Analyzer(SAMPUTTLAB) and 50-ball test were used to check the putting performance. Two-way ANOVA with repeated measurement was conducted to check chang

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1 Abstract Effects of Interactive Metronome(IM) training on motor timing, EEG, and putting performance in golf: A neuropsychological approach Kim, Pil Jung Major in Sport Psychology Dept. of Physical Education The Graduate School of Chung-Ang University Advisor: Yoo, Jin. Ph.D. The purpose of this study is to examine the effect of IM training on the motor timing, EEG, and putting performances of golfers. Participants were 34 elite golfers and they were assigned to either the experimental group(i.e., IM training group, n=18) or control group(n=16). The golfers in the experimental group received a series of IM training(total of 12 sessions) and those in the control group conducted putting practice while the experimental group participated in IM training. In order to determine the effect of IM training on dependent variables, pre, mid, and post-test were conducted. Changes in the motor timing were identified through Long Form Assessment(LFA) of IM. While putting, EEG of prefrontal lobe was measured and attentiveness(rsmt) was identified by analyzing EEG. Putting

2 Analyzer(SAMPUTTLAB) and 50-ball test were used to check the putting performance. Two-way ANOVA with repeated measurement was conducted to check changes in the variables measured in each test and differences between the groups. The conclusions of this study are shown below : First, IM training is effective in improving the motor timing among golfers. All motor timing errors among the IM training group are significantly decreased. Based on this result, it is concluded that the function of the brain area related to timing has improved and affected the motor timing function. Second, theta wave of the left and right prefrontal lobe of the experimental group showed a significant decrease and all SMR wave, Mid-Beta wave, High-Beta wave of the right prefrontal lobe showed a significant increase. Through this result, it can be contended that IM training is effective in decreasing the theta wave and affects the right brain activities while golfers are putting. Third, the improvements in attentiveness were identified among the IM training group. This suggests that IM training may improve the communicative efficiency between the brain areas of white matter tract and information process. At the same time, the functions of attentional system are improved. Fourth, IM training group showed an improvement in putting timing. This result was shown as the increased motor timing ability was transferred to golf putting timing. Fifth, IM training enhanced the field golf performance ability. The activation of the right brain function, attentiveness, motor

3 timing ability and putting timing improvement of golfers identified in this study seem to have had a positive effect on the putting field performance. In conclusion, IM training had a positive influence on basic motor ability and motor skills and brought about positive neuropsychological changes. In particular, strengthening of motor coordination, timing ability and selective attention is considered to be shown in the process of synchronizing the external environment and internal movement during training. Besides, right brain activities can be interpreted to have had a positive impact on the space perception for hole cup or target and the ability to control temporal movement speed of the putter head in the golf putting situation. Therefore, as a single training protocol, IM training is expected to improve kinematic, neurological, and psychological functions all together among the elite golfers. Key word: Interactive Metronome, IM training, brain timing, motor timing, attention, golf putting performance, EEG

4 저작자표시 - 비영리 - 변경금지 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 비영리. 귀하는이저작물을영리목적으로이용할수없습니다. 변경금지. 귀하는이저작물을개작, 변형또는가공할수없습니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우, 이저작물에적용된이용허락조건을명확하게나타내어야합니다. 저작권자로부터별도의허가를받으면이러한조건들은적용되지않습니다. 저작권법에따른이용자의권리는위의내용에의하여영향을받지않습니다. 이것은이용허락규약 (Legal Code) 을이해하기쉽게요약한것입니다. Disclaimer

5 제 99 회박사학위논문 지도교수유 진 Interactive Metronome(IM) 훈련이운동타이밍, 뇌파, 골프퍼팅수행에미치는효과 : 신경심리학적접근 Effects of Interactive Metronome(IM) training on motor timing, EEG, and putting performance in golf: A neuropsychological approach 중앙대학교대학원 체육학과스포츠심리학전공김필중 2016년 8월

6 Interactive Metronome(IM) 훈련이운동타이밍, 뇌파, 골프퍼팅수행에미치는효과 : 신경심리학적접근 Effects of Interactive Metronome(IM) training on motor timing, EEG, and putting performance in golf: A neuropsychological approach 이논문을박사학위논문으로제출함 2016 년 8 월 중앙대학교대학원 체육학과스포츠심리학전공 김필중

7 김필중의박사학위논문으로인정함 심사위원장인 심사위원 인 심사위원 인 심사위원 인 심사위원 인 중앙대학교대학원 2016 년 8 월

8 목차 I. 서론 1 1. 연구의필요성 1 2. 연구목적 7 3. 연구가설 8 4. 조작적정의 9 II. 이론적배경 브레인타이밍 10 1) 두뇌시계 (Brain clock) 의개념 10 2) 타이밍의신경학적특성 11 3) 소뇌의타이밍기능 12 4) 브레인타이밍신경망 13 5) 스포츠와타이밍 타이밍과주의집중 16 1) 주의집중의개념 16 2) 타이밍과주의집중신경기전 19 3) 주의집중과뇌파 IM훈련프로그램 23 1) IM훈련의개념 23 2) IM훈련의개요 25 3) IM훈련원리 25 4) 신경가소성 28 5) IM훈련을적용한선행연구 31 - i -

9 III. 연구방법 참여자 측정도구및방법 연구절차 골프퍼팅을위한 IM훈련프로그램 연구설계 자료처리 49 IV. 결과 운동타이밍능력검사 뇌파와주의집중지수검사 퍼팅수행능력검사 66 V. 논의 타이밍능력의변화 뇌파와주의집중력변화 퍼팅수행능력변화 77 VI. 결론및제언 결론 제언 83 참고문헌 86 부록 111 국문초록 119 Abstract ii -

10 표목차 Table 1. Result of t-test for equality of means 34 Table 2. Task of long form assessment 36 Table 3. Putting statistics for a sample of 99 PGA tour players 42 Table 4. Motor timing Means and SD for IM and CON groups 51 Table 5. Results of ANOVAs for motor timing 52 Table 6. Theta wave Means and SD for IM and CON groups 55 Table 7. Results of ANOVAs for Theta wave 56 Table 8. SMR wave Means and SD for IM and CON groups 58 Table 9. Results of ANOVAs for SMR wave 59 Table 10. Mid-Beta wave Means and SD for IM and CON groups 60 Table 11. Results of ANOVAs for Mid-Beta wave 61 Table 12. High-Beta wave Means and SD for IM and CON groups 62 Table 13. Results of ANOVAs for High-Beta wave 63 Table 14. RSMT Means and SD for IM and CON groups 64 Table 15. Results of ANOVA for ratio of SMR + Mid-Beta & Theta wave 64 Table 16. Putting skills performance Means and SD for IM and CON groups 66 Table 17. Results of ANOVAs for putting skills performance 67 Table 18. Putting field performance Means and SD for IM and CON groups 69 Table 19. Results of ANOVAs for putting filed performance 70 - iii -

11 그림목차 Figure 1. Human information processing model 18 Figure 2. Large scale brain networks in cognition 19 Figure 3. The brain clock and temporal processing 25 Figure 4. Brain network communication and synchronization 26 Figure 5. Attentional control system 27 Figure 6. Component of Interactive metronome 35 Figure 7. EEG test with putting performance 39 Figure 8. SAM PUTTLAB ver Figure Ball test 44 Figure 10. Stimpmeter 44 Figure 11. Research process model 45 Figure 12. Research design 48 Figure 13. Results of group x time for bilateral timing 53 Figure 14. Results of group x time for adjusted timing 53 Figure 15. Results of group x time for unadjusted timing. 54 Figure 16. Results of group x time for Theta wave(fp1, Fp2) 57 Figure 17. Results of group x time for SMR wave(fp2) 59 Figure 18. Results of group x time for Mid-Beta wave(fp2) 61 Figure 19. Results of group x time for High-Beta wave(fp2) 63 Figure 20. Results of group x time for RSMT (Ratio of SMR+ Mid-Beta & Theta) 65 Figure 21. Results of group x time for putting timing 68 Figure 22. Results of group x time for overall putting skills score 69 Figure 23. Results of group x time for putting field performance 70 - iv -

12 I. 서론 1. 연구의필요성 과거골프선수들의훈련은골프스윙기술을중심으로이루어졌으나, 최근골프경기력의최상수행을이끌어내기위해신체적, 기술적훈련은물론심리적훈련까지실시하는추세이다. 특히각성조절과주의집중같은심리기술은다양한경기상황에서골프수행능력에직접적인영향을미치기때문에매우중요하다. 주의집중과각성조절같은심리기술이불안정한상태에서골프수행을실시할경우, 골프스윙의템포, 리듬, 타이밍에문제가나타나는것을쉽게볼수있다. 골프기술의템포는동작구간에소요되는시간이며, 리듬은각동작템포의비율을의미한다. 타이밍은기술의목적에적합한템포와리듬을살려성공적인수행을이끄는시공간적특성이다. 또한운동기술에적합한신체내부시스템을구축하여동작을제어하고시공간적동작순서를형성한다 (Buekers, Pauwels, & Meugens, 1988). 즉타이밍은조화로운움직임을만드는데필수적인요소이므로 (Schmidt & Wrisberg, 2004), 골프선수와지도자그리고연구자들은일관된수행과수행력향상의핵심으로좋은타이밍을꼽고있다 (Neal, Lumsden, Holland, & Mason, 2008; Pelz & Frank, 1999; Watson, 1998). 따라서골프교습현장지도자들은경험을바탕으로한타이밍향상을위해다양한연습방법을개발해왔다. 예를들면, 스윙을할때자화 ( 하나, 둘, 셋 ) 를이용하여일정한리듬을만들고그리듬에양발의움직임을맞춰스윙하는방식으로정확한타이밍을위한훈련을한다거나메트로놈리듬을들으며골프기술을수행하는훈련을해왔다. 골프기술에관련된선행연구에서도운동학적순서 (kinematics sequence) 와같은타이밍시스템은효과적인골프기술의기반이된다는주장이제기되 - 1 -

13 고있다 (Callaway, Glaws, Mitchell, Scerbo, Voight, & Sells, 2012). 골프스윙동작의협응타이밍은골프샷의목표거리변화에도불변하는특성으로 ( 김태훈, 2014), 퍼팅이나어프로치기술에서거리를조절하고 (Pelz & Frank, 1999) 일관된수행에결정적인역할을하므로 (Marquardt, 2007) 기술수준이높은선수일수록좋은능력을갖고있다 (Egret, Vincent, Weber, Dujardin, & Chollet, 2003; Grober & Cholewicki, 2008; Jagacinski, Kim, & Lavender, 2009). 예를들면, 골프퍼팅연구에서숙련자의백스윙과포워드스윙에소요되는시간의비율을확인한결과, 포워드스윙보다백스윙에서소요되는시간이 2.7배긴것으로확인되었으며숙련된골퍼의퍼팅리듬의일관성은비숙련자보다높게나타났다 ( 박진, 2000). 그밖에여러연구에서도골프숙련자와비숙련자의타이밍을비교하여유사한결과를도출하였다 ( 김창욱, 2004; 김선진, 김수연, 2011; 박성진, 2008). 타이밍능력향상을가져오는효과적인피드백제공방법에대한연구결과가소개되었지만, 실제운동기술과현장에적용하기에는한계가있었다 ( 한동욱, 2010; 박동진, 한동욱, 김용운, 2011). 따라서현장친화적이며직접적인타이밍능력의향상을위한방법의개발과현장에서사용되는타이밍훈련의효과를검증하는연구가필요한시점이다. 최근타이밍과운동수행의관계연구에서메트로놈을이용한타이밍훈련이운동수행능력에긍정적인영향을미친다는내용이소개되었다 (Söğüt, Kirazci, & Korkusuz, 2012). 미시간대학교의 Libkuman, Otani, 그리고 Steger(2002) 는새로운개념의타이밍훈련으로컴퓨터메트로놈기반의상호작용식메트로놈 (Interactive Metronome, 이하 IM) 을활용한훈련을제안하였다. IM은신경계의기능적, 구조적변화가일어나는신경가소성 (neuroplasticity) 의원리를기반으로개발한감각-운동통합훈련장비이다 (Stein & Meredith, 1993). 신경가소성의기능적, 구조적변화는후천적노력으로뉴런생성과시냅스작용의효율성을높여두뇌기능을향상시킬수있다는것이다. IM은타이밍의신경학적기전을강화시키는동시에타 - 2 -

