O'Sullivan motor control & learning and the others
8장 운동기능의 평가: 운동조절과 운동학습
(Examination of Motor Function: Motor Control & Motor Learning)
운동기능의 개요 (Overview of motor function)
운동조절은 자세와 움직임(movement)을 지배하는 복합적인 신경적, 신체적 그리고 행동적 과정으로부터 일어난다. 어떤 움직임들은 유전적 바닥(기저, basal)을 가지고 정상 성장과 발달의 과정을 통해 나타난다. 이러한 움직임들의 예는 어린 시절을 지배하는 반사 패턴들을 포함한다.
운동 숙련(motor skills)으로 지칭된 또 다른 움직임들은 환경의 상호작용과 탐구를 통해 배우게 된다. 연습과 피드백은 운동학습과 운동 숙련 발달을 규정(defining)하는 중요한 변수이다. 움직임에 대한 감각정보는 운동 프로그램의 발달을 이끌고(guide) 구체화(shape) 하는데 사용된다.
운동 프로그램(motor program)은 “추상적인 표현으로, (프로그램이) 작동하면 협응된 운동 진행(sequence)이 이루어지는 것”으로 정의된다.
운동 계획(motor plan)(복합운동프로그램)은 몇 개의 운동 프로그램으로 이루어진 목적 있는 움직임을 위한 생각(idea)이나 계획(plan)이다.
운동 기억(motor memory)(절차상의 기억)은 운동 프로그램 또는 하위프로그램(subroutines) 의 소환을 수반하고: (1) 최초 움직임 조건; (2) 움직임이 어떻게 느껴지고, 보이고, 들리는지 [감각결과(consequences)]; (3) 특별한 움직임 변수(parameters); 그리고 (4) 움직임의 결과 [결과지식(knowledge of results)] 등의 정보를 포함한다.
신경가소성은 회복과 변화의 기전을 통해 손상에 적응하는 대뇌의 능력을 말하는 용어이다. 신경가소성은 “신경연접의 효율과 강도가 변하는 단기변화에서부터 신경원간 연결의 조직 편성(organization)과 개수가 변하는 장기 구조적 변화까지의 연속(continuum)”을 포함한다. 학습이 진행될 때 단기에서 장기 기억 처리과정(processes)으로 이행된다. 기억은 반복 동작이나 움직임의 기존 패턴 수정을 위해 정보의 지속적인 접근을 허락한다.
운동 숙련(motor skills)은 운동 학습(motor learning)의 진행과정을 통하여 중추신경계의 작용에 의해 획득되고 수정된다. 운동학습은 “숙련된 행동을 위한 가능성 안에서 동작 변화를 이끄는 연습 또는 경험이 연합되는 일련의 내적 진행과정이다”라고 정의된다.
중추신경계는 방대한 양의 감각정보를 조직하고 통합한다.
피드백(Feedback)은 운동 중 또는 운동 후에 받은 정보로 생산된 반응이고, 올바른 동작 (actions)을 위한 관찰값으로 사용한다.
피드포워드(feedforward)는 운동에 앞서 감각운동계를 준비하기 위해 신호를 보내는 것으로써, 자세동작(posture activity)에 선행적인 조절을 할 수 있게 한다.
중추신경계에 의한 정보처리는 연속적이고 평행하며 협응된 움직임의 생산을 이끈다.
협응(coordination)은 매끄럽고 정밀하게 조절된 운동반응을 실행하는 능력
협응적 구조물(coordinative structures)[협력단위(synergistic unit)]은 “동작을 협조적으로 생산하기 위해 신경계의 구속을 받는(constrained), 근육과 관절의 기능적 특화단위”이다.
여러 운동 조절 이론들은 과제와 환경의 특별한 요구에 대한 움직임의 조정 (accommodation)을 허락하는, 중추신경계의 협조적인 작용을 설명하기 위하여 제안.
주요한 두가지 이론은 동적 시스템 이론(dynamic system theory)과 계층 이론(hierarchical theory)이다.
동적 시스템 조절 이론(dynamic systems control theory)은 운동조절의 분산모델(distributed model)을 기반으로 한다. 이 이론의 기본개념은 중추신경계의 협력단위가 특화된 과제 요구 (과제 시스템으로 명명)로 조직화된다는 것이다. 단순과제가 아주 작은 영역을 필요로 하는 반면, 복합 과제는 전체 중추신경계를 필요로 할 것이다. 명령레벨은 실행된 특정 과제에 따라 다양하다. 그러므로 가장 높은 명령 레벨은 단순한 운동의 실행에 참여하지 않을 것이다.
계층 제어 이론(hierarchical control theory)은 상위, 중위, 하위 레벨로 하향조정(top-down control)되는 중추신경계의 편성(organization)에 기초한다. 연합겉질(피질)과 바닥핵(기저핵) 의 일부를 포함하는 최상위 레벨 구성요소는 감각운동 정보를 편제하는 기능을 하고 의사결정을 책임진다. 중위 레벨 구성요소는 감각운동 겉질(피질), 소뇌, 바닥핵과 뇌줄기(뇌간)을 포함한다. 이들 영역은 특정 운동 프로그램을 구체화하고 규정하며, 명령을 기시한다(Initiate). 최하위 구성요소는 명령을 실행하는, 척수이고, 명령을 섬세한 근육 동작으로 전환한다. 계층이론에서 숙련(skill)의 습득을 위한 초기 의사결정은 최상위 레벨의 활성화를 요구한다. 숙련 학습이 진보(Progresses)할 때, 제어는 운동프로그래밍을 책임지는 하위 레벨 처리과정으로 체계적으로(systemically) 이동된다.
