연령과 관련된 청력 손실은 보통 고주파 영역에 해당하므로 특히 듣기 어려운 상황에서 말을 이해하고 처리하는 데 장애를 초래한다[1]. 듣기는 의도와 주의를 기울여 듣는 과정으로 정의되는데[2], 주의력, 자극의 시연(rehearsal), 듣기 어려운 환경에서 주의 및 인지적 자원(cognitive resources)의 할당(allocation)과 같은 정신적 노력을 기울일 때 듣기 노력(listening effort)이라는 용어를 사용하게 된다[3,4]. 듣기 노력이 증가하면 다른 인지 처리에 사용할 수 있는 자원이 감소하기 때문에[5] 듣기 노력은 노인성 난청뿐만 아니라 듣기 어려운 상황에서 정상 청력을 가진 개인에게도 중요한 역할을 한다[4,6].

전통적으로 듣기 노력을 측정하는 방법에는 자가 보고(self-report), 행동학적 측정(behavioral measures), 생리학적 측정(physiological measures) 등이 있다[7,8]. 자가 보고는 설문지를 통해 본인이 느끼는 듣기 노력의 정도를 리커트 척도(Likert scale) 또는 시각적 아날로그 척도(visual analogue scale)로 표시하게 하여 주관적으로 측정하는 것이다. 행동학적 측정은 주로 이중 과제(dual-task)로 정반응률과 반응 시간을 통해 듣기 노력의 정도를 측정한다. 생리학적 측정은 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, fMRI), 뇌파검사(electroencephalography), 동공 크기 측정법(pupillometry), 피부 전도 측정법(skin conductance) 등을 통해 듣기 노력의 정도를 측정한다.

선행연구에서는 여러 가지 방법을 통해 듣기 노력을 측정하고 있지만 단일 측정 방법만을 사용하여 듣기 노력을 측정할 경우 민감도(sensitivity)와 신뢰도(reliability)가 낮은 것으로 보고된다[9]. 한 연구에서는 여러 듣기 노력 측정 방법 중 동공 크기 측정법이 가장 신뢰도가 높은 것으로 확인되었지만[9], 동공 크기의 변화는 측정 시 빛의 양 등 다른 혼란 변수를 통제하기 어렵고, 동공 크기 측정 장비 자체가 서양인의 얼굴 체형에 맞춰 개발되어 국내 대상자들에게 적용했을 경우 동공 자체가 탐지되지 않아 실험하기 어려운 경우가 많다.

듣기 능력의 저하는 신경 해부학적으로 뇌의 구조에 영향을 미칠 수 있다. 고주파수 청력 손실과 청각 피질의 회백질 부피 감소 간에는 상관 관계가 있고[10,11], 소음하 문장재인능력의 감소는 상측두엽, 전두엽, 뇌섬, 해마의 회백질 감소와 관련이 있다[12]. 그리고 인지 부하가 가중되는 듣기 노력 과제에서도 전두엽의 회백질 손상과 관련성을 보여[13], 말지각에서 중요한 역할을 하는 전두엽이 청력 손실이나 일상 생활 청취 등과 긴밀히 연관되어 있음을 알 수 있다.

최근에는 전통적 듣기 노력 측정 방법에서 벗어나 다차원적으로 듣기 노력 측정이 이루어지고 있는데 그중 하나가 기능적 근적외선 분광법(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)을 이용하는 것이다. fNIRS는 비침습적으로 근적외선을 조사하여 반사된 빛을 검출해 뇌의 혈류량 변화를 확인하는 영상 진단 기법이다. fNIRS를 이용하여 듣기 노력을 측정하는 방법은 듣기 노력 정도 즉, 전전두엽 혈류량의 변화를 실시간으로 측정하여 시간 해상도가 매우 높아 시간-동기화된 정량적인 측정이 가능하다. 이때, 전전두엽의 혈류량 변화가 많을수록 듣기 노력을 많이 하고 있는 것으로 해석한다[14]. 난청인의 청각 입력 감소와 소음 조건에 따른 듣기 노력의 증가가 전두엽의 구조적 변화와 연결된다는 보고에 근거해 본다면, 신경생리학적인 분석 방법을 통해 전두엽의 활성도가 어떻게 달라지는지 살펴보는 것은 매우 의의가 있을 것이다.

fNIRS의 여러 장점에도 불구하고 청각 분야에서 fNIRS로 듣기 노력 정도를 측정한 선행연구는 다른 측정기기들에 비해 그 수가 많지 않아 근거가 부족하다. 이에 본 연구에서는 정상 성인에서 fNIRS를 활용해 세 가지 듣기 조건(휴지 상황, 조용한 상황, 소음 상황)에 따라 듣기 노력 정도에 차이가 있는지를 살펴봄으로써 fNIRS가 난청에서 듣기 노력 측정 목적으로 타당성이 있는 기기인지 예비적으로 살펴보고자 한다.

