단어재인 시 음운규칙 적용 여부 및 단어빈도에 따른 청년층 및 노년층의 ERP 성분 비교 분석

Abstract

우리나라의 인구 고령화는 세계에서 가장 빠른 속도로 진행되고 있으며 향후 13년간(’17~’30년) 만 65세 이상 인구가 연평균 4.8%의 높은 증가세를 보일 것으로 예상된다(통계청, 2018). 이처럼 평균 수명연장으로 인한 노년층 인구 증가는 사회·경제적인 문제뿐만 아니라 여러 신체적, 심리적인 부분과 더불어 인지 및 언어, 의사소통능력의 어려움으로 나타나고 있다. 정상적인 노화 과정에서도 뇌는 구조적, 기능적으로 변화의 양상을 보일 수 있고 이로 인하여 감각, 지각, 기억, 언어능력 등의 인지기능이 감퇴 될 수 있는데(Lee et al., 2012) 특히 노화와 관련하여 나타나는 여러 가지 문제 중 하나인 인지 능력 감소는 언어 및 의사소통능력에 상당한 영향을 주는 것으로 보고되고 있다(Ball & Owsley, 1993; Kramer & Willis, 2002). 또한 언어처리능력은 단어재인부터 읽기, 쓰기에 이르기까지 광범위한 수준이 요구되기 때문에 다양한 인지 영역 간의 상관관계 및 여러 각도의 측면에서 언어처리능력과 노화의 상관성을 연결 지어 살펴볼 필요가 있다. 한글은 자소-음소가 대체적으로 규칙적인 표층표기(shallow orthography) 체계를 취하지만 음절과 음절이 만나 2음절을 구성하는 경우에는 음이 달라지는 음운규칙 현상이 존재하며 이는 읽기발달과 밀접한 관계를 맺고 있다. 이러한 음운인식 능력은 초등학교 고학년 이후에는 기존의 철자유형 지식을 활용하여 낯선 단어를 접하게 되더라도 습득된 음운지식을 통한 능숙한 읽기가 가능하게 된다(임유진 & 김영태, 2008). 하지만 유년기에 뇌가 성장하는 과정의 역순으로 노년기에 인지 및 정신적 능력이 감퇴한다는 역발생이론(Choi et al., 2013; Raz & Kennedy, 2009)에 근거하자면 영유아~노년기로 이어지는 연속선 상에서 신경생리학적 능력은 발달 후 감퇴하게 되는 일련의 과정을 거치게 되는데(Yeon et al., 2017) 노화로 인한 인지적 저하는 단어재인 및 음운처리를 비롯한 여러 수행력에 영향을 미치게 되고 이전과는 다르게 단어들을 읽고 재인하는 과정에서 정확도 및 시간 지연이 발생하게 된다(이수정 외, 2014). 또한 단어인출 시 의미적 상호연결성이 약한 저빈도 단어인출은 고빈도 단어인출에 비해 연령이 증가함에 따라 어려움이 가중 된다(Woltz & Gardner, 2015; Van et al., 2018). Burke, MacKay, & James(2000)는 노년층의 경우 음운 및 철자와 관련된 회상의 어려움은 어휘의 개념을 음운, 철자의 형태로 연결하는 데서 나타나며 이는 저빈도 불규칙단어에서 더 큰 어려움을 보이는 것으로 보고하기도 하였다. 또한 구문 구조의 복잡성 및 인지처리 부담이 요구되는 과제의 경우 인지기능 및 주의력 감소로 인해 노년층의 수행력이 감소 된다는 연구 결과가 보고되고 있다(이지선 & 성지은, 2015; Hutchinson & Beasley, 1976). 하지만 노년층의 초기 언어처리능력은 청년층과 차이가 없다고 보는 연구(정혜선, 2004; Mak & Carpenter, 2007; McGinnis, 2009) 및 규칙과 불규칙단어의 음독과제를 통해 청년층, 중년층, 노년층의 수행력에 유의한 차이가 없음을 보고한 선행연구(Yeon et al., 2017)의 결과를 통해 노년층의 언어능력을 바라보는 시선에는 상반된 견해가 존재한다. 또한 일각에서‘음운지식’은 노년기에 이르러 교육수준(education level)에 영향을 받기도 하고(박성건, 2016) 정상적인 노화 과정을 겪고 있는 노년층일지라도연령에 따른 노화의 속도는 개인마다 상이 하며 이는 다양한 요인들이 상호복합적으로 연결되어 작용한다고 보고하여(정혜선, 2004) 노화를 이해하고 해석하는데 집단의 특성이 고려되어야 할 필요성을 시사하였다. 국내에서는 음운변동 측면 및 단어빈도에 따른 처리과정연구가 드문 실정이며 대부분 청년층을 대상으로 하고 있고 음독, 읽기, 쓰기 과제 등을 통한 정반응률 및 반응속도를 측정하는 행동학적 연구로는 단어재인의 최종 단계만 제시해주기 때문에 언어의 전반적 처리 과정을 해석하기에는 무리가 있다. 또한 음운지식 이해 과제 혹은 산출 관련 과제 중 해당 과제의 단독 시행만으로는 한 개인의 음운지식에 대한 개념 형성 여부를 단정 지을 수 없기에 전반적인 음운지식을 평가하기 위해서는 두 과제를 동시에 진행하여 살펴볼 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 단어의 빈도라는 속성의 차이가 유발될 때 음운규칙 적용 여부에 따른 집단 간 차이를 정반응률 및 반응시간과 관련된 행동분석 및 실시간 언어처리 과정인 사건관련전위(Event-Related Potentials; 이하 ERP)를 통해 살펴보고자 한다. 또한 음독과제를 추가적으로 실시하여 각 집단에서 음운규칙 지식(이해)과 관련된 음운판단과제와 산출과 관련된 음독과제 간 상관관계를 분석하고자 한다. 본 연구를 위해 만 20-30세의 정상 청년층 17명, 만 60-70세의 정상 노년층 18명, 총 35명이 참여하여 행동분석 데이터에 사용되었고, ERP 분석 데이터 전처리과정에서 잡음(artifacts)으로 인해 노년층 데이터 2명이 제외되어 정상 청년층 17명, 노년층 16명, 총 33명이 ERP 분석 및 음독과제 데이터 분석에 사용되었다. ERP 실험 과제는 시각 자극 제시 이후 들려오는 청각 자극을 듣고 비교하여 음운규칙 적용 여부 적합성을 판단하는 음운판단과제를 사용하였다. 과제에 사용된 단어는 모두 음운규칙을 적용해야 하는 2음절 불규칙 의미단어로 빈도에 따라 고빈도 50개, 저빈도 50개, 총 100개 문항으로 구성하였다. 또한 단어빈도와 음운규칙 적용 여부에 따라 4가지 조건으로 나누었으며 50개의 메꿈 문항을 포함하였다. 피험자들이 시각 자극과 청각 자극을 대조하여 음운판단과제를 수행하는 동안 정반응률(%), 반응시간(ms), 구간별 평균진폭(㎶)을 측정하였으며 음독실험과제는 ERP 실험 과제에서 사용된 동일한 문항을 사용하여 정반응률(%)을 측정하였다. 먼저 행동분석 결과, 음운규칙 적용 여부, 단어빈도, 집단에서 정반응률 및 반응시간의 유의미한 차이가 나타났다. 즉 음운규칙을 적용한 경우가 적용하지 않은 경우에 비해, 고빈도 단어가 저빈도 단어에 비해, 청년층이 노년층이 비해 정반응률이 높았고 반응시간 역시 빨랐다. ERP 분석결과, 의미적, 음운적으로 연관이 없거나 오류가 있는 경우 활성화되는 300~500ms 구간에서 집단 간 음운규칙 적용 여부에 따른 반구 영역이 통계적으로 유의하였다. 이는 음운규칙을 적용하였을 때 청년층의 반구 영역 평균진폭의 부적 방향성이 노년층의 반구 영역 평균진폭의 부적 방향성에 비해 더 크게 나타난 것에 기인하였다. 