운동학습과 제어

Motor Learning and Control

김선진 저 대한미디어 (2005)

저자소개

김선진은 서둘대학교 사범대학교와 동대학교 대학원을 졸업하고 여중에서 교사생활을 하다가 미국 일리노이 대학교에서 석사와 박사과정을 마치고 귀국하여 한국 체육과학연구원 선임연구원을 역임하였다.  현재 서울대학교 사범대학 체육교육과 교수이며 스포츠 심리학회 이사이다.

올림픽이 한국에서 개최되면서 스포츠 과학은 급격한 성장과 함께 체육학 전반에 많은 영향을 미쳤다. 초기의 대학체육은 그저 운동을 좋아해서 열심히 하던 사람들 중에 학문적인 관심이나 연고에 의해 교직에 남게 되었으나 올림픽과 함께 스포츠 과학의 발전에 따라 국내에서 우수한 인재들이 체육학을 전공하고 도미하여 선진 스포츠 과학을 학습하고 국내에 보급하였다.  일반적으로 석박사 과정은 원서로 진행되므로 대부분의 교수들은 많은 시간과 노력을 들여서 따로 저서를 출간하지 않는다.  간혹 출판을 하는 경우에는 원서를 번역하는 것이 거의 대부분이다.

그러나 김선진 교수는 단순하게 저서를 번역하지 않고 방대한 자료를 통합하고 정리하여 한국의 상황과 학습자를 고려하여 운동학습과 제어를 저술하였다.

그의 책은 해를 거듭하면서 보완하고 개정하여 후학들에게 학문적인 열정뿐 아니라  스승으로서의 태도와 행위에 있어서도 구체적인 모범을 제시하고 있다.  대만에서 공부하는 동안에 영어 원서를 읽고 중국어 보고서를 작성하며 겪었던 고충을 생각하며 그의 저서가 공부기간 내내 많은 도움을 주었음을 항상 기억한다.  후학으로서 훌륭한 선배에게 감사와 경의를 표한다.

내 마음에 무찔러 들어온 글귀

머리말

체육을 전공으로 하는 사람들은 운동기술의 원리와 그 적용에 많은 관심을 갖고 있는 것이 사실이다. 그러나 대부분의 체육 전공자들은 운동기술을 이해하는 데에 자신의 주관적인 경험에 의존하는 경향이 있다.

사회에서 필요로 하는 체육교사나 생활체육 및 경기 지도자들에게 요구되는 중요한 부분의 하나가 바로 인간의 움직임 이론을 바탕으로 한 정보를 학습자에게 제공하는 것이다.

움직임의 이론이란 어떻게 신체 운동을 제어하고 학습하는가 하는 문제를 말한다. 이러한 운동제어와 학습의 연구에서는 인간의 매우 복잡한 운동을 다루고 있기 때문에 신경생리적, 역학적 기초 자료와 인지 심리학적인 연구 결과 등 다양한 영역의 내용을 바탕으로 하여 운동행동(Motor behavior , 또는  movement science)  을 주 분석 대상으로 한다.

현대 과학의 급진적인 발달은 인간 운동과학(human movement science) 에 대한 연구의 폭과 깊이를 더해주는 계기가 되고 있다. 이러한 변화는 여러 학문적 영역들이 함께 공동의 문제를 해결하는 학제간 연구의 활성화로 이어지고 있다. 특히 인간의 감각운동에 대한 기능의 규명과 켬퓨터의 발달은 인간의 운동학습과 제어 또는 재활학습에 새로운 방향을 제시하고 있다.

운동기술의 개념 및 분류

p4

우리는 스포츠 현장에서 멋진 묘기를 선보이거나 각종 산업활동에서 작업을 신속하고 완벽하게 처리하는 사람들을 많이 보게 된다. 이렇게 능숙한 신체의 움직임을 곧 기술(skill) 이란 용어로 표현할 수 있다.

운동제어와 학습 분야는 다양한 기술 중에서 운동기술에 초점을 맞추어 연구하는 영역이다.

운동기술(motor skill)은 목적을 달성하기 위한 수의적이고 효율적인 신체의 움직임을 기 기본으로 한다. 이러한 운동기술에는, 걷기, 글쓰기, 말하기 등과 같은 일상 생활에서 수행하고 있는 많은 동작뿐만 아니라 테니스, 농구, 축구, 드오가 같은 스포츠 장면에서 수행하게되는 복잡한 운동 동작 등이 포함된다.

p5

운동기술은 다음과 같은 조건에 부합되어야 한다.

첫째, 운동기술은 기술과 관련된 동작의 특정한 목적을 가져야 하며 반드시 수의적인 운동이어야 한다. 반사(feflex) 행동은 비록 그 동작에 목적이 있을지라도 수의적인 운동이 아니기 때문에 운동기술이라고 할 수 없다.

둘째, 운동기술은 행동의 목적을 달성하기 위하여 신체 또는 사지의 움직임이 반드시 있어야 한다.

수학문제를 잘 푸는 것과 언어 표현을 잘 하는 것도 기술이기는 하지만, 신체 또는 사지의 움직임을 필요로 하지 않고 인지적인 과정을 중요시 하기 때문에 이는 운동기술이라고 할 수 없다. 이와 같이 인지적인 과정을 중시하는 것을 인지기술(cognitive skill)이라고 한다.

