1. 연구의 필요성

청소년기는 아동기에서 성인기로 이행하는 과도기이며, 미성숙한 시기이다. 생물학적 뇌 발달 관점에서는 시냅스가 형성되는 초기청소년기와 시냅스의 선택적 성장이나 제거로 뇌신경망이 불안정한 후기청소년기로 구분하였다[1, 2]. 후기청소년기는 환경적인 변화가 많아 안정적이지 못하며 스트레스에 대한 생물학적 민감성도 매우 높은 시기이다[3]. 2016년 통계청 자료에 따르면 후기청소년의 46.2%가 진로, 학교, 가정생활 전반에서 스트레스를 인지하고 있었다[4]. 스트레스원에 대한 부적절한 대처 및 반응은 정신건강을 위협하며 일탈행동, 사회적 문제를 유발하므로[3, 5], 이를 위한 중재가 필요하다.

스트레스는 시상하부-뇌하수체-부신 축과 자율신경계 항진에 작용하여 항상성 불균형과 신체적, 정서심리적 스트레스 반응을 야기한다[3, 5, 6]. 인간은 스트레스원에 반응하는 내부 환경을 안정 상태로 유지하기 위해서 신체적 스트레스 반응인 심박변이도, 피부전도 반응[3]과 정서심리적 스트레스 반응인 적대감, 괴로움, 우울, 불안 등을 자기조절한다[5, 6]. 그러나 인간은 지속적으로 스트레스원에 노출되면 자기조절 기제를 작동시키지 못하며, 이는 체내의 영구적인 손상을 야기한다. 자기조절은 심신건강분야와 심리신경면역학 분야에서 핵심되는 견해이다[6]. 자기조절은 전두엽 피질의 사고, 감정, 충동, 생리적 반응을 담당하는 피질하부와 자율신경계를 잘 통제할때 성공적으로 이루어진다. 그러므로 스트레스에 대한 뇌 항상성 자기조절 능력을 강화할 필요가 있다.

뉴로피드백 훈련은 뇌파를 이용한 바이오피드백 훈련으로 스트레스에 대한 뇌의 항상성 조절능력을 강화시키는 중재방법이다[7]. 뉴로피드백 훈련은 Skinner의 조작적 조건화와 Pavlov의 고전적 조건화를 바탕으로 반복적 보상에 의한 뇌의 생리적 변화를 유도한다. 대상자의 뇌파를 실시간으로 파악하고, 특정 뇌파가 목표수준에 도달하면 시각·청각 피드백을 제공하여 대상자 스스로 자기조절 전략을 학습하는 원리이다[8]. 뉴로피드백 훈련이 간질환자 치료에 효과적으로 증명된 후부터 우울증과 불안장애[9], 강박증[10], 스트레스[11, 12] 등과 같이 다양한 병리적 질환에서 중재효과를 보이고 있다.

비칩습적이고 비약물적 중재인 뉴로피드백 훈련의 반복 학습은 스트레스 상황에서의 발생하는 비정상적 뇌파를 교정하여 스트레스 반응을 안정화시킬 수 있다[7]. 뉴로피드백 훈련은 게임 형식으로 되어있어 흥미를 유발하고, 설치와 휴대가 간편하여 장소에 구애받지 않고 효율적으로 대상자를 훈련시킬 수 있는 중재이다[8]. 특히 뉴로피드백 훈련은 유아부터 노인까지 다양한 연령대의 대상에게 적용되며, 뉴로피드백 훈련 연구에 대한 메타분석 결과 전연령대에서 중간 이상의 효과크기가 나타났으며, 성인보다 청소년 대상에서 더 큰 효과가 있음을 고려할 때[7], 후기청소년의 스트레스 반응과 자기조절을 위한 전략으로 뉴로피드백 훈련을 적용하는 것은 효과적일 것이다. 그러나 지금까지 스트레스 반응에 대한 간호중재는 주로 심리요법, 운동요법, 정신사회적 중재가 대부분이었으며[3], 신체적 반응을 객관화하여 측정하고, 반응의 작용기전인 뇌 기반의 간호중재는 거의 이루어지지 않았다.