14 이밍과관련된두뇌영역의기능을향상시키는것을목적으로한다. 기존의청각리듬또는메트로놈을활용한타이밍훈련에비해 IM훈련은컴퓨터기반의메트로놈을사용해훈련참여자가메트로놈리듬을따라반복적인동작을실시하고, 그동작과메트로놈리듬간의오차에대해밀리세컨단위의즉각적피드백을제공한다는것이다. 이피드백은시청각형태로제공되어참여자의청각시스템에서빠르게시간적패턴을탐색해안정되고일정한리듬패턴의움직임을형성하여참여자가다음동작시간을미리예측하고수정할수있게한다 (Thaut & Kenyon, 2003). IM은작업치료, 운동발달, 임상치료등다양한영역에서연구되어빠른정보처리, 운동계획, 순차적운동행동에영향을미치는것으로확인되었다 (Deary, 2012). 대표적으로주의력결핍과잉행동장애 (ADHD) 증세를보이는어린이에게 IM훈련을적용한결과주의집중력, 운동기능, 언어능력, 읽기능력, 행동조절능력이향상되었다 (Shaffer, Jacokes, Cassily, Greenspan, Tuchman, & Stemmer, 2001). IM훈련은난독증증세어린이들의읽기속도, 유창성, 독해능력을향상시켰고 (Ritter, Colson, & Park, 2013) 외상성뇌손상환자의인지기능향상도구로사용되어기존의비약물치료법에비해 2배의치료효과를확인하였다 (Nelson, MacDonald, Stall, & Pazdan, 2013). 또작업기억, 주의집중, 창의적사고와같은고차원인지활동과일반지능에도영향을미치는것으로보고되었다 (Bressler & Menon, 2010; Menon, 2011; Penke, Maniega, Bastin, Hernandez, Murray, Royle, & Deary, 2012; Raichle & Snyder, 2007). 최근이러한 IM을체육학에적용한연구도활발해지고있다. 골프연구에서숙련된성인골퍼에게 IM훈련을적용한결과드라이버와아이언샷정확도가 30% 이상향상되었다 (Libkuman, Otani, & Steger, 2002; Sommer & Rönnqvist, 2009). 이와같은연구결과는지각된리듬과운동기술에서요구되는움직임의리듬패턴이일치하게되면운동수행능력이향상된다는주장을지지하고있다 (Karageorghis & Terry, 2001). 또다른연구에서 - 3 -

15 골프선수에게 IM훈련을적용한결과, 골프스윙의헤드스피드의변화는없었으나정확성향상에원인이되는협응동작의개선을이뤄 IM훈련이골프스윙의운동학적변인에도긍정적으로기여함을확인하였다 (Sommer, Häger, & Rönnqvist, 2014). 이들연구에서골프선수의협응동작이향상된이유는 IM훈련이뇌기반의운동제어전략을통해만들어지는동작패턴과타이밍의동기화 (synchronization) 에긍정적인영향을주기때문이라고설명하였다. 골프스윙뿐만아니라골프퍼팅수행, 스포츠자신감이동시에향상된연구도확인된다 (Henderson, 2010). 이처럼 IM에관련된골프연구들은 IM훈련효과로골프샷의정확성과골프스윙의신체협응기능의향상을확인하였고, 연구결과에대한원인을신경계의변화때문이라고정의하였다. 하지만기존연구들은직접적인두뇌의기능변화에대한측정을실시하지않은상태로이론적배경을통해현상을해석하는데그쳤다는한계점이있다. Miyake, Onishi, 그리고 Pöppel(2004) 역시 IM훈련에서나타나는주의집중력은신경학적활동이기때문에두뇌의직접적인검사가필요하다고제안하였다. McGrew(2013) 는 IM훈련의결과로나타나는신경계의변화과정을 3단계로정리하여보고하였다. 첫째단계는 IM훈련을통해축색및수상돌기가발달하여 (Coss, Brandon, & Globus 1980) 뉴런의시냅스효율성이높아지고 (Trejo, Carro, & Torres-Aleman, 2001) 신경진동 (oscillation) 이빨라져두뇌에서시간을인식하는해상도가확대된다는것이다. 둘째단계는향상된시냅스가백질신경로 (white matter tracts) 로연결된두뇌영역중두정엽, 전두엽, 기저핵, 보조운동영역, 소뇌영역간신경망의교신효율성을높이는것이다 (McGrew, 2013). 소뇌, 기저핵, 보조운동영역간신경망은섬세하고정교한운동계획및실행에영향을미치며 (Ivry & Schlerf, 2008) 두정엽과전두엽으로구성된신경망은정보처리와주의집중같은고차원인지활동에영향을미치는신경망이다. IM훈련효과의셋째단계는다중신경망의효율성증대로정보처리능력과주의집중제어시스템 - 4 -

16 (Attentional control system) 의기능이향상되는것이다 (McGrew, 2013). 주의집중제어시스템의기능은작업기억내정보를유지하고정신적산만요소를통제하는능력으로, 집중력과복잡한인지처리기능, 학습능력등과관련된다. 이와같은신경학적기전은 IM훈련이운동기능과관련된소뇌, 기저핵, 운동영역등을발달시켜운동협응시스템을개선시킬수있다는것을설명하고있다. 특히 IM훈련이주의집중에긍정적인영향을미친다는연구결과를토대로운동수행중주의집중에도이같은효과가미치는지확인할필요가있다. 그러나 IM훈련의주의집중력향상기능을확인한대부분의선행연구 (Leisman & Melillo, 2010) 는인지기능검사와같은질문지를통해주의집중력을측정하였다. 두뇌를직접관찰한연구에서 Alpiner(2004) 는기능적자기공명영상 (fmri) 을이용하여 IM훈련적용후두뇌의변화와활성화된영역을확인하였지만, 이와같은뇌영상촬영은검사실에서주변의금속을모두제거하고피검자가누운상태에서실시되기때문에스포츠수행중나타나는신경학적정보를확인하는것은불가능하다. 반면뇌파측정은비교적움직임이자유롭기때문에스포츠연구에사용이용이하다. 그리고측정된뇌파를통해다양한신경학적효과분석이가능하기때문에본연구에서는 IM훈련이뇌파에미치는영향을확인하고측정된뇌파를분석하여신경심리학적주의집중의변화를살펴보려고한다. 전전두엽의세타파를정신적공황상태또는산만상태, SMR파와중간베타파를정신적집중으로보는관점에서뇌파의상대파워값을통해신경심리학적주의집중력측정과평가가가능하다 (Lubar, Swartwood, Swartwood, & O Donnell, 1995). 즉 IM훈련을통한주의집중력의향상은세타파의감소와 SMR파, 중간베타파의증가를통해관측될것이다. 또한뇌파를이용하면빠른신경진동 (oscillation) 에서나타나는속파 (12Hz~30Hz) 를통해신경진동속도의변화와두뇌영역의활성도를확인할수있다 (Doyle, Yarrow, & Brown, 2005; Youngstedt, Dishman, Cureton, & Peacock, 1993). 따 - 5 -

17 라서 McGrew(2013) 가주장한바와같이 IM훈련이신경진동속도를증가시킨다면속파 (12Hz~30Hz) 의증가를예상할수있다. IM훈련이운동능력에미치는영향을확인한연구자들은보다복잡한협응요소를가지고있는운동기술에대한현장친화적적용의필요성을제언하였다 (Thaut & Kenyon, 2003; Malcolm, Massie, & Thaut, 2009). 이러한제언에따라골프스윙, 테니스스트로크, 축구킥과같이복잡한협응구조의운동기술이연구되었다 (Keramidas, Patsiaouras, Papanikolaou, & Nikolaidis, 2004; Söğüt, Kirazci, & Korkusuz, 2012; Zachopoulou & Mantis, 2001). 그러나 McGrew의가설에따르면운동기능과관련된 IM효과의기전은소뇌와기저핵을중심으로설명되고있으며소뇌, 기저핵, 보조운동영역의교신은미세한움직임을제어하는기능에관련된다 (Ivry & Schlerf, 2008). 또다른연구에서도 IM훈련이보조운동영역, 띠고랑운동피질 (cingulated motor cortex), 일차운동피질, 전운동피질및소뇌활성화에영향을준다는것을기능적자기공명영상 (fmri) 을통해밝혀냈다 (Debaere, Swinnen, Béatse, Sunaert, Van Hecke, & Duysens 2001). 소뇌와기저핵은운동협응과정교한운동제어에관여하는대표적인두뇌영역이다. 따라서 IM훈련이골프퍼팅과같이섬세하고미세한동작의제어가요구되는기술에미치는영향을확인하는것이필요하다. 또한퍼팅은골프경기수행의 43% 를차지하여대회성적과결과를결정짓는가장큰요소 (Alexander & Kern, 2005; Pelz & Frank, 1999; Pelz, 2000) 로, 숙련된선수를위한효과적인연습방법의개발이절실하다. 따라서본연구에서는전문골프선수들에게 IM훈련을적용하여운동타이밍능력의변화와골프퍼팅시일어나는뇌파의변화를확인하고뇌파를통해주의집중력의변화를알아보고자하였다. 그리고 IM훈련의현장적용가능성을타진해보고자실제퍼팅수행능력중퍼팅기술수행능력과퍼팅현장수행능력에미치는영향을확인하였다

18 2. 연구목적 본연구에서는전문골프선수들에게 6주간 12회기의 IM훈련을적용하여운동타이밍능력의변화와뇌파측정을통한신경심리학적특성변화, 그리고퍼팅수행능력의변화를알아보았다. 본연구에서시행된훈련의타당성검증과운동타이밍능력의변화를확인할수있는전체형검사 (Long Form Assessment: LFA) 를실시하여양측성타이밍과조정성타이밍, 그리고비조정성타이밍오차의변화를살펴보았다. 다음으로신경심리학적변화를확인하기위하여뇌파측정을실시하여, 퍼팅을하는순간주의집중지수 (Ratio of SMR+ Mid-Beta & Theta; RSMT) 의변화를살펴보았다. 퍼팅수행능력은초음파센서를이용한퍼팅분석기기를사용하여퍼팅성향, 퍼팅타이밍, 퍼팅일관성, 퍼팅기술점수를확인해퍼팅기술수행능력을알아보았다. 실제퍼팅그린위 50개의지점에서퍼팅을수행하는 50-ball test를통해퍼팅현장수행능력의변화를확인하였다. 이와같은과정을통해 IM훈련이골프선수들의퍼팅수행결과에도움이되는타이밍능력을변화시킬수있는지살펴보고, 더불어주의집중의가시적변화를확인하여보다객관적이고현장친화적인주의집중훈련의필요성을제안하고자하였다

19 3. 연구가설 본연구에서는운동타이밍, 뇌파, 퍼팅수행능력에대한 IM 훈련의효과를 검증하기위하여다음과같이연구가설을설정하였다. 가설 1. IM 훈련은타이밍정확성에긍정적인영향을미칠것이다. (1) IM 집단의양측성타이밍오차가감소할것이다. (2) IM 집단의조정성타이밍오차가감소할것이다. (3) IM 집단의비조정성타이밍오차가감소할것이다. 가설 2. IM 훈련은퍼팅수행시뇌파변화에긍정적인영향을미칠것이다. (1) IM 집단의세타파는감소할것이다. (2) IM 집단의 SMR, 베타파는증가할것이다. (3) IM 집단의주의집중지수 (RSMT) 가높아질것이다. 가설 3. IM 훈련은퍼팅수행능력을향상시킬것이다. (1) IM 집단의퍼팅기술수행능력 ( 퍼팅성향, 퍼팅타이밍, 퍼팅일관성, 퍼팅기술점수 ) 이향상될것이다. (2) IM 집단의퍼팅현장수행능력이향상될것이다