위의 내용을 종합적으로 고려할 때 운동기술은 효율적인 신체 움직임을 통하여 의도하는 목표 동작을 다양한 상황적 요구에 맞게 수행해낼 수 있는 능력이라고 볼 수 있다.

p13

운동제어는 유기체, 환경, 과제의 상호 작용속에서 나타나는 복잡한 인간 운동 행동의 원리를 동작, 지각, 인지적인 측면에서 규명하려는 연구 분야이다.

p14

운동학습은 인간의 운동행동의 영구적인 변화를 유발하는 연습과 경험과 관련된 일련의 과정을 연구하는 분야이다.

운동제어와 학습 분야가 짧은 역사에도 불구하고 급속한 발전을 이룩하게 된 배경에는 생리학, 심리학, 교육학, 그리고 공학 등과 같은 주변 학문의 영향을 빼놓을 수 없다. 이러한 주변 학문은 운동제어와 학습 분야보다 그 학문적 역사가 깊기 때문에 운동제어와 학습 분야의 많은 실험적 또는 이론적 원리의 기초적 배경을 이루고 있다. 최근에는 다른 학문분야와의 연계성을 중요시하여 학문적인 통합연구가 이루어지고 있는 추세이다.

p19

운동행동연구의 이론적 기반

반사이론

19세기 초 sherington (1906)은 복잡한 인간 행동을 설명하기 위하여 시경학적인 측면을 기반으로 한 반사 이론을 제안하였다. 반사 이론은 환경으로부터 발생하는 물리적인 사건이 운동 행동에 대한 자극(stimulus) 으로 작용하여 반사 회로(reflex circuit)를 형성하게 되고, 이러한 반사가 복잡한 행동을 유발하게 된다는 것을 기본 가정으로 하고 잇다.

반사이론은 수용기(receptor), 전도기 (conductor), 효과기(effectior)로 구성되어 있다. 수용기는 외부로부터 자극을 받는 피부, 근육, 관절 등에 잇는 감각 수용기를 말하며, 전도기는 최한 두 개의 신경 세포로 되어 있어 하나는 효과기에, 다른 하나는 수용기와 연결되어 있다.

p19-20

복잡한 운동행동이 생성되기까지의 고정을 간단히 살펴보면, 피부, 근육, 관절 등에 있는 감각 수용기가 외부로부터 자극을 받게 되고, 이러한 자극은 신경 전달을 통하여 해당 근육과 관절의 움직임을 생성하는 운동시스템을 활성화시키는 다른 감각 시스템의 활동을 유발하게 된다.

정보처리 이론

p21

정보처리적 접근에서는 운동행동이 생성되는 과정을 중시하여, 인간을 환경 정보에 대한 능동적인 정보처리자로 간주한다.

폐쇄회로 이론 (closed-loop theory)은 기억체계에 저장되어 있는 동작에 대한 참조 준거와 실제 동작간의 오류에 대한 피드백 정보를 활용하여 운동행동이 조절된다는 것이다.

개방회로 이론(open-loop theory)은 상위의 대뇌 피질에 저장되어 있는 동작에 대한 프로그램에 의해서 인간의 모든 운동행동이 생성된다는 것이다.

p22

도식이론 (schema theory) 은 폐쇄회로 이론과 개방회로 이론의 장점만을 통합한 일반화된 운동프로그램(generalized motor program)을 근거로 운동행동의 원리를 설명하였다.

p23

다이나믹 시스템이론은 유기체, 환경, 과제의(제한 요소) 상호 작용 속에서 자기조직의 원리와 비선형성의 원리에 의해서 인간의 운동이 생성되고 변화한다는 것이다.

p24

생태학적 이론은 환경정보에 대한 지각과 운동 동작의 관계를 강조한 것으로 환경 정보는 그 자체에 의미가 잇기 때문에 어떠한 인지적 과정을 거치지 않고도 동작을 일으킬 수 있다는 것이다.

p58

운동시스템

인간의 운동시스템은 지각시스템과 동작시스템으로 구성된다.

실제로 인간의 운동은 매우 복잡하고 유기적인 지각과 동작의 상호작용 속에서 발현되는 것이나 이를 단순화시켜 모형화하면 지각에서 동작까지의 과정을 스펙트럼으로 보면 다음과 같다.

지각 (감각-지각-해석-계획-활성화-실행) 동작

p62

신체감각 수용기

근방추는 근육 길이의 변화를 감지할 수 있다.

골지건 기관은 근육의 수축이나 신전에 의한 장력의 변화에 민감하다.

p 63-64

관절수용기는 움직임 제어에 필요한 역학적 정보를 제공한다.

관절 수용기는 근방추, 골지건 기관과 함께 움직임 제어에 필요한 역학적 정보를 제공하는감각시스템 중 하나이다. 그러나 근방추, 골지건기관과 달리, 관절수용기는 하나로 정의된 기관이 아니라 분포 위치(관절주머니, 인대, 결합조직), 유형(루피니종말, 골기건 종말, 피치니 소체 자유신경종말)과 그리고 기능에 매우 다앵하게 분류되는 기관들의 집합체를 일컫는다.

p64

피부수용기는 전적으로 외부환경으로부터의 정보를 감지하며, 그 감각정보의 유형에 따라 역학수용기, 열수용기, 통각수용기로 대별된다.

