뇌파를 이용한 학습자의 인지학습활동 분석
Analysis of Learners’ Cognitive Learning Activities Using Brain Waves
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초록
본 연구는 뇌파검사(EEG)를 활용하여 학습자의 학습활동 중 나타나는 인지과정의 특징을 탐색하고자 하였다. 이를 위해 정신병력이나 학습능력에 대한 이상소견이 없는 중학교 3학년 학생 중에서 연구 참여를 희망하는 오른손잡이 학생 54명을 임의 표집하여 실험 검사를 실시하였다. 학생들은 기개발된 검사 문항에서 추출한 학습과제로 시각 및 청각 단기기억 학습, 작업기억 학습, 암기학습, 인출학습 활동을 하는 동안 뇌전도(EEG)를 측정하였고, 검사결과 수집된 자료는 뇌파 분석프로그램 및 SPSS 프로그램에서 기술통계, 대응표본 t 검정을 이용하여 통계처리 하였다. 본 연구의 주요 결과는 첫째, 시각 단기기억 학습 중에 나타나는 활성뇌파의 특징은 전두-두정 네트워크이며, 청각 단기기억 학습 중에 나타나는 활성뇌파의 특징은 전두-두정-후두 네트워크인 것으로 나타났다. 시각 및 청각 단기기억, 작업기억, 암기학습 등의 기억 활동 시에는 전두엽에서의 감마파가 활성화되는 것으로 나타났다. 둘째, 작업기억학습 중에는 시각 및 청각 단기기억과 암기학습 때와는 다르게 전두엽에서 감마파와 베타파가 동시에 활성화되는 것으로 나타났다. 셋째, 인출학습 중에는 전전두엽과 전두엽에서 감마파와 베타파가 활성화되는 것으로 나타났다. 단기기억학습과 암기학습활동 중에는 전두엽에서의 감마파가 활성뇌파로 나타나는 반면 인출학습활동 중에는 작업기억과 같이 전두엽에서 감마파와 동시에 베타파가 활성뇌파로 나타나는 등 서로 다른 뇌파 특성의 차이를 보였다. 이와 같이 각각의 학습활동 중에 나타나는 활성뇌파의 위치에 따른 특징은 뇌기능 영상법에서 밝혀낸 두뇌 기능에 대한 위치와 많은 부분 일치하는 것으로 확인되었으며, 학습활동 중 나타나는 학습자의 활성뇌파의 특징은 학습자 인지학습에 대한 특성 파악을 할 수 있는 과학적이고 실증적인 방법을 제공한 점에서 큰 의의가 있다. 이에 본 연구를 바탕으로 한 학술적이고 실용적인 학교현장에서의 적용사례를 제언하였다.
Abstract
This study seeks to explore features of the cognitive process that emerge during learners’ learning activities by utilizing electroencephalogram(EEG). To this end, 54 right-handed students were selected at random and participated in experimental tests. The participants had no history of mental illness or learning disability. Students received EEG tests during short-term visual and auditory memory-learning, working-memory-learning, memorization and retrieval-learning activities adapted from pre-developed tests. The data collected were statistically processed by the EEG analysis program and SPSS program using paired t-tests. The main results of this work are as follows: First, the features of active brain waves during visual and auditory short-term memory learning are the frontal-parietal networks, and the features of active brain waves during auditory short-term memory learning are the frontal-parietal-lateral networks. Gamma waves in the frontal lobe were shown to be activated during memory activities such as short-term visual- and auditory-memory, working-memory, and memorization learning. Second, gamma and beta waves were shown to be activated simultaneously in the frontal lobe, unlike in short-term visual and auditory memory and memorization learning. Third, gamma and beta waves were found to be active in the frontal pole and frontal lobes during retrieval learning. Gamma waves in the frontal lobe appeared to be active during short-term-memory and memorization learning activities, while beta waves appeared to be active in the frontal lobe at the same time as working memory. Therefore, the location of active brain waves during each learning activity was found to be in line with the location of brain functions identified in brain function imaging, and the characteristics of active brain waves during learning activities are significant in that they provide scientific and empirical methods to understand learners’ cognitive learning. Additionally, practical proposals were suggested to apply the results in academic and school settings.
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