운동학습의 최근 연구 동향

                                                                                       글 / 고지현 (펜실베니아 주립대 박사과정)

인간의 운동학습에 관한 연구는 19세기 말, 그리고 각각 서로 다른 학문으로서의 심리학과 생리학 연구의 발단에 그 기원을 두고 있다. 그럼에도 불구하고 운동학습이 하나의 학문으로 인정되는 데에는 적어도 50년 이상이 걸렸다. 그 결과 인간의 움직임에 관해 더욱더 현대적인 학문들, 예를 들어 컴퓨터 사이언스, 엔지니어링, 키네지올로지(Kinesiology), 신경과학, 재활 그리고 로보틱스 등이 더욱더 영역을 넓혀 나가며 운동학습의 적용을 강화 시켰을 뿐만 아니라 그들의 이론적, 실용적 이슈들을 가지고 운동학습에 대한 이해를 돕는 새로운 아이디어들을 다양하게 창출해 내었다.

운동학습의 주요한 현상은 시간이 흐른 후 나타나는 행동의 변화와 운동 기술의 습득(Acquisition of skill)이다. 운동학습의 정의는 수년 동안에 걸쳐 계속 진화해 왔다. 그러나 비교적 영구적인 움직임의 변화를 말하는 전통적인 관점에서의 학습이 여전히 중요한 포지션을 가지고 있다. 또한 기술(Skill)은 학습(Learning)보다 더 광범위 한 의미를 지니고 있다. 다시 말해 기술은 최고의 확실성, 그리고 최소의 시간과 에너지의 소비로 원하는 움직임의 결과를 가져오는 학습된 능력이다.

심리학은 운동학습의 초창기 연구를 고무 시켰고 움직임 단계에서의 많은 관찰들을 제공하였다. 실제로 전통적인 운동학습의 지표는 연습시간의 경과에 따라 과제의 목표를 달성함으로써 나타나는 움직임의 변화이다. 이러한 행동의 결과를 우선시하는 것은 여전히 운동학습에서 고려되고 있다. 그러나 엔지니어링이나 키네지올로지에서의 최근 연구 경향은 과제 목표의 달성을 위한 움직임 변화의 다이나믹에 더 많은 관심을 가지고 있다.

현재의 학제간 연구들의 영향은 다양한 레벨에서 움직임의 변화가 분석 될 수 있게 하였고 또한 신경학적, 화학적, 유전적 그리고 다른 생물학적 시스템으로 나타날 수 있게 하였다. 운동학습과 관련하여 떠오르고 있는 관심사로서는 인간의 뇌(EEG, fMRI, neuronal recodings)와 근육(EMG)의 활동을 측정하는 것이다. 생리학적 시스템 역시 움직임 실행 시 각성의 수준, 체온, 그리고 안구의 움직임 등을 고려하여 모니터 된다. 새로운 기술의 출현은 다양한 분석 수준과 여러 전문분야로부터 제공된 이론적 배경 아래서 운동 학습의 관찰을 용이하게 하였다.

최근 운동학습 연구에서 가장 크게 고려되는 독립적인 이슈들은 크게 과제에 대한 적응과 학습(Adaptation and learning), 운동행동의 대뇌 피질 프로세서(Cortical processes of dynamic motor activity), 가변성(Variability), 난이도와 기술(Difficulty and skill)등으로 나누어 질 수 있으며 이들 이슈 사이에는 일반적인 관계가 있기도 하다. 이 글에서는 운동행동과 그에 따른 대내 피질의 처리과정에 대해 말해 보고자 한다.

운동학습 연구에서 가장 영향력 있는 현대의 발전 중 하나는 연습을 통해 기술이 발달 할 때 대뇌 피질에서 일어나는 변화를 직접적으로 측정할 수 있는 능력이다. 예를 들어, Overduin은 원숭이를 대상으로 한 리칭(reaching) 과제 실험에서 두개골 내부의 신경 기록을 통해 과제에 대한 운동 적응을 발견하였고 또한 성인을 대상으로 한 리칭 과제에서는 TMS(Transcranial magnetic stimulation)를 이용하여 다이나믹한 운동 적응을 실험적으로 관찰하였다.

원숭이의 대뇌 피질 기록은 4군데의 각각 다른 대뇌 피질의 운동영역 – primary motor cortex(M1), supplementary motor cortex(SMA), and dorsal and ventral premotor cortex(PMd, PMv) - 으로부터 측정되었다. 앞에서도 언급하였듯이 대뇌 피질은 운동 적응에 매우 중요한 역할을 한다. 그러나 대뇌 피질의 역할을 영역 별로 세분화 해 본다면, Primary motor cortex(M1)는 움직임의 기억(memory)에 관여한다는 것을 알 수 있다. 원숭이를 대상으로 한 실험과 달리 인간을 대상으로 한 리칭과제 실험에서 TMS의 조작은 피험자가 과제를 학습할 때 M1의 변화를 방해하기 위해 사용되었다. 흥미로운 점은 TMS는 학습을 위해 과제를 연습할 때에는 운동 적응을 손상 시키지 않았다는 것이다. 그러나 이 피험자들이 24시간 이내에 파지 테스트를 받았을 때에는 TMS를 조작 하지 않은 그룹에 비해 과제 수행 시 더 큰 에러를 나타내었다. 이러한 형태의 결과는 원숭이 실험을 통해 나타난 움직임 과제에서 기억의 형성과 관련된 M1의 역할과 맥락을 같이 한다. 이는 M1이 고정화 단계에 포함되어 있다는 것과 과제에 대한 최초의 적응 후에 기술의 발달에도 영향을 미치고 있다는 것을 말해준다.

최근 운동학습 연구에서 다루어지고 있는 네 가지 이슈 중 하나인 대뇌 피질의 처리과정을 설명하면서 필자가 언급하고 싶은 것은 지금까지 있었던 운동학습의 많은 연구들 다시 말해 과제에 대한 연습 후 과제의 목표에 얼마나 도달 하였는가를 측정하는 단순한 문제에서 한 걸음 더 나아가 최근 연구에서는 과제를 달성 하기까지 우리 몸에서 일어나는 복잡한 과정을 여러 가지 분석을 통하여 심도 있게 접근하고 있다는 것이다. 또한 이를 위해 신경생리학(Neurophysiology), 엔지니어링(Engineering), 생물학(Biology) 등 여러 학문들과의 학제간 연구들이 활발히 진행 중이다.

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