신체의 감각정보의 전달

신체 감각 정보는 두 가지 오름신경로 즉 등쪽기둥신경로(dorsal column tract) 와 척수시상신경로(spinothalamic tract)를 통해서 대뇌 겉질(cerebral cortex)에 전달된다.

p65

등쪽 기둥 신경로에 관여하는 신경세포는 지름이 크고 두꺼운 마이엘린으로 뒤덮인 축삭을 가지고 잇기 때문에 초당 80-100미터의 매우 빠른 속도로 정보의 전달이 가능하다.

p66

척수시상신경로를 구성하는 신경세포들은 지름이 작고 미이엘린으로 덮여있지 않는 것들도 있어 매우 느리게 (초당 1-4미터)전도 된다.

동작 시스템

p69

동작을 계획하고 실행하는 동작시스템은 주로 중추신경계와 관계하고 있기 때문에 모든 정보의 처리가 인지적 수준에서 이루어진다. 일반적으로 이러한 정보의 처리는 동작의 의사결정, 일반계획의 수립, 세부계획의 수립, 그리고 동작계획의 실행이라는 네 단계를 거치게 된다.

p70

동작의 계획은 동작의 의사결정 또는 의도와 함께 시작된다.

동작 계획의 질은 수행할 도작에 대한 수행자의 사전 경험의 수준과 그 동작 상황에 대한 초기 평가의 적절성에 달려있다.

신경운동학적 수준의 운동제어

p72

동작의 계획과 실행에 대한 인지적 과정에는 중추신경계의 네 가지 영역이 관여하는 것으로 알려져 잇다. 이들은 변연계(limbic system), 연합겉질(association cortex), 송출계(projection system) 척수계(spinal system)등이다.

변연계는 환경의 요구에 반응하여 동작의 욕구를 유발한다.

동작의 일반계획은 연합겉질에서 생성된다.

p74

바닥핵은 동작의 준비 그리고 동작의 구체적인 매개변수들(속도, 방향 진폭)을 척도화한다.

소뇌는 오차의 감지와 교정을 담당한다.

p75

운동겉질은 숙련된 동작의 생성, 특히 정교한 판단이 요구되는 손과 손가락 동작 등에 선택적으로 관여한다.

척수계

파밋로는 빠르고 정확한 사지의 운동의 제어를 돕는다.

수행될 동작에 관한 정보는 두 가지 중요한 운동 경로(내림신경로) 즉 피라미드로(pyramidal pathway), 와 피라핏바깥로(extrapyramidal pathway)를 통해 척수계로 전달된다. 일단 정보가 척수계에 전달된 다음, 이러한 정보들은 실제로 동작 수행에 관여하는 다양한 근육군(muscle response synergies) 에 전달하는 것은 전문화된 운동신경세포들(특히 알파 운동신경세포)이 담당하게 된다.

p76

척수계는 실제로 동작을 수행할 근골격계내 다양한 근육의 활성화 타이밍을 직접적으로 조절한다.

운동제어의 기초

p77

운동단위는 운동시스템을 분석하는 가장 기본적인 단위이다.

운동단위는 운동시스템을 분석하는 기초단위로서, 하나의 운동신경세포와 이것이 분포하고 있는 근섬유세포들을 일컫는다. 이러한 운동단위는 근수측을 통한 힘의 제어에 영향을 미치는데, 여기에는 운동단위 동원과 활성화 빈도의 원리가 적용된다.

p78

근수축을 유도하는 전기적 자극이 시작되면 먼저 작은 운동단위들이 동원되고 전기적 자극의 양이 증가함에 따라 점점 더 큰 운동단위들이 동원된다.

이미 수축하기 시작한 근육들에 계속적으로 제공되는 빠른 전기적 신호의 증가는 바로 힘의 증가로 연결된다.

p83

신체감각정보 중 일부는 척수에 위치한 신경연접을 통해 매우 빠른 반응을 생성하기도 하는데 이를 반사운동이라 하며, 여기에는 단일연접신경반사, 감마운동시스템, 다중연접반사가 존재한다.

정보처리와 운동수행

p88

1900년대 초에 인간의 운동행동 연구에 있어서 주도적인 역할을 한 행동주의적 접근은 주로 신경생리학적 관점에서 자극과 반응의 관계를 규명함으로써 다양하게 나타나는 인간의 운동행동을 설명하려고 하였다. 그러나 이러한 접근은 환경으로부터 오는 수많은 정보를 능동적으로 처리할 수 잇는 인간의 인지적인 능력을 설명하지 못하는 제한점을 가지고 있었다.

이러한 문제에 대하여 정보처리(information process) 접근에서는 인간을 정보처리자로 간주하면서 행동주의 접근에서 설명하지 못한 많은 사실들을 규명할 수 있게 되었고, 이는 인간의 운동행동에 대한 연구 분야의 발전에 많은 기여를 하였다.

p89

감각, 지각단계는 정보 자극을 받아들여 그 정보의 내용을 분석하여 의미를 부여하는 과정이다.

p90

감각 지각 단계에서 반응시간은 자극의 명확성과 강도의 영향을 받는다.

p93

스트룹 효과(stroop effect) 감각지각 단계에서 감각 정보가 병렬적으로 처리될 수 있다는 것을 보여준다.