중추신경계의 손상은 운동조절 과정을 방해한다. 중추신경계 영역을 침범한 병변은 환자들 사이에(among) 일관된, 인식할 수 있는 특별한 결손을 나타낸다(ex. UMN syndrome). 중추신경계 가소성, 회복, 그리고 기능적인 결과에서 개인차가 예상될 수 있다. 광범위한 중추신경계 손상(ex. TBI)의 경우는 잔존한 운동기능장애가 무수히 많고, 복잡하고, 말로 표현하기가 어렵다. 결손범위의 정확한 그림은 초기 검사에서 쉽게 나타나지 않는다. 일반적으로, 시간의 경과에 따른 재검사를 실시하여, 환자의 수행능력과 결손을 알아낸다. 포괄적인 검사는 장해(impairments), 기능적인 제한, 그리고 장애(disability)의 묘사에 초점을 둔다. 기능에 직접적으로 영향을 주는 그러한 장해들이 명확히 규명되어야 한다. 그 다음에 기대 목표, 예상 결과, 그리고 치료 계획(plan of care, POC)은 효과적으로 발전할 수 있다.
운동 학습 ( Motor Learning )
학습은 CNS 내에서 공간적, 시간적, 그리고 계층적 체계를 요구하는 복합 과정이다.
CNS 내의 변화는 직접적으로 관찰할 수 있는 것이 아니라 연습이나 경험의 결과로써 수행에서의 향상으로 추론 한다. 학습에서 개인차는 학습 전력(learnig possible)의 비율과 정도 두 가지 모두가 요구되고 영향을 미친다. 개인간의 운동학습 능력은 능력의 세 가지 주요 기초 범주 : 인지 능력, 지각 속도 능력, 그리고 심리운동 능력의 전역에서 변한다.
유전적 특질과 경험 두 가지 모두 결과로 차이가 발생한다. 치료사는 각성도, 불안감, 기억, 정보처리속도, 움직임의 속도와 정확도, 주위환경의 특이성, 기타 등등과 같은 요소들에 민감해야 한다. 부가적으로, 현 병리 상태와 합병증(co-morbidities) 등에 따라 환자의 학습 잠재력은 변할 수 있다. 비록 대부분의 숙련은 연습 또는 경험을 통해 학습될 수 있지만 치료사는 어떤 (certain) 숙련을 지지하는 환자의 근원적인 가능성(능력)에 민감해야 한다. 예를 들면, 몇몇 척수손상환자는 과제의 어려움, 그들의 잔존능력 그리고 일반적인 건강상태 때문에 “휠라이(wheelies)”를 사용하여 (보도의) 연석(curbs)을 처리하는 것을 학습하지 못할 수 있다.
16.03.02 // Motor control
Neurological dysfunction
이 생기면 Theraputic exercise를 통한 치료를 하는데, Based on normal motor activitys.
치료의 [목적]은 Functional improvement. Base는 Motor control. (73p.)
Motor control & Posture control
Definition of motor control
Is directed at studying the nature of movement and how that movement is
controled. “움직임의 본질을 연구하는 것.”
Is the ability to regulate or direct the mechanisms essentials to movement.
“movement와 posture의 조절.”
F=MS // functional mvt. = mobility * stability
움직임을 위해선
과제에 대한 이해 Individual
운동성과 안정성 Task
환경통합 사고능력 Environment
oExercise Motion Action
Motor ? Movement [목적] Activity [ADL]
Movement and Action, Perception, Cognition
Movement : context of accomplishing a particular action.
~라는 상황에선 수행하다 개별적 행동
Specific action
run, talk, smile, reach, stand…
Stage of Motorcontrol
한 행위를 하기 위하여 Mobility / Stability / Mobility on stability → Skill
Motor control ☆
Three levels for analyzing movement
Action level → goal - directed / behavior
Movement level → perform the functional task
Neuromotor level (motion) → Behavioral outcome with interaction
물리치료사는 무엇을 하는가.
Motor programmer
Motor planner
→ patient 는 motor memory.
Motor program
운동명령의 틀
운동 시작과 함께 연속적으로 협응된 움직임이 일어나도록 하는 것.
운동 프로그램의 발달에는 움직임에 대한 감각정보가 사용된다.
Motor plan
운동 프로그램의 조합
협응된 근육활동을 가지는 하위 프로그램들의 연합으로 이루어짐
Motor memory
운동 프로그램이나 하위 운동 프로그램의 저장
어떻게 움직임을 느끼는지, 운동요소와 운동결과가 무엇인지에 대한 ‘정보’ -기억
Reflex
초기 생활에서 현저하게 나타나는 것
운동 기술 : 생활 후기에 환경의 탐색과 상호작용으로 습득된 것
운동조절 평가에 영향을 미치는 것
cognition, communication, arousal, sensation, perception, motor control
Shumway - Cook and Wollacott
task → oriented systems approach
motor control 다른 책 필요.
위의 TIME그림도 이사람들꺼 같은데.
Motor control theory
Motor control theory
l
--------------------------------------------------------------------------------------------
l l l
Reflex theory Hierarchical theory System theory
l l l
muscle re-education NDT,PNF,Rood,Brunstrom Task oriented approach
16.03.02 // 신경성숙이론
Gesell(1945)의 성숙이론
[유기체는 내적인 힘에 의하여 성장한다.]
발달의 예정론.
주어진 환경에 관계 없이 발달한다.
성숙(maturation)
성장 모형 : 이미 결정되어 있는 유전적 요소.
환경적인 요인들은 이러한 유전과 성장 모형을 단순히 지지하거나
약간 수정할 뿐, 발달을 유발하지는 못한다.
하지만, 성숙 역시 환경에 의해 영향을 받는다.
다만, 성숙/환경 중 [성숙]이 더 중요.
성숙의 가장 큰 특징 → 언제나 정해진 순서의 발달 단계. 발달 속도는 개인차가 있다.
발달의 원리
발달 발향의 원리 : 발달이 무작위가 아닌 정돈된 방식에 의해 진행
ex) cranial → coudal / proximal → distal
상호적 교류의 원리 : reciprocal interweaving. 한가지 먼저, 나머지 두각, 둘이 협응.
기능적 비대칭의 원리 ex) Tonic neck reflex
자기규제의 원리 : 영아가 자신의 능력을 벗어나는 행위를 하지 않도록 스스로를 규제.
발달의 규준
Montessori의 민감기이론
[아동은 만들려는 것이 아니라 자신의 성숙적 자극에 의해 발달.]
Maturational promptings.
민감기 sensitice period
유전적으로 프로그래밍 된 기간. 기간 동안 과제를 숙달하자 노력.
질서에 대한 민감기 The sesitive period for order.
