과제수행조건에 따른 신체분절의 제어형태

Abstract

The purpose of this study was to test the empirical validity of the physical-biological theory of human motor control. The physical-biological perspective assumes that human being is a self-organizing system designed to conform to task demands. It is postulated that movement pattern(coordination and control) changes, as the task requirements change, by means of applying different kinds of constraints to the effectors involved in the production of a given movements. To test this hypothesis, three subjects were required to perform a standing broad jump in six task conditions, i.e., in a 2(jumping distance)×3(landing angle)×6(movement phase) within-subject design. Two jumping distances were 60cm and 100cm, and three landing angles were degrees of 0, 15 and 30. Hip joint point, knee joint point and ankle joint point of all subjects were marked, and these joint angles were cinematographically analyzed using 16mm high-speed camera and KWON3D (version 2.1)motion analyzer. Absolute angles and angular changes of three joints along with cross-correlations between joint angles were analyzed as a function of task conditions. Analyses of data revealed that: (1) all three joint angles changed significantly as movement develops; (2) the change of hip joint angle differed with jumping distances; (3) ankle joint angles were different as a function of jumping distances and landing angles. Analyses of cross-correlation data disclosed that: (1) all joint angles were coupled in two jumping distances; (2) hip-knee joint was coupled in the landing phase condition; (3) knee-ankle joint was coupled after landing; (4) hip-knee joint was coupled before jumping while knee-ankle joint was coupled after landing in the larger landing angle. It was concluded that the control pattern of body segments and body joints was affected by the jumping distance as well as by the landing angle. Also the jumping distance affected patterns of movement control in all movement phases while the landing angle affected the last phase of movement only, thus lending support to the theoretical prediction of physical-biology approach.;본 연구는 과제수행조건에 따라서 인간이 어떻게 동작을 제어하는가를 알기위한 것이었다. 연구는 실험실 내에서 이루어졌으며 모든 실험상황을 체계적으로 조작하였다. 본 연구의 주된 목적은 인간의 동작제어형태를 정보처리적 관점에서가 아니라 물리생물학적 관점에서 밝히는 것이었다. 이는 정보처리적 관점에서의 연구가 자극-반응에 의한 단순동작인데에 반해서 물리생물학적 관점에서는 인간의 행동이 지각-행동간의 결속(coupling)이라고 보기 때문에 목표한 과제를 지각한 후에 수행할 수 있도록 도약거리와 착지면의 기울기 각도를 변화시켜 준 제자리멀리뛰기 동작을 실험과제로 선정하였다. 그리고 속박을 신체분절간의 각도로 조작화하였다. 따라서 과제수행조건에 따라서 인간이 신체분절을 어떻게 상호적으로 규율시키는가, 즉 속박을 어떻게 변화시키는가가 주된 연구문제였다. 이에 따른 구체적인 연구문제로는 도약거리와 착지면의 기울기 각도가 신체분절간의 속박, 그리고 신체관절간의 속박정도에 어떻게 영향을 미치는가이다. 본 연구를 위해서 대학생 자원자 3명을 피험자로 선정하였다. 실험과제는 제자리멀리뛰기의 도약거리(60cm, 100cm)와 착지면의 기울기 각도(0도, 15도, 30도)를 변화시킨 도약거리(2)×착지면 각도(3)의 6가지 조건에서 수행하도록 하였다. 동작분석을 위해서 과제수행장면을 16mm 고속카메라로 촬영하였다. 그리고 현상된 필름을 통하여 제자리멀리뛰기 수행에 관계되는 신체분절간의 속박을 대변하는 고관절, 무릎관절, 발목관절의 각도를 측정하였고, 측정자료 분석을 위해서는 컴퓨터 동작분석용 프로그램인 KWON3D Motion Analysis Package(Version 2.1)가 설치된 컴퓨터를 사용하였다. KWON3D 프로그램 상에서 관절점을 디지타이징한 후에 동작의 6가지 국면에 해당하는 3가지 관절각도를 얻었다. 측정자료는 우선 질적 분석을 한 후에 양적 분석을 하였다. 양적 분석은 첫째, 과제수행조건이 신체분절의 속박형태에 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 3가지 관절각도에 대한 도약거리(2)×착지면 각도(3)×동작국면(6) 실험설계에 대응하는 반복측정에 의한 삼원변량분석(Three-way ANOVA with repeated measures on all Three factors)을 실시하였고, 변량분석결과가 통계적으로 유의하면 사후검증(Scheffe′test)을 실시하였다. 둘째, 과제수행조건에 따른 동작국면간 관절각도의 변화량을 보았으며, 3가지 관절각도 변화량에 대한 도약거리(2)×착지면 각도(3)×동작국면간(5) 실험설계에 대응하는 반복측정에 의한 삼원변량분석(Three-way ANOVA with repeated measures on all three factors)을 실시하였다. 그리고 변량분석결과가 통계적으로 유의하면 사후검증(Scheffe′ test)을 실시하였다. 마지막으로 과제수행조건이 관절각도간의 속박정도에 영향을 미치는가를 보기 위하여 도약거리(2)×착지면 각도(3)의 6가지 조건에서 6가지 동작국면에 따른 3가지 관절각도간의 교차상관계수(cross-correlation)를 구하였다. 본 연구의 분석에 의하면 고관절은 동작국면(F(5,10)=9.121, p<.05)에 따라서, 그리고 도약거리와 동작국면의 상호작용효과(F(5,70)=4.050, p<.01)에서 통계적으로 유의했으며, 사후검증 결과도 통계적으로 유의하였다. 무릎관절각도는 동작국면(F(5,10)=21.197, p<.01)에 따라서 통계적으로 유의하였다. 발목관절각도는 동작국면(F(5,10)=51.636, p<.01)에 따라서, 그리고 도약거리와 착지면 각도간의 상호작용효과(F(2,4)=29.717, p<.05)에서 통계적으로 유의했으나, 사후검증 결과는 통계적으로 유의하지 못했다. 또한 관절각도의 동작국면간 변화량을 통해서 보면 고관절각도의 변화량은 도약거리(F(1,2)=44.612, p<.05)에 따라서, 그리고 동작국면간(F(4,8)=90.868, p<.01)에 따라서 통계적으로 유의하였다. 무릎관절각도 변화량은 동작국면간(F(4,8)=50.963, p<.01), 도약거리와 동작국면간의 상호작용효과(F(4,8)=3.892, p<.05)에서, 그리고 착지면 각도와 동작국면간의 상호작용효과(F(8,16)=3.660, p<.05)에서 통계적으로 유의했으며, 사후검증 결과도 통계적으로 유의하였다. 발목관절각도의 변화량은 동작국면간(F(4,8)=37.325, p<.01)에 따라서 통계적으로 유의하였다. 그리고 관절각도간의 교차상관(cross-correlation)을 통하여 신체관절간 속박의 정도를 보면 도약거리에 상관없이 도약이전에는 모든 관절간의 속박이 강했으나, 도약거리가 짧으면 착지시에는 고관절과 무릎관절간의 속박이 강했고 착지 후에는 무릎관절과 발목관절간의 속박이 강했다. 착지면의 각도가 증가하면 도약이전에는 고관절과 무릎관절간의 속박이 강했고, 착지 후에는 무릎관절과 발목관절간의 속박이 강했다. 결론적으로 도약거리와 착지면 각도는 신체분절간 속박과 신체관절간 속박의 정도에 영향을 미쳤다.