칵테일 파티(cocktail party)는 자신의 수행과 전혀 상관없는 정보를 무시하거나 배제시킬 수 있는 인간의 능력을 말한다. 이를 선택적 주의 능력이라고 한다.

p94

학습의 초기 단계에서는 반응을 순차적으로 처리하는 통제적 처리 과정이 나타난다.

숙련자일수록 의식적인 노력없이 많은 정보를 동시에 처리할 수 잇는 능력을 가지고 있다.

많은 연습을 통해 특정한 자극에 대한 행동적 단위를 형성함으로써 자동화된 운동수행을 할 수 있다.

p95

반응실행 단계에서는 병목 현상이 발생하여 심리적 불응기 현상이 나타난다.

반응시간은 자극을 처리하는데 소요되는 시간으로 의사결정의 속도와 효율성을 나타낸다.

p98

이중자극의 연구는 두 개의 자극을 연속적으로 제시하였을 때 나타나는 반응시간의 지연 현상을 규명하고자 한다.

연속적으로 두 개의 자극을 제시하고 각각의 자극에 대하여 모두 각각 빠르게 반응하도록 요구하는 것이다. 이 때 두 개의 자극은 짧게는 0에서 길게는 수백 ms 까지 범위의 차이로 연속적으로 제시하게 되며 이러한 두 개의 자극간의 시간적 차이를 자극간 시간차라고 한다.

자극간의 시간차는 60ms 일 때 두 번째 자극에 대한 반응시간은 현저하게 길어진다.

단순자극에 대한 반응이 약 150ms 일 때  60ms 의 시간차에 의한 두 번째 자극에 반응하는 것은 400ms 정도이다. 

p101

주의와 운동수행

주의는 제한적이고 선택적이며 각성과 관련이 있다.

주의는 동시에 여러 대안을 갖는 대상이나 생각 중 하나를 선택하여 분명하고 생생하게 마음 속으로 간직하는 의식의 집중(concentration) Ehsms 초점(focus)이라고 정의할 수 있다.

주의는 제한적이며 선택적이고 각성과 관련이 있다.

p102

주의란 개인의 각성상태와 정보처리 역량에 따라서 결정되는 것으로, 특정한 순간에 과제를 수행하기 위해 필요한 정보를 선택적으로 구별하여 지속적으로 처리할 수 잇는 인지적인 과정이라고 할 수 있다.

p103

주의는 반드시 지각할 수 있는 의식만을 의미하는 것은 아니다. 주의와 관련한 의문점은 운동수행의 자동화와 관련된 문제이다. 운동수행의 자동화는 logan(1985)이 지적 한대로 숙련된 기술 수행과 밀접한 관련이 있다. 자동화란 주의 역량과는 상관없이 수행할 수 있는 상태를 말한다.

주의의 초점은 폭과 방향 차원에서 설명할 수 있다.

p104

일차과제를 수행하면서 이 차 과제를 제시하였을 때, 이차 과제의 난이도는 일차 과제의 수행력과 밀접한 관련이 있다.

주의이론

p106

단일통로이론은 정보처리 체계가 한번에 한가지씩의 정보를 처리한다고 주장한다.

제한역량이론은 제한역량을 초과하지 않은 두 개 이상의 과제를 동시에 수행할 수 있다고 주장한다.

p108

각성수준이 높거나 낮은 경우에는 주의역량이 감소하고 적정각성수준에서 주의 역량이 증가한다.

주의와 심리적 요인의 관계

다중자원 이론은 인간이 제한된 역량을 가진 존재로서 단 하나의 중추적 정보 체제를 가지고 있는 것이 아니라, 몇 개의 여러 정보 체제를 가진다는 것이다. 즉 수행하는 기술에 따라서 각각 다른 주의 자원을 갖는다는 것이다.

p109

Wickens 에 따르면 정보를 처리하기 위한 자원은 다음과 같은 세가지 형태로 존재한다고 하였다. 첫째 시각이나 청각과 같은 정보의 입출력 양식과 둘째, 지각 기억, 반응과 같은 정보처리의 단계, 셋째 언어적 또는 공간적으로 이루어지는 정보처리의 부호화 등이 그것이다.

각성과 불안

각성이란 깊은 수면에서 높은 흥분에 이르는 연속선상에서 변화하는 생리적, 심리적 상태를 말한며, 불안은 초조함이나 걱정 등의 정서적, 인지적 측면이다.

역u 가설은 각성수준이 높아짐에 따라 운동수행이 증가하지만 최적 각성 수준보다 높아지면 오히려 운동수행이 감소된다고 가정한다.

p111

최적수행지역이론은 수행자 개개인이 최고의 수행을 발휘할 때 자신만의 고유한 각성수준이 있다고 주장한다.

