Auditory Working Memory According to Listening Environment of Typically Developing Children and Specific Language Impaired Children Aged 4 to 5

A-Yeong Lee; Jin-Dong Kim

doi:10.21848/asr.230120

Audiology and Speech Research > Volume 19(4); 2023 > Article

Lee and Kim: Auditory Working Memory According to Listening Environment of Typically Developing Children and Specific Language Impaired Children Aged 4 to 5

Research Paper

Audiol Speech Res 2023;19(4):238-248.

Published online: October 31, 2023

DOI: https://doi.org/10.21848/asr.230120

Auditory Working Memory According to Listening Environment of Typically Developing Children and Specific Language Impaired Children Aged 4 to 5

A-Yeong Lee¹

, Jin-Dong Kim²

¹Jeonggwan Bareum Psycohlogy Communication Center, Busan, Korea

²Department of Speech and Hearing Therapy, College of Health Science, Catholic University of Pusan, Busan, Korea

Correspondence: Jin-Dong Kim, PhD Department of Speech and Hearing Therapy, College of Health Science, Catholic University of Pusan, 57 Oryundae-ro, Geumjeong-gu, Busan 46252, Korea
Tel: +82-51-510-0844 Fax: +82-51-510-0848 E-mail: jdkim@cup.ac.kr

Received September 11, 2023 Revised October 6, 2023 Accepted October 11, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Purpose

This study aimed to confirm the characteristics of auditory working memory in typically developing children and children with specific language impairment, considering to the listening environment. We also examined differences in the sub-domains of the auditory working memory task, including digit span, competing language processing tasks, blank filling in continuous words, and a single processing load condition task.

Methods

The study included a total of 40 children: 20 children with specific language impaired and 20 typically developing children aged 4 to 5 years old living in Busan and Gyeongnam. To examine potential differences in auditory working memory based on listening environments and groups, the auditory working memory task was conducted in both noisy and quiet environments.

Results

Children with specific language impairment showed statistically significantly lower auditory working memory than typically developing children, regardless of the presence of noise. In addition, typically developing children performed better noisy environments compared to quiet ones, whereas children with specific language impairment did not show differences in performance depending on the listening environment.

Conclusion

The results of this study suggest that effective language intervention for children with specific language impairment can be provided if auditory working memory is checked and systematically provided for each sub-domain of auditory working memory. For typically developing children, studying in a noisy environment may improve academic ability and attention.

Key Words: Auditory working memory, Listening environment·noise, Specific language impairment

중심 단어: 청각적 작업기억, 청취 환경 · 소음, 단순언어장애

INTRODUCTION

대부분의 정상 발달 아동은 적절한 양육과 환경적 자극만 제공된다면 생후 12개월경에 첫 단어를 산출한다. 또한, 18개월이 되어 사용할 수 있는 어휘 수가 50여 개가 되었을 때, 두 낱말 조합을 말하고 자연스럽게 언어를 이해하며 언어 습득을 이어간다(Lee & Lee, 2000). 반면, 단순언어장애 아동은 의미, 구문, 형태, 화용 등 언어 영역의 전반적인 부분에서 언어문제가 다양하게 나타난다(Adams & Gathercole, 1995; Montgomery, 1995). 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동에 비해 늦은 어휘 발달을 보이며(Lee & Lee, 2007), 어휘가 증가하는 속도가 느려 학령기가 되어서도 지체된 어휘발달을 보인다. 또한, Keum et al.(2010)은 단순언어장애 아동이 정상 발달 아동에 비해 청각적 정보처리에서 낮은 수행력을 보였으며, 청각 과제 수행 시 정상 발달 아동과 비교하여 유의하게 느린 반응 속도를 보였다고 보고하였다. 이는 단순언어장애 아동의 청각적 정보처리 결함이 언어처리에 영향을 미쳤음을 나타낸다.

