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정원 운
6 years ago
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1 Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society Vol. 18, No. 12 pp , ISSN / eissn 청소년기세타파감소를위한전전두엽뉴로피드백훈련효과 변윤언경기대학교청소년학과 Effect of Prefrontal lobe Neurofeedback Training for reducing Adolescent Theta wave Youn-Eon Byun Dept. of Youth Science, Kyonggi University 요약이연구는뉴로피드백훈련이청소년기세타파를감소하는데효과가있는지를알아볼목적으로이루어졌다. 경기도에거주하는초기청소년 35명을대상으로 2016년 4월부터 10월까지 6개월간청소년상담실에서이루어졌다. 사전뇌기능검사에참여한대상자중참여여건과의사에따라무처지비교군 (A) 10명, 12주훈련집단실험군 (B) 15명, 24주훈련집단실험군 (C) 10명으로분류하여설계하였다. 뇌파측정및뉴로피드백훈련은 ( 주 ) 파낙토스의전전두엽 2채널뉴로하모니 S와두뇌최적화소프트웨어로수행하였으며뇌파데이터처리는 ( 재 ) 한국정신과학연구소에서개발한 Brain Analysis ver 1.3을사용하였다. 이렇게도출한데이터는통계처리가가능하도록 SPSS 21.0으로변환하였다. 청소년들의세타파감소훈련을위해개별적으로훈련프로토콜을정해주었으며베타파증가훈련을통해세타파를감소하는전략으로서개인에게알맞은알파파, SMR, 저베타파증가훈련을적용하였다. 그결과전전두엽뉴로피드백훈련을통해청소년들의세타파감소가감소하는것으로확인되었고, 훈련을받은집단 (B)(C) 에서, 또훈련의기간이좀더긴집단 (C) 에서세타파감소의폭이큰것으로확인되었다. Abstract This research aims to assess whether neurofeedback training can reduce theta waves in adolescents. The experiment was conducted on 35 early youths living in Gyeonggi-do at youth counseling centers during April- October. According to circumstances and opinions of participants in the pre-brain analysis, they were classified into a non-training group (A), 12-week training group (B), and 24-week training group (C), containing 10, 15, and 10 members, respectively. EEG measurement and neurofeedback training was performed using the prefrontal 2-channel NeuroharmonyS and Brain Optimization program. EEG data was processed utilizing Brain Analysis ver1.3. Deducted data was converted to SPSS 21.0 to enable statistical processing. As a strategy to reduce theta through the Beta increase training, we applied the appropriate Alpha, SMR, Beta low reward training to the individual. Study results confirmed that theta waves of adolescents decreased through the prefrontal neurofeedback training. Groups (B) and (C) exhibited a greater decrease in theta waves compared with the control group. Keywords : Neurofeedback training, Theta wave decreased, Alpha, SMR, Beta low 1. 