카타스트로피 이론은 생리적 각성과 인지불안의 역동적인 관계에 의해 수행이 결정된다고 설명한다.

p112

전환이론은  같은 각성수준이라도 인지적인 해석에 따라 운동수행에 다른 영향을 미친다는 것이다.

p114

지각협소화란 각성 수준이 증가함에 따라 주의를 기울일 수 있는 폭이 점차 좁아지는 현상을 말한다.

p116

시각탐색 과정은 안구의 움직임과 그 움직임 사이에 존재하는 안구의 조정이 어우러져 이루어진다.

p118

시선을 두고 있는 것에 반드시 주의를 기울이고 잇는 것이 아니라는 점을 고려하여 안구의 움직임과 주의의 관계를 해석해야 한다.

p122

운동 정확성은 과제의 특성과 환경적 요구에 적합한 신체의 일관성 잇는 움직임과 밀접한 관련이 있다.

운동수행의 일관성과 관련이 잇는 운동 정확성은 환경이 변하더라도 의도한 운동수행을 할 수 잇는 폼의 안정성 측면에서도 살펴볼 수 있다.

p123

운동기술을 구성하고 잇는 신체요소의 수가 많을수록 발현되는 동작의 형태가 다양하게 나타나기 때문에 동작의 일관성이 덜어지기 쉬운 것이다. 이 때 정확한 운동수행을 위해서는 보다 많은 노력을 필요로 하게 된다.

운동의 과제가 복잡하여 인지적 부담이 많은 경우에는 목표를 수행하는 데에 어려움을 겪을 뿐 아니라 수행의 정확성이 떨어지게 된다.

이러한 인지적 부담은 신체요소의 참여 정도와 요구되는 운동 속도에 따라 많은 영향을 받는다.

임펄스는 근육수축을 통하여 생성된 힘이 사지를 움직이는데 적용한 힘의 크기를 의미한다.

p129

Schmidt(1975)는 일반화된 운동프로그램의 특정한 매개변수에 의해서 인간의 운동이 결정된다고 하였다. 즉 상대적 힘과 상대적 타이밍 등과 같은 불변 매개변수와 전체적인 힘의 크기와 임펄스 시간 등과 같은 가변매개변수에 의하여 근육의 수축활동이 일어나 움직임의 발생한다는 것이다.

p130

임펄스 가변성 이론은 근육수축의 정도가 임펄스를 형성하여 운동 정확성을 설명할 수 있다는 접근으로 운동제어 이론을 한 차원 높이는 데에 기여하였다. 그러나 이론의 기본 가정에서의 문제와 운동프로그램에 의한 운동 조절의 제한성 때문에 그 설명력에 한계를 보이고 있다.

스포츠 수행과 타이밍

p137

스포츠 수행에서 타이밍은 운동기술의 수준을 결정짓는 중요한 요소 중의 하나이다. 운동기술을 효율적으로 수행하기 위해서는 시간과 공간적인 차원에서 요구되는 타이밍 수행이 정확하게 이루어져야 한다.

타이밍 수행은 지각시스템과 동작시스템간의 통합에 의해 이루어지며 운동기술의 수행력과 밀접한 관련이 있다.

타이밍은 역동적인 환경의 변화 속에서 요구되는 정확한 운동기술의 수행 능력과 관련이 있다.

타이밍 과제의 수행은 복잡한 정보처리 과정이 관여하는 움직임 탐색, 자극 속도의 예상, 자극에 대한 일치된 동작을 수행하기 위한 지각시스템과 동작시스템간의 통합을 통해 이루어진다.

p139

이동자극을 추적할 수 잇는 절대적인 시간이 타이밍 정확성에 중요하다는 것을 제시한 바 있다.

타이밍 정확성에 중요한 절대적인 요인은 해당 동작에 소요된 시간이다.

스윙 속도를 증가시키면 좋은 구질의 공을 선택할 수 잇는 정보처리 시간을 늘릴 수 있다.

협응

p144

협응은 수행 목표를 달성하기 위하여 신경, 근육, 관절, 분절 등의 다양한 신체 요소가 효과적이고 공동적으로 작용하는 것이다.

p145

협응은 환경 조건에 따라 영향을 받으며, 가장 효율적인 움직임 형태로 나타난다.

p146

인간의 운동행동 연구에서 나타나는 문제점을 Bernstein(1967)은 크게 두 가지로 제시하고 있다. 첫째, 운동이 복잡해짐에 따라서 증가하는 수많은 운동 요소를 어떻게 통제하여 효율적인 운동동작을 생성할 수 있는가 하는 자유도(degree of freedom)문제와 둘째, 근육의수축 활동과 운동의 결과가 반드시 일치하는 것은 아니며, 상황에 따라서 변한다는 맥락조건의 가변성(context conditioned variability) 문제이다.  이와 같은 두 가지의 문제 제기를 통하여 사전에 저장된 운동 프로그램에 근거하여 운동이 이루어진다는 전통적인 이론의 한계를 제시하고, 인간의 조화로운 운동을 다른 관점에서 설명하고자 하는 새로운 이론적을 형성하게 되었다.

