작업기억용량 및 인지부하가 단어재인에 미치는 영향에 대한 청년과 노년 집단 간 수행비교 : 시선추적연구 :A Comparison of Age-related Differences in the Effects of Working Memory Capacity and Cognitive Load on Word Recognition : An Eye Tracking Study

유민아

자료유형: 학위논문

저자정보: 유민아 (이화여자대학교, 이화여자대학교 대학원)

지도교수: 성지은

발행연도: 2021

저작권: 이화여자대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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초록· 키워드

2019년 통계청에 의하면 한국의 65세 이상 고령 인구 비중이 빠르게 증가하고 있다. 가속화되는 고령화 현상으로 인해 노인에 관한 관심이 증가하였고, 노화 및 언어능력에 관한 연구가 점점 많아지고 있다(양송희, 이현주, & 박성지, 2020). 노화로 인한 언어능력의 저하는 감소된 언어이해 및 표현으로 나타날 수 있으며, 이는 의사소통 상황에서 부정적인 영향을 끼치게 된다(김정완 & 김향희, 2009). 주의력, 기억력, 추론 등 여러 인지적 요소의 문제 또한 언어처리의 어려움과 관계가 있다(유현주, 이정모, & 도경수, 2005; 이미숙 & 김향희, 2012; 이혜원 외, 2012; Salthouse & Babcock, 1991; Thornton & Light, 2006). 그중에서도 작업기억은 언어이해, 문제해결, 추론 등과 같이 복잡하고 고차원적인 인지처리에서 핵심요소다. 작업기억은 일시적으로 정보를 저장하고 처리하는 공간으로 제한된 용량(limited capacity)을 가지고 있으며, 작업기억용량(working memory capacity)은 노화에 따라 감소한다고 알려져 있다(Daneman & Merikle, 1996; Hultsch, Hertzog, & Dixon, 1990). 작업기억 과제의 수행률은 과제의 난이도에 따라 작업기억 부담이 큰 조건에서 감퇴가 크게 나타나지만, 문법요소와 같은 자동화된 문장처리에는 노화에 따른 작업기억용량 감소가 끼치는 영향이 최소화된다고 보고되고 있다(Waters & Caplan, 2001; Caplan & Waters, 2005).
현재까지 한국에는 성인을 대상으로 작업기억용량과 언어처리와의 관련성에 대해 단어재인 수준에서 온라인(online) 및 오프라인(offline) 측정결과를 비교, 분석한 연구는 아직 부족하다. 따라서 본 연구는 노화에 따른 작업기억용량이 언어처리에 미치는 영향을 다양한 측정변수를 통해 확인하고자 한다. 구체적으로 해당 연구는 노년층과 청년층을 대상으로 작업기억용량, 인지부하에 따른 단어재인의 정확도, 반응시간 및 시선고정비율에서 차이를 보이는지 시선추적기법을 통해 알아보고자 하였다.
본 연구에 참여한 대상자는 청년층, 노년층 집단별로 24명씩, 총 48명이었다. 세부적으로 각 집단 내에서 4개의 작업기억과제의 합계 점수를 기준으로 작업기억용량이 높은 집단 12명, 낮은 집단 12명으로 분류하였다. 본 연구는 이중 과제(dual task)로 구성되었으며, 일차 과제로 실시되는 인지부하 조건과제는 숫자 외우기 과제(Digit recall task)로 난이도에 따라 숫자 4개 또는 1개를 그림으로 제시하였다. 이후, 이중 과제에서 이차과제로 실시하는 단어재인 과제는 대상자에게 청각적으로 1개의 단어를 들려주고 4개의 그림자극에서 청각 자극에 해당하는 단어 그림을 버튼으로 눌러 선택하도록 하였다. 단어를 선택한 이후에는 앞서 봤던 숫자 회상하기를 진행하였다. 본 연구의 결과에 대해 오프라인 측정변수인 반응정확도, 반응시간, 온라인 측정변수인 시선고정비율로 나누어 분석한 결과는 다음과 같다.
첫째, 반응정확도 및 반응시간의 경우, 단어재인 과제에서 청년 및 노년 집단에서 차이가 유의하였다. 추가적으로 반응시간의 경우, 작업기억용량에 따른 인지부하 조건 간 차이가 유의하였다. 작업기억용량 차이에 따라 상반된 결과를 보여주었으며, 특히, 작업기억용량이 낮은 집단의 경우, 낮은 인지부하 조건에서 반응시간이 증가하였다. 즉, 작업기억용량이 낮은 집단은 낮은 인지부하 조건에서 숫자 외우기 과제에서 단어재인 과제로 빠르게 주의를 전환하는 것에 어려움을 느낀 것으로 해석해 볼 수 있다.
둘째, 온라인 측정변수인 시선고정비율의 경우, 단어재인 과제에서 청년에 비해 노년 집단의 시선고정비율이 낮았다. 노년 집단은 제시된 단어 자극을 예측하고 방해자극으로 시선이 분산되어 훑어보는 경향으로 인해 청년 집단보다 시선고정비율이 낮은 것으로 해석해볼 수 있다. 또한, 시간 구간 별 인지부하 조건에 따른 시선고정비율 차이와 시간 구간 별 인지부하 조건 및 집단 간 시선고정비율 차이가 유의하였다. 특히, 노년 집단은 시간이 갈수록 높은 인지부하 조건에서는 시선고정비율이 낮아지는 반면, 낮은 인지부하 조건에서는 높은 시선고정비율을 보였다. 이는 노년 집단의 주의전환 및 억제기능 약화로 인한 비효율적인 정보처리에서 기인한 것으로 추정할 수 있다.
본 연구 결과에 의하면 반응정확도와 달리, 반응시간 또는 시선고정비율은 집단 간 차이 이외에 인지부하, 작업기억용량 요인과의 상호작용 효과가 유의하였다. 이를 통해 언어처리는 인지부하, 작업기억용량 같은 복합적인 요인이 영향을 미쳤음을 간접적으로 시사한다. 따라서 복잡한 언어 처리과정에 대해 반응정확도 측정만으로는 충분하지 않다. 그러므로 반응정확도, 반응시간과 같은 오프라인 측정변수와 함께 온라인 측정변수를 통해 노화, 작업기억, 인지부하에 대한 상관관계를 확인할 수 있음을 보여준다.

