시각 정보가 노인 여성의 자세 조절 중 근 활성도 및 근육 간 코히런스에 미치는 영향

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

ABSTRACT
Effects of Visual Deprivation on Muscle Activity
and Intermuscular Coherence in Older Women

by Jimin Kim
Division of Sports Medicine & Science
Graduate School of Physical Education, Kyung Hee University
(Advised by Prof. Hyunchul Jung, Ph.D.)

Human postural control is a complex function achieved through the integration of multiple sensory inputs and neuromuscular regulation. With aging, declines in sensory feedback and the ability to regulate muscle activity increase dependence on visual information and make it more difficult to maintain balance. In particular, there is a lack of electromyography (EMG)-based studies that quantitatively compare postural control strategies between older and young adults under conditions of visual deprivation. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effects of visual deprivation on postural performance, trunk and lower-limb muscle activity, EMG frequency characteristics, and intermuscular coherence in young and older women.
Participants were 20 older women (age: 66.6 years, height: 155.5 cm, body weight: 57.9 kg, body mass index: 24.0 kg/m², body fat percentage: 33.3%) and 17 young women (age: 23.5 years, height: 161.0 cm, body weight: 53.8 kg, body mass index: 20.8 kg/m², body fat percentage: 29.4%) residing in Y City, Gyeonggi-do, South Korea. The participants performed tandem stance and single-leg stance tasks under eye-open and eye-closed conditions, while surface EMG signals were recorded bilaterally from 26 trunk and lower-limb muscles. EMG amplitudes were normalized to the percentage of maximal voluntary isometric contraction (%MVIC), and power in the 0–15 Hz, 15–30 Hz, and 30–60 Hz frequency bands, as well as intermuscular coherence between muscle pairs, were calculated. Differences according to group (older vs. young) and visual condition (eye-open vs. eye-closed) were analyzed, with the level of statistical significance set at p < 0.05.
In both tasks, stance time was significantly reduced under eye-closed compared with eye-open conditions, and in single-leg stance, older women exhibited shorter stance times than young women, indicating more pronounced balance impairment under visual deprivation. Regarding EMG amplitude and frequency characteristics, visual deprivation and increased task difficulty led to increases in %MVIC and low-, mid-, and high-frequency power in the abdominal, lumbar, thigh, and shank segments in both groups, with these increases being more extensive and pronounced in older women. In some segments, significant group × visual condition interactions were observed, such that under visual deprivation older women showed higher muscle activity in the lumbar and lower-limb segments than young women.
Intermuscular coherence analysis revealed frequency bands exceeding the threshold primarily in hip–thigh and thigh–shank muscle pairs. As visual input was removed or task difficulty increased to single-leg stance, older women exhibited expanded coherence not only in the low-frequency band but also in the beta and high-frequency bands, and greater coherence magnitude in the same muscle pairs compared with young women.
These findings suggest that, under conditions of visual deprivation, older women recruit greater muscle activity and more pronounced local intermuscular synchronization than young women to maintain postural stability, relying particularly on compensatory strategies centered on the hip and lower-limb segments. Future research should include men and a broader range of age groups to clarify age- and sex-related differences in postural control strategies, and incorporate dynamic tasks such as walking and turning to further explore balance control in ecologically valid situations. In addition, to improve balance in older adults with high visual dependence, postural control training that includes visual deprivation tasks, together with exercise interventions that facilitate efficient coordination between the trunk and lower limbs, may be necessary.
Keywords: visual deprivation; postural control; tandem stance; single-leg stance; muscle activity; intermuscular coherence

국문 초록 (Abstract)