신체의 움직임이 필요한 대부분의 운동과제는 다양한 방법으로 그 과제의 목적을 달성할 수 잇다.  예를 들어 무거운 짐을 들고 방안으로 들어가 전등을 켜고자 할 때, 손을 사용할 수 가 없으므로 등 또는 팔꿈치와 같은 신체의 여러 부위를 사용하여 전등 스위치를 켤 수 잇다. 이와 같이 다양한 형태의 동작으로 같은 결과를 생성할 수 있는 능력을 운동 등가(motor equivalence)라고 한다.

p147

이러한 능력은 운동시스템에 존재하는 수많은 자유ㅗ에 의해서 가능하다. 인간의 신체는 대략 10의 14승개의 시녁ㅇ단위, 10의 3승개의 근육, 10의 2승개의 관절 등으로 구성되어 잇으며, 아무리 단순한 움직임이라 할지라도 이러한 수많은 구성 요인들의 상호관계속에서 이루어지게 된다. 이와 관련하여 Bernstein 은 인간의 협응 동작이 효율적으로 생성되기 위해서는 이러한 자유도 문제를 해결해야 한다고 주장하였다.

자유도란 시스템의 독립적인 구성 요인의 수를 나타내는 것으로, 기하학적인 구속 없이 시스템의 위치를 표현하는 데에 요구되는 최소한의 운동학적 좌표의 수로 정의할 수 있다. 쉽게 표현하면, 시스템이 움직일 수 잇는 가능성의 수라 할 수 있다.

예를 들어 이차원 좌표에 놓여 잇는 한 점은 X 축과 Y축 상에서 두 개의 좌표값으로 정의될 수 있기 때문에 자유도는 두 개가 된다.

이러한 자유도는 분석 수준에 따라서 그 수가 달라지게 된다. 인간의 경우 근육이나 신경과 같은 매우 미시적인 수준에서의 자유도의 수는 거의 계산이 불가능하기 때문에 일반적으로 관절 수준에서 자유도 수를 계산하게 된다. 먼저 손목 관절은 이차원 평면상에서 움직임이 가능하고, 팔꿈치 관절과 노자뼈 관절은 일 차원 평면상에서, 어깨 관절은 삼차원 평면상에서 움직임의 가능하여, 총 7개의 자유도를 가지게 된다.

맥락조건 가변성 문제

맥락조건 가변성은 동일한 근육 활동이 발생하여도 그 운동의 결과는 달라질 수 있다는 것으로, 조건의 가변성에 따라서 운동의 결과에 영향을 준다는 것이다.  이러한 현상은 운동프로그램에서는 설명할 수 없는 현상으로 크게 해부학적, 역학적, 생리학적 요인에서 오는 원인으로 설명할 수 있다.

p148

사지에서 생성되는 힘은 근육의 수축 활동에 의해서만 발생되는 것이 아니라, 중력과 같은 환경이나 주관절 이외의 신체 분절에 의한 힘에 의해서도 발생하게 된다.

초보자가 운동기술을 습득하고자 할 때, 처음에 가장 어려움을 겪는 것은 자신이 움직이고자 하는 신체 부위 이외의 다른 부위가 자신의 의지와는 상관없이 움직임으로 생성된 힘 때문에 원하지 않은 움직임의 변화가 발생하는 것이다.

Bernstein 은 숙련된 운동수행을 위해서는 이와 같은 근육의 수축 작용에 의하지 않은 힘을 잘 활용할 수 있어야 한다고 하였다.

p150

다이나믹 시스템이론에서는 인간의 운동협응이 자기조직의 원리와 비선형성의 원리에 의해서 이루어진다고 본다.

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인간 협응의 생성은 자기조직(self-organization) 의 원리에 따르고 협응의 변화는 비선형성(nonlinearity)의 원리에 따른다.

자기조직의(self-organization) 개념은 물리세계 내에서 나타나는 현상으로, 현 세계에서 발생하는 모든 자연 현상은 그 자체가 프로그램화되어 있는 것이 아니라 어느 조건이 적합하게 되면 특정한 현상이 저절로 발생하는 것을 말한다.

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다이나믹 시스템 이론가들은 이러한 원리를 인간의 움직임에 적용시키고자 하였다. 앞에서 설명한 협응의 제한요소, 즉 수행자의 신체적, 심리적 특성과 환경적인 특성, 그리고 수행하는 과제 특성의 상호작용으로 인하여 어떤 상황이 조건화되면 특정한 사지 움직임 유형이 저절로 나타난다는 것이다. 즉 인간의 운동 협응은 환경적인 특성과 사지의 역학적 특성의 상호 관계 속에서 형성된다는 것이 자기조직원리의 주요내용이다.

비선형성(nonlinearity)의 원리는 시간에 따른 협응 변화가 선형적인 경향을 보이지 않는다는 것을 말한다. 이러한 비선형적인 변화를 이해하기 위해서는 우선 질서변수(order parameter) 와 제어변수(control parameter) 에 대하여 알아야 한다.

다이나믹 시스템 이론에서는 전체적인 협응 시스템을 표현해 주는 추상적인 개념으로 질서변수 또는 집합변수 (collective parameter) 를 사용한다. 질서변수는 움직임의 유형과 특성을 묘사하기 위한 수단으로 사용된다. 따라서 어떤 동작 유형을 정확하게 규명하기 위해서는 그 동작의 질서변수ㅡㄹ 찾아내는 것이 중요하다. 현재 많은 학자들은 상대적 위상(relative phase)dl 보행이나 손가락 움직임과 같은 주기적이고 리드믹한 움직임의 질서변수로 간주하고 있다.

