로봇 및 태블릿 매체 유형이 노년층의 언어 및 인지 자동화 검사 수행력에 미치는 효과

Abstract

Rising of the elderly population naturally leads to increased interest in language and cognitive decline related to normal aging or degenerative diseases. Using diagnostic assessments on an appropriate time is crucial for determining if an individual&s language and cognition level is normal or for monitoring those changes over time. Typical assessments for screening the language and cognition abilities of older adults include the Korean version of the Mini-Mental State Examination (K-MMSE; Kang, 2006) and the Seoul Neuropsychological Screening Battery, 2nd Edition (SNSB-II; Kang et al., 2012). In addition to standardized tests that could assess memory, executive function, and attention, higher level of linguistic abilities could also be evaluated based on discourse ability, which are directly linked to daily communication skills. Among these, the 'story retelling' task requires participants to listen to a story and then retell it. This not only reflects memory and attention level but also demands complex abilities such as linguistic organization, representation, and the storage and processing of complex sentences (Kim & Kim, 2015; Lezak, 2004; Kim & Sung, 2014; Choi et al., 2022). Currently, most linguistic or cognitive assessments are conducted face-to-face in specific settings, and they have several limitations. Participants could feel time and cost burdens due to moving to a designated location and long duration of assessment. Moreover, older individuals, who are relatively more susceptible to infections like COVID-19, might avoid testing during pandemics (Ferrar et al., 2021). Additionally, as participants’ daily condition could influence the variability in performance the frequent assessment might be necessary. However, it is challenging to operate face-to-face examination frequently (Karatsoreos, 2014). Currently, to overcome the limitations of traditional assessments, automated tests that participants can perform independently are introducing (Koo & Vizer, 2019; Skirrow et al., 2022). Although these tests are useful for monitoring participants& natural performance, the absence of an examiner who could provide encouragement and help to maintain attention could give rise to underestimating individual&s performance. Therefore, it is crucial for participants to be actively involved in and keep attention on the assessment their own. However, as computers or tablets are mainly utilized for automated and remote assessments, it is challenging to apply non-verbal communication skills which are well known to enhance people&s concentration and and engagement level (Dougherty et al., 2010; Ikeda et al., 2013). Non-verbal communication includes all meaningful interactions beyond spoken language, such as facial expressions and movements of the eyes, neck, or head (Admoni & Scassellati, 2017; Hall et al., 2019). Backchanneling, such as nodding, is one of the main non-verbal communication skills and express the intention to continue speaking (Wang, 2006; Hoffman et al., 2015). Robots with non-verbal communication skills are known to positively influence human participants to engage more actively in interactions (Moshkina et al., 2014; Shimada & Hidechima, 2023). However, there are few studies identifying the impact of using robots for automatic language and cognition assessment device especially with older adults. Therefore, this study aimed to evaluate the effects of utilizing a robot, which resemble humans and could employ non-verbal communication skills, as a device for conducting automated language and cognition assessments, compare to a tablet condition. We also purpose to determine whether the robot could enhance