20 4. 조작적정의 1) 골프퍼팅을위한 IM 훈련 본연구에서사용되는 IM훈련은감각과운동을동시에일으키는감각-운동통합훈련의일종으로청각, 시각, 촉각, 운동감각을사용하는훈련방법이다. 1992년 Greenspan박사에의해개발된 IM의 13가지기본동작에본연구에서개발한골프퍼팅에특화된 3가지동작이추가된다. 2) 골프퍼팅수행능력 골프퍼팅수행능력은퍼팅기술수행능력과퍼팅현장수행능력을포함하고있다. 퍼팅기술수행능력은임팩트시헤드의각도, 퍼팅중헤드각도와궤적의변화등을포함한 퍼팅성향, 백스윙 / 전체스윙, 백스윙 / 다운스윙, 백스윙 / 포워드스윙등퍼팅의시간적특징을포함한 퍼팅타이밍, 그리고 28 가지퍼팅기술수행능력요소의반복성을확인하는 퍼팅일관성 으로구성된다. 퍼팅현장수행능력은실제퍼팅그린에서측정되며 1m간격으로최대 5m까지의퍼팅과제를성공적으로수행하는 50번의퍼팅시도에서실시되는총퍼팅수를이야기한다. 3) 브레인타이밍 브레인타이밍은두뇌에서뉴런이시간정보를측정하고처리하는과정이다. 또브레인타이밍은소뇌 (cerebellum), 전두엽 (frontal lobe), 측두엽 (temporal lobe), 두정엽 (parietal lobe), 기저핵 (basal ganglia), 보조운동영역 (supplementary motor area) 등타이밍과제와관련된두뇌영역들이활성화되는타이밍의신경학적기전과같은개념이다

21 II. 이론적배경 1. 브레인타이밍 1) 두뇌시계 (Brain clock) 의개념 인간은시간의흐름에근거하여대상을지각하고행동한다. 예를들어날아오는공을받기위해서는공의이동속도를통해도착시간을예측해야한다. 또자동차운전을할때위험요소를발견하고여유시간의유무에따라브레이크를밟을것인지핸들을틀어피할것인지판단하여행동한다. 이러한시공간적예측과반응은두뇌를기반으로이루어진다. 지금까지소뇌와시상하부가타이밍에주로관여하는영역이라고알려져왔지만, 최근에는다양한뇌영역의교신을통해타이밍기능이실행된다는것이밝혀졌다 (Kim, Han, Kim, & Han, 2015). 그렇다면두뇌에서타이밍기능을위한기본적인시간의측정은어떻게이뤄지는가? 이에대한답은뉴런의활동에서찾을수있다. 생체내부의시간측정은 Pacemaker Accumulator Model(PAM) 을통해생성되는 두뇌시계 (brain clock) 라는개념으로소개되었다 (Buhusi & Meck, 2005; Karmarkar & Buonomano, 2007). PAM 의내용을요약하면생체내에서시간을지각할때뉴런은각각일정한페이스로활동을시작한다. 시간에대한지각이끝날때신경계에서뉴런의활동이이루어진정도를추적하여시간을지각하게된다는것이다. 이러한두뇌시계는인간의행동에필수적이며모든복잡하고정밀한움직임에는두뇌시계가관여된다 (Lewis & Walsh, 2005; Mauk & Buonomano, 2004). Buhusi와 Meck(2005) 는인간의타이밍시스템을 3가지로구분하였다. 가장긴간격의시스템은수면과배고픔등과같은생체리듬을포함하는시

22 간단위의주기타이밍시스템, 중간간격의인지적사고와지각그리고의사결정등을포함한분단위의간격타이밍시스템, 마지막으로가장빠른밀리세컨 (ms) 타이밍시스템이그것이다. 밀리세컨타이밍은말하기, 음악능력, 소뇌의작용과운동제어및협응등의활동을포함한다. 이중운동과관련된인간행동의밀리세컨타이밍시스템은단일뇌영역이아닌소뇌, 기저핵, 측두엽과전전두엽피질등과의교신을통해발생된다 (Buhusi & Meck, 2005; Buonomano & Karmarkar, 2002; Lewis & Miall, 2006). 2) 타이밍의신경학적특성 신경학적운동타이밍의개념은두뇌시스템에서다양한운동행동에대한신경전위를시간단위로측정하여 (Mauk & Buonomano, 2004) 10ms에서 100ms의단위로정밀하게조정된신경학기전을통해근육의활성화를발생시키는것이다 (Buonomano & Laje, 2010). 뇌영상촬영기술을이용하여운동수행과청각적리듬간동기화 (synchronization) 에서나타나는신경학적특성을살펴본결과, 운동과청각리듬과의동기화는운동계획과순서를조직하는뇌부위들을활성화시킨다는것을확인하였다 (Bengtsson et al., 2009). 또다른뇌영상촬영연구에서는운동수행중타이밍에관련된두뇌영역의활성화를확인하였고, 외부환경또는특정상황이가지고있는타이밍정보에따라운동수행을위한내적타이밍시스템이변화한다는것이확인되었다 (Jantzen, Oullier, Marshall, Steinberg, & Kelso, 2007). 이외에도양팔을사용하는운동과제에서청각적리듬이운동계획, 순서화를담당하는중추신경계를활성화시킨다는연구 (Swinnen & Duysens, 2012), 반복적운동연습을통해동작이자동화될때뇌에서는그동작의시간적정보를저장한다는연구 (Lewis, Wing, Pope, Praamstra, & Miall, 2004), 연속기술과비연속기술에서소뇌의타이밍조절능력에관한연구 (Spencer, Zelaznik, Diedrichsen, &

23 Ivry, 2003) 들이복잡한운동수행과타이밍의관계와관련된신경학적정보 를제공하였다. 3) 소뇌의타이밍기능 운동협응과제어와관련된타이밍에서가장핵심이되는영역은소뇌이다. 고밀도의신경세포구조인소뇌는운동계획, 운동제어와학습, 그리고타이밍정확성에기여를하지만직접적으로운동을발생시키지는않는다. 소뇌는운동학습상황에서도중요한역할을한다. 소뇌에외부감각정보가입력되면서그정보는부호화되어작업기억 (working memory) 으로일시저장된다. 작업기억의정보는반복을통해장기기억 (long-term memory) 을담당하는두뇌영역에영구저장되어운동기술이필요한시점에관련정보를인출하여반응하도록한다 (Watson & McElligott, 1984). 소뇌는두정엽을비롯한대뇌영역과교신작용을통하여일정한리듬정보를만들어저장하게되어운동기술을학습하거나자유도가높은동작을성공적으로수행하게한다 (Kim et al., 2015). 또소뇌는대뇌운동영역의정보와근육의고유감각을통합하여비교, 분석한다. 그분석결과는다시대뇌영역에서하위운동신경원으로보내진다. 이러한소뇌와대뇌의지속적인교신은동작시간패턴을구축하여자동화된동작을만들고대뇌에저장한다 (Lewis et al., 2004; Spencer et al., 2003). 운동제어에서소뇌는내이의전정기관과함께평형감각을담당하고 (Sage, 1984), 근육의긴장과이완을조절하여평형감각을유지하며자세를제어한다 (Mostofsky et al., 2009). 정적인자세제어뿐만아니라이동기술에서도소뇌의역할은중요하다 (Barmack, 2003). 또한걷기와달리기등연속기술을수행할때나타나는일정한시간패턴과사지의운동협응에도영향을미친다 (Ilg, Giese, Gizewski, Schoch, & Timmann, 2008; Ilg, Golla, Thier, & Giese, 2007)

24 소뇌의재현능력과운동협응기능을기반으로 Ivry와 Schlerf(2008) 는소뇌타이밍가설 (cerebellar timing hypothesis) 을주장하였다. 소뇌타이밍가설은소뇌가특정작업에서요구되는정확한타이밍을예측하고수행할수있게한다는것이다. 운동동작의시간정보가소뇌피질의신경세포에서소뇌깊숙이위치한소뇌핵으로전달될때보다정밀한운동제어가가능하며복잡한협응동작을만들수있게되는것이다 (Imfeld, Oechslin, Meyer, Loenneker, & Jancke, 2009; Mauk & Buonomano, 2004; Mauk, Medina, Nores, & Ohyama, 2000; Repp & Su, 2013; Rubia & Smith, 2004; Salman, 2002; Thach, 1998). 4) 브레인타이밍신경망 타이밍과관련된뇌신경망의활성화를브레인타이밍이라고할수있다. 브레인타이밍의주된두뇌영역은소뇌이다. 여러뇌영상연구에서중앙신경망의핵심적인부분인소뇌가감각동기화과제의운동타이밍작업을지원한다고보고되었다 (Harrington, Lee, Boyd, Rapsack, & Knight, 2004; Ivry & Keele, 1989; Perrett, Ruiz, & Mauk, 1993; Spencer et al., 2003; Timman, Watts, & Hore, 1999). 그러나타이밍은소뇌의독립적인기능이아니라소뇌가다른두뇌영역과교신회로를형성하여정보를받아들이며움직임과관련된기능을조절하게된다 (Morton & Bastian, 2004). fmri를이용한 Stoodley, Valera, 그리고 Schmahmann(2012) 의연구결과에따르면일반적인움직임과제에서소뇌는전두엽과감각운동피질 (sensorimotor cortex) 과함께활성화된것을확인하였다. 또인지심리회전활동 (mental rotation activation) 과작업기억 (working memory) 관련과제와같은인지적기능에서는소뇌와전전두엽, 두정엽피질 (parietal cortex) 이동시에활성화된것을확인하였다. 또다른뇌영상촬영연구에서는타이밍과관련된두뇌의신경망을알아보기위해두뇌의활성도를확

25 인한결과, 타이밍과제에서뒤쪽소뇌 (posterior cerebellum), 보조운동영역 (supplementary motor area), 중간전두엽이랑 (middle frontal gyrus), 하전두회 (inferior frontal gyrus), 하두정엽 (inferior parietal lobule), 기저핵 (basal ganglia) 이활성화된것을확인하였다 (Casper, Zilles, Laird, & Eickhoff, 2010; Wiener, Turkeltaubb, & Coslett, 2010). 브레인타이밍신경망은각두뇌영역이정보를전달하고비교하여근육의조절을통해정교하고정확한움직임을만든다 (Sage, 1984). 5) 스포츠와타이밍 스포츠에서타이밍은시간에관련된개념이다. 스포츠타이밍은외적타이밍 (external timing) 과내적타이밍 (internal timing) 으로구분될수있다 (Schmidt & Lee, 2014). 외적타이밍은일치타이밍 (coincident timing) 이라고도하는데이는특정동작또는신체부위와외부환경적목표간의정확한시공간적일치성을말한다 (Wollstein & Abernethy, 1988). 내적타이밍은운동학적순서 (kinematic sequencing) 또는운동순서 (motor sequencing) 와같은개념이다. 내적타이밍은운동기술을시간적단계로나누어볼때각부분동작간나타나는시간간격이라할수있다 (Davids, Lees, & Berwitz, 2000; Ferdinands, Kersting, & Marshall, 2013; Putnam, 1993; Savelsbergh & Bootsma, 1994). 또내적타이밍은시상 (phasing) 또는상대적타이밍 (relative timing) 과같은개념으로신체내부에서의시간에따른단계적움직임으로이해할수도있다. 활성근육의시간구조와조직, 운동형태의리듬과순서를포함하고있는시상 (phasing) 은가변적인동작의속도와크기에도불변하는타이밍이다 (Schmidt & Lee, 2014). 즉, 내적타이밍은외부의표면특성 (surface feature) 과대조적으로동작발생의원인이되는심층구조 (deep structure) 로내적타이밍기능이높을수록운동기술의각하위영역을순