서론 동안연구했던석학들은질풍노도의시기, 제 2의탄생기, 주변인등과같은용어를통해그특징을설명해왔 1.1 연구의목적과필요성다 [1]. 청소년기는신체적으로아동과성인의특성이공존하그런데, 청소년기의이러한신체적 심리적변화를는역설적시기라고할수있다. 이러한평가는심리적담아낸개념들은 1990년대후반뇌과학연구의발전에측면에서도두드러지게나타나며청소년의심리를오랫힘입어상당부분검증되기시작하였다. 그것은청소년기 * Corresponding Author : Youn-Eon Byun(Kyonggi Univ.) Tel: shinejx@daum.net Received October, 30, 2017 Revised (1st November 20, 2017, 2nd November 29, 2017) Accepted December 8, 2017 Published December 31,

2 한국산학기술학회논문지제 18 권제 12 호, 2017 에서나타나는보편의특징이라고할수있는 시냅스 (Synapse) 의변화 가 뇌속사춘기 를유발하게된다는과학적사실이었다. 이로인해청소년들이때로는충동적이고, 지극히예민하며, 예측어려운감정과행동이나타날수있음을이해하게되었다 [2]. 청소년기에는외부환경과자극에따른뇌의가소성 (plasticity) 에따라학습및정서, 행동영역에서의긍정적 부정적변화를비교적쉽게관찰할수있는데, 이연구에서는뇌파 (EEG; Electroencephalogram) 를통해접근하고자하였다. 뇌파연구는주파수대역과변화에따라인간의의식및심리상태를반영해준다는사실과다른뇌영상장치들과는다르게인간발달단계에서의두뇌변화를추적하는것이가능하다는장점이있다 [3]. 이연구는뇌에서수상돌기 (dendrite) 가많아지고시냅스 (synapse) 연결이과잉생산 (exuberance) 되는 11세~ 13세의초기청소년을대상으로이루어졌다. 시냅스과잉생산상태가되면청소년의행동에는예측불가의엉뚱함과질풍노도의특징이나타난다고보고하고있기때문이다 [4-5]. 뇌파연구에서는 10세아동기까지의배경주파수가 7~8Hz로강한세타파상태에놓여있지만, 11세~13세의경우배경주파수가 8~9Hz와같은지배적인알파파로의이행을겪게된다. 따라서, 이시기배경주파수로나타나는알파파상태는성인으로진입하기위한생애주기적인변화와매우밀접한관계가있음을알수있다 [6]. 이에, 본연구에서는 11세~13세의청소년을초기청소년으로정의하고이시기뇌파변화를살펴보고자하였다. 그런데, 임상장면에서지속적으로보고되고있는것은청소년기세타파 ( ;theta) 에관한염려이다. 세타파는인간의의식가운데얕은수면상태를반영하며, 우리가잠을잘때꿈을꾸는렘 (REM) 수면상태에서나타나는주파수이다 [7]. 아동기와는달리, 청소년시기에세타파가지나치게많이발생하는상태에서학습을하게된다면, 뇌는주의집중보다는얕은수면상태의강한리듬에놓이게된다. 이러한모순상태가지속될경우학습의효율이낮아지게되고이로인한학습동기부족등다른문제들이야기될가능성이높아진다 [8]. 비정상적인형태로서세타파과잉을보이는청소년의경우, 정신장애진단편람 DSM-V 분류에나타난주의력결핍장애 (ADD), 주의력결핍과잉행동장애 (ADHD), 틱 장애, 학습장애, 난독증, 자폐증, 급성스트레스등의진단을동반하고있는경우가많은데 [9], 이러한극단적인과잉세타파의문제가아니더라도많은청소년들에게발견되는세타파과잉상태는이미관심과우려의대상이되고있다. 따라서, 이연구는청소년기의학습및정서, 행동에깊이관여하고있는세타파의과잉상태를해소할수있는방법가운데뉴로피드백시스템 (Neurofeedback system) 이라는자기조절훈련요법을적용하여세타파감소를시도하고자하였다. 뉴로피드백훈련요법은뇌파를통해자신의상태를모니터링하여자율신경계의조절능력을향상시킴으로써뇌의항상성에기여하는과학기술이다 [10]. 이연구는다음과같은물음을통해수행하고자한다. 첫째, 뉴로피드백훈련은청소년기세타파감소에효과가있는가? 