We investigated the effect of central and peripheral roll rotational visual cues on postural sway and tilt perception. Subjects participated in three test sessions that consisted of three visual stimulus trials: 1) central only; 2) peripheral only1; and 3) both central and peripheral visual stimulus trials. In each session, subjects stood on a force platform with their arms crossed on their chest. Subjects were instructed to maintain upright posture in response to visual stimulus applied by three 19 inch LCD monitors located in front and either side of the subject. Computer-controlled sinusoidal visual stimulus provided randomly ordered roll rotational cues with peak velocity of 13.2 deg/sec over the stimulus frequency ranging from 0.01 Hz to 0.7 Hz. Trials for the stimulus frequency from 0.05 to 0.7 Hz lasted for 3 minutes, while those for lower stimulus frequency such as 0.02 and 0.01 Hz lasted for 5 and 7 minutes, respectively. While maintaining upright posture, subjects performed somatosensory bar task to indicate their perceived roll tilt. Center of pressure trajectories were measured using force platform and analyzed to obtain frequency response function. Results showed that for most of the subjects roll rotational vection started within 20 seconds after onset of visual stimulus, and lasted throughout the trials. Roll tilt perception and center of pressure trajectories were in phase with the stimulus. The magnitude of postural sway decreased as a function of frequency, showing more precipitous decrease for the stimulus frequency over 0.1 Hz. Both tilt perception and postural sway were significantly reduced for central visual stimulus only trials, while no significant change was observed between peripheral only and both central and peripheral visual stimulus trials. The results imply that peripheral vision dominates visually induced postural sway and tilt perception.
자세유지는 우리의 기본적인 일상생활이지만 실제로 이 과정은 여러 가지의 감각신호를 통합 및 처리해야 하는 복잡한 과정이다. 사람은 움직임을 크게 3가지의 감각기관을 통해 감지한다. 눈으로부터 선형 속도와 회전 속도를 얻고, 내의에 위치한 전정기관들을 통해 선형 가속도와 회전 속도를 측정하며, 그리고 각 관절에 위치한 근방추(muscle spindle)를 통해 관절 간의 상대적인 각도를 얻는다. 각 감각기관에서 얻어진 신호들은 중추신경계로 보내지게 되고 어떤 일련의 과정을 거쳐 사람은 움직임을 인지하게 된다. 하지만 인체자세 제어과정에서 신호들이 어떤 과정을 통해 통합되는지에 대해서는 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 감각신호통합과정을 연구하기 위한 기반연구로써 시각자극이 인체자세응답에 미치는 영향을 알아보았다.
실험과정은 중심시야(central vision)와 주변시야(peripheral vision)가 인체자세에 어떤 영향을 주는지를 확인하기 위해 중심시야만으로 자극을 가한 경우, 주변시야만으로 자극을 가한 경우, 그리고 중심시야와 주변시야에서 모두 자극을 가한 경우와 같이 총 3개의 실험세트로 구성되었다. 각각의 실험세트는 자극 주파수가 인체자세에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.01 Hz에서 0.7 Hz까지 총 8개의 다른 주파수를 갖는 세부실험으로 나뉘어진다. 이와 같은 자극에 대한 피험자의 응답을 측정하기 위해서 힘판(force plate)과 회전 가능한 막대 (somatosensory bar)가 이용되었다. 힘판으로 3축의 힘과 토크를 측정하여 피험자의 실제 움직임을 측정할 수 있었고, 인지막대를 이용하여 피험자가 느끼는 자극의 강도가 얼마나 되는지를 알 수 있었다. 총 6명의 피험자를 대상으로 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 빔프로젝터나 CAVE 시스템과 같은 큰 영상장비를 이용한 기존의 연구들과 달리 19인치 LCD 모니터 3개를 이용하여 제작되었고, 상대적으로 작은 영상장비만으로도 충분한 인체자세응답을 유발시킬 수 있었다. 자극 주파수가 커질수록 시각으로 유발된 인체 움직임과 자극 지각도의 크기는 줄어드는 저역 통과 필터링(low-pass filtering) 특성을 나타내었다. 중심시야와 주변시야의 영향을 살펴본 결과, 인체 움직임과 자극 지각도에 주변시야의 자극이 중심시야에 비해 주도적인 영향을 끼친다는 것을 확인하였다. 또한 대부분의 실험에서 주변시야만으로 자극을 가한 경우가 중심시야와 주변시야 모두에서 자극을 가한 경우보다 더 큰 응답을 유발하였다. 이는 sensory weighting model을 통해 설명할 수 있다. 주변시야만 있는 경우에는 상대적으로 큰 전달계수를 갖는 주변시야의 가중치가 극대화되어 큰 응답을 유발하지만, 중심과 주변시야 모두에서 자극을 가한 경우에서는 중심시야 자극이 있음에 따라 주변시야의 가중치가 하락하여 상대적으로 작은 응답이 유발되었다고 결론지었다. 향후에는 본 연구에서 얻은 시각신호의 특성과 신체의 동특성을 기반으로 internal model을 사용하는 시각유발 인체자세응답에 대한 모델을 제시하고자 한다.