26 차적으로조화롭고자연스럽게수행할수있게된다 (Schmidt & Lee, 2014). 예를들면, 야구의피칭 (pitching) 기술에서투수는일정한움직임의순서와구조를갖게된다. 그동작의순서와구조가고정된상태에서시간의유연성 (timing flexibility) 은동작의속도를조절하여더빠르거나느린공을던질수있게한다. 일정한순서를지닌동작의속도와시간을조절하는것은인간의움직임이지닌시간적특성이다 (Ivry & Richardson, 2002). 이러한특성은걷기나달리기같은이동기술에서의속도조절이나테니스나탁구같은라켓스포츠의기술발현시에도확인할수있다. 이처럼특정동작의순서가변함없는상태에서속도의조절이가능한특성을타이밍 (timing) 이라한다. Turvey(1990) 는스포츠의타이밍은효율적인움직임을만들기위한동작시스템이며, 스포츠타이밍의구성요소는 시공간적요소의결합 이라고하였다. Zanone과 Kelso(1991) 는스포츠타이밍을특정동작의시간, 상태, 리듬을맞추는시간적인조화라고정의하였고, Schmidt와 Wrisberg(2004) 는타이밍은숙련된기술을완성시키는요인으로기술수행에관련된신체분절간시간적조화의정확성이라고설명하였다. 종합적으로, 타이밍은하나의운동기술에서동시에일어나는다양한신체분절의움직임을조절하는능력이며 (Beak et al., 2013; Horan & Kavanagh, 2012), 그동작의리듬과템포를제어하고분산하는능력이라고할수있다 (Kim, Jagacinski, & Lavender, 2011; Zachopoulou, Mantis, Serbezis, Teodosiou, & Papadimitriou, 2000)

27 2. 타이밍과주의집중 1) 주의집중의개념 주의집중력은주의력과집중력의합성어이다. 주의력은수많은자극과정보중필요한것만선택하여기억하는능력이며집중력은주의를기울여받은정보를장기기억으로전송하는능력이다. 또이미저장되어있는동작생성정보를만들고상황에적합한전략을구조화하여인출하는인지적능력이다. 주의력은선택, 지속, 제어, 분할의네가지특성이있다. 첫째, 선택주의력 (selective attention) 은연극무대에서주인공을비추는스포트라이트 (spot light) 와같다. 주의를기울일대상외의모든것을무시하고주의대상을선택하는것이다. 둘째, 지속주의력은주의와집중이협력하여이뤄진다. 산만한다른자극을피해선택된주의를유지하려는능력이다. 지속주의력은마치연극무대에서움직이는주인공을스포트라이트가따라가는것과같다. 셋째, 주의제어는하향식제어와상향식제어로나누어진다 (Taylor, 2003). 하향식제어는내부에저장되어있는정보를의식적으로사용한다. 하향식제어는주도적개념이며의도적주의이다. 예를들면, 많은사람들속에서친구를찾는것이다. 사전에친구의얼굴이저장되어있는상태에서그얼굴을찾기위해능동적으로노력하기때문이다. 상향식제어는예상치못한외부자극을받았을때일어난다. 예를들면미끄러운바닥에서중심을잃거나갑작스럽게나타나는밝은빛과큰소리에놀라는것이다. 상향식주의조절은수동적으로일어나며자극인식후 100~200ms안에아주빠르게일어난다. 넷째, 주의분할 (divided attention) 은다수의외부자극을동시에병렬적으로처리하는능력이다. 각각의자극이각각다른인지적요인을요구할

28 때성공적으로처리될수있다. 따라서시각적정보를받으면서청각적정보를동시에처리할수있는것이다. 하지만여러개의감각자극들이각기서로다른감각적요소 (ex. 시각과청각 ) 를요구할때는비교적쉽게실행될수있지만, 그자극들이모두하나의감각적요소 (ex. 청각과청각 ) 를필요로할때는주의집중력의제한이나타난다. 예를들어귀로음악을들으며눈으로사물을인식하기는쉬우나음악을들으며동시에강의를듣기에는제한이생긴다. 주의집중력을더자세하게설명하기위해서는먼저인간의정보처리시스템 (information processing system) 을이해하여야한다. 인간의정보처리시스템에서외부환경정보는가장먼저저장시스템 (storage system) 에기억 (memory) 된다. 이런일차적기억이단기감각기억 (short term memory) 이다. 두뇌안에단기감각기억이생성될때각각의다른여러자극및정보가들어오면그자극들간의간섭이발생될수있는데두뇌는그간섭을무시하고자극을병렬적으로처리하여필요한자극에만주의를기울일수있다. 주의를기울인정보는지각 (perception) 되고반응선택과결정단계로이동된다. 그후반응실행계획및운동체계조직과정을거치게된다. 지각, 선택, 실행계획을포함하고있는 3단계과정에는모두주의력이요구된다. Figure 1은이러한정보처리과정을 인간정보처리모델 로통합한것이다 (Wickens, Hollands, Banbury, & Parasuraman, 2015)

29 Figure 1. Human information processing model 이모델에서유의해야할사항은단기기억단계이전에작업기억 (working memory) 이포함된다는것이다. 동시에단기기억과작업기억은더능동적인역할을한다. 인간정보처리모델을정리하면, 감각자극이단기감각기억으로변형되어지각된다. 주의를통해선별되어선택된자극은다시작업기억으로전송된다. 반복된자극을통한작업기억은장기기억으로입력되기도하고이미저장된정보가파악되는경우장기기억에서인출하기도한다. 이같이작업기억은지각에대한반응과정보가저장되어있는장기기억과상호작용한다는것이다. 인간정보처리모델상단에주의자원이물탱크의형상을하고있는것은주의자원의제한성을상징하고있는것이다. 지각, 반응선택, 반응실행, 작업기억에각각의주의를기울이는데이는용량에제한이있어한쪽에서많은주의자원을사용할때다른한쪽에는주의자원이부족할수있다는것을상징적으로설명하는것이다. 많은인지심리연구자들은주의력의제한극복을위한연구를진행했다. 연구의목적은실질적인학습의성공을위해외적주의산만요소 ( 소음, 외부의

30 움직임등 ) 와내적주의산만요소 ( 과제와관련없는생각이나행동 ) 를차단하고집중을유지한상태로과제요구에주의를기울이는것이다. 연구자들은주의집중능력이작업기억의용량과관련이있으며사용되는작업기억의용량은개인차가있다는것을확인하였다 (Hall & Blasko, 2005). 성공적인과제수행을위한효과적인주의집중력제어는주의집중에대한연구에있어중요한주제이다. 2) 타이밍과주의집중신경기전 브레인타이밍신경망에서소뇌와더불어두정엽 (parietal lobe) 과전두엽 (frontal lobe) 의연결을바탕으로한신경망을두정엽-전두엽신경망 (parietal-frontal brain network) 이라한다. 두정엽-전두엽신경망을자세히살펴보면, 휴지상태신경망 (DMN), 현저성신경망 (SN), 중앙실행기능신경망 (CEN) 으로세가지신경망의구성을확인할수있다 (Figure 2). Figure 2. Large scale brain networks in cognition

31 휴지상태신경망 (DMN) 은사람이아무것도하지않는상태에서활성화되는영역이다 (Raichle et al., 2001). 일부학자들은 뇌가깨어있는휴식상태 라고부르기도한다. 휴지상태신경망 (DMN) 은복부중간전전두엽피질 (Ventral Medial Prefrontal Cortex: VMPFC) 과후방대상피질 (Posterior Cingulate Cortex: PCC), 내측전전두엽 (Medial Prefrontal Cortex: MPFC) 으로구성된신경망이다 (Buckner, Andrews Hanna, & Schacter, 2008; Fornito, Harrison, Zalesky, & Simons, 2012). 휴지상태신경망 (DMN) 의기능은창의적인사고, 미래에대한예측과계획의역할을한다 (Raichle & Snyder, 2007). 휴지상태신경망 (DMN) 이과도하게활성화될경우 ADHD나정신분열증세를보일수있다는사실은적절한휴지상태신경망 (DMN) 활성화, 억제가인지전략을위한중요한기전이란것을시사한다. 현저성신경망 (SN) 은앞뇌섬 (Anterior insula: AI) 과전대상피질 (Anterior Cingulate Cortex: ACC) 로구성된신경망이다 (Seeley et al., 2007). 현저성신경망 (SN) 은외부의정보와내부의정보를탐지할때활성화되는대규모신경망이다 (Menon, 2011). 내, 외부의자극과정보를지속적으로탐색하여가장긴급하고중대한정보를결정하여이를처리하기위해다른뇌영역에신호를보낸다. 중앙실행기능신경망 (CEN) 은배외측전두엽피질 (dorsal lateral prefrontal cortex: DLPFC) 와후방두정피질 (Posterior parietal cortex: PPC) 의교신을통해고차원인지활동과주의집중제어상황에서활성화된다 (Bressler & Menon, 2010). 중앙실행기능신경망 (CEN) 의기능은작업기억정보를인출이나문제해결시사고를하고주의를통제하여과제에집중할수있도록한다. 브레인타이밍신경망에서백질신경로를통한두정엽-전두엽신경망의역할을정리하면빠른정보처리, 운동계획및순차적운동행동에영향을미치며 (Colom et al., 2009; Deary, 2012; Deary, Penke, & Johnson, 2010; Hunt, 2011), 일반지능기능 (general intellectual functioning) 에도영향을

32 미친다는것이다 (Penke et al., 2012). 위세가지신경망의동기화가밀리세컨 (ms) 단위로활동하지않으면인지활동, 감각, 운동행동이불가능하게될수있다. 그리고 ADHD, 정신분열증, 자폐증, 파킨슨병이나타날수있다 (Bressler & Melon, 2010; Bush, 2010). 3) 주의집중과뇌파 인간의생체시스템에서신경으로정보를전달할때는전기적신호를사용하게된다. 이때발생하는전위 (potential) 는근육, 심장, 두뇌등에서측정이가능하다. 그중두뇌에서발생하는전기적신호를측정하는방식을뇌파 (Electro Encephalo Graphy: EEG) 측정이라고한다 (Niedermeyer & da Silva, 2005). 뇌파는뉴런들이활동할때발생되는전기적인신호들을합한전위변화를시간에따라측정한다. 뇌파의장점은뇌세포들의활동을높은시간적해상도로측정할수있다는것이다. 다시말해자극을받거나특정행동, 사고등이뇌안에서일어나는동시에즉각적으로측정이가능하다. 따라서뇌파검사를통해다양한뇌영역의활성도및교신흐름을파악할수도있고, 뇌파의형태를분석하면피검사자의정서및신경생리학적상태를예측할수도있다. 때문에뇌파검사는운동상황에서스포츠수행과관련된두뇌의특성과심리적요인을연구를할때사용이용이하다. 다만미세한신호를증폭시켜측정하는방식이므로외부의전기적환경자극이나피검사자의움직임등이측정결과에오차를일으킬수있다는것을측정시주의하여야한다 ( 윤중수, 1999). 뇌파신호는파형, 주파수, 진폭, 패턴, 분포등으로구성된다. 주파수는 1 초간나타나는파장의횟수이며 Hz단위를사용한다. 이러한주파수는 Delta파 (0~4Hz), 세타파 (4~8Hz), 알파파 (8~13Hz), 베타파 (13~30Hz), Gamma파 (30~50Hz) 로구분한다

33 베타파는좀더상세히구분할수있다. 낮은베타파 (13~16Hz) 는 SMR파 (sensorimotor rhythm) 라고불리기도한다. 낮은베타파는주의집중과적정각성을유지하는상태에서나타나는뇌파이다 (Vachon-Presseau, Achim, & Benoit-Lajoie, 2009). 중간베타파 (16~20Hz) 는고도의주의집중상태를유지할때나타나는뇌파이며긴장과스트레스상태에서도나타날수있다. 신경심리학적관점에서세타파의증가는정신적산만으로해석될수있으며, SMR파와중간베타파의증가는주의집중력의증가로해석가능하다. 실제뇌파측정에서는각주파수가혼재되어나타난다. 따라서파워스팩트럼분석을이용하여각주파수의성분을분류하고그크기를분석한다. 여기서얻어진뇌파의크기 (power) 를이용하여다양한심리상태를확인할수있다. 특히세타파에대한 SMR파와중간베타파의합의비율로주의집중지수 (RSMT) 를확인할수있다 (Doppelmayr & Weber, 2011). 주의집중지수 (RSMT) 를확인하는공식은 (SMRpower+M.βpower)/θpower 이다 (McFarland & Wolpaw, 2005; Vachon-Presseau, Achim, & Benoit-Lajoie, 2009). 이같은공식은정량적뇌파분석방법 (QEEG) 을가능하게하여컴퓨터에서명료한수치로변환되어결과를확인할수있다. 따라서본연구에서의미하는주의집중력은세타파의감소, SMR파와중간베타파의증가가나타날경우주의집중이향상된것으로해석할수있다