둘째, 뉴로피드백훈련량에따라세타파감소에효과의차이가있는가? 셋째, 이러한연구과정을통해알수있는개인별프로토콜에따른뉴로피드백훈련의의미는무엇인가? 기존의연구가서파감소훈련을위해단일프로토콜을실시하였다면, 이연구에서는참여자에게알맞은맞춤형진단을통해개인프로토콜을선정하기로한다. 또한, 기존연구들이뉴로피드백훈련의사전-사후지수별단일비교를통한효과성을검증에치중하였다면이연구에서는서파인세타파과잉상태에연구의초점을맞추어검증하기로한다. 그리고, 뉴로피드백훈련기간에차이를두어훈련량에따른효과성을검증하고자한다. 1.2 이론적배경청소년기의율동적인세타파는전두엽 (Frontal lobe) 중심부에서 15~20% 정도의발현을정상범주로판단한다 [11]. 이것은청소년기뿐만아니라성인초기에도나타나고, 이것이언제나뇌에서문제가되는것이아니다. 문제가될수있는비정상적인과잉세타파상태는연령에따라, 그리고각개인의베타파 (Beta) 세기의관계속에서알수있는데. J. F. Lubar에따르면 15세미만의청소년의경우 / = theta/beta(including SMR) 이 3:1 수준이되었을때, 즉세타파의세기가 SMR (Sensoi- Motor Rhythm) 을포함한베타파세기의 3배정도가적정하다고보고있으며 [12], 연령에서요구되는비율보다높아질경우주의집중의정도가낮고뇌의활동성이낮아져기능적인효율이저하되어있다는것을의미하게 460

3 청소년기세타파감소를위한전전두엽뉴로피드백훈련효과 된다. ADD, ADHD는이러한세타파과잉상태의대표적질환이라고할수있다 [13]. 6세~30세 482명의 ADHD, 부주의환자를대상으로한연구에서, 전두엽에서의정량화뇌파를검사한결과, 연령과성별에관계없이전두엽에서의각성이감소되었다고보고하였다. 즉전두엽에서의세타파와같은서파 (Slow wave) 화특징이각성을감소시켰음을증명한것이었다 [14]. 또한, ADHD아동 407명과 310명의정상아동의정량화뇌파를분석한연구에서도특이도, 민감도, 생리학적아형모두에서두집단간유의미한구별이나타났음을보고하면서전두엽에서의뇌파속도에변화가있었고, 서파가증가했다고하였다. 더중요한사실은두집단의이러한차이가정서적지체보다는발달상의차이로더크게나타났음을보고한것이었다 [15]. 이들연구에서보여준전두엽에서의세타파과잉으로인한서파화현상은현대사회를살아가는많은사람들에게나타날수있는현상이지만, 성장기에있는청소년에게발현될경우발달상에해결해야할주요과업을성취하는데방해가될수있음을보여준연구라고할수있다. 한연구에서는신경생리학적으로 ADHD의특성을밝히기위해 40년간의임상을통해 ADHD뇌파에서높은세타파와베타파의비율 (θ / β) 이일관되고타당하게입증되었다고보고한바있다. 그리고이비율을감소시키기위해서는베타파를강화하고증가시킬필요하다고하였다 [16]. 이렇게뇌파의비율상의문제를해소하기위하여뉴로피드백훈련이효과가있음을입증한연구도있다. ADHD 청소년의대뇌피질전기활동이휴식상태에서알파파 (Alpha) 가발생해야함에도불구하고알파파가아닌비정상적으로변하는패턴인세타파증가, 베타파감소가나타났다. 이를개선하기위해정상패턴인알파파 (Alpha) 의빈도를증가시키는뉴로피드백훈련을실시하였고, 그결과휴식상태를성공적으로생성하는데효과가있었음을증명하였다 [17]. 또다른연구에서도세타파감소를위한뉴로피드백훈련의효과성을검증한바있다. 8~19세청소년으로평균나이 11.4세에해당하는 23명에게 3개월~2년간집중적으로뉴로피드백여름프로그램에참여하게하였다. 그결과, 4~8Hz 세타파가없을때 16~20Hz 베타파활성이나타났으며, 함께검사한 Y.O.V.A(Test of Variable Attention), ADDES (Attention Deficit Disorder Evaluation Scale), WISC-R에서모두유의한개선효과가있었던것으로보고하였다. 그리고, 뉴로피드백훈련이청소년의자기조절력에효과적인도구임을연구를통해밝혀주었다 [18]. 그런데, 청소년기세타파과잉현상은일반적인조언과상담을통해변화되기어려운뇌의생리적현상이다. 뉴로피드백훈련을통해변화를시도한다고해도연령이높을수록, 그리고세타파과잉상태가심각할수록좋은결과로빠르게이어지지는않는다. 긍정적효과를도출하기위해서는많은훈련량, 지속적인훈련태도를요구하게된다. 