이에 본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 Brain-Mind-Body 기반의 뉴로피드백 훈련을 개발하여 후기청소년의 신체적, 정서심리적 스트레스 반응과 자기조절에 대한 효과를 확인하였다. 나아가 본 연구를 통해 지역사회와 임상실무 현장에서 활용할 수 있는 효과적인 스트레스 중재전략에 대한 학문적 근거를 마련하고자 한다.

2. 연구의 개념적 기틀

본 연구는 후기청소년의 신체적, 정서심리적 스트레스 반응과 자기조절을 향상시키기 위하여 Selye의 일반적응증후군(General Adaptation Syndrome [GAS]) 모델[13]과 심신의학(Body-Mind Medicine) 모델[14]에서 자기조절 개념을 융합하여 개념적 기틀을 구축하였다.

일반적응증후군 모델에서 유기체는 스트레스원에 대해 뇌신경학적 변화를 통하여 항상성을 조절한다[3, 13]. 일반적응증후군 모델의 첫 단계인 경고반응(alarm reaction)에서 스트레스에 대한 최초의 투쟁-도피 반응으로 교감신경계가 활성화되어 심박변이도와 피부전도에 변화가 발생한다. 그 후 정상수준으로 되돌아가기 위해 조직의 방어를 활성화하는 내적 반응의 두 번째 단계인 저항단계(resistance stage)로 넘어가며, 지속적인 스트레스로 항상성을 회복하지 못할 경우 조직의 방어를 중단하는 신체화장애 및 정신질환이 일어나는 소진단계(exhaustion stage)로 진행된다[3, 13]. 심신의학 모델은 인간의 마음과 신체를 통합된 하나로 간주하여 스스로 치유할 수 있다는 자기치유를 강조한다[6, 14]. 심신의학에서 생각과 마음의 자기조절은 생물학적 원리의 기능으로, 정신생리학적 변화에서부터 심리신경면역, 심신이완훈련, 바이오피드백, 인지행동치료 영역까지 연결되어 있는 생리적 항상성(homeostasis) 유지를 위한 자동방어 반응의 자기조절 기제이다.

본 연구에서는 일반적응증후군 모델과 심신의학 모델에서 나타나는 신체적, 정서심리적 스트레스 반응에 대한 자기조절능력을 향상하기 위해 High beta파와 Theta파의 억제, Sensory Motor Rhythm(SMR)파를 강화하는 뉴로피드백 훈련을 시도한다. 신체적 스트레스 반응에 대해서는 일반적응증후군 모델을 적용하였으며, 경고반응 단계에서 신체적 반응이 나타났을 때 뉴로피드백 훈련을 제공하여 조절능력을 향상시킨다면 조직의 방어를 활성화하는 저항단계를 유지 시키고 질환이 나타나는 소진단계로 진행되지 않을 것이다. 정서심리적 스트레스 반응에 대해서는 심신의학모델을 적용하였다. 뉴로피드백 훈련이 뇌에 영향을 준다면 뇌 기능, 정서, 심리의 복합체인 마음 그리고 신체의 연결체계(Brain-Mind-Body)에 의해 마음과 신체건강이 증진될 것이다. 뇌는 경험과 학습에 의해 스스로 신경망을 발달시키는 가소성(plasticity)과 신경세포 생성(neurogenesis)이라는 특성[8]을 가지므로 뉴로피드백 훈련은 스트레스 반응에 대한 자기조절(self-regulation) 강화가 가능하다.

따라서 본 연구에서는 일반적응증후군 모델과 심신의학 모델을 기반으로 스트레스에 대한 신체적 반응인 심박동변이와 피부전도 수준, 정서심리적 반응인 정적·부적 정서, 정신증상의 안정화, 자기조절인 자기조절양식과 의지적 억제양식에 뉴로피드백 훈련이 미치는 효과를 확인하기 위해 실시되었다(Figure 1A).

Figure 1
(A) Conceptual framework of this study. (B) Process contents of neurofeedback training.

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3. 연구 목적 및 가설

본 연구의 목적은 후기청소년을 대상으로 뇌과학적 접근의 뉴로피드백 훈련을 적용한 후 신체·정서·정신심리적 스트레스 반응과 자기조절에 대한 효과를 검증하기 위함이다. 연구목적을 달성하기 위한 구체적인 가설은 다음과 같다.