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제어변수란 질서변수를 변화시키는 원인이 되는 것으로 상황의 특성에 따라서 자유롭게 변할 수 있으며, 속도나 들어올리는 무게 와 같은 변인이 포함된다. 예를 들어 속도를 점차로 빠르게 하였을 때 그 제어변수의 변화와 관련하여 질서변수의 안정성에 변화가 발생하는 것을 관찰하고, 이러한 과정에서 나타나는 사지 움직임 형태의 변화를 규명하는 것이다.

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협응구조는 하나의 기능적 단위로 여러 관절에 걸쳐 있는 근육의 집합체로 자기조직의 원리에 따라서 형성된다.

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운동제어 분야의 문헌에서 ‘제어’와 ‘협응’이라는 용어를 많이 접하게 된다. 또한 많은 연구자들이 이와 같은 용어를 혼용해 왔던 것 또한 사실이다.

‘협응’은 개인이 목표를 성취하기 위해 유용한 자유도를 필요한 최소한의 수로 제한을 가하는 과정이며, 이러한 자유도는 신체의 많은 관절과 각각의 근육 심지어는 근섬유를 활성화시키는 수많은 운동 단위에 의해서 표현된다.  반면에 ‘제어’는 협응에 의하여 제한된 자유도를 다양한 방법으로 조직하여 형성하는 행동적 단위를 구성하는 과정을 말한다. 따라서 제어는 사지내 또는 사지간 협응에서 관찰되는 힘, 속도 또는 변위등과 같은 움직임의 절대적인 크기에 관련된 용어로 표현 할 수 있다. 어떤 과제를 성공적으로 수행하기 위해서는 이러한 변인들의 최적의 값 또는 목표 값을 얻을 수 있어야 하며, 이 때 잘 조절된 움직임이 나타나게 된다.

숙련된 운동수행을 위해서는 유용한 자유도를 다양한 방법으로 제한하는 시도를 해야하며, 이와 동시에 힘이나 속도와 같은 특정의 움직임 변수에 최적의 값이 할당될 때까지 노력해야 한다. 이와 같이 과제의 목표 달성을 위한 협응과 제어의 능력을 ‘기술’이라고 한다.

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안정상태를 어트랙터 상태(attractor state)라고도 한다. 어트랙터는 매우 안정된 상태로 이는 시스템이 선호하는 협응 상태를 말한다.

이트랙터 상태는 협응의 가변성이 최소한으로 나타나는 안정성을 유지할 뿐만 아니라 에너지를 가장 효율적으로 사용하는 상태를 말한다. 이는 선호하는 협응형태로 움직이는 것이 그렇지 않은 움직임보다 에너지 소모가 적다는 것을 의미한다.

지각과 두 가지 시각시스템

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두 가지의 시각 시스템은 초점시(focus vision)와 환경시(ambient vision)이다. 초점시는 중추시(central vision)라고도 하며, 망막의 속오목에서 시각정보를 받아들이며 시각적 정밀성이 뛰어나기 때문에 주로 시야 중심에 위치한 물체의 확인에 중요한 역할을 한다. 이러한 물체의 탐지는 의식적 사고를 필요로 하기 때문에 주시각겉질에 이르는 시각 통로가 초점시를 담당하는 것으로 알려져 잇다. 반면에 환경시 또는 말초시(peripheral vision)는 망막 전체에서 시각정보를 감지하며, 공간 내 물체의 정보를 제공함과 동시에 신체 주변의 공간을 탐지하는 데에 중요한 역할을 담당한다. 또한 약한 조명 아래에서도 물체를 식별할 수 있기 때문에 특히 야간의 활동에 주된 역할을 한다. 이러한 환경시는 중뇌로 연결되는 시각 통로가 관여하는 것으로 알려져 있다.

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대부분의 운동기술을 수행할 때 초점시와 환경시는 함께 병렬적으로 사용된다.

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두 가지 시각시스템은 동작의 타이밍을 조절하는데 매우 유용한 단서를 제공하고 이러한 기능은 상호보완적으로 이루어 진다.

간접지각과 직접지각

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간접지각은 인지심리학에 근거를 두고 있으며 시각정보는 중추적인 인지적 처리과정을 거쳐야 그 의미가 있다고 주장한다.

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간접지각(indirect perception)은 생태학적 타당도가 부족하여 스포츠 현장으로 적용시키기에 많은 어려움이 있다는 문제가 제기되었다.

직접지각(direct perception)은 생태학적 이론에 그 근거를 투고 있으며 시각정보 그 자체에 의미가 있어 동작을 직접적으로 유도한다고 주장한다.

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불변특성(invariants)이란 지각에 안정성을 부여하고 물체 본래의 모습을 알게 하며 이를 통해 적절한 동작을 할 수 있도록 하는 속성을 말한다. 

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어포던스(affordance)는 유기체, 환경, 과제의 상호 관계 속에서 나타날 수 있는 동작의 가능성을 말한다.

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이러한 어포던스 개념은 Gibson 에 의해서 구체적으로 발전되었다. 어포던스에 대해 유기체가 일으킬 수 있는 잠재적 동작과 그가 처한 환경, 즉 그것을 일으키도록 하는 장소나 물체, 또는 사건과 같은 어떤 측면 사이의 독특한 관계라고 정의하였다.