그런데, 세타파감소및억제를위한개인프로토콜이잘못적용되었을경우훈련의효과가나타나지않으며, 오히려역작용이발생할수도있다. 따라서, 뉴로피드백훈련을위한맞춤형적용은매우중요하다 [10]. 데이터를지수화한연구의경우뉴로피드백훈련의효과가초기청소년인초등학생의경우 20~24회에서부터임계점이발견된다는보고에근거하여이연구에서도실험군을두집단으로분류였다 [2, 19]. 이상에서검토한내용과같이, 청소년기세타파와같은서파과잉상태가발달상에필요한주요과업을해결하기보다는오히려방해의요인이될수있음을알수있었다. 그리고, 이러한서파상태를해소할수있는방법으로써뉴로피드백훈련요법효과에대한연구도검토하였다. 따라서, 이연구에서는이러한선행된이론적논의를토대로청소년기세타파감소를위한뉴로피드백훈련의효과성을검증하고자한다. 2. 연구방법 2.1 연구대상이연구는 2016년 4월 15일부터 2016년 10월 15일까지 6개월간경기도 Y시에거주하는 35명의 11세~13세청소년을대상으로진행하였다. 뉴로피드백훈련에대한이해를돕기위해청소년과어머니가동석한자리에서사전뇌파측정후개별상담을진행하였고, 참여여건과의지에따라성별에구분없이무처치비교군 10명, 12주실험군 10명, 24주실험군 15 명을분류하였다. 개별상담은뇌전문가 2인이수행하였 461

4 한국산학기술학회논문지제 18 권제 12 호, 2017 고연구참여, 뇌파정보활용동의에관해서명을받았다. 2.2 연구설계 이연구는알파파조절훈련, SMR조절훈련, 베타파조절훈련과같은개인별프로토콜에따른훈련을통해청소년들의세타파감소에뉴로피드백훈련이효과가있는지검증하기위해다음과같이실험설계를하였다. Table 1. Experiment design N=10 N=10 N=15 pre-brain Analysis treatment post-brain Analysis C1 - C2 T1 T3 12weeks 20~24(times) 24weeks 40~48(times) 비교군 (A) 10명은두실험군과비슷한시기에사전사후뇌파측정만을수행한집단이고, 실험군 (B) 는 10명으로 12주간주 2회씩총 20~24회훈련받도록통제한집단이며, 실험군 (C) 는 24주간주 2회씩총 40~48회훈련을받도록통제한집단이다. 회기당훈련시간은 40분으로 [ 호흡 (3분) 뇌이완 1단계 (12분) 뇌이완 2단계 (12 분 ) 집중력(8분) 좌우뇌균형(5분)] 의프로그램을사용하였다. 개인프로토콜은알파파훈련 1명, SMR훈련 14 명, 저베타파훈련 10명으로사전검사결과에따라진단한내용을설계에적용하였다. 2.3 연구도구및자료처리 뇌파측정은 ( 주 ) 파낙토스의전전두엽 2-채널시스템뉴로하모니S를사용하였다. 뉴로하모니S는뉴로하모니 M과동일기종으로미국 Grass Neurodata Amplifier System과비교하였을때좌우알파파, 베타파, 세타파값에대한상관계수가.916(P<.001) 으로이미연구를통해신뢰도와타당도를검증받은바있다 [20]. 주파수밴드는 Delta(<4Hz), Theta (4~7Hz), Alpha (8~12 Hz), Low Beta(13~20Hz; include SMR, 13~16Hz), High Beta 21~30Hz의표준대역이적용되었다. 뇌파데이터처리는 ( 재 ) 한국정신과학연구소에서개발한 Brain Analysis ver. 1.3을사용하였고뉴로하모니 S의두뇌최적화소프트웨어뇌이완 1, 2단계, 집중력훈련을 T1 T4 중심으로뉴로피드백훈련을진행하였다. 실험참여자모두자신의아이디와패스워드를개별적으로부여받아개인프로토콜에알맞게스스로훈련에임하였다. 뇌기능분석결과는엑셀처리후 SPSS 21.0로변환하여동질성검사를위한 t-test 통계처리하였다. 사전-사후세타파세기를분석하기위해뇌기능분석결과에나타난세타파대베타파의비율과저베타값을통해사전-사후평균변화량을비교분석하는방법으로자료를처리하였다. 3. 연구결과 3.1 집단-집단간동질성검사결과이연구에참여한비교군 (A) 10명, 실험군 (B) 15명, 실험군 (C) 10명의각집단간 Levene의등분산검정에따른평균의동일성에대한 t-test를결과는다음과같다. Table 2, Table 3에서, 비교군 (A) 과실험군 (B), 비교군 (A) 와실험군 (C) 와의집단간의차이를검증한결과, 유의도가 P(.05) 로서두집단간에차이가없음을검증하였다. Table 4에서, 서로다른기간의훈련량으로설계한실험군 (B) 와실험군 (C) 의집단간의차이를검증한결과에서도유의도가 P(.05) 로나타남으로써두집단간에도차이가없음이설명되었다. 이로써, 비교군과실험군, 그리고두실험군간의세타파와 SMR의비율, 저베타파의좌우값에의미있는차이가나타나지않았으므로, 연구수행이가능한동질한집단이라고볼수있다. Table 2. Group(A)-(B) t-test results P(.05) N M±SD F df t P ± ± ± ± ± ± ± ±