가설 1. 뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 신체적 스트레스 반응인 심박변이도가 높아질 것이다.

가설 2. 뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 신체적 스트레스 반응인 피부전도 수준이 낮아질 것이다.

가설 3. 뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 정서적 스트레스 반응이 낮아질 것이다.

가설 4. 뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 정신심리적 스트레스 반응이 낮아질 것이다.

가설 5. 뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 자기조절 능력이 높아질 것이다.

1. 연구 설계

본 연구는 뉴로피드백 훈련이 후기청소년의 신체적, 정서심리적 스트레스 반응과 자기조절에 미치는 효과를 파악하기 위한 비동등성 대조군 사전 사후 실험설계(nonequivalent control-group pretest-posttest design)의 유사실험연구이다.

2. 연구대상

본 연구의 대상자는 D시, K시, Y시 세 개의 지역 내의 학교에 재학 중인 후기청소년으로 본 연구 취지와 목적을 이해하고 참여에 동의한 자이다. 대상자 제외기준으로는 뇌파에 영향을 미치는 항경련제 및 진정제, 자극제와 같은 향정신 약물을 복용하는 자, 뇌손상이나 사고의 손상이 있는 자, 시각적 감각 손실이 있는 자, 심혈관질환 및 정신질환 문제로 진단을 받은 자, 또는 현재 스트레스 관리 훈련을 받고 있거나 수면장애가 있는 자로 하였다. 대상자 수는 G*power 3.1.6를 사용하여 양측검정, 유의수준 α=.05, 효과크기 0.68, 검정력 .80으로 independent t-test를 실시할 때 필요한 최소 표본 크기를 산출하였다. 효과크기는 Cheong 등[7]의 뉴로피드백 훈련의 효과에 대한 메타분석의 결과를 근거로 설정하였다. 그 결과 한 군당 필요한 최소 표본 수는 35명이었으며 실험처치 동안의 중도 탈락률을 15.0% 이내로 고려하여 실험군 41명, 대조군 41명으로 최소 총 82명이 되도록 편의표집하였다.

모집공고를 통해 참여를 원하는 86명 중에서 수면문제를 호소하는 2명, 스트레스로 인해 상담을 받고 있는 1명이 대상자 제외기준에 해당되어 제외되었다. 또한 실험처치 전 심리적 변화로 연구 참여를 거절한 1명이 제외되어 최종 실험군 41명, 대조군 41명으로 할당되었다. 본 연구에서 시행하는 뉴로피드백 훈련은 개별적인 접근방식으로 중도 탈락자가 발생하지 않았으나 설문조사에서 누락된 항목이 있어 실험군과 대조군에서 각각 2명씩 제외하여 최종적으로 실험군 39명, 대조군 39명으로 총 78명이 연구에 참여하였다(Figure 2).

Figure 2
Research flow diagram.

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3. 연구의 윤리적 고려

본 연구는 윤리적․ 과학적 타당성을 검증받고 참여자의 인권을 보장하기 위하여 연구자가 속해 있는 대학교 생명윤리심의위원회 승인(IRB No. KNU 2016-0116)을 받은 후 진행하였다. 연구의 대상자에게 연구의 목적과 방법에 대해 충분한 설명 후 자발적으로 참여에 동의한 학생을 대상으로 진행하였으며 수집된 자료는 연구 목적 이외에는 사용하지 않을 것을 설명하였다. 또한 뉴로피드백 훈련이 비침습적인 중재로 안전한 방법이며 자율적으로 참여 및 중단이 가능함을 알렸다. 미성년자인 경우 미성년자와 부모 혹은 법정대리인에게, 만 19세 이상인 경우 본인에게 서면과 구두로 동의서를 받은 후 시행하였으며 연구에 참여한 모든 대상자에게 소정의 선물을 제공하였다. 연구가 종결된 이후에 대조군이 원할 경우 실험군에게 제공한 동일한 실험처치를 제공하였다. 효과적인 훈련을 구성하기 위해 연구팀은 바이오피드백 국제자격증협회(Biofeedback Certification International Alliance [BCIA])의 미국기관으로부터 멘토링, 국제 전문가교육 및 컨퍼런스 과정을 거쳐 지식과 기술을 습득하였다. 연구책임자인 간호학 교수는 BCIA로부터 국제인증 대학의 전문건강관리 영역에서 학위와 교육코스 과정을 인정받았으며, 국제 전문자격증을 취득한 전문가로 부터 자격증을 받기 위한 기본 교육, 감독과 멘토링 61시간을 받았고, 뉴로피드백 훈련 110회기 시행 후 이에 대한 케이스 컨퍼런스 발표 및 토의 10시간, 필기시험 과정을 거쳐 국제 전문자격증(Certificate #: E5869)을 취득한 후 본 연구를 진행하였다.