단순언어장애 아동이 언어발달에서 개인차를 나타내는 원인에 대해서는 일반적인 인지 능력, 환경적 원인, 유전적 원인 등을 고려해볼 수 있는데, 몇몇 선행 연구들에서는 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 언어발달을 작업기억(working memory)의 차이로 보았다(Eills Weismer et al., 1999; Gathercole & Baddeley, 1990; Han & Jeong, 2000; Lee et al., 2014; Montgomery, 2002). 의사소통 환경에서 성공적인 구어의 이해와 산출을 위해서는 작업기억에 언어적 정보를 통합해야 하기 때문이다(Seo et al., 2005).

청각적 작업기억이란 청각적 자극으로 제시되는 새로운 음소를 습득하는 것으로 제시된 구어의 형태와 정보를 저장하고 회상할 수 있는 기능을 의미한다(Archibald & Gathercole, 2007; Bishop, 2006; Ellis Weismer et al., 1999; Montgomery, 2002). 어휘를 습득하고 사용하는 과정에서 많은 청각적 작업기억이 요구되는데, 단순언어장애 아동은 어휘습득과 재인에 중요한 역할을 하는 작업기억의 낮은 수행으로 인해서 어휘를 습득하고 사용함에 어려움을 나타낸다(Kim, 2004; Kirchner & Klatsky, 1985).

청자는 음향-음소 신호(acoustic-phonetic signal) 메시지를 해독하고 이해하기 위해 재인(recognition), 처리(processing), 이해(comprehension) 및 언어 정보의 회상(recall of linguistic information)과 같은 언어-인지 처리 과정을 거친다(Jarman, 1980). 또한, 청자의 청각이 선천적 또는 후천적으로 손실되어 청각적 정보의 입력이 부족하게 될 경우, 의사소통에 어려움을 겪게 되며(Cho, 2015), 청각적 작업기억을 수행하는 데도 어려움을 보이게 된다(Cleary et al., 2001; Geers et al., 2000; Lee & Kim, 2003; Pisoni & Cleary, 2003; So, 2009). 이러한 청각적 작업기억의 결함은 적은 발화수의 산출과 부적절한 낱말 선택 등의 일상 대화 속에서 어려움을 가져올 수 있다(Marini et al., 2014).

이러한 어려움은 청력손실뿐만 아니라 소음에 의해서도 발생하게 되는데 대부분의 의사소통 환경은 조용한 환경보다 청각 신호 정보처리 혹은 청각적 작업기억을 수행하는 데 방해가 되는 소음에 노출된 환경이 많으며 소음과 같은 음향 환경적 요소는 말지각에 영향을 미친다(Song, 2022). 소음 환경에서 말소리를 청취할 때 많은 청취노력(listening effort)이 필요하고 이 청취 노력에는 많은 상위 인지기능 중 작업기억과 관련이 있으며 그 중 작업기억 용량이 중요하게 작용한다. 단서 유형과 작업기억 용량에 따라 청자의 청취 노력에 대한 정도를 측정한 선행 연구에서는 인지 부하가 증가하는 소음 환경에서 청취 부담이 증가하며, 높은 수준의 작업기억을 가진 집단일수록 소음이 제시된 환경에서 더 높은 수행력을 보였다(Picou et al., 2011). 소음이 청각적 정보처리 및 말지각에 부정적인 영향을 미치지만 높은 청각적 작업기억을 가진 집단일수록 ‘칵테일 파티 효과(cocktail party effect)’를 일으켜 소음 환경에서 더 나은 작업기억력의 결과를 나타낸다는 연구들도 있다(Angwin et al., 2017; Baijot et al., 2016; Fu & Galvin, 2007; Manan et al., 2012; Pickens et al., 2019; Söderlund & Jobs, 2016; Söderlund et al., 2010). Othman et al.(2020)의 연구에서는 소음 환경에서 청각적 작업기억 과제를 수행하였을 때, 실험군과 대조군 모두에서 청각적 작업기억이 증가하였음을 보고하였으며, Kim & Kim(2018)의 연구에서는 청년층 집단의 경우 비소음 환경보다 다화자 잡음의 청취 환경에서 더 높은 청각적 작업기억을 보였다고 보고하였다.