5 청소년기세타파감소를위한전전두엽뉴로피드백훈련효과 Table 3. Group(A)-(C) t-test results P(.05) gr g N M±SD F df t P ± ± ± ± ± ± ± ±2.751 Table 4. Gr-(C) t-test results N M±SD F df t P ± ±1.085 gr ±0.888 g ±1.124 P(.05) gr g gr g ± ± ± ± 집단 - 집단세타파의변화 Brain Analysis ver. 1.3 프로그램에서도출한정량화자료는세타파세기값을직접확인할수있는지수가없다. 따라서, 이미설정되어결과로산출된주의지수비율자료를단서로세타파수치를계산할필요가있었다. 주의지수비율 (r)= θ 여기에서 이므로, 세타파세기를구하기위해이미제시된비율 (r) 값과 SMR값을사용하면된다. 그러나, 또다시 Brain Analysis ver. 1.3 에서는 SMR 값이 로표현되므로, 이연구에서는최종적으로 의계산식을사용하였다. Table 5의사전세타파평균을살펴보면, 비교군 (A) 의세타파세기는좌 11.88, 우 12.18이었고, 실험군 (B) 의세타파세기는좌 13.86, 우 14.82이었으며, 실험군 (C) 의세타파세기는좌 19.95, 우 19.21이었다. Table 5에서사후세타파평균을살펴보면, 비교군 (A) 의세타파세기는좌 15.56, 우 14.84이었고, 실험군 (B) 의세타파세기는좌 13.60, 우 13.12이었으며, 실험군 (C) 의세타파세기는좌 13.59, 우 14.19이었다. Table 6은세집단의사전-사후세타값의평균변화량을정리해본것이다. Table 5. Group's pre-post theta mean change mean Beta mean (mv) Theta mean (mv) pre post Table 6. pre-post theta mean's decrease value Theta mean pre post decrease value decrease pre post value decrease pre post value (mv) Table 6에서비교군 (A) 의좌우세타파세기는사전보다사후에서좌 3.67, 우 2.66이상승되었고, 실험군 (B) 의세타파세기는좌 0.26, 우 1.69가감소하였다. 실험군 (C) 의세타파세기는좌 6.35, 우 5.01로감소하였다. 세타파세기의감소폭을비교해보면, 실험기간중어떠한처지도하지않은비교군 (A) 의경우사후세타파의세기가사전보다오히려높아진것을볼수있었고, 뉴로피드백훈련처지를한실험군 (B), (C) 의경우사전에비해세타파세기가모두감소한것을볼수있었다. 특히, 463

6 한국산학기술학회논문지제 18 권제 12 호, 주간의훈련을받은실험군 (B) 에서보다 24주간의훈련처치를받은실험군 (C) 에서훨씬더큰폭의세타파감소가있었다. 따라서, 사전-사후세타파세기의감소폭은 (A)<(B) <(C) 의결과로나타났으며, 뉴로피드백훈련을안한것보다는훈련을받은집단이, 그리고훈련기간이긴집단이세타파감소에효과가있었던것으로확인되었다. 4. 논의및결론연구결과에서와같이, 뉴로피드백훈련은청소년기주의력부족이나. 과잉행동의문제와관련이깊다고보고된세타파세기의감소에긍정적인효과가있음을알수있었다. 연구물음에따른결과를다음과같이논의하고자한다. 첫째, 뉴로피드백훈련이청소년기세타파감소에효과가있음을알수있었다. 뉴로피드백훈련처지를한실험군 (B) 와실험군 (C) 에서만세타파값의감소가나타났다. 이를통해뉴로피드백훈련이청소년기의세타파상태를긍정적으로개선하는데기여한다고볼수있을것이다. 