생후 3년. 질서에 대한 강한 욕구.
세부에 대한 민감기 for details.
1~2세 사이의 아동. 작은 것에 집중
양손 사용에 대한 민감기 for the use of hands
18m~3y. 손을 많이 쓴다. 그 다음 2년은 동작과 촉각을 다듬고,
4세 유아는 눈감고 만져서 맞추는 놀이를 좋아한다.
걷기에 대한 민감기 for walking
1~2y
언어에 대한 민감기 for language
옹알이 → 단어 → 문장.
아동중심의 교육환경
아동은 의식적인 노력 없이 주위 환경에 의해 발생하는 필요한 기술을 습득한다.
감각 경험을 중시하고 아동에 맞춘 교구를 사용한다.
질서정연하고 아름다운 환경의 조성
독립성과 집중
자유선택 → 욕구를 충족하는 선택 (민감기)
보상과 벌 x→ 외적인 평가는 자유선택을 제한하므로 하지 않는다.
점진적인 준비
Hall → 인류의 역사가 재현되는 것.
Gesell → 유기체 내부의 조절 요인. 한 ‘종’이 지니는 유전인자. but, 극단적. 환경 요인 고려 X
Montessori → 아동 중심의 교육 환경. but, 아동의 창의성과 자유를 제한. 사회 정서적 발달은
무시한 채 인지 발달에만 치중.
[운동조절 이론]
Motor control - 움직임이 어떻게 생성되고 조절되는가에 대한 기전.
Farber (1993) - 개인이 한 과제를 수행하기 위해서 자신의 행동을 조절하고 협응하는 기전.
Postural control, balance control.
공간에서 인체의 안정성이 어떻게 주어지는가.
Movement
공간에서 인체의 움직임이 어떻게 일어나는가.
재활 분야의 운동 조절
치료의 대상 중 많은 환자들이 신경계 손상으로 인한 운동 조절 장애로 치료를 받는다.
1 . 반사이론 reflex theory
움직임을 생성하는데 감각이 필수적이며, 감각 입력을 통하여 운동을 수정할 수 있다.
2 . 수직-계층 이론 hierarchical theory
중추신경계의 운동 조절에 있어서 고위 중추와 하위 중추로 되어있고, 고위 중추에 운동
프로그램이 있어 feedback 없이 중추에서 운동을 개시할 수 있다.
3 . 시스템 이론 system theory
움직임을 조절하는데 중추신경계가 중요하지만, 중추신경계는 각각의 부위에 특정
기능이 부여되어 있다는 뇌의 국제화를 덜 엄격하게 생각한다.
즉, 중추신경계의 다양한 부위들이 운동조절에 참여한다는 역동적인 개념. 운동조절에
환경계와 근골격계가 참여하여 주어진 과제를 해결하기 위해 모든 시스템들이 협력.
Reflex model
[ 한 개인의 운동 조절은 감각 입력에 의한 수정의 결과]
1 . 감각 입력은 운동 출력을 위해 필수적
2 . 피아노 연주와 걷기와 같은 매우 복잡한 운동도 반사들의 성공적 결합에 의해 이루어짐
고양이를 대상으로 한 실험
‘ 중뇌 위 수준 절단.. 감각 자극 → 운동 반응
‘ 틀에 박힌 운동 반응이 나타남 → 반사(Reflex), 학습되지 않는 반응
‘ 복잡한 운동은 반사들의 결합과 연결
‘ [닫힌 회로] 되먹임 시스템. close-loop feedback system
But, 운동은 반사회로 없이도 일어난다.
‘ Polit, Bizzi 의 원숭이 실험
‘ 척수로 가는 구심성 신경 절단 → Task 수행이 가능했다.
‘ 닫힌 반사회로 모형은 정보 처리 시간이 너무 길어서 피아노 치기와 같은 빠른 운동을
설명할 수가 없다.
‘ 상호작용 운동 모형 interactive movement model. → open-loop와 feedforward가 통합
학습된 비 사용 증후군 (learned nonuse syndrome)
‘ 사용을 안하면 쓰고 싶어도 못쓰게 됨 → 환측을 계속 사용하게 한다.
‘ 정상 패턴의 운동을 계속 시행하여 학습 시키는 것
Reflex model의 제한점
‘ 아동의 환경이나 특정한 과제 상황에 대해서는 적은 관심
‘ 탈구심성 동물들에서 보행과 같은 협응운동이 나타남
‘ 열린 회로 조절은 선행적 조절과 먹임 전 조절을 나타낸다.
Hierarchical model
[움직임에는 단계가 있다]
Huglings Jackson (1932)
‘ 임상신경학회의 밑 바탕
‘ 척수 → 뇌줄기 → 피질의 수직적 조직
‘ 정상적인 움직임들은 신경계 내에서 부터 시작되는 근활성패턴들(muscle activation
patterns)을 일일이 조절하는 운동 프로그램에 의해 조절된다는 중추론자의 관점.
‘ 고위 중추 손상시 하위 단계를 조절하지 못해 반사적 움직임이 우세
‘ 고위 중추 - 운동 프로그램, 수의적인 움직임 voluntary movement
하위 중추 - 반사적 조절
하위 중추의 정보가 고위 중추에 영향을 줄 수 있다.
‘ 낮은 단계의 원시적인 반사들이 해리 release
→ 고위 단계의 협응된 움직임 패턴 차단 block
[이미 협응 되었어야 할 반사적인 반응들이 운동의 정상적 분화를 차단]
‘ 원시반사를 알고, 방지하며, 고위 단계의 협응된 움직임들을 할 수 있도록 과다
항진된 신전반사들을 감소시키는것.
‘ 운동신축성 (motor flexibility) 이 고위 단계에서만 나온다.
‘ 하위 단계에서의 반사들은 신경손상위치를 규정하는데 도움을 주고 예후판단도 도움
수직-계층 모형의 제한점
‘ 척수 고양이의 보행은 하위 중추에서 조절 (CPG) 밑에서 서술
‘ 발달은 단계적이지 않다
‘ 수의 운동과 반사간에 구별이 분명하지 않은데 이걸 설명 못한다
‘ 다른 근 활성 패턴들에서 비슷한 운동학적 협응을 보인다
중추 패턴 발생기 (Central Pattern Generator ;CPG)
[목표/목적을 위해선 brain stem의 tonical signal 이 필요.]
