To perceive body movement, nervous system uses multi-sensory cues such as vision, vestibular signals, and somatosensation. Among these multi-sensory modality, previous research reported that pressure sensation from soles and proprioception of leg, that is, lower limb somatosensation are strongly correlated with the perception of motion in standing posture. To determine whether lower limb somatosensory cues contribute to perception of motion in standing posture and which sensation of lower limb plays dominant role, we examined the changes in detection threshold with and without lower limb somatosensory constraints. Six healthy male volunteers (aged 21~ 26 years) were participated. Randomly ordered 33 single sinusoidal acceleration at 0.25Hz with peak magnitude ranged from 0 to 8mG were applied using servo-controlled platform. After each stimulus, subjects reported their perceived direction of motion by pressing hand held buttons. Results showed that reduced lower limb somatosensation significantly increased the perception threshold of linear motion.
Without constraints, mean threshold was 0.82±0.23mG, while it was 1.23±0.35mG with reduced lower limb somatosensation. Moreover, when restrained pressure cues of sole, the threshold more increased than the reduced ankle proprioception condition. The results suggest that without visual cues, perception of the movement direction strongly depends on the lower limb somatosensory information, particularly the cutaneous cues from soles.
사람은 자신의 움직임을 파악하기 위해 눈으로 보는 것 외에도, 귓속에 있는 전정기관이나 근육의 고유감각 등 여러 감각기관을 사용한다. 전정기관은 움직임의 속도 변화를 느끼게 해주고, 고유감각은 자신의 몸이 움직이는 것을 눈으로 굳이 보지 않더라도 알 수 있게 해준다. 이런 감각기관들 중에서 가만히 서있는 상태에서 움직임을 느끼는 데는 하지(下肢)로부터의 체성(體性)감각 신호들이 중요하다는 선행 연구 결과들이 있다. 하지란 발을 포함한 사람의 다리를 뜻하며, 체성감각은 사람의 머리 부분을 제외한 몸으로 느끼는 모든 감각을 지칭한다. 예를 들자면 촉각이나, 따뜻함을 느끼는 감각 등이 있으며 앞서 언급한 고유감각 역시 체성감각의 일종이다. 가만히 서있는 자세에서 하지로부터 얻을 수 있는 체성감각은 몸의 기울기에 따라 발바닥에 가해지는 압력을 느끼는 발바닥의 촉각과, 발목이 꺾이는 정도를 느끼는 발목의 고유감각, 이렇게 두 가지가 있다. 움직임에 대한 지각 능력이 균형을 잡는 능력과 큰 연관이 있다는 연구 결과도 있다. 이런 결과들로 미루어 보아 가만히 서 있을 때, 하지의 체성감각이 움직임을 지각하는데 중요한 역할을 하므로, 균형을 잡는데도 영향을 미칠 것이라 판단할 수 있다. 이처럼 하지의 체성감각이 균형기능에 있어서 중요하다는 사실을 암시하는 연구들은 있으나, 구체적으로 얼마나 중요한지에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 본 연구는 가만히 서 있는 상태에서 하지의 체성감각이 온 몸의 움직임에 대한 지각 능력에 얼마나 큰 영향을 미치는지를 구체적으로 수치화 하여 알아보고자 하였다. 또한, 만약 하지의 체성감각이 실제로 움직임 지각에 큰 영향을 미친다면, 체성감각 중 어떤 것이 더 크게 작용하는지도 파악해 보고자 하였다.
이를 위해 6명의 남학생을 대상으로 다음과 같은 실험을 행하였다. 각 실험 대상(피험자[被驗者])에게 왼쪽 또는 오른쪽으로 움직이는 바닥 위에 눈을 감은 채로 서서 바닥이 움직였을 때 어느 쪽으로 움직였는지 보고하도록 지시하였다. 바닥이 움직이는 속도는 움직였는지를 전혀 느끼지 못할 정도로 느린 속도에서부터, 어느 쪽으로 움직였는지 확연히 알 수 있는 빠른 속도까지 여러 단계로 구성되었다. 하지 체성감각의 영향을 알아보기 위해 아무런 조처도 취하지 않은 조건(CC)과 발바닥의 압력을 느끼는 정도를 줄이기 위해 푹신푹신한 스폰지를 바닥에 설치한 조건(SC), 발목이 꺾이지 못하게 발목에 아대를 착용한 조건(AC), 그리고 바닥 스폰지와 발목 아대를 모두 사용한 조건(LC) 이렇게 네 가지 조건을 수행하였다.
실험 결과 피험자들은 아무런 조처도 하지 않았을 때(CC)에 비해 스폰지와 발목 아대를 사용해 하지 체성감각을 방해했을 때(LC) 약 50% 정도 큰 속도에서 움직임을 제대로 느꼈다. 즉, 하지의 체성감각이 움직임을 지각하는데 중요한 역할을 함을 알 수 있었다. 또한 스폰지만을 사용했을 때가 발목 아대만을 사용했을 때보다 더 큰 속도에서 움직임을 느끼는 것으로 보아 하지의 체성감각 중에서 발바닥에서 느끼는 압력에 대한 촉각이 발목이 꺾이는 정도를 느끼는 고유 감각보다 더 큰 역할을 하는 것으로 판단할 수 있었다. 즉, 하지의 체성감각이 서있는 자세에서 온 몸의 움직임을 느끼는데 큰 역할을 하며, 그 중에서 발바닥의 압력을 느끼는 촉각이 많은 부분을 차지함을 알 수 있다.
움직임을 지각하는 능력과 균형 능력은 서로 큰 연관이 있으므로, 이 연구의 결과들을 응용하면 발바닥의 압력감각을 측정함으로 그 사람의 균형에 대한 능력을 간접적으로 알아볼 수 있는 방법을 개발할 수 있을 것이다. 또한 노년층이나 당뇨병성 신경장애 환자들의 경우 신경이 몸의 제일 끝부분, 즉 발끝부터 무디어지기 때문에 균형을 잘 잡지 못하고 빈번히 넘어지는데, 이러한 환자들의 경우 발바닥의 촉각을 민감하게 해줄 수 있다면 넘어지는 빈도를 크게 줄일 수 있을 것이며, 이에 관련된 연구를 추후 수행하고자 한다.