉진효과가 파지기간의 길이에 따라 집단 별로 어떻게 달라지는 지를 조사하였다. 두 집단 모두에서 비생물형운동, 무의미도형에 비해 생물형운동에 대한 기억정확도가 높고 더 오래 지속되었다. 그러나 지연기간이 없는 조건에서 환자들의 재인 정확도는 낮아 부호화 단계에서부터 문제가 있을 수 있다는 점과, 기억자극촉진효과가 정상인에 비해 빨리 사라져, 효과의 지속이 제한적이라는 점이 관찰되었다. 요약하면, 조현병환자들의 작업기억 부호화는 자극의 종류에 따라 촉진효과가 나타날 수 있으나, 정상인에 비해 그 효과가 제한적이며, 작업기억 유지에 미치는 영향도 크지 않아 쉽게 효과가 상실되는 것으로 보인다.
  • Research result and Utilization method
  • - 실험 1 (1차년도) 결과 1차년도에는 생물형운동자극이 작업기억의 부호화 및 유지에 미치는 영향을 조현병 환자 및 정상인 집단에서 파악하기 위하여, 두 집단을 대상으로 작업기억과제인 지연반응과제(delayed response task)를 실시하였다. 이 과제에 생물형운동, 비생물형운동, 무의미 도형자극을 도입하여, 기억자극 1개 또는 2개의 두 가지 기억부하 조건에서 각 자극의 기억 정확도를 측정하고, 이를 집단 내, 집단 간 비교하였다. 조현병 환자집단은 전체적으로 정상인에 비해 낮은 정확도를 보였으며, 이는 그간의 선행연구결과들과 일치한다. 본 연구에서 새로이 관찰한 결과는, 정상인 집단은 기억부하에 관계없이 생물형운동자극이 제시된 조건에서 부호화촉진이 일어나 기억수행이 우수했지만, 조현병 환자집단에서는 이 효과가 낮은기억부하 조건에서만 관찰되었다는 것이다. - 실험 2 (2차년도 실험 1) 결과 2차년도의 실험 1에서는 기억부하와 기억자극 종류간의 상호작용에 따른 기억정확도의 변화 양상을 보다 상세히 알아보기 위하여, 1차년도 연구의 과제와 거의 유사한 과제에 생물형-비생물형 운동이 주어지는 시행 조건을 추가하여, 한 종류의 자극만 주어지는 상황의 낮은부하 및 높은 부하 조건과 비교하였다. 실험 결과, 단일 자극 조건(생물형 또는 비생물형만 주어지는 조건)에서의 전체적인 결과는 1차년도 연구와의 일관성이 관찰되었다. 두 종류의 자극이 각각 1개씩 주어지는 시행의 결과는 두 집단 모두에서 단일자극 2개를 기억해야 하는 조건과 유사하게 나타났다. 그러나 그 기저의 처리과정은 두 집단 간에 서로 다른 것으로 추정되었다. 정상인 집단의 경우 생물형운동이 기억표적자극일 때는 부호화 촉진 현상이 강하게 나타나지만, 비생물형운동일 경우 부호화 촉진효과가 나타나지 않으며, 이는 기억부하가 증가할 때 큰 폭의 기억정확도 감소로 나타난다. 함께 제시되는 자극이 생물형운동일 경우도 마찬가지였다. 반면 환자집단에서는 생물형-비생물형 운동이 제시될 때, 선행연구에서 밝혀졌듯이 비생물형 운동을 생물형운동으로 착각하는 경향이 나타나 두 자극이 서로 간섭을 일으켜 정확도가 낮아졌을 가능성이 있다. - 실험 3 (2차년도 실험 2) 결과 2차년도 실험 2에서는 앞서의 두 실험에서 관찰된, 낮은 기억부하에서 생물형운동에 의한 작업기억 촉진효과가 지연시간의 길이에 따라 어떻게 지속되는지를 조사하였다. 이를 위해 지연반응과제의 지연시간은 0초, 5초, 20초로 설정하여 기억정확도를 관찰하였다. 실험 결과, 비생물형 운동 및 무의미 도형에 비해 생물형운동자극에 대한 기억정확도가 더 높고 오래 지속되는 결과가 두 집단 모두에서 나타났다. 그러나 지연기간이 없는 조건(0초)에서부터 환자집단의 정확도가 정상인에 비해 낮아, 부호화 단계부터의 문제점을 암시하였으며, 촉진효과 역시 더 빨리 사라져, 효과의 발생과 지속이 제한적임이 나타났다. - 함의 및 활용방안 본 연구는 조현병환자를 대상으로 지각부호화 및 인지과정에 대한 통합적 접근을 통해 상관분석의 수준을 넘어 상호작용의 파악과 정량적 분석을 가능하게 하는 패러다임을 제시하였다. 생물형운동자극을 이용한 실험 설계는 환자들을 대상으로 사회적기능과 연계된 상황을 잘 통제하여 제시할 수 있다는 장점을 가진다. 자기보고나 임상적 진단이 아닌 본 연구와 같은 실험적, 경험적 연구 결과들은 장차 조현병의 기능회복과 재활을 위한 인지 및 지각 능력의 촉진에 중점을 둘 수 있는 응용 방법 개발의 기초적 단서를 제공해줄 수 있다.
  • Index terms
  • 조현병, 생물형운동, 시지각, 운동지각, 인지과정, 작업기억, 정보처리과정, 사회인지, 부호화
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