‘ 척수 고양이 ; 척수 만으로도 걷는다.
‘ 사람들은 두 발이라 자세와 균형 조절을 위해 고양이보다 더 많은 하행성 시스템들을
요구한다. ex) 방향, 속도, 장애물 극복, 발의 위치 등…
‘ 이동과 자세의 신경적 조절의 변화.
‘ 동물보다 인간의 척수 상부 기전이 중요하다.
수직-계층 이론의 제한점 2
‘ 수의적 조절과 반사적 조절의 차이를 설명하지 못한다.
‘ 의지적 움직임은 수의적+반사적 움직임
‘가장 큰 문제점은 상이한 근활성 패턴들이 움직임이 비슷한 운동학적 패턴을
나타내는 것을 설명하지 못한다. ex) 상이한 효과기에 의한 필적의 유사성.
운동 프로그램
말초 되먹임의 영향 없이 수행되는 운동 순서로서 운동 순서가 시작되기 전에 구조화
된 일련의 근육 명령 (Keele, 1968) → 말초 되먹임을 상실해도 움직일 수 있다.
증거
‘ 탈구심성 동물/환자들이 움직인다.
‘ 빠른 움직임은 feedback의 시간보다 빠르다.
‘ 균형과 팔뻗기의 선행적 조절은 일부 임직임이 미리 프로그래밍된 것을 의미한다.
‘ 빠르고 목적 있는 운동들의 근활성패턴은 말초되먹임x
‘ 단순운동은 더 복잡한 운동에서 반응시간이 길다.
‘ CPG
Keele의 운동 프로그램에 대한 의문
‘ 감각 되먹임은 정밀한 운동을 위해서 필요하다
‘ 저장 문제 : 인간은 수많은 운동 프로그램을 어디에(또는 어떻게) 저장하는가
‘ 신형 문제 : 이미 저장되어 있는 운동 프로그램에 표상되지 않은 새로운 행동을
어떻게 생성하는가
‘ 운동 조절에 있어서 환경적인 요구와 생체역학적인 요구를 포함하는 운동의
역동성을 인정하지 않았다.
‘ 운동 조절 시스템의 분배된 조직화를 갖는 증거가 있다.
System model
[정상적인 움직임은 시스템들의 상호작용으로 나타나는 움직임 전략에 의한 협응]
운동조절의 시스템이론은 반사이론이나 수직-계층이론과 같이 초기에 시작되었다.
Nicoli Bernstein (1932)
Based on 동부 유럽의 사회학적-수평적 시스템(socialistic-heterarchical system)
1967년 까지 영국으로 전해지지 않았다.
// 운동조절의 시스템이론
시스템 이론
‘ 움직임 → 말초적/중추적 조절이 아닌 많은 시스템들이 각각 조절의 여러 면들에
기여하면서 상호작용한 결과로 나타나는 것.
‘ 위의 그림의 도해와 같이 많은 시스템들이 같은 수준(Level)에서 조절에 기여.
‘ 고위수준이나 하위수준이 없다.
움직임의 조절
‘ 운동조절을 명령하고 기록하는 신경계들을 포함.
‘ 신경계 내부 뿐만 아니라 근육뼈대계와 환경계와 같은 신경계 외부의 운동 조절 포함.
‘ 다른 상황에서 다른 종류의 움직임들을 하기 위한 운동조절을 통제하는 기능들을
통하여 운동조절이 이루어지게 된다.
시스템 이론의 주요 가정(1)
‘ 신경계가 운동행동의 마지막 순간(end points)인 [과제목표]의 성취를 조절하기 위해
조직
‘ 정상적인 움직임들은 감각통로나 중앙프로그램에 의해 규정된 근육활성 패턴들에
의해 협응되는 것이 아닌, 시스템들의 상호작용으로부터 나타나는 움직임 전략
(movement strategy)에 의해 협응되는 것이고, 신경계가 조절을 하는 동안
자유도를 제한한다.
→ 그러므로 조절은 반사이론에서처럼 근육이나 감각수용기에 의해 조절되는
것이 아니고 수직-계층이론에서 서럼 근육활겅 패턴들에 의해 조절되는
것도 아니며, 단지 운동학적 변수들과 과제목표들의 성취 사이의 관계와
같은 운동행동의 추상적인 양상들에 의해 지배.
시스템 이론의 또 다른 가정(2)
‘ 신경계가 근육뼈대계와 그 환경에 관련한 물리적 법칙들에 근거한 장벽들을
예견하거나 적응한다.
‘ 예상한 환경과의 상호작용과 실제 상호작용을 계속적으로 비교함으로써 신경계는
과제목표를 성취하기 위한 가장 효과적이고 운동학적으로 효율적인 수단을
알아내도록 그 모형을 지속적으로 수정한다.
시스템 이론의 임상적 의미
‘ 움직임 → 행동목적을 대상으로 구성된다는 것을 포함
‘ 고립된 상태에서의 운동패턴들이나 반사들을 유발시키기 보다는 정의 가능한 기능적
과제들을 이용하는 것이 중요
‘ 근육뼈대계와 환경적 장벽들의 적절한 상호작용을 나타내는 정상적인 움직임 전략
→ 시스템이론의 가정을 추가
→ 다양한 자세, 변화하는 바닥면, 시각, 생체공학적 협응하에서 과제를 연습
→ 그러한 장벽들을 다루고 평가하는 것을 시도
→ 하나의 과제목표는 많은 정상적 근활성 패턴들이 수행
>>> 시스템이론을 사용하는 치료사들은 특별한 근활성 패턴을 활성화 시키기 보단
다양한 방법으로 운동결함을 해결하는 방법을 신경계가 배울 수 있도록 도와주려 노력
뇌손상으로 인한 운동결함
‘ 신경조절의 부족을 반영하는 것 뿐만 아니라 손상된 시스템이어도 과제목표 달성을
위해 최선의 시도를 반영하는 임무.
‘ Gordon (1987) “운동결함을 보상전략으로 … 학습된 움직임 패턴으로 본다.”