4. 연구도구

본 연구에서 사용된 모든 도구는 도구 사용에 대한 승인을 받거나 구매한 후 사용하였다.

5. 자료수집방법

본 연구 대상자는 청소년 기본법 제 3조 1항에 의거하여 8~24세의 청소년을 기준으로 하였으며 청소년기에서 뇌신경학적 변화가 많아 불안정한 후기청소년(14~24세)을 대상으로 편의표집하였다. 자료수집 기간은 2016년 10월 24일부터 2016년 11월 30일까지로 D시, K시, Y시 3지역에서 이루어졌다. 중간고사와 기말고사 기간을 고려하여 실험군, 대조군의 자료는 3지역에서 모두 동일한 시점에 수집되었다. 학교는 학교장, 보건교사, 상담교사, 학과장에게, 지역정신건강복지센터의 경우 센터가 지역학교로 모집공고문을 게시하여 지원한 학교의 학교장, 보건교사에게 연구에 대해 설명한 후 동의서를 받았다.

자료수집의 일관성을 유지하기 위하여 실험군과 대조군의 사전과 사후 동일한 설문지가 동일한 기간을 두고 수거되었다. 실험처치의 확산을 방지하기 위하여 실험군과 대조군을 다른 학교에서 모집하였으며 연구참여에 대한 정보를 알리지 않았다. 또한 외생변수를 통제하기 위하여 본 프로그램에 참여하는 동안 타 중재에 참여하지 않도록 하였으며, 장소는 매 중재마다 동일하게 진행하였다. 생체지표 값의 신뢰성을 높이기 위하여 Review/Report 과정을 통해 대상자 모두의 심박변이도와 피부전도수준에서 artifact를 제거하였고 중재 시간과 장소를 동일하게 하여 환경 변화를 줄였다.

신체적 스트레스반응을 측정하기 위해 소음과 과도한 전파 흐름이 없는 조용한 환경을 조성하고, 실내온도가 24~26℃의 일정한 장소에서 생체지표인 심박변이도와 피부전도 수준을 측정하였다. 생체지표를 측정하는 동안 금속물질을 제거하도록 하였다. 심박변이도는 10분 동안, 피부전도 수준은 5분 동안 비침습적으로 측정하였으며, 피부 감염을 예방하고 정확한 값을 측정하기 위하여 전극을 부착하기 전에 피부를 소독한 후 생체지표를 측정하였다.

6. 연구진행절차

본 연구진행절차는 7단계로 구성되며 구체적인 내용은 다음과 같다.

7. 자료 분석 방법

수집된 자료는 SPSS WIN 24.0 프로그램을 이용하여 통계 처리하였으며 변수의 정규성 확인은 Kolmogorov-Smirnov 검정을 이용하였다. 심박변이도(실험군: Z=0.25, p <.001; 대조군: Z=0.19, p=.003)와 피부전도수준(실험군: Z=0.19, p=.002; 대조군: Z=0.15, p=.025)을 제외하고 나머지 결과변수(Z=0.07~0.15, p=.104~.200)는 정규분포 하였다. 사전 동질성 여부는 Independent t-test와 χ² 및 정규분포하지 않은 변수에 대해서는 Mann-Whitney U 검정을 이용하였다. 도구의 신뢰도는 Cronbach's α를 산출하여 파악하였다. 본 연구의 가설 검정은 Independent sample t-test와 Mann-Whitney U 검정을 이용하여 분석하였다.