34 3. IM 훈련프로그램 1) IM 훈련의개념 IM훈련이란외부에서주어지는리듬단서와신체내부리듬간동시적작용을통해신체내부의타이밍관련신경학적기능을강화시키는훈련이다. IM은브레인타이밍훈련을위해개발된장비이다. 대부분의연구에서는장비명칭을활용하여 IM훈련 이라고명명하였다. 국내의연구에서는 IM을직역하여 상호작용식메트로놈훈련 으로소개되었다. 또국내임상및작업치료현장에서는 IM을일종의 감각운동통합훈련방법 (sensory motor integration training) 으로구분하여사용중이다. 최초로스포츠분야에서 IM이사용될때는 타이밍훈련 (training in timing) 이라는포괄적용어가사용되었고 (Libkuman, Otani, & Steger, 2002), Sommer와 Rönnqvist( 2009) 는 IM을스포츠에도입하여 메트로놈동기화훈련 (synchronized metronome training) 으로명명하여사용하였다. 이외에도다양한연구에서 IM을활용한훈련의명칭은다양하게사용되어왔다. Taub, McGrew, 그리고 Keith(2015) 는수학적지능연구에서 내적타이밍훈련 (interval timing training), Beckelhimer, Dalton, Richter, Hermann, 그리고 Page(2011) 는뇌졸중환자연구에서 컴퓨터기반리듬타이밍훈련 (computer-based rhythm and timing training), Leisman과 Melillo(2010) 는 ADHD치료연구에서 운동순서훈련 (motor sequece training) 이라는명칭으로사용되었다. IM의작동원리는컴퓨터기반의메트로놈이다. 훈련방법과목적은청각리듬정보와운동기능을동시적으로수행하여감각신경과운동신경의동기화 (synchronization) 를목적으로한다. 따라서 IM의가장큰개념은두뇌의직접적인변화를기대한다는점에서 신경가소성원리 를포함하고있다. 신경가소성원리 기반의훈련프로그램에는 감각동기화, 동시적감각훈련,

35 감각-운동통합훈련 등이포함될수있다. 그중훈련방법으로구분할때 IM은청각지각과운동감각의동기화를위해메트로놈리듬과운동타이밍을활용하고있다. 때문에 IM을 메트로놈훈련, 타이밍훈련 으로구분하는것이타당하다. 하지만타이밍훈련중받은피드백을통해수정된타이밍동작은두뇌시계 (brain clock) 의개념을가진대뇌와소뇌를비롯한신경계에영향을미친다는점에서 동시적브레인타이밍훈련 (synchronized brain timing training) 이가장적절한개념이자명칭이될것이다. 감각-운동통합훈련이란, 다중자극에대한개별적인감각을하나의세트로인식하여반응하는신경시스템을말한다 (Stein & Meredith, 1993). 다양한감각의통합과상호작용의중요성은스포츠상황에서더욱강조된다. 각각의감각은상호작용을통해새롭고특화된기능을조직하여성공적인수행능력을만들어낼수도있다. 예를들어청각과촉각의상호작용을통한경고신호강화프로그램은실제항공훈련시나리오에서운동기능향상을나타냈다 (Ngo, Pierce, & Spence, 2012). 리드미컬한손가락태핑연구에서는단일감각형태의피드백보다다중감각형태의피드백을제공할때낮은오차율을보였다 (Wing, Doumas, & Welchman, 2010). 스포츠에서는촉각, 청각그리고시각의감각적통합피드백의영향으로야구타격수행이향상된결과가보고되었다 (Gray, 2009). Jensen(2006) 은복합감각정보의피드백훈련이운동수행능력향상에효과적인이유는, 다중감각통합을위한선별적주의가향상되면서나타나는선수의주의력향상이라고주장하였다. 이와같은배경으로감각타이밍훈련이운동타이밍향상에미치는효과를알아본연구가등장하였다 (Meegan, Aslin, & Jacobs, 2000). 이연구에서는피험자들이청각피드백을이용하여엄지손가락으로버튼을일정하게또는길고짧게누르는훈련을시행하였다. 이훈련은큰동작의운동이포함되지않았으나훈련후운동능력의향상이확인되었다

36 2) IM 훈련의개요 IM훈련의참여자는메트로놈리듬에맞춰일정한운동행동을시행한다. 이때참여자는리듬-동작동시성오차에대해시청각방식의피드백을받게된다. 오차정보는 1/1000초단위로매우세밀한정보를제공한다. 참여자는청각을활용한감각신경활성화와운동신경유발의상호작용을통해운동신경과감각신경동기화훈련을할수있다. 결국 IM훈련을통해생체내시간처리를기반으로나타나는운동계획, 순차적처리와같은정보처리과정의효율성을증가시킬수있다 (Koomar, Burpee, DeJean, Frick, Kawar, & Fischer, 2001). 3) IM 훈련원리 McGrew(2013) 는 IM훈련효과의 3단계가설 을설명하였다. IM훈련을실시하였을때신경계의첫번째효과는주요두뇌영역-일반신경인지기전 (crucial brain-based domain-general neurocognitive mechanism) 의뇌신경진동 (neural oscillations) 속도가향상되는것이다 (Figure 3). Figure 3. The brain clock and temporal processing(mcgrew, 2013)

37 이는개인의생체내부의시간에관련된부분의시간처리 (Temporal Processing) 의해상도와정보처리 (information processing) 의효율성이향상되는것이며두뇌시계와관련된뇌영역과시냅스작용의신경효율성을증가시켜타이밍처리를효과적으로할수있도록하는것이다. 다음 2단계효과는 1단계효과에서거론한뇌영역간의통신을조금더자세히설명한것이다. 즉, IM훈련을통해변화되는뇌신경망을확인하고뇌영역간의연결성 (brain connectivity), 교신 (communication), 동기화 (synchronization) 의효율성을확인한것이다 (Figure 4). Figure 4. Brain network communication and synchronization(mcgrew, 2013) 뇌신경망은백질신경로의교신을기반으로한다. IM과관련된두뇌영역은전전두엽, 두정엽, 기저핵, 앞뇌섬, 전방대상피질, 보완운동영역, 소뇌를포함하고있다. 다양한두뇌영역은각자의교신을통해인간의다양한사고와행동을만든다 (Bressler & Menon, 2010). 특히브레인타이밍과관련된백질신경로를통한신경망은운동타이밍뿐아니라주의집중, 기억, 의사결정등인지적요소와빠른정보처리, 운동계획및순차적운동행동 (Colom

38 et al., 2009; Deary, 2012; Deary, Penke & Johnson, 2010; Hunt, 2011), 지능 (Penke et al., 2012) 에도관련깊다. 마지막세번째단계의효과는주의집중제어시스템 (Attentional Control System: ACS) 기능의향상이다 (Figure 5). Figure 5. Attentional control system(mcgrew, 2013) 주의집중제어시스템 (ACS) 는정신적산만과주의력제어및실행기능을포함하여작업기억형태로나타나게된다 (Chuderski & Necka, 2012). IM 훈련효과가설 2단계에서설명한바와같이현저성신경망 (SN) 은내, 외부의산만요소에대한통제력을높이고, 중앙실행기능신경망 (CEN) 은고도의사고와주의집중을가능케한다. 또한작업기억의출력은휴지상태신경망 (DMN) 의영향을받게되는것이다. IM훈련의원리를종합하여보면, IM에서사용되는밀리세컨의타이밍오차피드백은운동신경과감각신경의빠른상호작용을일으킨다. 이때신경진동속도의증가가일어나게되며이는브레인타이밍신경망특히두정엽

39 -전두엽신경망의교신을빠르게한다. 결과적으로주의산만요소를통제하고주의집중력을증가시켜작업기억형태로출력되어인지및운동기능의향상을나타낼수있는것이다. 이를토대로집중을요구하는반복된동작훈련인 IM훈련을주의력결핍과잉행동장애학생에게적용한결과대상자들의타이밍능력, 수행능력, 집중력등의인지능력이향상되었고그이유는 신경가소성의원리 때문이라고밝혀냈다 (Shaffer et al., 2001). 4) 신경가소성 인간의두뇌는환경적인요인이나반복된자극, 개인의행동등을통해유연하게변화될수있다. 이러한두뇌의변화를신경가소성 (neuroplasticity) 이라고한다. 신경가소성이란반복된경험을통해신경세포들간의연결을형성하여정보전달이가능한회로를만들어뇌의기능적, 해부학적구조가변화하는것이다. 신경가소성은성장기에왕성하게나타나며성인기에도활발하지는않지만신경가소성이관찰되고있다 (Azari & Seitz, 2000). 또한최근뇌지도화 (brain mapping), 활성화등을확인하는기능성자기공명영상 (fmri), 양전자방출단층촬영 (PET), 뇌파 (EEG) 등과같은측정도구의발달로신경가소성을확인할수있는뉴런간의연결범위와정보전달속도의변화, 대뇌피질의기능적, 구조적변화등을확인할수있게되었다 (Schaechter, 2004). 신경가소성의변화는수상돌기의발달에서확인할수있다. 더많은장애물과큰공간에서많은개체와사는쥐의뇌에서그렇지않은쥐보다더많은수상돌기와두꺼운피질이관찰되었다 (Rosenzweig & Bennett 1996). 이것은더많은경험과운동이축삭돌기와수상돌기의발달및증가를촉진시켰기때문이다 (Coss, Brandon, & Globus 1980). 사람의경우도마찬가지로고학력자에게서더넓고긴수상돌기가확인되었다 (Jacobs & Scheibel 1993). 또신경가소성은대뇌피질의감각체계의변화에서확인

40 된다. 과제에의도적으로주의를기울일때과제에관련된특정피질에도파민이작용하여그과제에대한자극과관련된표상이확대될수있다 (Bao, Chan, & Merzenich, 2001). 예를들면눈이보이지않는사람이문자를이해할때는점자를사용한다. 점자를이해하는과정에서눈이보이지않는사람은손끝이예민하게반응한다. 이러한현상에서눈이보이는사람보다손끝을담당하는뇌영역의활성도가높아진것이다. 이를통해서대뇌피질의신경가소성을확인할수있다. 운동피질의신경가소성은반복된연습과학습을통해나타난다 (Li, Zhong, Yang, Sn, Zhong, Yin, Cheng, Yan, & Li, 2005). 반복된운동이라면약한강도의운동으로도신경전달물질이방출되어뉴런을발달시킬수있다 (Trejo, Carro, & Torres-Aleman, 2001). 집중을유지한상태의반복적움직임훈련은신경가소성에많은영향을준다는것을입증하는연구들이발표되고있다 (Classen, Liepert, Wise, Hallett, & Cohen, 1998; Karni et al., 1998; Plautz, Milliken, & Nudo, 2000). 마지막으로신경가소성의증거로뉴런의생성을들수있다. 인간의뉴런은새롭게생성될수있다는점에대해서는아직명확하게검증되지않았으나일부연구에서조류의두뇌를조사한결과해마에서뉴런이새롭게형성되는것이확인되었다 (Nottebohm, 2002; Smulders, Shiflett, Sperling, & DeVoogd, 2000). 이와같은연구는인간의새로운뉴런생성의가능성을보여주고있다. Hebb(2005) 은인간행동의구조를연구하며신경가소성의메카니즘을다음과같이정리하였다. 뉴런간신호가전달될때신호의강도가강하거나반복되면시냅스에장기적인변화가나타난다. 이런변화가수상돌기의신호에대한반응성을향상시켜뉴런간정보전달의효율성을향상시킨다. 구체적으로살펴보면, 구심성신경에짧고강한자극이일어날경우흥분성시냅스후전위 (Excitatory Postsynaptic Potential, EPSP) 가일어나는것이다. 이를통해절전뉴런 (preganglionic neuron) 과절후뉴런 (postganglionic neuron) 간의신호를전달하는능력이증가되며지속적인