시스템 이론의 임상적 이점
‘ 다양한 환경상태에서 운동행동의 적응성과 유연성을 설명할 수 있다.
‘ 기능적 목적과 환경적 장벽들 모두가 움직임을 결정하는데 중요한 역할.
‘ 같은 자극이 매우 다른 움직임들을 나타낼 수 있다.
‘ 다른 자극이 유사한 움직임들을 일으킬 수 있다.
‘ ???? 치료사들이 해볼만한 과제는 운동과제들에 있어서 기능적인 목적들을
정의하는 것과 반드시 신경계에 의해서 조절되어야 하는 자유도를 줄이기 위해
환경적인 장벽들에 적응하는 것이다.
시스템 이론의 제한점(1)
‘ 정의(definitions)와 이론의 시험성(testability)을 포함.
→ 운동조절의 많은 다른 이론들이 동적동작이론(dynamic action theory), 생태학
적 접근(ecologic approach), 신경회로 접근(neural network theory), 과제지향적
접근(task oriented approach), 동작 시스템(action systems) 그리고 재구심 법칙
(reafferent principle)과 같은 시스템 이론의 가정들을 이용.
‘ 하지만, 용어의 일치나 용어의 정의가 되어 있지 않다.
‘ 그러므로 시스템이론과 그 임상적 적용의 발전은 연구자들의 용어와 치료사들의
용어가 서로 이해하는데 방해.
‘ 전략(strategy), 협응(coordination) 과 같은 단어들.
‘ 운동조절에서 사용되는 용어들이 기본적으로 체계화되고 신경계의 운동문제들이
규정되어 시험적으로 동의될 때 까지는 신경계 전반에 걸친 연구들은 문제를 가지게
될 것이다(Horak, 1991).
시스템 이론의 또다른 제한점(2)
‘ 이론이 추상적이고 운동조절이 너무 세분화되어 있기 때문에 각각의 이론적 부분의
시스템들을 신경해부학에 연관시키기가 어렵다는 것이다.
‘ 신경계 손상을 일으키는 전통적인 접근방법으로 검증하기 어렵고 조절의 어느 면이
부족한지 결정하기가 어렵다.
시스템 이론에서의 자세조절
‘ 자동적 자세반응(automatic posture response) l
‘ 선행적 자세반응(anticipatory posture response) ㄴ 을 위한 시스템 구성의 존재.
→ Nashiner 등(1985)은 균형에 있어서의 근육반응구성, 감각구성, 힘 조절 평가 연구
균형을 위한 자세조절
‘ 흥미 있는 행동으로 선택
→ 균형을 유지하고 발달시키는 것이 환경에서 기능하는데 중요하기 때문
‘ 평형은 지지면에 위치하는 신체의 무게중심 조절에 의존.
‘ 지지면 내에서 균형을 유지하며 움직일 수 있는 범위
→ 안정성 한계 또는 원주 (Limit or cone of stability)
` 안정성을 벗어난 움직임 → 보호반응 (protective response
→ 발목전략, 엉덩전략, 디딤전략 패턴(stepping strategy pattern).\
디딤전략은 안정성의 원주를 벗어난 것
` 안정성의 원주 안에서 움직임이 일어나는 상황에 따라 자동적/선행적 자세조절.
(1) 자동적 자세반응
[다양한 시스템들은 균형반응에 그들의 출력을 어떻게 구성할 수 있을까?]
기대하지 않은 상황에서 서 있는 대상의 지지면을 움직여 이들 동요에대한 근육반응을
연구할으로써 자동적 자세반응(automatic postural response)을 알 수 있다.
→ 이들 근육반응은 예측할 수 있는 협동작용(synergy)으로 나타났다.
즉, 다양한 근육들은 운동과 그 결과로서 일어나는 근골격계의 정해진 순서,시간을
가지는 기능적인 단위로서 통제된다.
` 다양한 균형요구 → 다양한 협동작용.
발목전략
` 일반적인 넓이의 지지면 → 균형에 장애 → 균형 유지 필요 → 발목관절 근육 수축
` 움직이는 판 → 판을 뒤로 → 몸은 앞으로
` 이 앞쪽 동요를 보상하기 위하여 자동적으로 아랫다리, 윗다리, 몸통의 뒤쪽 근육들
똑바로 선 자세를 다시 회복 // Distal → Proximal 예측가능한 순서로 수축
` 발목전략은 앞쪽/뒤쪽 교란에 따라 방향적으로 측병한 방법으로 활성화된다.
엉덩전략
` 지지면이 좁다(안정성 감소) → 균형에 장애 → 엉덩관절 주위 근육 수축
` 신체동요(body sway)는 이때는 특별히 엉덩이에서 일어난다.
` 사용되는 신체의 반대쪽에 위치하는 엉덩/몸톰 근육 사용. (방향과 반대)
Woollacott & Shumway Cook(1989)
` 균형을 이루는 협동들은 나이와 관련된 변화들을 나타낸다.
` 성인과 아동의 자동적 자세반응 → 기능적 단위나 전략들로 통제 // 다양한 자유도의
개념을 지지
` 기립자세를 유지 → 신경계 + 다양한 하위 시스템(운동,감각,뼈대) = 균형조절
` 균형조절의 장애 → 중추신경계의 기능보다는 균형조절의 기초가 되는 다양한
시스템들에 초점.
운동 조절 장애가 있는 환자치료의 목표
[정확한 시간에 정확한 협력반응을 사용하는 것] ` 환자는 더 느리고, 더 불안정하며, 외적 균형위협에 더 치명적
자동적 자세반응에 추가하여, 선행적 자세 조절(Anticipatory postural control)은 과제 지향적이고 목표 지향적인 운동생성을 필요로 한다. 선행적 자세조절을 하는 동안 자세반응은 수의 운동을 위하여 필요한 미리먹임 조절(feedforward control)과 결합한다.
(2) 선행적 자세조절
[작용근들은 자세유지 근육들의 수축 후에 수축된다]
정해진 일상동작을 하는 동안 서 있는 자세에서 하는 대부분의 운동은 수의 운동의
일부유형을 포함한다.