또한 노년층에 비해 청년층에서 저빈도 음운규칙 미적용 시 우반구 전후방 영역의 평균진폭 차이가 좌반구 전후방 영역의 평균진폭 차이보다 더 크게 나타났다. 한 가지 특기할만한 점은 노년층의 경우 고빈도 조건에서는 부적 파형이 청년층과 동일한 양상을 보였으나 저빈도 조건의 경우 자소-음소 불일치(음운규칙 적용)의 경우가 자소-음소 일치(음운규칙 미적용)의 경우에 비해 더 큰 부적 파형을 보였다는 점이다. 이는 노년층이 청년층과는 다르게 음운규칙을 적용하지 않은 경우에 비해 음운규칙을 적용하였을 때 음운적, 의미적 오류를 감지했다는 것으로 해석할 수 있다. 이러한 양상은 저빈도의 의미적 표상과 자소-음소 처리와 관련한 음운적 표상을 동시에 활성화시키는 것이 노년층에게는 인지적 처리 부담으로 작용한 것을 의미하며 행동분석에서 저빈도 음운규칙 미적용 시 다른 조건에 비해 유의하게 저하된 수행력에 영향을 미친 것으로 보인다. 각 집단에서 음운판단과제 및 음독과제와의 상관관계 분석결과, 노년층에서 두 과제 간 강한 정적 상관관계가 나타났다. 이는 노년층 집단을 구성하고 있는 구성원들의 편차 즉 개인별 음운규칙에 대한 이해 정도가 산출에도 영향을 미친 것으로 해석할 수 있다. 또한 추가적으로 노년층 집단 내에서 음운판단과제 및 음독과제 수행력과 교육년수 간 상관관계를 분석한 결과 두 과제와 교육년수 간 유의한 상관관계가 나타났다. 이는 노년층의 경우 신경생리학적 능력의 발달 후 감퇴하게 되는 일련의 과정을 거치면서 교육년수가 음운판단과제 및 음독과제의 수행력 즉 음운지식의 이해 및 산출과 밀접한 연관이 있음을 시사한다. 본 연구의 해당 과제가 노년층 피험자의 교육수준에 따라 수행력 차이를 보였던 이유는 피험자의 교육수준이 과제수행 이해 및 산출에 요구되는 음운지식에 대한 지표가 될 수 있기 때문이라 할 수 있다. 해당 상관관계 연구결과를 기반으로 모든 노년층에게 노쇠 효과가 동일하게 적용되지 않고 차이를 보인다는 점을 고려할 때, 노년층의 언어 및 인지처리에 영향을 주는 요인에 대한 정확한 이해가 요구된다. 또한 본 연구에서의 해당 과제가 교육수준(education level)에 따라 수행력 차이를 보인 결과를 토대로 ‘음운지식’ 은 노년기에 이르러 교육수준과 같은 개인적 요인이 변인으로 작용할 가능성을 시사하는 바이다.;Hangul(Korean language) uses a shallow orthography system which most of the time has grapheme-phoneme correspondence. However, when there are two syllables, the phoneme changes making phonological rules which has a connection to reading development. In upper grade of elementary, this acquired phonological awareness enables them to read unfamiliar words by using their knowledge on types of spelling. But according to retrogenesis theory which states that in childhood the brain develops whereas in old age cognition and mental ability deteriorate, from childhood to old age the neurophysiological ability develops and then weakens. The decline in cognitive performance due to aging has an effect on word cognition, slowing down the accuracy and response time in reading and recognizing words. In addition, withdrawing low frequency words with a weak semantic interconnectivity gets more difficult than high frequency words as age increases. But only there are a few phonological rules and word frequency process studies and this studies targets on younger group. Also, Behavior studies that examine the accuracy rate and response time through reading aloud, reading and writing present only the final stage of word recognition making it difficult to interpret the overall process of language. Also, it is necessary to proceed two tests at the same time to evaluate a general phonological knowledge because it is difficult to determine the formation of a person’s phonological knowledge with only a phonological knowledge comprehension or a production task. Therefore, the purpose of this study is to investigate there is age-related differences according to whether phonological rules were applied when there is a difference in word frequency using behavioral analysis related to the accuracy rate as well as response time and an Event Related Potentials(ERP) which is a real time language process. Also a reading aloud task was taken additionally to make a correlation analysis between phoneme judgment task related to phonological comprehension and a reading aloud task related to production. A total of 35 participants (Young = 17, Elderly = 18) took part in this study. ERP experiment task was a phonological judgment task deciding whether phonological