어포던스가 자극의 ‘물리적 속성’뿐 아니라 자극의 ‘의미’도 함께 포함하고 있기 때문에 유기체는 환경에 대한 어포던스를 직접적으로 지각할 수 있다고 주장한다. Gibson은 이와 관련하여 지각을 ‘유용한 정보의 탐색’이라고 정의하면서, 어포던스가 작그의 의미를 포함하고 있으므로 관찰자에 따라 각각 다르게 받아들여질 수 있다고 하였다.

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간접지각과 직접지각 중 어느 하나의 관점만으로는 운동기술 수행에서의 지각을 완전하게 설명할 수 없다는 주장이 제기되기 시작하면서, 1970년대 후반부터 지각에 대한 두 가지 접근에 잇어서의 극단적인 관점의 차이를 극복하기 위한 통합적인 연구가 진행되었다. 이러한 노력을 레프러시망(rapproachment) 이라고 한다. 그러나 이와 같은 통합적인 노력에 부정적인 시각을 가진 학자들도 많이 있었다. Schmidt 는 두 입장 사이에 존재하는 개념적 차이가 너무나 뚜렷하기 때문에 두 접근의 통합은 매우 어렵다고 지적하였으며 Beek 과 Meijer 도 분석수준 또는 개념적 범주에서 존재하는 두 접근의 차이점을 한가지로 규정할 수 없다고 주장하였다.

특히 Meijer(1988) 는 이러한 두 관점간의 개념적 논쟁에 대하여 간접 지각이 지각과 움직임 제어의 내적 기전에 관심을 두고 있는 반면, 직접 지각은 행위자와 환경사이의 관계, 또는 상호작용에 초점을 두고 잇기 때문에 아직까지는 두 접근을 절충시키는 것이 불가능하다고 주장하였다. 또한 간접 지각은 신경생리학과 심리학, 그리고 행동적 분석에 중점을 두는 반면에 직접 지각은 단서 감각 정보의 유입과 관찰할 수 있는 반응에만 초점을 맞추는 것과 같은 분석수준의 차이를 극복하기 어렵다고 보았다.

직접 지각과 간접 지각은 수행하는 운동기술의 유형에 따라서 다르게 작용할 수 있다.

내가 저자라면

과학적인 방법으로 스포츠의 운동기술의 접근은 인간 행동에 관한 많은 지식을 제공한다.

그러나 과학적인 방법론은 현장의 실제적 지도와 실행에 따른 적용에 있어서 아직도 많은 문제를 안고 있다.

인간은 신체적으로 그리고 정신적으로 아주 복잡하고 다양한 메커니즘을 가지고 있다. 환원주의적인 방법론으로는 해결할 수 없는 문제가 많이 산재해 있다. 그러나 게슈탈트 심리학자들이 주장하는 통합적이고 전체적인 접근은 행동의 수정이나 개선 방법에 있어서 모호함을 가지고 있다.

그러나 어찌되었든 스포츠  그리고 나아가 사회적 활동을 하는 인간의 행동은 의도된 것이다. 의식 밖에서 그 행동들이 이루어지고 있다고 하더라도 그것은 단지 기계적인 매커니즘으로는 완벽한 설명이 불가능하다.

인지심리학적인 접근과 생태심리학적인 접근을 어떻게 통합할 것이며 공통점은 무엇인가를 규명함으로써 본질적인 접근이 가능해 진다고 볼 수 있다.

두 가지의 관점은 다른 출발점을 가지고 있다고 하더라도 그것은 문제가 되지 않는다. 문제의 해결가능성은 두 가지의 형태가 모두 한 인간의 행동 속에 존재한다는 것이다.

 그러므로 우리는 두 가지의 관점이 잘못된 것이 아니라 두 가지의 관점을 통합하려는 시도가 잘못되거나 아직 모호하다고 보아야 할 것이다.

어쩌면 인간 행동은 켄윌버가 말하고 있는 의식의 스펙트럼으로 볼 때 보다 더 효율적이고 통합적인 통섭이 가능할지 모르겠다.

분명한 것은 인간은 과학적이 아니며 그렇다고 해서 추상적이고 형이상학적인 것만도 아니다. 굳이 가능한 설명을 한다면 분화와 통합을 순환적으로 진행하면서 반응과 발달이 이루어지고 있다고 보아야 할 것이다.

존재를 실체에서 찾으려고 할 때는 물리적이고 개별적인 기능과 상태는 설명이 가능하지만 관계에 의해서 이루어지는 존재의 의미와 가치는 객관적인 과학적 방법론으로는 설명하기 어렵다, 그래서 인문학적인 접근을 통해서 그 균형을 찾아야 한다고 보아진다.

인간행동의 발달과 변화에 접근하기 위해서는 다양한 관점을 틀림이 아닌 다름의 관점에서 접근하고 각각의 관점이 행동의 상태와 수준에 따라 제한적으로 적용된다고 볼 수 밖에 없다.  다만 아직 우리가 모르고 있는 것은 상호보완이 이루어지는 경계와 전환 방식일 것이다.