과제 수행을 위한 운동
` 지지면 위에서 무게중심을 조절하거나 운동을 시작하기 위한 보상으로 안정성 원주
내에서 조절하게된다.
` 자세적 요소 → 이차적인 요소를 위한 안정 제공
` 일차적인 수의운동과 국소운동 → 과제수행
자세조절과 수의조절
` 환자에게 제공되는 치료와 관련성
` 자세안정의 결함 → 개인이 수행하는 다양한 운동을 감소.
선행적 자세조절에 초점을 맞춘 연구
` 근육활성 패턴들 → 특정한 운동상황(movement context)에 의존
Cordo & Nshiner (1982)
[팔을 펴고 굽히는 과제를 하는 동안 자세유지근육들과 팔근육들의 활성시기 연구]
` 팔을 구부리는 과제
위팔 두갈래근이 수축
→ 보다 먼저 장딴지근, 무릎굽힘근, 몸통폄근들이 선행 수축
자세근육들의 동원순서(recruitment order)는 비슷한 근육수축 시기와 함께
자동반응에서 사용된 구성과 같았다.
작용근들은 자세유지 근육들의 수축 후에 수축
선행적 자세조절의 관찰
` 근전도기록과 같은 기술적 진보에 의해 알 수 있다.
` 반응이 빠르고 수의조절과 자세조절의 관측이 어렵다.
` 자세운동과 수의운동은 결합됨을 알고 같이 훈련
` 수의운동 전 자세조절 → ADL/목표지향적 과제 수행 → 더 기능적인 균형조절 발달.
(3) 감각구성
[시각, 몸감각, 평형감각계로부터의 감각정보]
` 자동적 자세조절과 선행적 자세조절은
균형 유지를 위해 필요하다.
` 균형조절에 기여하는 감각조절과 선행적 자세조절이 정상이라면 다른 시스템들을
평가하여야 한다.
⇒ 감각구성(esnsory organization)
감각구성의 기초
` 시각, 몸감각 및 평형감각계 → 감각정보 ⇒ 균형조절
` 이들 중 한 시스템이 wrong → 나머지 두개의 시스템에서 보상
세 가지 자세감각들을 왜곡/제거
여섯 가지 감각조건 하에서 움직이는 판을 이용한다.
` 신체동요 / 발을 통한 힘의 변화 / 균형의 실제적인 상실
⇒ 감각혼란을 해결하는 환자의 능력을 측정
` 시각과 몸감각 정보들을 이용하지 못하는 정상인 → 자세동요 증가
그래도 안정성 한계 내에서 자세를 잘 유지
` 아이들 → 성인보다는 적응정도는 느리나 잘 유지
시스템 이론에서 주장하는 견해를 이 자세연구들에 의해 다양한 시스템들이 운동단위나 운동전략으로 통제된다는 경해를 지지하고 있다.
[ 신경재활 모형 ]
치료적 재활 모형
` 물리치료는 생리학적/기능적 용어들로 치료의 윤곽을 잡은 신경재활의 잘 정립된
모형들을 필요로 한다.
` 운동 조절, 운동학습, 기능의 회복, 신경계 가역성(plasticity), 정신의학 및 사회학 등
많은 분야에 있어서 과학지식의 최신 지견을 반영할 수 있어야 한다.
` 치료사들은 이러한 모형들의 효용성을 평가, 결정, 수정, 발전시킬 의무.
치료적 재활모형의 효용성
` 치료로부터 향상된 증거인 실행적 결과
` 치료사들이 신경학적으로 장애를 가진 환자들의 운동결함들을 분석하고 효과적인
치료방법을 개발하는 데 있어서 유용한 징문들을 던질 수 있도록 그 모형이 얼마나
도움을 줄 수 있는가.
⇒ 신경학적 재활모형들에 걸쳐있는 가정들은 세분화된 치료기술들을 발달시켜
치료사들에게 생리학적이고 기능적인 목적들을 제공한다.
일반적인 치료기술
` 근육 재교육 모형 (muscle re-education model)
` 신경촉진 모형 (neurofacilitation model)
` 과제지향 모형 (task-oriented approach) or system model
→ 일부, motor control model, motor learning model
`각 모형은 치료의 일반적인 생리학적 목표와 신경학적으로 장애를 가진 환자들의
움직임 조절에 관해 서로 다른 가정들을 구성하고 있다.
` 각각의 치료적 재활 모형은 신경학적 손상의 양상을 평가하는 데 있어서, 그리고
독특한 운동치료방법들을 발전시키는 데 있어서 유용하다.
` 그것은 서로 독립되어 있는 것이 아니라 서로 의지하고 의존하는 관계
` 치료적 재활모형 → 치료사가 환자의 운동조절장애들을 이해하는 관점에 영향
치료 목표
불만족 스러운 점
muscle re-education model
` 개별 근육의 작용에 초점
` 근력강화를 최대화하기 위해 잔여 운동단위를 사용
` 이차적인 합병증과 보상패턴을 피함
` 기능적인 활동들 가르침
` 정형적 보조장비를 제공
` 중추신경계 가역성 고려x
` 위운동신경세포 증후군에서 근육작용을 분리할 수 없다.
` 문제는 근육활성이 아니라 비정상적 운동패턴일 수 있다.
neurofacilitation model
` 고유감각 입력을 통한 정상운동패턴 촉진
` 정상운동패턴 경험→ 중추신경계 수정
` 비정상적인 협동작용을 억제하고 분리운동을 일으킨다.
`비정상적인 근긴장도와 원시반사들을 억제한다.
` 중추신경계가 비정상적인 운동패턴들을 학습하지 못하도록 한다.
` 기능적인 활동으로 전이효과가 없다.
` 환자들은 수동적으로 참여
` 근골격계와 환경의 효과를 고려하지 않는다
` 원시반사들을 억제하여도 정상적인 운동이 해리되지 않는다.
task-oriented model
` 과제목표들을 성취하는 능력들을 연습한다.
` 운동문제를 해결하는 것을 가르친다. (다양한 상황에서의 적응성을 증가)
` 효과적이고 효율적인 행동을 조화시키는 운동전략들을 학습시킨다
` 근골격계와 환경계의 요구에 적응하게 한다.