위의 내용으로 종합하였을 때 단순언어장애 아동의 어휘 지체에 중요한 요인으로 작업기억이 작용할 수 있으며 특히, 청각적 자극으로 제시되는 청각적 작업기억에 어려움이 있음을 알 수 있다. 또한, 선행 연구들의 결과로 미루어 보아 청취 환경이 청각적 작업기억의 관여도가 크다는 것을 알 수 있다.

따라서 본 연구에서는 작업기억 용량의 급격한 발달을 보이는 4∼5세 시기의 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동을 대상으로 소음 환경과 비소음 환경에서 청각적 작업기억 과제 수행 능력에 차이가 있는지 살펴보고자 한다. 본 연구를 통해 확인하고자 하는 연구 문제는 다음과 같다. 첫째, 청취 환경(소음, 비소음) 및 집단(단순언어장애 아동, 정상 발달 아동)에 따른 청각적 작업기억에 차이가 있는가? 둘째, 청취 환경(소음, 비소음) 및 집단(단순언어장애 아동, 정상 발달 아동)에 따른 청각적 작업기억의 하위 영역의 차이가 있는가? 이를 통해 청취 환경이 청각적 작업 기억에 미치는 영향을 파악하여 단순언어장애 아동의 효율적인 언어발달을 지원하는 근거 자료를 제공하고자 한다.

MATERIALS AND METHODS

연구 대상

본 연구는 부산, 경남 지역에 거주하는 4~5세 단순언어장애 아동 20명과 정상 발달 아동 20명이 참여하였다. 대상자 모두 한국판 카우프만 간편지능검사2 (Korean Kaufman Brief Intelligence Test, second edition; Moon, 2020) 결과, 비언어성 지능 검사 수행에서 85점 이상의 점수를 받았으며, 부모나 담임교사의 보고로 감각, 정서, 신체에 이상이 없었다. 단순언어 장애 아동은 수용·표현 어휘력 검사(Receptive & Expressive Vocabulary Test; Kim et al., 2009)로 측정한 수용 또는 표현 어휘력이 -1.25 standard deviation (SD) 이하에 해당하며, 정상 발달 아동은 -1 SD 이상에 해당하였다. 본 연구는 부산가톨릭대학교 기관생명윤리위원회(Institute Review Board, IRB)의 승인을 받았다(승인번호: CUPIRB-2022-027). 또한 연구에 참여하기 전 대상 아동과 부모에게 본 연구의 목적, 방법 및 진행 절차에 대한 설명을 제공하였으며, 부모의 서면 동의 후에 연구를 진행하였다.

연구 도구

본 연구 에서는 작 업기억 용량의 급격한 발달을 보이는 4∼5세 시기의 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동을 대상으로 소음 환경과 비소음 환경에서 청각적 작업기억 과제 수행 능력의 차이를 살펴보기 위해 1) 음운루프 및 중앙집행기(central executive)의 용량을 측정할 수 있는 숫자 따라 말하기 과제, 2) 정보의 저장 및 처리의 상호작용적 기능을 측정할 수 있는 문장 폭 기억 과제와 연속단어-빈칸 채우기 과제, 3) Montgomery(2000)의 3-처리 조건 과제 중 단일처리 조건 과제인 속성에 따라 단어 배열하기 과제를 실시하였다.

숫자 따라 말하기(순방향, 역방향)

숫자 따라 말하기는 청각적 자극으로 제시되는 일련의 숫자를 듣고 바로 혹은 거꾸로 따라 말하는 과제로 음운루프 및 중앙집행기의 능력을 측정하는 과제이다. 본 연구에서는 한국판 아동용 웩슬러 지능검사(Kwak et al., 2001)의 하위검사 III의 숫자 따라 말하기 과제를 수정·보완하여 구성하였다.

