다중감각자극 유형과 감각자극 간 공간 일치여부에 따른 성인과 노인의 단속적 안구운동 반응시간의 차이

Abstract

The purpose of the study was to determine whether saccadic reaction time can be temporally facilitated by multimodal stimulations(e.g. visual-auditory, visual-auditory-somatosensory) and their congruent/incongruent sensory signals during voluntary gaze shifts task compared in young and elderly healthy adults. Young(n=8) and elderly(n=4) healthy adults with no prior history of neurological diseases, diabetes, and deficit in hearing and visual acuity participated in this study. Subjects stood in the center of the movable platform in normal stance. Subjects were asked to fixate a visual target at eye level: 1) center(0°), 2) left(-63°), 3) right(+63°) in front of 2m as rapidly as possible during the target shift. In addition, auditory(‘beep’ sound) or somatosensory(surface yaw, 15.5 in amplitude to the right or left, 400 ms in duration) cue presented at the same or opposite direction as the visual target switch. Subjects performed 60 trials (2 targets x 3 surface yaw x 2 congruent/incongruent auditory cue x 5 trials) presented in random order. Head, thorax and pelvis positions were obtained from the Vicon 512 system sampled at 120 Hz. Eye movements were tracked using an EyeLinkl Gaze Tracking system (SensoMotoric Instruments GmbH, Berlin, Germany) sampled at 240 Hz. Gaze rotation were calculated, combined with the horizontal position of head. Gaze, head, thorax and pelvis onsets were marked as the first incident as the data point surpassed the 95% C.I.(2 standard errors of the mean) of the baseline by using Matlab software. Three-way repeated measures analyses of variance ANOVA(2 groups x 3 somatosensory cues x 2 congruent/incongruent auditory cue) were used, comparing main effects of age groups and interactions. Also, three-way repeated measures analyses of variance ANOVA(2 groups x Three-way repeated measures analyses of variance ANOVA(2 groups x 3 somatosensory cues x 4 gaze, head, thorax, pelvis onsets) were used, comparing main effects of age groups and interactions. A P-value was accepted at a significant level of 0.05. The results of data analysis: 1) Saccadic reaction time were further facilitated tri-modal multisensory(visual-auditory-somatosensory) with congruent condition than bi-modal multisensory condition(visual-auditory) in both young and elderly group. However, in elderly group gaze onsets were not facilitated in incongruent multisensory condition. 2) Saccadic reaction time to the visual targets were faster in young compared with elderly group in all multisensory condition whereas elderly group could benefit more from multisensory integration than young group. 