the performance of normal older adults compare to younger individuals. Additionally, a post-experiment survey was conducted to explore the differences of participants' attitudes towards the robot and tablet device by age. Lastly, significant correlations among age, years of education, and responses of survey were identified by each age group. The study included 30 younger adults and 30 older individuals, all normal participants, who participated in two sessions with at least 14 days in between. During each session, participants conducted tasks including verbal fluency (semantic and phonemic), story retelling (familiar and new story types), and working memory (forward and backward digit span) using either a robot or tablet device. A post-experiment survey was also conducted, consisting of 12 questions that could reflect usability or interaction level with the device, and familiarity with smart devices in participants’ daily life. The results are summarized as follows: Firstly, older adults demonstrated significantly lower performance across all tasks (verbal fluency, story retelling, working memory) compared to the younger group. Additionally, participants' performance was significantly lower in tasks that entailed higher cognitive loads regardless of age. Secondly, especially only in older adults, significantly higher performance were observed in story retelling and working memory tasks under the robot device compared to the tablet condition. These results were specifically limited to tasks that require immediate recall after auditory stimulation, suggesting that the non-verbal communication skills of robots supported participants to maintain their attention and encouraged active involvement. It was also revealed that the robot device was significantly effective only for older adults who are generally more susceptible to distractions. Thirdly, in the survey, while the younger adults responded significantly positively to usability than the older individuals, there was no significant difference between types of device. Interaction part represent no significant difference between two age groups, and both groups perceived their interactions with the robot significantly positively than with the tablet. Familiarity with smart devices was significantly higher among the younger than the older adults. Fourthly, among the younger adults, participants who are younger and reported higher familiar level with smart devices significantly correlated with higher usability and interaction with both robots and tablets. For the older individuals, higher educational years was correlated with greater familiarity with smart devices and more positive perceptions of usability and interaction only with the robot device. This study confirmed that robots could enhance the tasks performance of the older adults. The use of non-verbal communication skills by robots could compensate for attention deficits and encourage active involvement of older participants, ensuring not to underestimate their performance. Additionally, results from this study also proved that automated language and cognition assessments could detect performance declines due to aging or cognitive load. Finally, this study verified older adults’ positive perceptions regarding usability and interaction with the robot device. Therefore, this study highlighted the necessity and importance of introducing robots as a device for automated language or cognition assessments and interventions targeted at the older adults in clinical environment.;노년층 인구 비율 증가로 인한 고령화가 지속됨에 따라 정상적 노화나 퇴행성 질병으로 인해 발생하는 언어 및 인지 감퇴에 대한 관심 역시 자연스럽게 증가하고 있다. 개인의 언어 및 인지 능력이 정상 범주에 속하는지 판단하거나, 변화 양상을 추적하기 위해서는 조기 진단이 중요하다. 