수감각과 공간능력 과제 수행 시 나타나는 뇌파의 상대파워 스펙트럼 분석

• 영문명: Relative Spectral Power Analysis of EEG Activity during Actions Involving Number Sense and Spatial Ability
• 발행기관: 대한수학교육학회
• 저자명: 김지선(Ji Sun Kim)
• 간행물 정보: 『수학교육학연구』제29권 4호, 805~829쪽, 전체 25쪽
• 주제분류: 사회과학 > 교육학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2019.11.30

국문 초록

수감각과 공간능력은 수학적 능력을 구성하는 중요한 요소이다. 최근 뇌 영상기법을 통해 수감각과 공간능력을 두뇌의 어느 부위에서 처리하는지 규명하려는 노력을 하고 있다. 본 연구에서는 EEG를 사용해서 수감각 과제와 공간능력 과제를 수행하는 동안 나타나는 뇌파의 활성화를 뇌 영역별로 각 파장대에 대해 상대파워 스펙트럼 분석을 실시하였다. 그 결과 수감각(NS) 과제와 공간능력(SA) 과제 각각의 평균에 대한 차이는 나타나지 않았지만, 문제 유형 각각에 대해서는 유의미한 차이를 보이기도 하였다. 세타파 분석 결과 수감각과제2(NS2)에 대한 세타파가 수감각과제3(NS3) 보다 높았다. 알파파의 경우 두뇌 영역별, 과제 유형별 모두 유의미한 차이를 보이지 않았다. 베타파의 경우 공간능력과제1(SA1)이 공간능력과제2(SA2) 보다 더 높았는데 이는 과제가 친숙해진 효과로 해석할 수 있다. 베타파는 두 유형의 과제에서 우측 두정엽 부위가 활성화되는 경향을 보였는데, 이 부위가 수감각과 공간능력에 관여하는 곳이다. 감마파의 경우 NS3이 NS2와 공간능력과제3(SA3) 보다 활성화가 더 컸고, 우측 두정엽이 다른 부위에 비해 유의미하게 활성화되었다. 뇌파 분석을 통해 동일한 유형의 과제라도 뇌파의 활성화가 동일하지 않음을 확인하였고, 이는 학생들이 수학학습에서 보이는 어려움을 인지신경학적으로 접근하여 해결 방법에 대한 기초를 제공할 수 있을 것이다.

영문 초록

Number sense and spatial ability are key components of mathematical abilities. Of late, brain imaging techniques have been used with the aim of identifying definite areas of the brain responsible for processing number sense and spatial ability. The current study analyzes brain waves that are activated while the subjects are performing number sense and spatial ability tasks. Particularly, each band of brainwave captured by electroencephalography (EEG) is assessed using relative spectral power analysis. The results did not highlight the differences between the average values obtained for the number sense tasks and spatial ability tasks; however, there were statistically significant differences in values for various subtypes of the task problems. In the case of theta wave analysis, number sense task 2(NS2) was found to cause more intense theta wave than number sense task 3(NS3). Conversely, alpha wave did now show significant differences in activity levels for the different brain areas and task types. Task spatial ability task 1(SA1) caused a higher beta wave activity compared to spatial ability task 2(SA2), which in the current study is interpreted as the effect of the subjects having become more familiar with the tasks. In regards to the two types of tasks, beta wave tended to be activated more in the right parietal lobe, which is associated with number sense and spatial ability. Gamma wave was more activated by NS3 than by NS2 and spatial ability task 3(SA3), and resulted to the right parietal lobe being more activated. The EEG analysis demonstrated that the same type of tasks does not activate brain waves to an equal extent. The results of the current study may be used to initiate a neurocognitive approach to research on the challenges that the students experience when learning mathematics, thereby building a foundation for solving this problem.

키워드

Number Sense Spatial Ability EEG Relative power Spectral analysis 수감각 공간능력 상대파워 스펙트럼 분석