전반적으로 ΔHbO2을 살펴본 결과, 휴지 조건, 조용한 조건, 소음 조건 순으로 ΔHbO2이 더 높아졌다(Fig. 3).

세 가지 실험 조건 간 채널별 ΔHbO2에 차이가 있는지 살펴본 결과, 채널 1 (χ²(2)=8.310, p=0.016), 채널 5 (χ²(2)=6.165, p=0.046), 채널 7 (χ²(2)=6.730, p=0.033)에서 유의한 차이가 있었다. 유의한 차이를 보이는 채널 1, 채널 5, 채널7에 대해 사후분석을 실시한 결과, 채널 1에서 휴지 조건보다 조용한 조건(p=0.041), 휴지 조건보다 소음 조건(p=0.045)이, 채널 5에서 휴지 조건보다 소음 조건(p=0.042)이, 채널 7에서 휴지 조건보다 소음 조건(p=0.033)이 ΔHbO2이 유의하게 더 높았다(Table 2).

두 가지 실험 조건 간 정반응률에 차이가 있는지 살펴본 결과, 유의한 차이가 있었다(χ²(1)=5.128, p=0.024). 조용한 조건에서의 정반응률은 64.4%, 소음 조건에서의 정반응률은 35.6%로 조용한 조건에서의 정반응률이 더 높았다(Table 3).

난청 성인뿐만 아니라 정상 청력 노인에 이르기까지 듣기 노력이 전두엽의 증가된 활동과 관련 있다는 증거는 과제 기반 신경영상 연구를 통해 지속적으로 제기되어 왔다[6,15]. 그러나, 실험 샘플 크기, 소음 조건의 다양성, 인지 부하 과제의 유형 등 고려해야 할 요소가 많고, 실험 패러다임이 연구마다 달라 일치된 증거를 확보하기 어려웠다. 본 연구에서는 전전두엽 뇌혈류량의 변화를 좌우 반구 각기 관찰할 수 있는 fNIRS를 활용해 휴지 조건, 조용한 조건, 소음 조건 간 요구되는 듣기 노력의 차이가 신경 생리학적으로 어떻게 발현되는지 건청 성인을 대상으로 예비 연구를 진행하였다.

듣기 노력을 결정 이론(decision theory)과 인지적 자원의 측면에서 살펴보면, 듣기 노력은 듣는 과정에서 특정 대사물질의 소비량(예, 듣기 시 뇌 혈류량의 변화)을 직접적으로 측정하여 그 정도를 가늠할 수 있다[16,17]. 인지적 자원 측면에서 듣기 노력은 듣기 어려운 상황(예, 소음이 많은 상황)을 극복하여 듣고자 하는 목적을 달성하기 위해 인지적 자원을 어떻게, 얼마나 할당하는가를 설명한다[4]. 듣기 노력을 위한 인지적 자원으로는 작업 기억(working memory), 집중력(attention), 집행 기능(executive function) 등이 거론된다[4,18].

ΔHbO2 결과, 휴지 조건보다 소음 조건에서 우뇌 반구의(채널 1, 5, 7) 변화량이 커 좌뇌 반구보다 활성도가 높았다. 일반적으로 언어 처리는 좌뇌 반구에서 일어나는 것으로 알려져 있다. 그러나 소음이 많은 환경에서 청각 신호가 감소하면, 이를 인지하기 위해 더 많은 인지적 자원이 필요하게 된다. 이때, 좌뇌 뿐만 아니라 우뇌에서도 듣기 노력을 위한 인지적 자원이 할당되고, 언어 처리에서 좌뇌와 우뇌의 참여가 비슷하게 일어나게 된다. 즉, 뇌의 편재화(localization)가 감소하게 되어, 언어 처리에 참여하는 뇌 영역이 좀 더 분산되게 된다[19].

연구 대상자의 수가 적은 것은 연구의 한계점 중 하나이다. 연구 결과를 일반화 시키기 위해 더 많은 대상자를 포함한 추가적인 연구가 필요하다. 그리고 본 연구는 건청인들을 대상으로 수행되어 난청 환자들에게도 적용할 수 있는지 여부는 불명확하다. 연구 결과를 확대 적용하기 위해서는 난청 환자들을 대상으로 한 추가적인 연구가 필요하다. 또한, 건청 성인들을 대상으로 소음 조건 여부에 따라 좌우 반구 활성화 양상을 살펴본 본 연구 결과를 기반으로 향후 보청기의 사용이 인지 부하 감소로 이어지는지 탐색해 볼 수도 있을 것이다.