맥락 일치 및 의미범주 공유 여부에 따른 청년층 및 노년층의 ERP 성분 분석

Abstract

통계청에 따르면 우리나라는 2017년에 전체 인구 중 65세 이상의 고령 인구가 차지하는 비율이 14%를 넘어서며 고령사회에 진입했다. 고령 인구의 비율은 점차 증가하여 2026년에는 초고령사회의 기준인 20%를 넘어설 것으로 추정된다(통계청, 2017). 이처럼 노인 인구가 빠른 속도로 증가하면서 노년층의 건강 및 사회적·경제적 문제에 대한 관심은 자연스럽게 높아지고 있으며, 이에 대한 대책 마련이 요구되고 있다. 정상적인 노화 과정에서는 뇌의 구조에 해부적인 변화가 발생함에 따라 감각, 지각, 기억, 언어 능력 등의 인지 기능이 쇠퇴한다(Light, 1991). 기존 연구에서는 인지 기능의 노화가 세부 영역별로 다르게 나타난다고 보고하였는데, 지각, 주의, 작업기억, 일화기억은 연령이 증가할수록 저하되고 의미기억, 어휘력, 언어 기능은 연령의 영향을 적게 받는 양상을 보였다(Dennis & Cabeza, 2008; Faubert, 2002; Humes & Floyd, 2005; Salthouse, 2004). 언어 기능 중 언어 이해란 듣기 또는 읽기를 통해 언어를 이해하는 능력을 말하는데(Peach, 1987), 노년기에는 시력·청력의 감퇴와 같은 감각적 혼란뿐만 아니라 언어적 해석에서도 방해를 받게 된다(Obler & Albert, 1984). 기존 연구 결과에 따르면 이러한 언어 능력이 치매와 같은 신경학적 퇴행성 질환을 예측하고 진전 정도를 분류하는 초기 지표가 된다고 하여 그 중요성이 커지고 있다(Gomez & White, 2006; McDowd et al., 2011). 의미범주란 사물이나 현상의 속성이 유사한 것끼리 분류되고 위계화되는 기준이다. 이는 사람들이 보편적으로 사물을 지각하고 개념화하는 의미특성을 범주화 하는 것으로(임지룡, 2011), 사람의 장기 기억 중 의미 기억의 구조와 밀접한 관련이 있다(Federmeier & Kutas, 1999). 의미범주는 인지 능력이 복합적으로 작용하는 고도의 언어 기능으로, 이에 따른 언어처리의 차이를 보기 위한 연구가 진행되어왔다. 범주화는 대상을 구별하고 분류하는 활발한 사고 과정의 과정이므로(고춘화, 2012), 기억 구조를 들여다 볼 수 있다는 점에서 중요하다. 노화에 따른 의미범주의 영향을 살펴본 연구에 의하면, 연령 증가에 따라 의미범주의 영향은 감소를 보이긴 하지만, 연령의 영향을 적게 받는 경향을 보여 비교적 손상되지 않고 오래 보존되는 영역으로 여겨진다(Dennis & Cabeza, 2008). 하지만 기존에 진행한 대부분의 연구에서는 연령에 따른 의미범주의 구조 변화에 집중하여, 의미범주에 따른 언어처리의 변화에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 의미범주라는 의미관계의 속성에 차이가 있을 때 집단 간 언어처리과정에 차이가 있는지 집중해서 알아보고자 한다. 본 연구에서는 문장의 이해가 뇌 수준에서 어떻게 이루어지는지 실시간으로 분석하기 위해 사건관련전위(Event-related potentials, 이하 ERP)를 활용하였다. ERP란 특정 자극이 주어졌을 때 그것에 대해 나타나는 대뇌의 반응을 측정하는 방법으로, 일정한 시간 동안 뇌에서 나타나는 전기적 활동을 의미한다(음태완 & 김응수, 2004). ERP는 시간 해상도가 높기 때문에 인지 및 언어처리 과정의 반응을 실시간으로 기록할 수 있고, 이를 통해 피험자 간 언어처리 능력의 차이를 비교할 수 있다. 언어와 관련된 대표적인 ERP 성분(component) 중 N400은 일반적으로 의미적 오류(semantic violations)에 대한 반응으로 나타나는 부적(negative) 방향의 정점(peak)이다(Luck, 2014). 종합적으로 본 연구에서는 의사소통을 위해 가장 일반적으로 사용하는 단위인 문장 자극을 통해, 맥락 일치 및 의미범주 공유 여부에 따라 문장처리 과정에 차이가 있는지 알아보고자 한다. 시간 해상도가 높은 ERP를 통해 조건 간 정반응률과 반응시간, 평균진폭의 크기를 비교함으로써 집단 간 차이를 정밀하게 살펴보았다. 언어 의미처리능력을 측정하기 위해 피험자는 시각적으로 제시되는 문장을 읽은 후 정오판단을 하였다. 구체적으로, 피험자는 문장의 주어부가 의미하는 맥락이 문장 말미의 서술어구와 상응하는지를 판단하였다. 자극은 서술어구의 명사에 해당하며, 맥락 일치 및 의미범주 공유 여부에 따라 조건 1(맥락 일치-의미범주 공유), 조건 2(맥락 불일치-의미범주 공유), 조건 3(맥락 불일치-의미범주 비공유)로 나뉜다. 문장의 주어부와 서술어구가 의미적으로 자 연스러울 때 맥락이 일치하는 것으로 정의하였고, 서술어구의 명사가 주어부와 호응하는 예측 명사와 동일한 의미범주에 속할 때 의미범주 공유 조건으로 정의하였다. 본 연구에서는 맥락 일치 및 의미범주 공유 여부에 따라 청년층과 노년층 간 문장판단과제의 정반응률 및 반응시간에서 차이가 유의한지 살펴보고, 또한 각각의 조건에 따라 청년층과 노년층 간 ERP에서 나타나는 평균진폭의 크기 차이가 유의한지 살펴보고자 하였다. 특히 언어처리의 영향을 반영하는 성분인 N400과 P600을 확인하기 위해 300-500ms 구간과 500-800ms 구간에서의 집단 간 조건에 따른 좌우반구의 전후방 영역의 평균진폭 차이를 비교했다. 본 연구에 참여하는 대상자는 한국어를 모국어로 하는 청년층 18명과 노년층 18명으로, 총 36명이었다. 데이터 분석과정에서 기타잡음(artifacts) 등을 제거하고 70% 이상의 조건이 남아있는 청년층 18명과 노년층 18명의 데이터를 최종적으로 사용하였다. 문장은 조건별 20개씩 총 60개를 구성하였으며 20개의 메꿈 문장(filler sentence)을 포함하였다. 실험은 오프라인(off-line) 방식인 문장판단과제를 실시하여 정반응률과 반응시간을 측정하는 동시에, 실시간(on-line) 방식인 ERP를 기록하여 진행하였다. 연구 결과, 맥락이 일치하지 않는 문장에서 청년층과 노년층 모두 N400을 관찰할 수 있었다. 이는 의미처리와 관련하여 어휘의 맥락 효과에 따라 N400이 출현할 수 있다고 보고한 기존의 연구 결과와 동일하다(Kutas & Hillyard, 1980; Hagoort, 2003). 각각의 집단은 조건 2(맥락 불일치-의미범주 공유)에서 낮은 정반응을 보였는데, 이를 미루어 보아 의미범주를 공유하는 조건에서 문장 자극의 의미적 모호성이 가져올 수 있다고 예측할 수 있다. 또한 조건 2에 비하여 조건 3에서 뚜렷한 부적 반응을 보였으므로, 의미범주를 공유하는 것이 문장처리 시 의미장 형성에 영향을 줄 수 있음을 알 수 있다. 