유아의 가정 소근육운동 경험, 소근육운동 기술, 실행기능의 관계: f-NIRS를 활용한 전전두엽 활성화의 확인

Abstract

이 연구는 유아의 소근육운동 기술과 실행기능의 관계를 규명하고자 유아의 소근육운동 기술이 실행기능을 예측하는지 살펴보고, 유아가 소근육운동 기술을 사용할 때 활성화되는 전전두엽의 특정 영역 및 정도를 관찰하였다. 이와 더불어 환경의 영향을 확인하기 위하여 가정에서의 소근육운동 경험이 유아의 소근육운동 기술을 예측하는지 알아보고자 하였다. 지금까지 다수의 선행연구들을 통해 유아기 운동기술과 인지기능의 긍정적인 관계는 확인되었지만, 유아의 운동기술을 가정에서의 운동 경험과 함께 고려하여 인지기능과의 관계를 살펴본 연구는 드물었다. 특히 유아의 소근육운동 기술 수준과 소근육운동이 이루어질 때 전전두엽의 활성화 정도를 동시에 고려한 연구는 찾기 어려웠다. 따라서 본 연구에서는 소근육운동 기술이 실행기능에 대한 설명력을 갖는지 하위요인별로 나누어 살펴보고, 유아가 소근육운동 기술 과제를 수행하는 동안 활성화되는 전전두엽의 영역과 정도를 관찰하여 소근육운동 기술과 실행기능 간의 관계를 확인하고자 하였다. 더불어 환경적인 요인으로 가정 소근육운동 경험이 유아의 소근육운동 기술에 대한 설명력을 갖는지 살펴봄으로써 소근육운동 기술과 실행기능의 관계를 보다 구체적이고 과학적인 방법으로 밝히고자 하였다. 이러한 연구 목적을 위해, 경기도 소재 유아교육기관 6곳에 다니는 5세 유아 107명과 그 부모 107명을 대상으로 자료를 수집하여 분석하였다. 먼저 유아를 대상으로 소근육운동 기술(운동 정밀성/운동 통합/손 기민성)의 과제 수행과 소근육운동 과제 수행 시 전전두엽 피질의 활성화 정도를 측정하였고, 실행기능 과제도 실시하였다. 유아의 부모를 대상으로는 사회인구학적 특성과 가정에서의 소근육운동 경험에 관한 질문지 조사를 수행하였다. 수집된 자료는 IBM SPSS Statistics 23과 OBELAB NIRSIT LITE Analysis Tool 3.6.2를 이용하여 기술통계, 독립표본 t-검정, 회귀분석을 진행하였다. 이 연구의 주요 결과는 다음과 같다. 첫째, 주요 변인들에 성차가 있는지 분석한 결과, 가정 소근육운동 경험은 모든 요인(가정 소근육운동 경험 전체, 부모인식, 가정환경, 운동빈도)에서 여아가 남아보다 유의하게 높았다. 유아의 소근육운동 기술은 손 기민성을 제외한 전체 점수와 두 하위요인(운동 정밀성, 운동 통합)에서 여아가 남아보다 유의하게 우수했으며, 소근육운동 과제 수행 시, 유아의 전전두엽 피질 활성화 정도 역시 여아가 남아보다 유의하게 높았다. 실행기능은 전체 점수와 하위요인인 억제능력의 경우 여아가 남아보다 유의하게 우수했으나, 주의전환능력과 시각/청각 작업기억능력에서는 성차가 없었다. 둘째, 유아의 소근육운동 기술과 실행기능의 관계를 살펴보기 위해 성별을 통제하고 회귀분석을 실시한 결과, 소근육운동 기술과 하위요인인 손 기민성은 실행기능의 모든 하위요인을 예측하였고, 소근육운동 정밀성은 실행기능의 청각 작업기억능력을 예측하는 것으로 확인되었다. 셋째, 유아가 소근육운동 과제를 수행하는 동안 전전두엽의 활성화 영역과 그 정도를 관찰한 결과, 브로드만 영역 46의 배외측 전전두엽 피질과 브로드만 영역 10의 전방 전전두엽 피질이 활성화되었으며, 소근육운동 5가지 과제에서 공통적으로 실행기능과 밀접한 관련이 있는 배외측 전전두엽 피질이 활성화되었다. 넷째, 가정 소근육운동 경험과 유아의 소근육운동 기술(과제 수행 점수 및 과제 수행 시 전전두엽 피질의 활성화 정도)의 관계를 알아보기 위해 유아의 성별을 통제하고 회귀분석을 실시한 결과, 가정 소근육운동 경험과 하위요인인 가정환경은 소근육운동 기술 전체에 대해, 가정 소근육운동 경험과 가정환경 및 운동빈도는 손 기민성에 대해 설명력을 갖는 것으로 나타났다. 한편, 소근육운동에 대한 부모인식과 가정에서의 소근육운동 빈도는 유아가 소근육운동을 할 때 전전두엽 피질의 활성화 정도를 유의하게 설명하였다. 이 연구는 유아의 소근육운동 기술의 하위요인들이 유아의 실행기능 하위요인들에 기여하는 차별성을 검토하고, 소근육운동 기술과 실행기능의 신경학적 연결을 확인함으로써 유아의 소근육운동과 실행기능의 관련성을 밝혔다. 여기에 환경적 요인으로 가정 소근육운동 경험이 유아의 소근육운동 기술을 예측하는지 살펴봄으로써 가정 소근육운동 경험과 유아의 소근육운동 기술의 관계를 확인하였다. 본 연구의 결과는 유아기 소근육운동의 중요성을 다시 한번 강조하고, 가정에서의 소근육운동 경험의 양과 질을 높여 유아의 실행기능을 증진시키기 위한 적절한 개입 방안 및 프로그램 개발의 필요성을 제안한다.