3) Both young and elderly group responded faster containing somatosensory cue than auditory cue. 4) Both young and elderly group could use gaze-centric control when standing on a moving support surface whereas elderly showed head leading, followed closely by the gaze in some of conditions. 5) gaze and head onsets were faster in young than elderly group whereas thorax and pelvis onsets were not different between groups. Therefore, saccadic reaction time were longer in elderly group than young group under all conditions whereas elderly group showed a greater multisensory enhancement. However, with aging, temporal gaze facilitations could benefit more from multimodal stimulation that is same direction yaw, but not in opposite direction yaw when standing on a moving support surface. These results indicate that saccadic reaction time in elderly group may be not facilitated due to the lack of visual stable reference when the entire body is moving in opposite direction yaw condition.;본 연구는 시선이동과제(서 있는 상태에서 좌우로 이동하는 시각자극을 신속히 주시하는 과제) 수행 시 제시되는 다중감각자극의 유형과 감각자극 간 공간 일치여부에 따른 성인과 노인의 단속적 안구운동 반응시간의 차이를 밝히는 데에 그 목적이 있다. 특히, 성인보다 운동기능과 감각기능이 모두 저하된 노인에게도 복잡한 과제 수행 시 다중감각정보 자극에 따른 단속적 안구운동 반응시간의 촉진효과가 나타나는지를 검증하고자 하였다. 또한 빠른 눈과 머리의 움직임에 따라 나타나는 신체 움직임 특성을 살펴보기 위하여 성인과 노인의 시선, 머리, 몸통, 골반 움직임 반응시간의 차이를 비교분석하였다. 이를 위하여 성인 8명, 노인 4명 총 12명의 실험대상자는 가만히 서서 중앙을 응시하고 있다가 초록색 불빛이 들어오는 방향(왼쪽 또는 오른쪽)으로 신속하게 시선을 주시하는 과제를 수행하였다. 이 때 한 개(청각) 또는 두 개의 감각자극(청각, 체성감각)이 시각자극과 공간적으로 일치 또는 불일치하게 제시되었다. 안구 움직임을 측정하기 위하여 안구 움직임 추적 장비와 머리, 몸통, 골반의 움직임을 측정하기 위하여 동작분석 시스템을 사용하였다. 측정된 자료는 Matlab 프로그램을 사용하여 단속적 안구운동 반응시간과 시선, 머리, 몸통, 골반의 움직임 반응시간을 산출하였다. 시각자극에 추가로 주어지는 청각자극과 체성감각자극의 공간적 일치여부에 따른 연령별 단속적 안구운동 반응시간의 차이를 살펴보기 위하여 반복측정 삼원분산분석을 실시하였다. 또한 시선 움직임을 포함한 신체 움직임 유형과 다중감각자극에 따른 연령별 시선, 머리, 몸통, 골반 움직임 반응시간의 차이를 살펴보기 위하여 반복측정 삼원분산분석을 실시하였다. 실험결과는 다음과 같다. 첫째, 두 집단 모두 시각과 청각자극이 제시되었을 때보다 시각과 청각자극에 추가로 체성감각자극이 공간적으로 일치하게 제시되었을 때 가장 빠른 단속적 안구운동 반응시간을 보였다. 단 노인은 성인과 달리 시각자극에 체성감각자극이 공간적으로 불일치하게 제시되면 가장 느린 단속적 안구운동 반응시간을 보였다. 둘째, 노인은 모든 다중감각자극 조건에서 성인보다 단속적 안구운동 반응시간이 느리게 나타났으나, 노인은 다중감각자극으로부터 더 큰 이득을 얻어 단속적 안구운동 반응시간이 큰 폭으로 감소하였다. 셋째, 두 집단 모두 단속적 안구운동 반응시간이 시각자극에 추가로 제시된 청각자극보다 체성감각자극에 의해 크게 감소하였다. 넷째, 모든 다중감각자극 조건에서 두 집단 모두 시선 움직임이 머리 움직임보다 더 빠르게 나타났다. 단 노인은 시각자극에 추가로 체성감각자극이 제시된 조건의 일부 시행에서 시선보다 머리 움직임 반응시간이 상대적으로 빠르게 나타났다. 다섯째, 성인은 골반, 몸통, 시선, 머리의 움직임 순으로 나타난 반면 노인은 시선과 머리 움직임, 몸통과 골반 움직임 간의 반응시간에 유의한 차이가 나타나지 않았다. 결론적으로 노인은 성인보다 모든 다중감각자극 조건에서 단속적 안구운동 반응시간이 느리게 나타났으나, 다중감각자극이 공간적으로 일치하게 제시될 때 더 큰 이득을 얻으며 다중감각의 증진효과로 단속적 안구운동 반응시간이 빠르게 나타남을 알 수 있었다. 즉, 성인보다 운동기능과 감각기능이 모두 저하된 노인에게도 복잡한 과제 수행 시 다중감각자극에 따른 단속적 안구운동 반응시간의 촉진효과가 나타남을 실증할 수 있었다. 하지만 노인은 시각자극에 체성감각자극이 공간적으로 불일치하게 주어지면 단속적 안구운동 반응시간이 가장 느리게 나타났다. 이는 노인의 경우 신체정렬에 필요한 각종 정보들을 중추신경계에 전달하기 위한 안정적인 시각 기준틀(visual reference)을 획득하지 못하고 단속적 안구운동 지연반응이 나타난 것으로 사료된다.