According to the National Statistical Office in 2019, the population of elders aged 65 or older is increasing the fastest in South Korea. The rapidly aging society has raised attention to the elderly as well as increased studies on aging and language ability (Yang, Lee, & Park, 2020). A decline in language ability due to aging leads to lower language understanding and expression, which has a negative effect on communication (Kim & Kim, 2009). Problems in various cognitive factors such as attention, memory, reasoning are also related to difficulty in language processing as well (Yoo, Lee, & Do, 2005; Lee & Kim, 2012; Lee, 2012; Salthouse & Babcock, 1991; Thornton & Light, 2006). In particular, working memory is a key element in complex, high-level cognitive processing such as language understanding, problem solving, and reasoning. Working memory temporarily stores and processes information and has a limited capacity, which is known to decrease due to aging (Daneman & Merikle, 1996; Hultsch, Hertzog, & Dixon, 1990). Depending on the difficulty, the performance rate of working memory task decreases significantly when there is a huge burden on working memory, but it is reported that the effect of decrease in working memory capacity due to aging is minimized in automated sentence processing such as grammar elements (Waters & Caplan, 2001; Caplan & Waters, 2005).
Presently, there are not enough studies in Korea that compare and analyze the results of online and offline measurements in word recognition for the relationship between working memory capacity and language processing through an eye tracker. Thus, this study aimed to identify the impact of age-related working memory capacity and cognitive load to word recognition ability. Specifically, accuracy, response time, and fixation proportion of word recognition according to the difference in working memory capacity, cognitive load for the elderly and the young using the eye tracker.
This study had a total of 48 participants including 24 young people and 24 elders for each group, who were then divided according to working memory capacity (high, low) based on the total score of the 4 working memory tasks. Then, a test was carried out by dividing each group into 12 people with high working memory and 12 with low working memory. This study consisted of a dual task, with the cognitive load condition carried out as the primary task was a digit recall task, which presented digits 4 or digit 1 in a picture depending on the difficulty of task. After, word recognition was given as a secondary task in the dual task, by presenting one word aurally to the subjects and making them press the word picture that corresponded to the auditory stimulus in the 4-picture stimuli on the button box. After, the subjects selected additional words and recalled the digits they saw earlier. The results were as follows.
First, there was a significant difference between the elderly and the young in word recognition task for accuracy and response time, and there was a significant difference among cognitive load conditions according to working memory capacity in response time. In the group with low working memory capacity, the response time increased under lower cognitive load than under higher cognitive load condition, which was different from the group with a high working memory capacity. The results showed that the group with low working memory capacity had difficulty in rapidly shifting attention from cognitive load task to word recognition task in low cognitive load than in high cognitive load.
Next, the elderly group had a lower fixation proportion, an online measurement variable, than that of the young in the word recognition task. The elderly group has a low fixation proportion because they predict a suggested word stimulus and skim through it with less attention due to other disturbing factor compared to the young. In addition, there was a significant difference between cognitive load and time interval. In particular, the fixation proportion decreases over time under a high cognitive load condition and increases over time under a low cognitive load condition in the elders, not because of fast performance processing ability but because the inhibition and switching are weakened which made the elders unable to effectively block inappropriate information. Thus, elders processed information inefficiently because their working memory capacity decreased compared to the young people.
The study results showed significant interaction effects between working memory capacity and cognitive load in response time or fixation proportion unlike accuracy. This implies that complex factors such as working memory capacity, cognitive load influence language processing, which makes measuring accuracy insufficient for complex language processing. Thus, this research confirms the correlation among aging, working memory capacity, and cognitive load through online measurement variables, with offline measurement variables.

Ⅰ. 서론 1
A. 연구의 필요성 및 목적 1
B. 연구 문제 4
C. 용어 정의 5
Ⅱ. 이론적 배경 9
A. 노화가 단어재인에 미치는 영향 9
B. 작업기억이 단어재인에 미치는 영향 10
C. 시선추적을 통한 단어재인 연구 13
Ⅲ. 연구방법 16
A. 연구 대상 16
B. 연구 과제 19
C. 연구 도구 21
D. 연구 절차 21
E. 자료 분석 25
F. 자료의 통계적 처리 28
G. 예비실험 28
Ⅳ. 연구결과 29
A. 단어재인 과제에서 인지부하 조건(고, 저) 및 작업기억용량(고, 저)에 따라 청년 및 노년 집단 간 반응정확도 차이 29
B. 단어재인 과제에서 인지부하 조건(고, 저) 및 작업기억용량(고, 저)에 따라 청년 및 노년 집단 간 반응시간 차이 31
C. 단어재인 과제에서 인지부하 조건(고, 저) 및 작업기억용량(고, 저)에 따라 청년 및 노년 집단 간 목표자극 시선고정비율 차이 34
Ⅴ. 결론 및 논의 41
A. 반응정확도와 반응시간 41
B. 시선고정비율 43
C. 종합 논의 및 임상적 시사점 46
D. 연구의 제한점 및 제언 47
참고문헌 49
부록 64
ABSTRACT 66

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