` 효과적이고 효율적인 보상전략을 결정하기 어렵다
` 너무 인지적이고, 손의 사용이 적다
` 이전 운동경험의 사용과 선행적 조절을 어떻게 훈련할 것인가?
근육 재교육 모형 Muscle re-education model
[질병에 의해 약화된 근육들에 남아있는 운동단위들을 강화]
Kenny (1940-50)
` 소아마비를 앓는 환자들의 치료를 위해 주장
` 이전에는 신경계 손상의 영구적인 결과를 발견하기 위해 여러 달 수동적으로
침상에서 기다려야 했다.
` 환자들은 자발적으로 자신의 재활을 위해 기여해야 한다
` 침상안정 보다 활동이 더 유익하다
` 운동조절의 신경생리학적 모형에 근거한 것이 아니라 광범위한 근육 해부학과
인간의 의지력에 대한 신념에 근거
` 지지된 이래 과학적으로 계속 논의되었다
신경생리학적 용어로써의 근육 재교육 모형
` 운동 조절에 있어서 각각의 근육과 각각의 운동단위(Motor unit)를 활성화시키는 것
` 오늘날의 몇몇 기술적으로 세련된 생체 되먹임 접근방법들과 유사
⇒ 환자들에게 적절한 되먹임이 적용될 때 의식적으로 각각의 근육들을
활성화시키는 신경 에너지를 동조할 수 있다.
근육 재교육 모형의 치료 목표
` 질병에 의해 약화된 근육들애 남아 있는 운동단위들을 강화
` 환자가 이차적인 합병증이나 비능률적이고 비효율적인 보상운동 패턴들을 가지지
않도록 도와주는 것
⇒ 침상안정보다는 움직이는 것이 순환과 심장기능을 증가시켜서 불필요한
근육소모나 관절구축 그리고 피부궤양 등을 예방할 수 있다.
소아마비 바이러스에 의한 근육 약화
` 대개 일시적
` 환자들에게 근력을 다시 찾게 될 때에 보상운동들이 남아 있지 않도록 보상운동패턴
들을 취하지 않도록 교육
` 소아마비의 급성기가 지나가면 신경계나 근육들을 변화시키기 위하여 더 이상 아무
것도 할 수 없다는 것이 일반적 가정
⇒ 결과적으로, 환자들은 독립적인 이동과 같은 기능적인 활동들을 위해 보조기나
목발과 같은 정형지지 기구들을 활용하게 된다.
Muscle re-education model의 아쉬운 점
` 소아마비 유행이 멈춘 1950년대 중반 이후, 이 신경학적 모형이 근육활동이
고립되는 반마비, 뇌성마비와 파킨슨 증후군 환자들에게는 적용 불가.
` 이러한 병변들은 근육약화 보다는 비정상적인 근육활성 패턴
` 새로운 방법들을 찾게 된다.
신경촉진 모형 Neurofacilitation model
[신경계 병변은 움직임들의 고위 수준의 조절을 부족하게 하고 하위 수준의
원시적이고 비정상적인 반사들을 해리한다]
1950년대 재활의 신경촉진모델(Neurofacilitation model)은 Bobath, Kabat, Knott,
Voss, Stockmeyer, Brunnstrom을 포함한 치료사들과 의사들에 의해 발달.
⇒ 운동조절의 신경생리학적 모형들이 근육, 관절, 피부 그리고 행동에 있어서
신경계의 손상으로 인한 이차적인 영향을 변화시켜주는 것보다 신경계 자체에
영향을 주는 것에 관심을 가졌다.
신경촉진모델의 접근법
` 운동조절의 반사이론(Reflex theory)과 수직계층이론(Hierarchical theory)에 근거
` 신경계 병변이 움직임들에 대한 고위 수준의 조절을 부족하게 하고 하위 수준의
원시적이고 비정상적인 반사들을 해리시킨다고 보았다.
` Bobath의 관점 : 뇌성마비에 있어서 그 병변은 원시적인 토탈 패턴(total patterns)
들과 비효율적으로 발달괸 자세반사기전들에 대한 억제(inhibition)의 부족을
가져온다고 보았다.
` 또한 비정상적인 움직임 패턴들이 신경계 병변들의 직접적인 결과라고 보았다.
` 그러나 그들은 신경, 비신경, 근골격계의 제한점들과 환자들이 병변에 대해
보상하려는 시도에 대한 복합적인 영향들을 고려하는데 실패했다.
신경촉진접근의 일차적인 신경생리학적 목표
` 정상적인 움직임 패턴들을 촉진
` 비정상적인 근긴장도와 원시반사들을 억제
` 치료사들은 움직임 패턴을 유도하는 방법으로 적절한 고유감각 되먹임을 제공하여
이러한 촉진과 억제를 시도한다.
` 피부, 안뜰기관, 근육진동 그리고 온도변화 등도 근활성을 집중하는데 기여
` 반사 모형과 수직-계층 모형에 근거
⇒ 치료적 중재는 반사반응들을 자극하는 최하위 수준에서 시작하여
자동반응들(Automatic responses), 그 다음에 고립된 움직임들의 수의적인
세분화로 진행.
신경촉진접근의 특징
` 하위 수준의 반사들로부터 운동발달과 신경계 손상들에 대한 환자의 회복이라는
특성을 지닌다.
` But, 어려운 움직임이 주어지거나 스트레스가 많은 상황
⇒ 다시 전환될 수 있는 수의적인 움직임으로 천천히 나아진다
[반응들은 주어진 상황에서 감각자극을 통합하는 능력에 따라 소용돌이처럼 오르락 내리락 할 수 있다. 정상인도 스트레스가 많은 상황에서는 원시적인 반응으로 되돌아갈 수 있다.]
` 또한, 이 모형은 어느정도 특정한 발달연령이나 정상 움직임이 차단된 어느 특정한
회복단계에서 원시반사들이 지속된다.
뇌성마비의 운동결핍
` 일반적 생각 : 원시반사의 우세와 지속에 의해 특징지어진다.
` 이러한 상태는 더 성숙한 자세정립 반응들이 나타나거나 활동함에 따라 방해받거나
바뀌어서 운동발달의 성공적인 단계들을 성취하게 되는 것.