특기할만한 점은, 노년층의 경우 조건 1(맥락 일치-의미범주 공유)에서도 청년층과는 다르게 유의하게 많은 오반응 및 긴 반응시간을 보였다는 것이다. 이는 청년층에서 맥락 효과에 따라 의미범주 공유 여부에 따른 차이가 있었던 것과는 달리, 노년층에서는 의미범주 공유 특성이 의미 간섭 효과를 가져왔음을 짐작해 볼 수 있다. 의미 간섭 효과는 목표 자극을 처리할 때 의미적으로 관련이 있는 방해자극에 의해 간섭을 받아 처리과정에 영향을 받는 현상이다. Gordon 외(2002)는 정보의 유사성에 의한 간섭 효과를 발표했는데, 특히 언어와 인지를 통합하는 과정에서 항목 간 유사성을 가질 때 간섭 효과가 일어난다고 보고하였다. 본 실험에서는 명사의 의미범주가 공유되는 조건에서 항목 간 유사성을 갖게 되어 노년층의 이해처리에 의미 간섭 효과를 가져왔음을 시사한다. 또한 명사의 의미범주 공유라는 의미적 속성이 노화에 따른 언어 이해 과정의 변화를 파악할 수 있는 표지가 될 수 있음을 시사한다.;The purpose of this study is to investigate whether there is age-related difference in Korean sentence processing according to semantic category sharing and contextual agreement. Experiments were conducted on off-line sentence judgment tasks to measure the accuracy and response time, and on-line to record ERP components. The difference between groups was examined by comparing the accuracy, response time, and average amplitude. A total of 36 subjects participated in the study with 18 individuals per each age group. The mean age was 24 (SD = 3.61; Range = 21-33) and 66.94 (SD = 4.65, Range = 61-78) for the young group and elderly group, respectively. After the removal of artifacts during pre-processing, the data of 18 young adults and 18 aging population were analyzed. The stimuli consisted of three conditions according to semantic category and context congruency: 1) congruent context - shared semantic category, 2) incongruent context - shared semantic category, 3) incongruent context - non-shared semantic category. Results from the off-line yes/no questions revealed that the elderly group showed lower accuracy and slower response times than the young group. Each group showed a low level of accuracy in condition 2 (incongruent context - shared semantic category), and it can be predicted that semantic ambiguity of sentence stimuli can be brought about in condition of sharing semantic category. In the case of the elderly, condition 1 (congruent context - shared semantic category) showed significantly more false responses and long response times than the young people. This suggests that, in spite of the differences in response according to the context effect in the young people, the sharing of the semantic category in the elderly has a meaningful interfering effect. As a result of on-line, N400 was observed in both the young and the elderly in the sentence with incongruent context. This is consistent with previous research that reported that N400 could emerge according to the contextual effects of vocabulary related to semantic processing (Kutas & Hillyard, 1980; Hagoort, 2003). In addition, the negative reaction was more pronounced in Condition 3 (incongruent context - non-shared semantic category) than in Condition 2 (incongruent context - shared semantic category), so that sharing the semantic category can affect the formation of semantic field in sentence processing. In this study, it is suggested that the semantic category of nouns has a similarity between items in a shared condition, which has a significant effect of interfering with the understanding process of the elderly. In addition, it suggests that the property of sharing semantic categorization can be a sign to understand the change of language process by aging.