41 자극을주면이자극에대한반응성이향상된다. 이같이신경세포의신호전달이향상된상태가지속되는것을장기상승작용 (Long-Term Potentiation: LTP) 라고한다. 이와반대로장기하강작용 (Long-Term Depression: LTD) 은시냅스의활성효율이지속적으로감소하는것이다. 이와같은감소는주로해마와소뇌에서확인되었다. 장기상승작용과장기하강작용은신경가소성을대표하는현상이다. 또신경가소성은새로운자극에대한반응이생성되게하고오래된기억을없애기때문에운동학습에직접적인영향을주는요인이라할수있다. 기능성자기공명영상 (fmri) 을이용한뇌지도화를통해반복적인운동으로피질의신경망재조직화를확인한연구가이와같은기전을뒷받침하고있다 (Karni et al., 1998; Petersen, Van Mier, Fiez, & Raichle, 1998; Plautz, Milliken, & Nudo, 2000; Schweizer, Braun, Fromm, Wilms, & Birbaumer, 2001; Ungerleider, Doyon, & Karni, 2002). 이와같은 fmri를사용한연구는뇌지도화및뇌영역의활성도를확인하기에적합하며시냅스의활동변화를직접높은시간해상도로확인하기위해서는뇌파측정방법이효과적이다 (Gevins, Le, Martin, Brickett, Desmond, & Reutter, 1994; Thatcher, Toro, Pflieger, & Hallet, 1994). 신경가소성의선행연구는대부분의임상연구에서뇌손상환자의신경계의변화를확인하였다. 따라서일반인의신경계강화가아닌손상된신경계의재활에초점을맞추고있다 (Burgener, Buettner, Beattie, & Rose, 2009; Feydy, Carlier, Roby-Brami, Bussel, Cazalis, Pierot, & Maier, 2002; Galvan & Bredesen, 2007; Rijntjes & Weiller, 2002). 물론뇌손상환자의재활도중요하지만신경계가인간의행동과사고를통제하고있다는사실을생각한다면이상이없는상태에서도신경계의강화및발전은신경계질환예방과인지능력및운동능력향상에중요한시사점이될것이다

42 5) IM 훈련을적용한선행연구 Koomar, Bupree, DeJean, Frick, 그리고 Fischer(2001) 는 IM훈련을통해개선된타이밍과리듬이두뇌의운동계획및실행능력에미치는긍정적인효과를확인하였다. 이들은 IM훈련이타이밍과리듬에관련된다양한수행을향상시킬수있는방법이며기존의치료방법보다편리하여넓은의미의임상분야에서유용하게사용될것이라결론내렸다. Alpiner(2004) 는기능성자기공명영상 (fmri) 을이용하여 IM훈련을받은사람들은뇌영역간교신 (communication) 이효율적으로이뤄진다는것을확인하였다. IM훈련의효과를확인한최근연구를살펴보면, IM훈련을통한주의집중력향상연구 (Etra, 2006), 주의력과운동협응력향상연구 (Bartscherer & Dole, 2005), 외상성뇌손상재활 (Nelson et al., 2013), 인지및지각능력향상연구 (Kuhlman & Schweinhart, 1999; Ritter, Colson, & Park, 2013; Taub, McGrew, & Keith, 2007), 뇌졸중치료 (Beckelhimer, Dalton, Richter, Hermann, & Page, 2011), ADHD치료 (Leisman & Melillo, 2010; Shaffer et al., 2001), 언어학습장애치료 (Sabado & Fuller, 2008), 운동수행에관련된연구 (Libkuman, Otani, & Steger, 2002; Sommer & Rönnqvist, 2009; Sommer, Häger, & Rönnqvist, 2014) 등이보고되었다. 특히스포츠분야에 IM훈련을처음적용한연구는 Libkuman, Otani, 그리고 Steger(2002) 의연구이다. 이들은 IM훈련을받은피험자 40명의골프샷정확성이향상된것을확인하였다. 피험자들은골프시뮬레이터장치에서 9번아이언, 7번아이언, 5번아이언, 드라이버를사용하여스윙한결과, 각각 14%, 24%, 28%, 15% 의정확도가향상되었다. 다음 Sommer와 Rönnqvist(2009) 는 Libkuman, Otani, 그리고 Steger(2002) 의연구를보완하여 26명의골퍼를대상으로 4주간의 IM훈련을실시한결과, 골퍼들의골프샷의정확성이향상된것을확인하였고 IM훈련을받지않고골프스윙

43 만연습한통제집단과의비교에서유의한타이밍능력의향상을나타냈다고밝혔다. Sommer, Häger, 그리고 Rönnqvist(2014) 는 IM훈련을통해골프스윙의역학적변화를확인하였다. 이들은골프스윙은다양한신체분절의협응을만들기위해뇌기반의운동조절전략과타이밍에 IM훈련이긍정적인효과를미쳤다고보고하였다. 이와같이선행연구모두 IM훈련의긍정적효과를확인하였다

44 III. 연구방법 1. 참여자 본연구의참여자는경기도 R골프장에서훈련중인대한체육회및경기가맹단체회원자격보유자로현재활동중인전문골프선수이며, 이전에감각통합훈련, IM, 신경학적치료등이와유사한경험이없는자로편의추출되었다. 모집된선수는총 34명으로각각 IM집단 18명, 통제집단 16명으로무선할당 (random assignment) 하였다. Table 1은두집단의일반적인특성과사전검사의평균, 표준편차를제시하는동시에종속변인에해당하는운동타이밍능력 (Bilateral timing, Adjusted timing, Unadjusted timing), 주의집중지수 (RSMT), 각뇌파 ( 세타파, SMR파, 베타파 ), 퍼팅기술수행능력 (Putting tendency, Putting timing, Putting consistency, Putting skills overall) 과퍼팅현장수행능력 (Putting field performance) 에대한동질성검사결과를보여주고있다. 동질성검사결과, 두집단간차이가통계적으로유의하지않아두집단간동질성이확인되었다 (p>.05)

45 Table 1. Result of t-test for equality of means IM Group Con Group t p Age(years) 19.77± ± Practice time(hours) 8.16± ± Career(years) 6.00± ± Average score 74.83± ± Bilateral ± ± Adjusted 72.48± ± Unadjusted 79.40± ± Fp1 Theta 28.80± ± Fp2 Theta 28.72± ± Fp1 SMR 6.77± ± Fp2 SMR 6.63± ± Fp1 Mid-Beta 4.80± ± Fp2 Mid-Beta 4.49± ± Fp1 High-Beta 2.26± ± Fp2 High-Beta 2.13± ± RSMT.40±.09.39± Putting tendency 72.96± ± Putting timing 68.47± ± Putting consistency 70.85± ± Putting skills overall 70.78± ± Putting field performance test 83.78± ± Note. p>.05, IM-Interactive metronome training group, CON-Control group

46 2. 측정도구및방법 1) 운동타이밍측정 본연구에서타이밍능력측정및훈련도구로사용된 IM은중추신경계의효율성과활성도를높이기위한장비이다 (Greenspan, 1998). IM은 PC기반으로작동한다. IM의장비구성은본체에해당하는 MCU, 청각정보를받을수있는헤드폰, 무선버튼트리거 (button trigger) 와무선탭매트 (tap mat) 로구성된다 (Figure 6). Figure 6. Component of Interactive metronome 버튼트리거는기본적으로손에착용하여치는동작을할때타이밍정보를추적하는장치이지만목적에따라손이아닌곳에도장착할수있다. 탭매트의용도는버튼트리거와같지만활용범위가더넓고다양하다. 예를들어트리거위에서점프동작을하거나발을구를수있고책상위에올려둔상태에서손바닥으로칠수도있다

47 타이밍능력측정은 IM 의전체형검사 (Long form assessment: LFA) 로실 시하였다. 전체형검사 (LFA) 는총 14 가지동작검사로구성되어있으며약 25 분이소요된다. Table 2 는전체형검사항목을요약하여보여주고있다. Table 2. Task of long form assessment LFA Task 1.Both Hands( 양손 ) 8.Right Heel( 오른발뒤꿈치 ) 2.Right Hand( 오른손 ) 9.Left Heel( 왼발뒤꿈치 ) 3.Left Hand( 왼손 ) 10.Right Hand/ Left Toe( 오른손 / 왼발끝 ) 4.Both Toes( 양발끝 ) 11.Left Hand/ Right Toe( 왼손 / 오른발끝 ) 5.Right Toe( 오른발끝 ) 12.Balance Right Foot/ Tap Left Toe( 오른발균형 ) 6.Left Toe( 왼발끝 ) 13.Balance Left Foot/ Tap Right Toe( 왼발균형 ) 7.Both Heels( 양발뒤꿈치 ) 14.#1(Both Hands) with Guide sounds 14가지검사중 양손과제 (both hands) 와 가이드사운드와함께양손과제 (both hands with guide sounds) 의메트로놈속도는 54bpm으로설정하며 1분간 54회반복한다. 그외의검사는 54bpm의메트로놈속도의리듬을듣고 0.6분간일정한동작을 30회반복한다. 하위검사의자세한동작요령은다음과같다. 1 양손과제 (both hands) 양손과제에서반응측정을위한버튼트리거 (button trigger) 를오른손손바닥에착용한다. 동작요령은양손을가슴앞에서크게원을그리며박수치는동작이다. 2 오른손과제 (right hand) 오른손과제의동작요령은오른손바닥에버튼트리거 (button trigger) 를착

48 용한상태로원을그리듯손을움직여우측골반을치는동작이다. 3 왼손과제 (left hand) 왼손과제의동작요령은왼손바닥에버튼트리거 (button trigger) 를착용한 상태로원을그리듯손을움직여좌측골반을치는동작이다. 4 양발가락과제 (both toes) 양발가락과제의동작요령은신발은벗은상태로발가락을이용하여지면에설치된무선탭매트 (tap mat) 를오른발과왼발을교차하여한번씩짧게밟는다. 5 오른발가락과제 (right toe) 오른발가락과제의동작요령은우측뒤꿈치를지면에대고메트로놈에맞 춰우측발가락으로무선탭매트 (tap mat) 를짧게밟는다. 6 왼쪽발가락과제 (left toe) 왼쪽발가락과제는동작요령은좌측뒤꿈치를지면에대고메트로놈에맞 춰좌측발가락으로무선탭매트 (tap mat) 를짧게밟는다. 7 양발뒤꿈치과제 (both heels) 양발뒤꿈치과제의동작요령은무선탭매트 (tap mat) 를몸후방에설치하 고양발을교차하여각뒤꿈치로밟는다. 8 오른발뒤꿈치과제 (right heel) 오른발가락을지면에댄상태로오른발뒤꿈치를사용하여탭매트 (tap mat) 를메트로놈소리에맞춰밟는다

49 9 왼발뒤꿈치 (left heel) 왼발가락을지면에댄상태로왼발뒤꿈치를사용하여탭매트 (tap mat) 를 메트로놈소리에맞춰밟는다. 10 오른손과제 (right hand)/ 왼쪽발가락과제 (left toe) 오른손과제 (right hand) 와왼쪽발가락과제 (left toe) 를혼합하여각각한번씩교차하여실시하는것이다. 이검사에서중요한요령은오른손의움직임이멈추지않는상태로느리게유지되어야한다. 11 왼손과제 (left hand)/ 오른발가락과제 (right toe) 오른손과제 (right hand)/ 왼쪽발가락과제 (left toe) 와동일한방법으로양 측손발을바꾸어실시한다. 12 오른발균형 (balance right foot)/ 왼발가락밟기 (tap left toe) 오른발하나로만서있는상태로균형을잡으며왼발가락으로탭매트 (tap mat) 를밟는다. 13 왼발균형 (balance left foot)/ 오른발가락밟기 (tap right toe) 왼발하나로만서있는상태로균형을잡으며오른쪽발가락으로탭매트 (tap mat) 를밟는다. 14 가이드사운드와함께양손과제 (both hands with guide sounds) 처음에실시된 1양손과제 와방법은동일하나헤드셋을통해피검자가반응한타이밍에대한청각피드백을제공한다. 이피드백은기준음 (metronome sounds) 보다빠르게반응하면왼쪽에서 뚜 ~ 또는 벅 ~ 하는소리가나타나게되며느리게반응하면오른쪽에서소리가나타난다. 16ms부터 100ms이내의오차에서는 벅 ~, 100ms이상의오차에서는

