시선 추적기를 활용한 집행기능의 이야기 이해 처리 능력 예측 연구

Abstract

단순언어장애 아동들은 담화 안에서 명시적으로 제공되는 내용을 파악하는 것뿐만 아니라 담화의 내용을 추론하는 것에도 어려움을 보인다(Botting & Adams, 2005). 담화는 아동의 언어 수준을 반영하며 학령기의 언어 능력 및 학습 능력을 예측할 수 있으므로 학령전기 아동의 담화 이해 능력은 아주 중요하다(Bishop & Adam, 1990). 담화를 이해하기 위해서는 어휘력 및 구문 이해력과 같은 언어 능력뿐만 아니라 개인의 경험에 따른 세상사 지식, 이야기 추론 능력, 작업기억과 같은 인지능력의 발달이 필요하다(Daneman & Carpenter, 1980). 그중 사고와 행동을 계획하거나 실행하는 데 필요한 인지기능인 ‘집행기능(Executive function)은 현재 여러 연구에서 담화와 연관성을 보이고 있으며(Miyake et al., 2000), 단순언어장애 아동의 언어적 결함이 기저적 요인에서 야기될 수 있다는 가능성을 제시한다(Yang & Gray, 2017). 그러나 담화를 이해하는 과정에서 실시간으로 어떻게 정보 처리가 일어나는지 밝힌 연구는 매우 제한적이다. 문해 능력 전 단계인 학령전기 아동의 경우 그림책을 볼 때, 그림을 보고 이야기를 이해하는 데 도움을 받는다(Paivio, 2008). 때문에 시선 추적기를 통해 아동의 이야기 이해과정을 실시간으로 분석한다면 정보를 획득하는 방식이나 받아들인 정보를 통합하여 이해하는 과정의 분석이 가능할 것이다(Rayner, 1978). 이에 본 연구에서는 학령전기 일반 아동과 단순언어장애 아동의 이야기 이해능력을 참조적 이해력과 추론적 이해력으로 나누어 비교하고 집행능력을 대표하는 갱신기능, 억제기능, 전환기능에서 두 집단이 어떠한 차이를 보이는지 살펴보고자 하였다. 더 나아가 시선 추적기를 이용하여 이야기 이해 과정에서 시각적으로 일어나는 이야기 처리 과정을 관찰하고 이야기 이해력과 집행기능, 이야기 처리 과정 간 상관관계를 분석하여 어떤 변인이 담화 이해 능력을 예측하는지 알아보고자 하였다. 본 연구에는 서울 및 경기지역에 거주하는 만 4-6세의 일반 아동 19명, 단순언어장애 아동 13명, 총 32명이 참여하였다. 언어 및 동작성 지능 선별검사 후 갱신능력, 억제능력, 전환능력 과제를 실시하여 대상자의 집행기능을 측정하였다. 또한 24인치 모니터를 통해 그림책 형식의 이야기에 맞는 시각적 자극과 구어로 청각적 자극을 제시하였으며 이 과정에서 시선 추적기를 이용하여 대상자의 평균시선고정 시간을 측정하였다. 집단 간 차이를 알아보기 위해 이야기 이해 능력은 이원혼합분산분석(two-way mixed ANOVA), 집행기능 하위 과제와 시선추적 변수는 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 실시하였으며 각 변인 간 상관관계를 분석하기 Pearson 적률 상관계수(Pearson correlation coefficient)를 사용하였다. 마지막으로 참조적 이해력과 추론적 이해력을 예측하는 변인이 무엇인지 알아보기 위해 단계적 중다회귀분석(Stepwise multiple regression)를 실시하였다. 그 결과, 단순언어장애 아동 집단은 일반 아동 집단보다 이야기 이해에 결함을 보였으며 두 집단은 참조적으로 이야기를 이해하는 것보다 추론적으로 이야기를 이해하는 것을 어려워하였다. 또한 갱신 과제, 억제 과제, 전환 과제 모두 일반 아동 집단보다 단순언어장애 아동 집단이 낮은 수행력을 보였으며 시선 추적기를 활용하여 평균시선고정 시간을 비교하였을 때, 일반 아동 집단이 한 번 관심영역을 고정할 때 더 오랜 시간 관심영역을 주시하는 것으로 나타났다. 두 집단의 이야기 이해력, 집행기능, 이야기 처리 과정의 상관관계를 분석한 결과, 참조적 이해력은 평균시선고정 시간, 갱신 과제, 억제 과제, 전환 과제의 수행력과 유의한 정적상관을 보였으며 추론적 이해력 또한 집행기능의 세 가지 하위 과제의 수행력 및 평균시선고정 시간과 유의한 정적상관을 보였다. 또한 참조적 이해력과 추론적 이해력이 정적 상관을 보였으며 갱신 과제와 억제 과제, 억제 과제와 전환 과제, 전환 과제와 갱신 과제의 수행력 간 정적 상관관계를 보였다. 일반 아동 집단에서는 집행기능의 하위 과제의 수행력과 추론 및 참조적 이야기 이해력의 상관관계가 고루 나타났으며 단순언어장애 아동 집단에서는 상관관계가 거의 나타나지 않았다. 마지막으로 전체 대상자의 참조적 이해력을 예측하는 변수는 억제 과제의 수행력, 평균시선고정 시간이었으며 추론적 이해력을 설명하는 변수는 전환 과제의 수행력, 평균시선고정 시간이었다. 또한 일반 아동 집단에서는 갱신 과제의 수행력이 참조 및 추론적 이해력 모두를 가장 강력하게 예측하였으며 단순언어장애 아동 집단의 이야기 이해력을 설명하는 변인은 나타나지 않았다. 단순언어장애 아동은 이야기 이해력에 어려움을 가지고 있으며 집행기능에서 전반적으로 낮은 기능을 보였다. 이는 단순언어장애 아동이 언어 능력뿐만 아니라 다른 영역에도 어려움을 보인다는 영역-일반적 결함(domain-general deficit)에 대한 의견을 지지한다(Yang & Gray, 2017). 또한 관심영역에서 일반 아동의 평균시선고정 시간이 길었는데, 단순언어장애 아동이 담화 이해에 중요한 시각적 단서를 상대적으로 구분하여 집중하기 어려웠을 것이라고 해석할 수 있다. 각 변인 간 상관관계를 살펴보면, 두 집단에서는 이야기 이해력과 집행기능, 이야기 이해력과 이야기 처리 과정, 집행기능과 이야기 처리 과정 간 고른 상관관계를 통하여 이야기 이해에 필요한 온라인(on-line)과 오프라인(off-line) 요소들의 연관성이 나타났다. 또한 일반 아동 집단에서 집행기능 하위과제와 이야기 이해력과 상관을 보인 것과 달리 단순언어발달 장애 아동에서는 상관이 발견되지 않았는데, 이는 단순언어장애 아동 집단이 일반 아동 집단에 비해 집행기능을 활용하는데 어려움을 보여 효율적으로 이야기를 이해하지 못하였을 가능성을 나타낸다. 