문장 폭 기억하기(정오판단, 첫 낱말 회상)

문장 폭 기억하기는 청각적 자극으로 제시되는 문장을 듣고 아동이 정오판단과 동시에 문장의 첫 낱말을 기억하여 회상하는 과제로 정보의 저장과 이해 및 처리의 연합적인 기능을 동시에 측정하는 과제이다. 본 연구에서는 Kim et al.(2018)의 과제를 참고하여 수정·보완하여 구성하였다.

연속단어 빈칸 채우기

연속단어 빈칸 채우기는 청각적 자극으로 제시되는 3∼4개의 연속된 단어를 먼저 듣고 이후 제시되는 불완전한 연속된 단어를 들은 후, 처음 제시된 단어 배열에서 빠진 단어를 말하는 과제이다. 이를 통해 정보의 저장과 처리를 동시에 측정할 수 있다. 본 연구에서 검사절차의 경우 Park et al.(2009)의 과제를 참고로 수정·보완하여 구성하였으며 어휘는 Lee et al.(2009a)에서 30∼36개월 아동에게서 50% 이상 출현하는 사용 빈도가 높은 표현 단어로 구성하였다.

속성에 따라 단어 배열하기

속성에 따라 단어 배열하기는 단일처리 조건 과제로 연속된 단어를 듣고 회상 과제를 수행할 때, 자극 단어들의 물리적 크기 순서대로 재배열하여 회상하는 과제이다. 본 연구에서는 Kim(2004)의 연구에서 사용된 기능적 작업기억 과제용 자극 낱말 목록과 구성된 낱말의 물리적인 크기 순서로 나열하기 과제를 참고로 수정·보완하여 사용하였다.

음성자극 및 소음 자극의 제작

연구에 사용된 음성 자극은 Typecast (Neosapience, Seoul, Korea)를 사용하여 AI 음성을 제작하였다. 모든 음성 자극은 65 dB sound pressure level (SPL)로 제시하였다. 숫자 따라 말하기, 속성에 따라 단어 배열하기 과제의 각 자극음 사이의 간격은 0.4초로 설정하였고, 문장 폭 기억하기 과제는 3어절의 문장이 2∼3초 동안 제시되도록 설정하였다. 연속단어 빈칸 채우기 과제의 각 자극음 사이의 간격은 0.4초로 설정하였으며 빈칸에 해당하는 묵음 구간은 1.5초로 설정하였다.

소음 자극은 Kang(2022)의 연구에서 사용한 다화자 잡음을 사용하였으며 소음 환경의 자극은 Adobe Audition CC 23.0 (Adobe System Inc., San Jose, CA, USA)을 이용하여 목표 음성(65 dB SPL)에 다화자잡음을 추가시켜 말소리를 최대로 이해할 수 있는 신호대잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)인 6∼10 dB보다 약간 어려운 5 dB 신호대소음비(Song, 2022)로 제시할 수 있도록 음원을 제작하였다. 모든 음원 파일은 시작음이 울리고 1초 후에 자극음이 시작되도록 제작하였다.

연구 절차

검사 장소는 주변 소음이 50 dB SPL 이하인 조용한 방에서 개별적으로 실시하였다(Kim & Kim, 2018). 음성 자극은 아동이 듣기에 편안한 강도로 들을 수 있도록 하였다. 아동은 편안하게 앉은 채로 스피커에서 들리는 음성 자극을 듣고 과제를 수행하였으며 각 과제의 음성 파일은 갤럭시 북 Pro 360 노트북(Samsung Electronics, Seoul, Korea)으로 제시하였다. 연습 문항을 실시하는 동안 노트북과의 거리 및 음성자극의 강도를 조정하여 아동이 편안하게 참여할 수 있도록 환경을 조정하였다. 소음 환경에서는 +5 dB SNR로 제작한 음성 파일을 들려주었다.