시각 정보가 노인 여성의 자세 조절 중 근 활성도 및 근육 간 코히런스에 미치는 영향

경희대학교 체육대학원 스포츠의·과학 전공 김 지 민
지도교수 정 현 철

인간의 자세 제어는 다양한 감각 정보와 신경근 조절이 통합되어 이루어지는 복합적 기능으로, 노화에 따라 감각 피드백과 근 활성 조절 능력이 저하되면 시각 정보에 대한 의존도가 증가하고 균형 유지가 어려워진다. 특히 시각이 제한된 상황에서 노인의 자세 제어 전략과 젊은 성인과의 차이를 근전도 기반으로 정량화한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 시각 제한이 젊은 여성과 노인 여성의 자세 제어 수행능력, 하지 및 체간 근 활성도, 주파수 특성, 그리고 근육 간 코히런스에 미치는 영향을 규명하기 위해 수행되었다. 연구 대상자는 경기도 Y시에 거주하는 노인 여성 20명(나이: 66.6세, 신장: 155.5 cm, 체중: 57.9 kg, 체질량지수: 24.0 kg·m-², 체지방률: 33.3%)과 젊은 여성 17명(나이: 23.5세, 신장: 161.0 cm, 체중: 53.8 kg, 체질량지수: 20.8 kg·m-², 체지방률: 29.4%)으로 구성되었다. 대상자는 텐덤 서기와 한 다리 중심 서기 과제를 눈을 뜬 상태(eye-open)와 눈을 감은 상태(eye-closed)에서 수행하였으며, 체간과 하지의 양측 26개 근육에서 표면 근전도 신호를 수집하였다. 근전도 진폭은 최대 자발적 등척성 수축 시 측정된 값으로 상대화하였고, 0–15 Hz, 15 –30 Hz, 30–60 Hz 대역으로 구분한 파워와 근육 쌍 간 코히런스를 산출하였다. 집단(노 인 vs. 젊은)과 시각 조건(eye-open vs. eye-closed)에 따른 차이를 분석하였으며, 유의수 준은 .05로 설정하였다. 두 과제 모두에서 시각이 차단되었을 때 유지 시간이 유의하게 감소하였고, 특히 한 다리 중심 서기에서 노인 여성은 젊은 여성에 비해 더 짧은 유지 시간을 보여 시각 제 한 시 균형 능력 저하가 두드러졌다. 근전도 진폭과 주파수 특성에서는 시각 제한과 과 제 난이도 증가에 따라 두 집단 모두 복부, 요부, 대퇴, 정강이 분절에서 %MVIC와 저주 파 및 중·고주파 파워가 증가하였으며, 노인 여성에서 이러한 증가가 더 광범위하고 뚜렷하게 나타났다. 일부 분절에서는 집단×시각 조건 상호작용이 유의하여, 시각 제한 시 요부와 하지 분절에서 노인 여성의 근 활성도가 젊은 여성보다 높게 나타나는 패턴 을 보였다. 근육 간 코히런스 분석에서는 주로 고관절–대퇴, 대퇴–정강이 근육 쌍에서 임계값을 초과하는 대역이 관찰되었고, 시각이 차단되거나 한 다리 중심 서기로 과제 난이도가 높아질수록 노인 여성에서 저주파 대역뿐 아니라 베타 및 고주파 대역까지 코히런스가 확장되며, 같은 근육 쌍에서 젊은 여성보다 더 큰 크기의 코히런스를 보였다. 이러한 결과는 시각 정보가 제한된 상황에서 노인 여성이 자세 안정성을 확보하기 위 해 젊은 여성보다 더 큰 근 활성과 국소적인 근육 간 동기화를 보이며, 특히 고관절과 하지 분절에 의존하는 보상 전략을 사용함을 시사한다. 향후 연구에서는 남성과 다양한 연령층을 포함하여 연령·성별에 따른 자세 제어 전략의 차이를 규명하고, 보행이나 방 향 전환과 같은 동적 과제를 적용함으로써 실제 일상 상황에서 나타나는 균형 조절 특 성을 추가로 탐색할 필요가 있다. 또한 시각 의존도가 높은 노인의 균형 능력을 향상시 키기 위해서 시각 제한 과제를 포함한 자세 제어 훈련과 체간과 하지 분절의 효율적인 협응을 촉진하는 운동 중재가 필요할 것으로 사료된다. 주요어 시각 정보, 자세 제어, 텐덤 서기, 한다리 서기, 근 활성도, 근육 간 코히런스

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 1
• 1. 연구의 필요성 1
• 2. 연구의 목적 7
• 3. 연구의 가설 7
• 4. 연구의 제한점 8
• II. 연구 방법 9
• 1. 연구 대상자 9
• 2. 연구 추진 일정 12
• 3. 연구 절차 13
• 4. 측정 항목 및 도구 16
• 5. 측정 방법 및 절차 17
• 6. 자료 처리 방법 22
• Ⅲ. 연구 결과 25
• 1. 시각 조건에 따른 자세 제어 과제 수행능력의 변화 25
• 2. 시각 조건에 따른 근활성도 변화 양상과 집단 간 차이 27
• 3. 시각 조건에 따른 근전도 파워 스펙트럼 특성의 변화 38
• 4. 시각 조건에 따른 주파수 대역 별 파워 분포의 변화 42
• 5. 시각 조건에 따른 근육 간 코히런스의 변화 49
• Ⅳ. 논의 53
• 1. 시각 제한에 따른 자세 제어 수행 특성 53
• 2. 근전도 진폭과 주파수 특성에서 나타난 연령별 차이 54
• 3. 근육 간 코히런스와 근육 네트워크 관점에서의 조절 전략 56
• 4. 통합적 해석과 인간 자세 제어 메커니즘에 대한 시사점 57
• 5. 학술적 의의, 한계 및 향후 연구 과제 58
• Ⅴ. 결론 60
• 참고문헌 62
• ABSTRACT 72