rules were applied by comparing auditory stimuli after a visual stimuli. Words used for the task consisted of total 100 questions that two syllable irregular words were composed of according to frequency, 50 high frequency words and 50 low frequency words. Also according to the conditions of word frequency and whether phonological rules were applied, they were divided into 4 conditions containing 50 filler stimuli. While participants compared the auditory with visual stimuli, the accuracy rate(%), the response time(ms), average amplitude(㎶) were measured. Also, The same questions that were used in a phonological judgment task were used to measure the accuracy rate(%) in reading aloud task. Behavioral analysis results, the elderly group showed lower accuracy rate and slower response time than younger group. There was a significant difference in groups according to the frequency and the application of phonological rule between the accuracy rate and the response time. In other words, elderly group showed a decrease in performance on words where phonological rule was not applied especially on low frequency words. ERP analysis results, there were no significant difference between the group and phonological rule application in the 150-300ms(P200) interval which reflects the primary language process. However in the 300-500ms(N400) interval, which activates when a lexical or phonological error is detected, there was a group difference according to on whether phonological rules were applied and laterality. Also there was a significant difference in groups according to whether phonological rules were applied, word frequency, laterality and anteriority. Especially in elderly group with low frequency word condition there was a bigger negative component when phonological rule was applied compared to when it was not applied. This means that elderly group had more trouble activating lexical and phonological symbol at the same time in low frequency words. The correlation analysis between phoneme judgment task and reading aloud task result showed that in elderly group there was a strong positive correlation between the two tasks. This means that the individual’s phonological rule in elderly group affects production as well. Moreover the correlation analysis of phonological judgment, reading aloud performance and education level in elderly group showed a significant correlation. It means that passing a series of process with development and then deterioration of neurophysiological ability education level was related to phonological judgment task and reading aloud task performance in other words, phonological knowledge comprehension and production. Based to the results of this correlation study considering the fact that not all elderly have the same aging effect, there needs to be a accurate comprehension on the factor that affects the language and cognitive process of elderly. Also since this task showed difference according to education level it is possible that‘Phonological Knowledge’of elderly there can be altered with individual factors. The limitations of this study is as follows. First, the test level was difficult for elderly group and experienced difficulty in individuals according to frequency can not be overlooked. Second, since the visual stimuli time was long it will be hard to conclude this waveform may not be related purely on auditory stimuli.