50 뚜 ~ 소리가나타난다. 전체형검사 (LFA) 를통해얻어진양측성타이밍 (Bilateral) 검사결과는오른손과왼발, 왼손과오른발과같이상반된상체, 하체, 좌우사지의협응동작의타이밍오차를보여준다. 조정성타이밍 (Adjusted) 검사는단일상체와하체의사지사용으로보다안정된사지의타이밍능력을평가할수있다. 마지막으로비조정성타이밍 (Unadjusted) 은모든신체의양측성타이밍 (Bilateral) 과조정성타이밍 (Adjusted) 검사결과를포함한타이밍오차의결과이다. 2) 뇌파측정 (EEG) 을통한주의집중지수 (RSMT) 골프선수의뇌파측정을위해 2채널헤드밴드형태의뇌파측정도구인뉴로하모니 (Braintech, Korea) 를부착하여 Figure 7과같이퍼팅용매트위에서 120초간퍼팅과제를수행하였다. 선수마다 1회퍼팅에소요되는시간은달랐으며평균 15회퍼팅을하였다. Figure 7. EEG test with putting performance

51 뉴로하모니의측정전극은전전두엽 (Prefrontal Lobe) 의좌측 (Fp1) 과우측 (Fp2) 에부착된다. Ground전극은전전두엽의정중앙 (Fpz) 에부착되며, 기준전극 (reference electrode) 은귓불에집게형태로부착된다. 전극의재질은금도금건식전극으로습식전극에비해피검자에게이질감과불쾌감을주지않는상태로전두엽의뇌파측정이가능하여주의집중, 의사결정등의고차원인지과정을관찰하는데용이하다. 또한뇌파의 1차분석에사용되는전자기판은헤드밴드에내장되어전극케이블이움직이면서발생하는잡파를최대한제어할수있기때문에스포츠연구에서운동수행중뇌파측정에용이하다. 뇌파측정샘플링은 512Hz이며, 주파수는 1Hz~45Hz까지측정된다. 정량적분석방법 (Quantitative Electroencephalogam) 을통해측정된원시뇌파를고속퓨리에방식 (FFT) 파워스펙트럼을통해확인할수있다 (Teplan, Krakovská, & Štolc, 2011). 파워스펙트럼은밴드색상별, 전압별로 3차원으로표현된다. 또뇌파의각주파수의절대파워값과상대파워값은수치와더불어막대그래프와파이그래프로나타난다. 본기기의신뢰도를확인하기위하여뇌파측정장비로높은인지도를가진 Grass Neurodata Amplifier System(USA) 과뇌파결과를비교한결과상관계수가.916(p<.001) 로나타났다 ( 김용진등, 2000). 뇌파측정기를통해분석된각뇌파의상대파워값 (%) 을수치화하여주의집중지수를확인할수있다. SMR파 (12Hz~15Hz) 와중간베타파 (15Hz~20Hz) 그리고세타파 (4Hz~7Hz) 를이용하여주의집중지수 (RSMT) 를확인할수있는데 (Doppelmayr & Weber, 2011), 계산공식은 (SMRpower+M.βpower)/θpower 이다 (Lubar et al., 1995; McFarland & Wolpaw, 2005; Vachon-Presseau, Achim, & Benoit-Lajoie, 2009)

52 3) 퍼팅수행능력 퍼팅수행능력은두가지방법을사용하여측정되었다. 첫째, 기술수행능력검사에서는신체와퍼터헤드의움직임을측정하여 28가지의수행변인의특성을종합하여퍼팅성향, 퍼팅타이밍, 퍼팅일관성, 퍼팅기술점수를확인하였다. 둘째, 실제골프장퍼팅그린에서퍼팅을실시해 1m 간격으로 1m부터 5m까지의거리에서각각 10회의퍼팅으로총 50회퍼팅을성공할때까지시행하여실제현장의퍼팅능력을측정할수있는현장수행능력검사가실시되었다. (1) 퍼팅기술수행능력검사 퍼팅기술수행능력 (Putting skills performance) 검사에서사용된 SAM PUTTLAB ver.5.1(science & Motion, Germany, 2003) 은퍼팅기술수행능력을측정하기위해개발된골프퍼팅분석시스템이다 (Figure 8). 2003년개발되어 2004년유럽 PGA투어에서활용되었다. 2010년에는 99명의미국 PGA소속프로골퍼들을대상으로기초자료를만들었으며, 이들의데이터를토대로골퍼의퍼팅수행능력을평가할수있다 (Marquardt, 2007). Figure 8. SAM PUTTLAB ver

53 SAM PUTTLAB ver.5.1은퍼팅시퍼터의움직임을분석할수있는초음파장치이다. 퍼팅과정에서퍼터의움직임을확인하기위하여초당 210번 (210Hz) 의초음파를발생시켜정밀한데이터를제공한다 (Toner & Moran, 2011). 초음파발생기와수신기간 1.5m거리에서오차율은 0.1mm, 0.1도로나타났고, 방향의일관성과페이스각도의표준편차를조사한결과각각 0.098mm와 0.108mm로확인되었다 (Karlsen, Smith, & Nilsson, 2008; Marquardt, 2007). 따라서 SAM PUTTLAB ver.5.1은연구의측정도구로사용가능한심층적자료제공이가능하다 (Toner & Moran, 2011). 퍼팅기술수행능력검사의기준값은미국PGA 99명선수의데이터를중심으로나타난평균과표준편차로설정하였다 (Table 3). Table 3. Putting statistics for a sample of 99 PGA tour players(marquardt, 2007) Parameter M SD Consistency Face Angle at Address 0.35 Right Face Angle at Impact 0.30 Right Putter Path Direction at Impact 0.80 Left Face on Path at Impact 1.10 Open Backswing Length (BSL) 241mm 38mm 10mm Path Symmetry (BSL/FSL) Horizontal Impact Spot 1.56mmToe 3.5mm 2.1mm Vertical Impact Spot 4.9 mmup 2.2mm 1.4mm Face Rotation in Impact Zone Dynamic Shaft Angle Vertical Angle of Attack (Rise) 2.8 Up Backswing Time (BST) 670ms 90ms 30ms Time to Impact (TI) 317ms 35ms 11ms Forward Swing Time (FST) 820ms 100ms 45ms Backswing Rhythm (BST/TI) Impact Timing (TI/FST) Impact Speed 1510mm/s 119mm/s 45mm/s

54 최종적으로나타나는퍼팅기술수행능력검사의결과는퍼팅성향 (putting tendency), 퍼팅타이밍 (putting timing), 퍼팅일관성 (putting consistency), 퍼팅기술점수 (Putting skills overall) 로총 4가지점수가제공된다. 먼저퍼팅성향은조준 (aim), 퍼터헤드각도 (face angle), 퍼터헤드움직임 (path), 공이맞는지점 (spot), 퍼터헤드회전 (rotation) 을포함한점수이다. 다음퍼팅타이밍은스윙지속시간 (swing times), 임팩트타이밍 (impact timing), 백스윙리듬 (rhythm) 을포함하고있다. 그리고퍼팅일관성은 28가지측정변인의반복된일치를확인한다. 마지막으로퍼팅기술점수는퍼팅성향 25%, 퍼팅타이밍 25%, 퍼팅일관성 50% 를각각더한값으로제공된다 (Marquardt, 2007). 본연구에서퍼팅기술수행능력검사에앞서퍼터샤프트에초음파송신기를부탁하게된다. 부착위치는퍼터헤드에서 20cm상단에퍼터페이스와직각이될수있도록부착하고참여자가퍼팅준비자세가되었을때퍼터헤드와타겟 ( 홀 ) 의직각, 퍼터헤드와초음파송신기와의직각에맞춰영점작업을시행한다. 초음파송신기와수신기의거리는 1.5m로유지하였다. 준비가끝나면실험참여자는 5m지점의플라스틱홀컵을향하여 10번의퍼팅을수행하였다. 각퍼팅수행직후후방으로 2m이상물러선뒤다시스탠스를취하도록하여퍼팅일관성검사의신뢰도를높였다. (2) 퍼팅현장수행능력검사 퍼팅현장수행능력 (Putting field performance) 검사는 Pelz(2000) 가고안한 50-Ball test를이용하여측정되었다 (Figure 9). 총 50개의지점에서퍼팅을하여총타수를확인하는검사이다. 50-Ball test 방법은하나의홀컵을중심으로 1m, 2m, 3m, 4m, 5m 거리에서퍼팅을실시하게된다. 이러한퍼팅과정으로 10개라인, 총 50개지점에서실시한다. 공이홀컵에들어갈때까지퍼팅을하며이때총퍼팅개수를기록하는방식이다

55 Figure Ball test 참여자가검사를실시하기전, 스팀프미터 (Stimpmeter) 를이용하여퍼팅그린의그린스피드를측정하였다 (Figure 10). 그린스피드의기준은약 3.2m이며, 그린스피드가균일하지않을시에는골프장코스관리팀의도움을받아그린스피드를수정하였다. 골프공은 1m 간격으로 1줄에 5개씩 10 개의줄에배치되었다. 공의위치에는플라스틱마커를사용하여공의위치를표시하였다. 참여자는한개의홀에 50회의퍼팅을시도하였다. 공이홀에들어간경우에다음공으로이동하여다시퍼팅을실시하였고, 공이홀에들어가지않으면들어갈때까지퍼팅을하여총퍼팅개수를기록하였다. 각퍼팅수행에앞서참여자에게는 120초이내의그린기울기를탐색할수있는시간이주어졌다. Figure 10. Stimpmeter

56 3. 연구절차 문헌조사를시작으로본연구의이론적개념과가설이설정되었다. IM집단에게제공된 IM훈련의구성은총 12회기이며, 72시간간격으로시행되었다. 1회훈련에는약 50분의시간이소요되었다. 운동타이밍, 퍼팅수행중뇌파, 주의집중, 퍼팅수행능력측정은훈련시작전사전검사, 훈련 6회기종료후중간검사, 훈련 12회기종료후사후검사로총 3회실시되었다. 측정을통해얻어진사전, 중간, 사후검사의결과는통계절차를통해분석되었다. Figure 11은본연구의절차를도식화하여보여주고있다. Figure 11. Research process model

57 4. 골프퍼팅을위한 IM 훈련프로그램 IM훈련프로그램은본연구의연구자를포함해 IM전문가자격을보유한 3인의전문가회의를통해개발되었다. 총 12회기로 1회당준비시간을포함하여약 50분으로설정하였으며, 훈련간격은 72시간주기로주 2회시행되었다. 실험참여자는가벼운운동복을착용하였고, 훈련시간은식사시간전후 1시간을피하여시행하였다. 모든동작의총반복횟수는 236,000번이며각회기의동작반복횟수는 1500번에서 2200번으로설정하였다. 각회기별훈련프로그램은 [ 부록 2] 에제시되어있다. 앞서소개한전체형검사 (LFA) 의기본동작 13가지는손과발의단일움직임또는상하좌우의협응움직임으로구성되어있으며, 추가로본연구에서는골프퍼팅동작을활용한세가지동작을개발, 적용하였다. 먼저 14 번째동작인 퍼팅-양손 (putting-hands) 은빈손으로퍼팅동작을수행하며왼손손등에장착된버튼트리거를이용하여고정된물체 ( 의자 ) 를치는동작이다. 15번째동작인 퍼팅-어깨 (putting-shoulder) 는양손에퍼터를들고퍼팅동작을하며벽면에고정된버튼트리거를왼쪽어깨로치는것이다. 마지막동작인 퍼팅-퍼터 (Putting-putter) 는실제퍼팅을하듯어드레스한뒤퍼터를이용하여고정된물체에부착된탭매트를치는동작이다. 일정한간격 (54bpm) 의메트로놈음에맞춰동작을실시할때반응타이밍오차범위는 1ms 단위로측정된다. 정확한타이밍의기준 (Super-Right-On, SRO) 은 ±15ms이며최대느리거나빠른반응타이밍은 ±554ms까지기록된다. 이러한타이밍오차는시각정보로제공된다. 훈련난이도 (Difficulty) 를 100으로설정하였을때 15ms 이내는녹색, 16ms~100ms은노란색, 101ms~554ms은빨간색으로표시되고반응이빠른경우모니터의좌측, 느린경우우측, 15ms이내의반응에서는가운데에각색상이표시된다. 실험참여자는시각정보를통해자신의타이밍에대한피드백을실시간으로확인할수있다. 청각피드백의경우타이밍이 ±15ms이내에이뤄지면양쪽