마지막으로 참조적 이해능력을 예측한 억제기능, 평균시선고정 시간과 추론적 이해능력을 예측한 전환기능, 평균시선고정 시간을 통해 선택적 주의집중의 유지능력, 갱신기능, 억제기능, 전환기능 순으로 이루어지는 위계적 발달에 따른 담화 이해의 매커니즘을 설명하였으며(Garon, Bryson, & Smith, 2008) 중심적인 소재를 집중하여 오래 응시하여 내용을 받아들일 충분한 처리시간을 갖는 것이 이야기 이해에 영향을 줄 수 있다는 가능성을 제시하였다. 또한 일반 아동 집단에서는 갱신기능이 참조적 이해력과 추론적 이해력을 가장 강력하게 예측했으며, 갱신기능이 담화 이해에 핵심적인 역할을 한다고 주장한 선행연구들을 지지하였다(Daneman & Carpenter, 1980). ;Children with specific language impairment (SLI) show difficulties in identifying explicit information and inferring information from conversations (Botting & Adams, 2005). Conversations reflect children's language levels, and conversation comprehension skills can be used to predict language abilities and learning abilities of children in school age. To understand conversations, one does not only require language abilities such as vocabulary and syntax comprehension, but also world knowledge derived from personal experience, inference-making ability, and cognitive abilities such as working memory (Daneman & Carpenter, 1980). Among them, executive function, a cognitive function necessary to plan and execute thinking and action, has shown correlation with conversation comprehension skills in various studies (Miyake et al., 2000). This provides the possibility that children's linguistic defects are potential, underlying causes of SLI. However, research on how information processing occurs in real time in understanding conversation is limited. For preschool children, picture books help them to see pictures and understand stories even if they lack language elements such as vocabulary and grammar (Paivio, 2008). Therefore, if one analyzes the story understanding process of children before the literacy stage through the eye tracker in real time, it is possible to analyze the method of receiving information or the process of integrating acquired information (Rayner, 1978, 1997). Therefore, this study compares the story comprehension ability of preschool-aged typically developing children(TD) and SLI by dividing story comprehension into reference comprehension and inferential comprehension and examines the differences between the two groups in terms of updating, inhibition, and shifting that represent executive function. Furthermore, the study uses the eye tracker to observe story processing in story comprehension, to analyze the correlation between story comprehension, executive function, and story processing, and to find out what variables predict discourse comprehension. A total of 32 children in Seoul and Gyeonggi-do, 19 TD aged 4-6 years old and 13 SLI, participated in the study. After language and behavioral intelligence screening, children's executive function was measured by subjecting the ability to update, inhibit, and shift. In addition, a story was presented visually on a 24-inch monitor, and the auditory stimulus was presented verbally. In this process, the gaze tracker was used to measure the average fixation duration. Two-way mixed ANOVA was use to identify the differences of story comprehension among groups. One-way ANOVA was used to identify the differences of executive function, average fixation duration among groups, and the Pearson correlation