신경촉진의 중요하지만 아직 검증되지 않은 가정
` 만약 숙련된 치료사들에 의해 정상 움직임 패턴이 유도되어 경험된다면 신경계는 더
효과적으로 움직임들을 조절할 수 있게 수정될 수 있다.
신경계가 정상 움직임 패턴들 처럼 비정상적인 움직임 패턴들도 학습할 수 있기
때문에 촉진접근 방법에서는 환자를 치료할 때 비정상적인 보행패턴이 습관화될
위험이 있는 걷기같은 기능적 활동들을 너무 일찍 시작하지 못하게 한다.
신경촉진의 불만족스러운 점 (1)
⇒ 임상적인 답답함과 반사이론이나 수직계층이론의 신경생리학에 관한 새로운
지식의 결합이 부족한 것으로부터 생겨났다.
` 기능적인 일상샐활 동작으로의 촉진된 정상 움직임 패턴들의 수행이 부족하여
답답함을 표현
` 노력이 TNR을 억제하고 공 위에 걸쳐 엎드린 자세에서 정상적인 바로서기 반응을
촉진하였음에도 걷는동안의 균형을 증진시킨다거나 환자가 갑자기 넘어질 뻔 한
상황에서 효과적으로 반응하는 능력을 증진시키는 데에 아무런 보장을 주지 못한다
` 인간은 기능적인 과제목표들에 의해 동기가 부여 ex) 나는 먹고싶다.
` 환자가 기능적 행동이 아닌 분리된 움직임 패턴들을 훈련하도록 확신을 가지게 하는
것은 어렵다
` 기능적 행동들보다 움직임의 질적 변화를 자료화 하는 것이 더 어렵기 때문에
움직임의 패턴들을 정상화하는 데 목표를 두는 치료에 있어 치료비를 공급하는
이차적 지불단체들에게 확신을 가지게 하는 일은 매우 어렵다.
신경촉진 모형의 두번째 불만족스러운 점 (2)
` 종종 환자들은 치료에 있어서 수동적인 대상이거나 적어도 회복의 과정을
자발적으로 촉진하지 않는다.
` 치료사에 의한 감각자극 ⇒ 환자로부터의 반응들을 촉진하거나 억제
` 환자 자발적으로 작용하기 보다는 치료사에 의해 수동적으로 수정되길 기다림
` 환자의 회복과정 ⇒ 스스로 재활에 대해 변화된 상태로 인식하게 되는 것과 그
느낌을 갖는 것이 중요.
` 신경생리학적 연구들 ⇒ 수동적 경험 =/= 자발적으로 발생한 감각경험
새끼고양이 시각경로 실험
` Hein & Held (1967)
` 대상 : 시각운동경로가 발달하는 임계연령 고양이
` 조건 : 곤돌라에 태워져 수동적으로 노출 < 자발적으로 걷는 동안 경험한 것
운동학습에 관한 문헌들
` 운동기술의 학습은 다른 사람이 하는 모습을 수동적으로 관찰하거나 그 과제 자체의
분리된 움직임을 연습하는 것 보다 결과지식(knowledge of results)을 고려한 정식적
인지정보를 가지는 목표지향적인 과제를 연습하는 것이 더 성취하기 쉽다.
` Doman Delacato의 patterning // Body manipulation.
` 전통적인 신경촉진접근 방법에서의 치료는 치료사가 움직임들을 촉진하기 위해
환자에게 손을 접촉한 상태에서 시작한다.
신경촉진 모형의 세 번째 불만스러운 점 (3)
` 근육뼈대계와 환경의 복합적인 상호작용을 고려하지 않는다.
` 말초에서의 근육재교육에 초점을 둠
` 신경계 병변 ⇒ 비정상적인 움직임 ⇒ 치료는 오로지 신경계에만 목표
` 근육이 특이하거나 비정상적인 패턴으로 오래 활동
⇒ 생화학과 수동적 신장요소 변화.
` 신경학적 장애 환자 → 종종 신경손상이나 운동수행에 필수적인 영향을 주는
근육뼈대계 상태들의 다양성을 과시나 하듯 정형외과적 손상들을 동반.
`또한, 이 모형은 관절범위의 제한이나 근력, 통증 그리고 자세정립을 위한 신경계의
보상적 적응들을 고려하지 않고 있다.
환경에서의 제한점
` 움직임의 무엇이 가능한가에 대한 제한점들
ex) 비정상적인 운동패턴도 중력없는 물속에선 정상적으로 보일 수도 있다.
` 움직임 패턴의 정상화를 위하여
⇒ 외부 안정성 제공, 관절을 재정립, 자유도를 감소시키기 위해 환자 지지
` 일부 신경촉진 모형을 사용하는 치료사 ⇒ 치료에 손을 쓰는 것을 제한
⇒ 환자는 임상이 아닌 환경에서도 독립적인 운동조절이 가능해야 하기 때문
신경촉진 모델이 가지는 또다른 불만스러운 점 (4)
` 치료사가 느끼기에 비정상적인 근긴장도와 움직임을 차단하는 원시반사를
성공적으로 억제 하였을 때도, 정상적인 움직임 패턴들이 자동적으로 나타나지
않는다.
` 원시적인 발달패턴의 억제가 운동 발달이나 회복을 증진시킨다는 증거 X
Thelen과 동료들의 연구
` 유아에게 원시적인 걷기(primitive stepping)의 발달은 독립적인 보행을 더 일찍 하게
했다
` 반사적 걷기(reflex stepping)의 소멸이 고위 수준의 신경계 기전들의 성숙에
의해서가 아니라 유아의 다리 무게의 증가에 의해 중력을 이기고 다리를
들어올리기에 일시적으로 근력이 부족하게 되는 근골격계의 제한 때문이라는 것이다
신경촉진모형에서 할 수 있는 질문들의 유형에 대한 한계가 있다.
근육, 관절, 자세정립, 움직임 패턴에 대한 환경과 같은 말초적 영향들을 고려하지 않음
움직임 패턴이 아닌 실용적 과제목표들의 성취에 대한 치료의 성공을 정의하기 필요