58 헤드셋을통해맑은종소리를듣게된다. 타이밍이빠른경우에는헤드셋왼쪽에서, 느린경우에는오른쪽에서 벅 ~ 과같이둔탁한소음 (16ms~100ms) 또는 뚜 ~ 와같은소음 (101ms~554ms) 으로피드백이제공된다

59 5. 연구설계 본연구설계방법은집단 (2수준) 과시기 (3수준) 를독립변인으로한이원혼합설계 (two factor mixed design) 이며종속변인은타이밍오차, 뇌파, 주의집중, 퍼팅기술수행능력, 퍼팅현장수행능력이다. 사전-중간-사후 3회측정간 6회기의 IM훈련이중재방법 (Intervention) 으로총 12회기실시되었다. 모든참여자는동일한골프기술훈련을거쳤다. 실험집단이 IM훈련에참여할때통제집단은퍼팅그린에서자율적인퍼팅연습을하였다. 사전검사를시작으로종속변인을측정하였고동시에집단동질성검사를하였다. 3주간 IM훈련직후 (6회기직후 ) 에중간검사를, 다시 3주간 IM훈련이실시된후 (12회기직후 ) 사후검사를하였다. 본연구설계를도식화하면 Figure 12 와같다. Figure 12. Research design

60 6. 자료처리 두집단의동일성검증을위하여일반적특성과사전검사결과에대하여독립표본 t검정을실시하였다. 사전, 중간, 사후에걸쳐측정된변인의평균, 표준편차값을구하기위하여기술통계분석을하였다. 운동타이밍능력의변화를확인하기위해세가지하위요인 ( 양측성타이밍, 조정성타이밍, 비조정성타이밍 ) 의측정값에대한다변량분산분석 (MANOVA) 를실시하였다. 사전, 중간, 사후검사에서측정된운동타이밍능력, 뇌파, 주의집중지수, 퍼팅수행능력의변화와집단간차이를확인하기위해반복측정에의한이원변량분석 (2RG 3RM two-way ANOVA with repeated measures) 을추진했다. 본연구의통계결과의유의수준은 p<.05에서검증하였으며, 통계처리는 SPSS ver.18.0 프로그램을사용하였다

61 IV. 결과 본연구는 IM훈련이골프선수의운동타이밍에미치는효과와퍼팅수행중나타나는뇌파의변와, 실제퍼팅수행능력에미치는효과를분석하였다. 퍼팅수행능력은실험실에서측정되는퍼팅기술수행능력과실제퍼팅그린에서실시된퍼팅현장수행능력으로구분하여측정되었다. 6주간현장실험을통하여훈련시작전사전검사를시작으로, 훈련 6회기종료후중간검사, 훈련 12회기종료후사후검사에서측정된변인들을분석한결과들을다음과같이제시하였다. 1. 운동타이밍능력검사 Table 4는사전, 중간, 사후검사에서나타난 IM집단과통제집단의운동타이밍에대한평균과표준편차들이다. 운동타이밍은양측성타이밍 (Bilateral timing), 조정성타이밍 (Adjusted timing), 비조정성타이밍 (Unadjusted timing) 으로사전, 중간, 사후검사를통해측정되었다. Table 4에나타난바와같이, 두집단모두사전검사에비해사후검사에서운동타이밍 ( 양측성, 조정성, 비조정성 ) 오차점수의감소를나타내었다

62 Table 4. Motor timing Means and SD for IM and CON groups Var. Group IM(n=18) CON(n=16) M SD M SD pre Bilateral timing mid post pre Adjusted timing Unadjusted timing mid post pre mid post Note. IM=Interactive metronome training group, CON=Control group. 운동타이밍 ( 양측성, 조정성, 비조정성 ) 에대한집단 (2) x 시기 (3) MANOVA를실시한결과, 시기의주효과를보이고있으며 (Wilks lamda=.474, p<.01), 집단과시기의상호작용효과역시유의성을나타내었다 (Wilks lamda=.625, p<.01). Table 5는양측성타이밍 (Bilateral), 조정성타이밍 (Adjusted), 비조정성타이밍 (Unadjusted) 에대한집단 (2) x 시기 (3) RM ANOVA 결과이다. Table 5에나타난바와같이집단간주효과는모든요인에서유의성이없었으나, 모든요인에서시기에대한주효과는유의성을보이고있었다. 집단과시기의상호작용효과는비조정성타이밍, 양측성타이밍, 조정성타이밍에서모두유의성을보이고있다

63 Table 5. Results of ANOVAs for motor timing Source SS df MS F p Bilateral timing Adjusted timing Unadjusted timing Betweensubject Withinsubject Betweensubject Withinsubject Betweensubject Withinsubject Group Error Time Time * Group Error(Time) Group Error Time Time * Group Error(Time) Group Error Time Time * Group Error(Time) Note. p<.05 Figure 13은양측성타이밍 (bilateral) 의변화와집단과시기의상호작용효과를보여주고있다. IM집단은통제집단보다유의하게감소된오차점수들을보이고있다. IM집단은각각 ms, 74.31ms, 50.93ms의타이밍오차평균점수를보이고있으며통제집단은각시기별검사에서 ms, ms, 89.31ms으로타이밍오차평균점수를보이고있다

64 pre mid post IM group Control group Figure 13. Results of group x time for bilateral timing Figure 14는조정성타이밍 (adjusted) 의변화와집단 X 시기상호작용효과를보여주고있다. IM집단은통제집단에비해유의한오차감소가나타났으며, 통제집단의변화는나타나지않았다. 각시기별타이밍오차의평균점수를알아보면, IM집단은사전검사 72.48ms, 중간검사 49.64ms, 사후검사 40.73ms의평균점수를보이고있다. 통제집단의시기별평균점수는사전검사 64.19ms, 중간검사 63.49ms, 사후검사 63.48ms으로나타났다 pre mid post IM group Control group Figure 14. Results of group x time for adjusted timing

65 Figure 15는비조정성타이밍 (unadjusted) 변화와집단 X 시기상호작용효과를보여주고있다. 비조정성타이밍의오차평균점수변화를살펴보면, IM집단은사전검사 (79.40ms) 보다중간검사 (54.14ms) 에서현저한오차감소가나타났고사후검사 (42.50ms) 에서역시지속적인타이밍오차의감소가나타났다. 반면통제집단은사전검사 (73.01), 중간검사 (69.02), 사후검사 (67.36) 에서큰변화가관찰되지않았다. IM집단이통제집단보다유의하게감소된타이밍오차점수가나타난것을알수있다 pre mid post IM group Control group Figure 15. Results of group x time for unadjusted timing

66 2. 뇌파와주의집중지수검사 1) 세타파 Table 6은참여자의좌측전전두엽 (Fp1), 우측전전두엽 (Fp2) 의세타파의변화를기술통계분석한결과이다. 좌측전전두엽 (Fp1) 의세타파의상대파워값을측정한결과, IM집단의사전검사 28.80% 이며, 중간검사에서는 27.69% 로감소되었다. 사후검사에서는 25.40% 로앞선검사에비해큰감소가관찰된다. 통제집단은사전검사 28.20%, 중간검사 28.31%, 사후검사 28.53% 로큰변화가나타나지않았다. 우측전전두엽 (Fp2) 세타파상대파워평균값을분석한결과, IM집단은사전검사 (28.72%), 중간검사 (28.05%), 사후검사 (25.73%) 에서전반적으로감소하는추세를보였다. 특히중간검사에비해사후검사에서급격한감소를보였다. 통제집단은사전검사 (28.04%), 중간검사 (28.18%), 사후검사 (28.11%) 에서큰변화를확인할수없었다. Table 6. Theta wave Means and SD for IM and CON groups Var. Fp1 Theta Fp2 Theta Group IM Group(n=18) Control group(n=16) M SD M SD pre mid post pre mid post 좌측전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 의세타파상대파워값측정결 과에대한집단 (2) x 시기 (3) RM ANOVA 를실시한결과 (Table 7), 좌측

67 전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 모두집단에따른유의한주효과가나타나지않았다 (p>.05). 그러나시기에따른주효과의유의성이나타났다 (p<.01). 집단 x 시기의상호작용효과역시좌측전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 모두유의성을보이고있다 (p<.01). Table 7. Results of ANOVAs for Theta wave Source SS df MS F p Fp1 Theta Fp2 Theta Note. p<.05 Betweensubject Withinsubject Betweensubject Withinsubject Group Error Time Time * Group Error(Time) Group Error Time Time * Group Error(Time) Figure 16은좌측전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 세타파의분석결과에서나타난집단과시기의상호작용효과를보여주고있다. IM집단의좌측전전두엽 (Fp1) 세타파는통제집단에비해유의한감소가나타났으며우측전전두엽 (Fp2) 역시 IM집단이통제집단에비해유의한감소를나타냈다. IM집단은중간검사까지큰변화는나타나지않았으나, 훈련중반이넘어서면서현저한감소가나타났다. 반면통제집단의경우변화가나타나지않았다

68 pre mid post IM group Fp1 Control group Fp1 IM group Fp2 Control group Fp2 Figure 16. Results of group x time for Theta wave(fp1, Fp2) 2) SMR 파 골프퍼팅시발생하는각집단의좌측전전두엽 (Fp1), 우측전전두엽 (Fp2) 에서나타나는 SMR파상대파워값의평균과표준편차의변화는 Table 8과같이나타났다. IM집단의좌측전전두엽 (Fp1) SMR파는사전검사 6.77%, 중간검사 7.05%, 사후검사 7.47% 로시기에따라증가하는추세를보였다. 통제집단의좌측전전두엽 (Fp1) SMR파는사전검사 6.50%, 중간검사 6.72%, 사후검사 6.24% 로중간검사에서약간증가하였지만사후검사에서다시감소하는추세를보이고있다. 우측전전두엽 (Fp2) SMR파를분석한결과, IM집단은사전검사 (6.63%), 중간검사 (6.91%), 사후검사 (7.77%) 에서시기에따라증가하는추세가나타났다. 통제집단은사전검사 (6.41%), 중간검사 (6.69%), 사후검사 (6.35%) 로좌측전전두엽 (Fp1) 과같은경향으로조금증가후다시감소하는모습을보였다

69 Table 8. SMR wave Means and SD for IM and CON groups Var. Fp1 SMR Fp2 SMR Group IM Group(n=18) Control group(n=16) M SD M SD pre mid post pre mid post 좌측전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 의 SMR파측정값에대한집단 (2) x 시기 (3) RM ANOVA를실시한결과 (Table 9), 좌측전전두엽 (Fp1) 과우측전전두엽 (Fp2) 모두집단에따른유의한주효과가나타나지않았다 (p>.05). 시기에따른주효과유의성검증에서역시좌측전전두엽 (Fp1) 와우측전전두엽 (Fp2) 에서유의성이나타나지않았다 (p>.05). 그리고좌측전전두엽 (Fp1) 의집단과시기의상호작용효과역시유의성이나타나지않았지만우측전전두엽 (Fp2) 의경우집단과시기의상호작용효과의유의성을보이고있다 (p<.05)