1. 일반적 특성 및 변수에 대한 동질성 검정

대상자의 성별, 연령, 종교, 경제상태, 주관적으로 평가한 행위문제 및 물질문제와 주거의 특성은 모두 실험군과 대조군이 동질한 것으로 나타났다. 또한 실험군과 대조군의 스트레스 정도, 신체적 스트레스 반응인 생체지표 중 심박변이도의 심박표준편차(SDNN)와 피부전도 수준(SCL)이 동질한 것으로 나타났다. 정서적 스트레스 반응인 정적정서, 부적정서와 정신심리적 스트레스 반응인 정신증상 체크리스트의 9가지 하위영역은 유의한 차이를 보이지 않아 두 군이 동질한 것으로 나타났다(Table 1).

Table 1
Homogeneity of General Characteristics and Study Variables between Experimental and Control Groups (N=78)

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2. 뉴로피드백 훈련 효과 검증

1) 가설 1 ‘뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 신체적 스트레스 반응인 심박변이도 수준이 높아질 것이다.’는 지지되었다.

심박변이도의 SDNN은 실험군이 사전 80.32ms에서 사후 105.66ms로 25.34ms 증가하였으나 대조군은 92.26ms에서 83.37ms로 8.89ms 감소하였다. 실험 전후 SDNN의 변화량은 실험 군이 대조군보다 유의하게 컸다(Z=−2.09 p=.036) (Table 2).

Table 2
Comparisons of Study Variables between Experimental and Control Groups (N=78)

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2) 가설 2 ‘뉴로피드백 훈련에 참여한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 신체적 스트레스 반응인 피부전도 수준이 낮아질 것이다.’는 지지되었다.

피부전도 수준은 실험군이 사전 1.49uS에서 사후 1.09uS로 0.40uS 감소하였으나 대조군은 1.01uS에서 1.12uS로 0.11uS 증가하였다. 실험 전 후 피부전도수준의 변화량은 실험군이 대조군보다 유의하게 컸다(Z=−2.18 p=.029) (Table 2).

3) 가설 3 ‘뉴로피드백 훈련에 참가한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 정서적 스트레스 반응이 낮아질 것이다.’는 부분적으로 지지되었다.

정적정서 점수는 실험군이 사전 2.45점에서 사후 2.51점으로 0.06점 증가하였고 대조군은 2.58점에서 2.50점으로 0.08점 감소하였으나 실험 전 후 변화량은 두 집단 간에 유의한 차이가 없었다. 한편 실험군의 부적정서 점수는 사전 2.09점에서 1.66점으로 0.43점 감소하였으며, 대조군은 2.03점에서 1.91점으로 0.12점 감소하였다. 실험 후 부적정서 점수가 감소한 정도는 실험군이 대조군보다 유의하게컸다(t=−2.15, p=.036) (Table 2).

4) 가설 4 ‘뉴로피드백 훈련 중재에 참가한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 정신심리적 스트레스 반응이 낮아질 것이다.’ 는 부분적으로 지지되었다.

강박증(Obsessive compulsive [O-C]) 점수는 실험군이 사전 61.37점에서 사후 58.17점으로 3.20점 감소하였으나 대조군은 60.94점에서 62.39점으로 1.45점 증가하여 실험 전 후 강박증 점수의 변화량은 실험군이 대조군보다 유의하게 컸다(t=−2.35, p=.023). 우울증(Depression [DEP]) 점수는 실험군이 사전 60.05점에서 사후 56.21점으로 3.84점 감소하였으나 대조군은 57.08점에서 60.07점으로 2.99점 증가하여 실험 전 후 우울증 점수의 변화량은 실험군이 대조군보다 유의하게 컸다(t=−3.99, p<.001) (Table 2).

5) 가설 5 ‘뉴로피드백 훈련 중재에 참가한 실험군은 참여하지 않은 대조군보다 자기조절 능력이 높아질 것이다.’ 는 부분적으로 지지되었다.

자기조절 양식 점수는 실험군이 사전 2.90점에서 3.50점으로 0.60점 증가하였으며, 대조군은 3.01점에서 3.04점으로 0.03점 증가하여 실험군이 대조군보다 증가정도가 유의하게 컸다(t=3.05, p=.004). 의지적 억제 양식은 실험군이 사전 3.10점에서 사후 2.97점으로 0.13점으로 감소하였고, 대조군은 2.82점에서 3.00점으로 0.18점 증가하였으나 의지적 억제 양식 점수의 변화량은 두 집단 간에 유의한 차이가 없었다(Table 2).