그러나, 무처지집단인비교군 (A) 는지난실험기간동안오히려세타파가증가한상태로변화하였음을보여주었다. 이는청소년들이성장하는내외적환경을통해청소년들의세타파가증가할수있음을간접적으로확인한것이었다. 둘째, 뉴로피드백훈련기간이길고훈련량이많을수록세타파감소에더효과적이었다는것을알수있었다. 6개월간 40~48회처치한실험군 (C) 에서 3개월간 20~ 24회처치한실험군 (B) 에비해큰폭의세타파감소가나타났다는점에서의미있는결과라고할수있다. 청소년기발달에부정적인영향을주는세타파의감소를위해뉴로피드백훈련을지속적으로, 그리고장기적으로꾸준히시도할가치가있음을확인한것이었다. 실험군 (B) 에나타난세타파의미약한감소변화는초기청소년을대상으로하는기존의연구 [3] 에서보고한뉴로피드백훈련의효과임계점을확인한것으로써최소 20~24회의훈련이청소년기뇌변화의시작이될수있음을보여주었다. 다시말해, 청소년의세타파감소를위한뉴로피드백훈련을실시할경우최소 20회~24회이상처치할필요가있음을시사해주고있다. 셋째, 뉴로피드백훈련이청소년기세타파감소에기여하기위해서는청소년의뇌기능진단에적절하고알맞은개인별프로토콜이적용되어야한다는점을확인하게되었다. 각성시과잉세타파를줄이기위한직접적인훈련방법은잘사용하지않으며, 사용한다고하더라도각별한주의가필요하다. 오히려세타파감소및억제를위해각성상태를강화하는전략을사용하게되는데개인이지닌뇌기능의특징과취약성에따라알파파, SMR, 저베타파훈련을통해개선의방향을찾게된다. 만일개인별프로토콜이잘못적용되었거나세타파감소목적의획일적인단일프로토콜을적용했을경우뇌의가소성이좋은청소년기라고하더라도실험기간동안구체적인변화를찾아보기어렵고오히려역기능이발생할수도있다. 이연구에서훈련의효과성이나타났다는것은개인에게적절한프로토콜이적용되었음을간접적으로확인하는것으로써뉴로피드백훈련에있어서정확한훈련프로토콜적용이의미있게결과와연결되어있음을알수있었다. 이연구가세타파감소에초점을두고수행된것이지만, 뇌파의정량적수치변화뿐만아니라학습, 정서, 행동의측면에서어떤변화가있었는지구조화된질적 양적설계를연구에서겸하지못했다는한계, 그리고실험군의표본선정에있어서다양성을확보하지못한점, 표본크기가한정적이었다는점에서아쉬움이있다고하겠다. References [1] C. S. Kim. Theories and Issues of Youth Psychology. pp publisher Hakjisa, [2] Y. E. Byun. The Effect of Neurofeedback Training on Age Sex differences groups in Adolescence. published Seoul Buddhism University, [3] D. W. Kim et al. Understanding and Application of EEG pp publisher Hakjisa, [4] B. Strauch. The Primal Teen, pp Brockman, Inc [5] P. M. Thomson, J. M. Giedd, R. P. Wood, D. McDonald, A. C. Evans, A. W. Toga. "Growth patterns in the developing brain detected by using continuum mechanical tensor map," Nature, 404, pp , DOI: [6] P. W. Park. Introduction to Neurofeedback. pp Institute of Korea Jungshin science, [7] J. S. Yoon. Clinical EEG. pp publisher 464

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歯5-2-13(전미희외).PDF

歯5-2-13(전미희외).PDF The Korean Journal of Counseling 2004, Vol. 5, No. 2, 423-434,. 4 5 18 9, 9.,,,,,.,,, t-.. :,,, (,, 1996),.,,. (, 2001),... 88 98 2000, 88 12.5%(250 )98 35.6%(712 )2.8 (,,, 2001) (Corresponding Author)