실험 과제는 각 청취 환경마다 숫자 따라 말하기(순방향, 역방향) 5문항(1~2번 문항은 숫자 2개, 3~4번 문항은 숫자 3개, 5번 문항은 숫자 4개), 문장 폭 기억(정오판단, 첫 낱말 회상) 15문항(모든 문항 3어절), 연속단어 빈칸 채우기 5문항(1~2번 문항은 단어 3개, 3~5번 문항은 단어 4개), 속성에 따라 단어 배열하기 5문항(1~3번 문항은 단어 3개, 4~5번 문항은 단어 4개)으로 구성하였다. 모든 검사는 소음 환경과 비소음 환경을 대상자별로 무작위로 실시하였다. 아동이 다시 들려주기를 요구할 시, 1회에 한하여 음성 자극을 다시 들려주었다.

순방향 숫자 따라 말하기 과제의 경우 “지금부터 여러 개의 숫자를 들려줄 거예요. 듣고 그대로 따라 말하면 돼요. 기억이 나지 않으면 ‘몰라요’라고 말하면 돼요”라고 설명한 후, 녹음된 음성을 들려주며 연습 문항을 진행한 다음 충분히 이해가 되었다고 판단되었을 때, 녹음된 본 문항 음성을 들려주며 진행하였다. 역방향 숫자 따라 말하기 과제의 경우 “지금부터 여러 개의 숫자를 들려줄 거예요. 듣고 거꾸로 따라 말하면 돼요”라고 설명한 후, 녹음된 음성으로 연습 문항을 진행한 다음 충분히 이해가 되었다고 판단되었을 때, 녹음된 본 문항 음성을 들려주며 진행하였다.

문장 폭 기억 과제(정오판단, 첫 낱말 회상)의 경우 “지금부터 들려주는 문장들을 잘 듣고 맞는 말인지 틀린 말인지 말해 주세요. 그리고 방금 들었던 문장 중에서 맨 처음에 나온 단어가 무엇이었는지 기억하고 있다가 한 번에 말해 주세요. 순서는 생각하지 말고 맨 처음에 나온 단어들을 최대한 많이 기억해서 말해주면 돼요”라고 설명한 후, 녹음된 음성을 들려주며 연습 문항을 진행한 다음 충분히 이해가 되었다고 판단되었을 때, 녹음된 본 문항 음성을 들려주며 진행하였다.

연속단어 빈칸 채우기 과제의 경우 “지금부터 들려주는 단어들을 잘 듣고 빠진 단어를 말해 주세요”라고 설명한 후, 빠진 단어를 말하도록 요구하였다. 녹음된 음성을 들려주며 연습 문항을 진행한 다음 충분히 이해가 되었다고 판단되었을 때, 녹음된 본 문항 음성을 들려주며 진행하였다.

속성에 따라 단어 배열하기 과제의 경우 “지금부터 들려주는 단어들을 잘 듣고 크기 순서별로 말해 주세요, 큰 것부터 말해줘도 되고, 작은 것부터 말해줘도 돼요”라고 설명한 후, 녹음된 음성을 들려주며 연습 문항을 진행한 다음 충분히 이해가 되었다고 판단되었을 때, 녹음된 본 문항 음성을 들려주며 진행하였다. 각 과제의 검사 문항 예시를 Appendix 1에 제시하였다.

자료분석 및 통계 처리

모든 과제는 정반응한 경우에 1점을 오반응한 경우에 0점을 부여하여 각 청취 환경당 숫자 따라 말하기 총점 10점, 문장 폭 기억하기 총점 30점, 연속단어 빈칸 채우기 총점 5점, 속성에 따라 단어 배열하기 총점 5점으로 비소음 환경 총점 50점, 소음 환경 총점 50점으로 구성하였다.