노년층의 언어 및 인지 능력을 스크리닝하기 위한 대표적인 검사도구에는 한국판 간이 정신 상태 검사(Korean-Mini Mental State Examination; 강연욱, 2006)와 서울신경심리검사 2판(Seoul Neuropsychological Screening Battery, 2nd Edition, 이하 SNSB-Ⅱ; 강연욱 외., 2012)가 존재한다. 이처럼 기억력, 집행 기능, 주의 집중 능력 등을 확인할 수 있는 표준화 검사도구 외에도 일상생활의 의사소통 능력과 직결되는 담화 능력을 바탕으로 상위 언어학적 능력을 평가하기도 한다. 그 중 ‘이야기 다시말하기’는 대상자가 이야기를 들은 후 회상하여 산출해야 한다는 점에서, 기억력 및 집중력뿐만 아니라 언어적 조직과 표상 능력, 복잡한 문장의 저장 및 산출 처리 과정 등 복합적 능력을 요구하는 검사이다(김보선 & 김향희, 2015; Lezak, 2004; 김하나 & 성지은, 2014; 최수진 외., 2022). 현재 대부분의 언어 및 인지 검사는 치료실과 같은 특정 공간에서 검사자와 대면으로 만나 이행되는데, 이러한 대면 검사에는 여러 한계점들이 존재한다. 정해진 장소로 이동해야 하며, 긴 검사 과정을 소화하기 위한 시간 및 비용적 부담 외에도, 비교적 면역에 취약한 노년층은 코로나-19와 같은 감염성 질병 유행이 도래했을 때 검사 자체를 기피할 가능성이 크다(Ferrar et al., 2021). 또한 대상자의 언어 및 인지 능력은 컨디션에 영향을 받기 쉬우며, 이러한 수행력의 변동성은 병리학적 집단에서 더 두드러지게 나타난다(Karatsoreos, 2014). 때문에 빈번한 검사가 요구되지만, 대면 검사의 한계로 그 횟수가 제한적이라는 것을 고려한다면, 검사 결과가 대상자의 능력을 완벽하게 반영하고 있다고 단언하기 어렵다(Karatsoreos, 2014). 최근 들어 대면 검사의 한계를 보완하기 위해 대상자 스스로 수행 가능한 언어 및 인지 자동화 검사들이 도입되고 있다(Koo & Vizer, 2019; Skirrow et al., 2022). 이러한 자동화 검사는 대상자의 자연스러운 수행력을 모니터링하기에 유용하지만, 격려와 같은 사회적 강화를 제공하거나 대상자의 주의를 집중시킬 수 있는 검사자가 존재하지 않기 때문에 대상자의 적극적인 참여와 집중력 유지 태도가 중요하다. 하지만 현재 자동화 검사 매체로 적극 활용되고 있는 태블릿이나 컴퓨터는 오로지 스크린을 통해 검사가 진행되기에, 집중력 유지와 적극적 참여 유도에 긍정적인 효과를 주는 비언어적 의사소통 기술을 적용하기는 어렵다(Dougherty et al., 2010; Ikeda et al., 2013). 비언어적 의사소통 기술은 구두 언어를 통한 메시지 외의 모든 유의미한 의사소통을 포함하는 개념으로, 얼굴 표정의 변화나 눈, 목, 및 머리의 움직임 등을 포함한다(Admoni & Scassellati, 2017; Hall et al., 2019). 그 중 끄덕임과 같이 상대방에게 계속 말해도 좋다는 의도를 전달하는 ‘청자반응(Backchanneling)’은 의사소통 과정에 중요한 소통 전략 중 하나로 알려져 있다(Wang, 2006; Hoffman et al., 2015). 이와 같은 비언어적 의사소통 기술은 로봇에 적용되었을 때, 의사소통 상대자인 사람이 로봇과의 소통 과정에 더 적극적으로 참여하도록 유도하는 긍정적인 역할을 한다고 알려져 있다(Moshkina et al., 2014; Shimada & Hidechima, 2023). 하지만 현 시점까지 언어 및 인지 검사 매체로 로봇을 도입하는 것이 노년층 대상자들에게 어떠한 영향을 미치는 지에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 언어 및 인지 자동화 검사를 진행하는 매체로, 사람과 유사한 외현을 지니며 비언어적 의사소통 기술을 사용할 수 있는 로봇을 도입하는 것이 태블릿 매체에 비해 연령에 따른 정상군 대상자들의 수행력에 어떠한 영향을 미치는지 확인하고자 하였다. 또한 매체에 대한 대상자의 주관적인 태도가 연구의 임상적 의의에 미치는 영향을 고려하여, 실험 종료 후 주관적 인식 설문지를 진행하고 그 결과에 매체 유형 및 연령에 따른 차이가 있는지 비교하였다. 마지막으로 집단 별 연령 및 교육년수와 주관적 인식 설문지의 응답값 간 유의한 상관성을 확인하였다. 본 연구의 대상자는 청년층 30명, 노년층 30명의 정상 집단으로 구성되었으며, 모든 대상자들은 최소 14일의 간격을 두고 총 2회 실험에 참여하였다. 각 실험에서 대상자들은 태블릿 혹은 로봇 매체의 진행에 따라 구어 유창성(의미 유창성, 음소 유창성), 이야기 다시말하기(친숙한 이야기, 새로운 이야기), 작업기억(숫자 바로 따라 외우기, 숫자 거꾸로 따라 외우기) 과제를 실시하였다. 실험 종료 후 주관적 인식 설문지를 진행하였으며, 설문지는 총 12문항으로 매체의 사용성, 매체와의 상호작용, 일상 속 스마트 기기와의 친숙도를 묻는 3가지 영역으로 구성되었다. 본 연구의 결과를 종합하면 다음과 같다. 첫째, 모든 과제(구어 유창성, 이야기 다시말하기, 작업기억)에서 노년층의 과제 수행력이 청년층에 비해 유의하게 낮았다. 또한 각 과제 유형 중, 인지적 부하가 추가되어 난이도가 높은 과제 유형에서 대상자들의 수행력이 유의하게 낮았다. 둘째, 노년층 집단에 한정하여, 이야기 다시말하기와 작업기억 과제에서만 태블릿에 비해 로봇 매체 조건에서 유의하게 높은 수행력이 나타났다. 이러한 결과는 구어 유창성 과제와 달리 청각적 자극을 듣고 즉각적으로 회상해야 하기에 대상자의 주의집중력이 수행력에 큰 영향을 미치는 두 과제에서만 나타났다. 따라서 로봇 매체의 비언어적 의사소통 기술이 대상자가 과제에 적극적으로 참여할 수 있도록 유도하여 주의집중력 저하를 보완하였다는 것을 시사한다. 또한 청년층에 비해 상대적으로 간섭에 취약한 노년층을 로봇 매체가 적극적으로 조력하였다는 것을 의미한다. 셋째, 주관적 인식 설문지 중 사용성 영역의 경우 청년층이 노년층에 비해 유의하게 긍정적인 응답을 산출하였지만, 매체 간의 차이는 유의하지 않았다. 상호작용 영역의 경우 연령에 따른 인식 차이는 유의하지 않았으며, 두 연령 집단 모두 로봇 매체와의 상호작용을 태블릿에 비해 유의하게 긍정적으로 인식하였다. 친숙도 영역의 경우 청년층이 노년층에 비해 일상 속 스마트 기기의 사용에 유의하게 높은 익숙함을 드러냈다. 넷째, 청년층 집단에서는 나이가 어릴수록, 스마트 기기와의 친숙도가 높을수록, 로봇 및 태블릿의 사용성과 상호작용을 긍정적으로 인식하는 유의한 상관성이 드러났다. 노년층 집단의 경우, 대상자의 교육년수가 높을수록 스마트 기기에 대한 친숙도를 높게 평가하였으며, 로봇 매체에 대한 사용성 및 상호작용 역시 유의하게 긍정적으로 인식하는 것으로 나타났다. 본 연구는 매체와 과제 종류에 따른 연령층 간 수행력 비교 분석을 통해 로봇 매체 조건에서 노년층의 과제 수행력 향상을 확인하였고, 노년층을 대상으로 하는 언어 및 인지 자동화 검사 매체로서 로봇 도입의 필요성과 중요성을 입증하였다. 즉, 비언어적 의사소통 기술을 활용하는 로봇은 노년층의 주의집중력 저하나 소극적인 검사 태도를 보완하여, 수행력이 과소평가 되지 않도록 조력할 수 있다는 것을 밝혔다. 또한 언어 및 인지 자동화 검사를 수행하여도, 노화 혹은 인지 과정 부하에 따른 수행력 저하 파악이 가능하다는 것을 증명하였다. 더불어 로봇 매체의 사용성 및 상호작용에 대한 노년층의 긍정적 인식을 확인하여, 노년층을 대상으로 하는 언어 및 인지 자동화 검사 및 중재의 로봇 도입에 발판을 마련하였다는 점에서 임상적 의의가 있다.