coefficient was used to analyze the correlations among the variables. Lastly, stepwise multiple regression was conducted to find out which variables predict reference comprehension and inferential comprehension. As a result, the SLI group showed lower performance in story comprehension than the TD group. Moreover, SLI showed lower, overall performance in updating, inhibition, and shifting task that SLI have difficulties with general executive functions. When the average fixation duration were compared between groups by using the eye tracker, it was shown that the TD group looked at the area of interest (AOI) for a longer time. Analyzing the correlation between story comprehension, executive function, and story processing ability of all subjects, there was a positive correlation between reference comprehension, updating, inhibition, and average fixation duration. Furthermore, inferential comprehension, updating, inhibition, shifting and average fixation duration showed positive correlation as well. In addition, there was a positive correlation between reference comprehension and inferential comprehension, updating and inhibition, inhibition and shifting, shifting and updating. In addition, for the control group, updating was the strongest predictor for both reference and inference comprehension. No variables were found to explain the story comprehension of SLI. In conclusion, children with SLI have difficulty in comprehension and show low executive function overall, supporting the opinion of domain-general deficit among SLI (Yang & Gray, 2017). Also, average fixation duration of the control group was long, suggesting that SLI struggle to distinguish and concentrate on visual cues that are important for discourse comprehension. Analyzing the correlation between each variable, numerous correlations between story comprehension and executive function, story comprehension and story processing, and executive function and story processing represent the connection between on-line and off-line elements. Moreover, the correlation between sub-tasks and story comprehension was found in the control group but was not found in SLI. This indicates that they had difficulty using the execution function compared to TD, thus not understanding stories efficiently. Finally, inhibition (predicts reference comprehension), shifting (predicts inferential comprehension), and average eye fixation time was utilized to explain the mechanism of understanding discourse according to the hierarchical development of selective attention concentration, updating, inhibition, and shifting (Garon et al., 2008). The possibility that having a long processing time to focus on the central material and having enough processing time to receive the contents could influence the story comprehension was suggested. In addition, the updating most accurately predicted the reference comprehension and inferential comprehension for the control group, supporting previous studies which insisted that the updating plays a key role in discourse understanding (Daneman & Carpenter, 1980).