This study examines the relationship between fine motor skills and executive functions in young children, investigating whether fine motor skills can predict executive functions, and discerning specific regions of the prefrontal cortex that are activated while using fine motor skills. Furthermore, in order to consider environmental influence, the role of home-based fine motor experience was observed in predicting childrens fine motor skill development. While numerous studies confirm a positive relationship between motor skills and cognitive function in early childhood, fewer scrutinize this connection within the context of home-based motor experience. Specifically, a paucity of research exists on the relation between children's fine motor skills, and the activation levels in the prefrontal cortex during fine motor tasks. To address this gap, the current study explores the relationship between fine motor skills and executive functions, assessing the predictive power of each fine motor skill subfactor for executive function, and observing the specific areas and intensity of prefrontal cortex activation during the fine motor task performance. Additionally, this study aims to explore the relationship between fine motor skills and executive functions in a more specific and scientific manner by examining whether home-based fine motor experiences, as environmental factors, hold explanatory power over childrens fine motor skills. Data from 107 five-year-old children and their parents from six early childhood education centers in Gyeonggi Province were collated and analyzed. Assessments were conducted on young children to measure their performance on fine motor skills (including fine motor precision, fine motor integration, and manual dexterity), degree of prefrontal cortex activation during fine motor skills tasks, and executive functions. Parents provided demographic data and information about their children's home-based fine motor activities. Data were processed using IBM SPSS Statistics 23 and OBELAB NIRSIT LITE Analysis Tool 3.6.2, and analyzed with descriptive statistics, independent samples t-tests, and regression analysis. The key results are as follows. First, findings revealed gender differences in main variables, with girls scoring significantly higher in all sub-factors of home-based fine motor experiences (overall home-based fine motor experience, parental perception, home environment, frequency of motor). In terms of fine motor skills, girls significantly outperformed boys in overall scores and in two sub-factors (fine motor precision and fine motor integration), excluding manual dexterity. Furthermore, during the performance of fine motor tasks, the degree of prefrontal cortex activation in girls was also significantly higher than in boys. As for executive function, girls outpaced boys in overall scores and inhibitory control, but no gender differences were found in shifting and visual/auditory working memory. Second, a regression analysis, controlling for gender, indicated that fine motor skill, particularly manual dexterity, predicted all aspects of executive function, with fine motor precision specifically predicting auditory working memory. Third, children's performance of fine motor tasks elicited activation in the dorsolateral (Broadman Area 46) and anterior prefrontal cortex (Broadman Area 10), with the dorsolateral region, closely associated with executive function, showing activation across all five assessed tasks. Regression analysis, with gender as a control variable, was further performed to examine the relationship between home-based fine motor experience and children's fine motor skills. Findings revealed that home-based fine motor experiences and subfactor's home environment significantly predict childrens overall fine motor skills, also the home environment and frequency of motor significantly predict manual dexterity. Parental perception of fine motor skills and the frequency of home-based fine motor activities significantly predicted prefrontal cortex activation during fine motor tasks. This research investigated distinct contributions of subfactors of fine motor skills to executive function subfactors in early childhood and confirmed the neural link between these skills. Moreover, by probing whether home-based fine motor experiences as environmental factors predicted children's fine motor skills, the relationship between home-based fine motor experience and children's fine motor skills was validated. These findings underscore the crucial role of fine motor skills during early childhood, suggesting the need for targeted interventions and the development of strategies aimed at enhancing the quality and quantity of home-based fine motor experiences to bolster children's executive functions.