모든 통계 처리는 SPSS version 26.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 사용하여 분석하였다. 청취 환경에 따른 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청각적 작업기억의 차이를 알아보고자 대응표본 t-검정(paired t-test)을 실시하였다. 또한 청취 환경(소음, 비소음) 및 집단(단순언어장애 아동, 정상 발달 아동)에 따른 청각적 작업기억을 살펴보기 위하여 이원배치분산분석(two-way analysis of variance [ANOVA])을 실시하였다.

RESULTS

청취 환경 및 집단에 따른 청각적 작업기억

청취 환경(소음, 비소음)과 집단(단순언어장애 아동, 정상 발달 아동)에 따른 청각적 작업기억의 기술통계 결과는 Table 1과 같다. 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 전체 청각적 작업기억에 차이가 있는지 살펴본 결과, 단순언어장애 아동은 평균 18.10 (SD, 6.39), 정상 발달 아동은 평균 40.50 (SD, 4.54)로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동에 비해 낮은 작업기억을 보였다. 청취 환경에 따른 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청각적 작업기억의 차이를 알아보고자 대응표본 t-검정(paired t-test)을 실시한 결과, 단순언어장애 아동은 비소음 환경에서 19.15 (SD, 6.26), 소음 환경에서 17.05 (SD, 6.50)로, 소음 환경보다 비소음 환경에서 통계적으로 유의하게 높은 청각적 작업기억을 보였다(t = 2.511, p < 0.001) (Table 2), 반면, 정상 발달 아동은 비소음 환경에서 38.80 (SD, 4.07), 소음 환경에서 42.20(SD, 4.43)로 비소음 환경보다 소음 환경에서 통계적으로 유의하게 높은 청각적 작업기억을 보여 단순언어장애 아동과 상반된 결과가 나타났다(t = -6.474, p < 0.001) (Table 2).

이러한 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴보기 위하여 이원배치 분산분석을 실시한 결과는 Table 3과 같다. 그 결과 집단 간 차이는 F_(1,76) = 341.104 (p < 0.001)로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 통계적으로 유의하게 낮은 청각적 작업기억을 보였다. 청취 환경에 따른 차이는 F_(1,76) = 0.287로 청취 환경 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 집단과 청취 환경의 상호작용 효과는 F_(1,76) = 5.141 (p < 0.05)로 통계적으로 유의하였다.

청취 환경 및 집단에 따른 청각적 작업기억의 하위 영역

집단(단순언어장애 아동, 정상 발달 아동)에 따른 청각적 작업기억의 하위 영역 검사에 대한 대응표본 t-검정은 Table 4와 같다.

청취 환경 및 집단에 따른 숫자 따라 말하기

단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청취 환경에 따른 숫자 따라 말하기 과제에서의 차이가 있는지 살펴본 결과, 단순언어장애 아동의 경우 비소음 환경 평균 4.10 (SD, 1.83), 소음 환경 평균 2.85 (SD, 2.50)로 소음 환경보다 비소음 환경에서 통계적으로 유의하게 높은 청각적 작업기억을 보였다(t = 3.387, p < 0.01) (Table 4). 반면, 정상 발달 아동의 경우 비소음 환경 평균 8.45 (SD, 0.83), 소음 환경 평균 8.65 (SD, 0.93)로, 비소음 환경보다 소음 환경에서 통계적으로 유의하게 높은 청각적 작업기억을 보여 단순언어장애 아동과 상반된 결과가 나타났다(t = -2.179, p < 0.05) (Table 4).

이러한 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴보기 위하여 이원배치 분산분석을 실시한 결과는 Table 5와 같다. 그 결과 집단 간 차이는 F_(1,76) = 184.794 (p < 0.001)로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 숫자 따라 말하기 점수가 통계적으로 유의하게 낮았다. 청취 환경에 따른 차이는 F_(1,76) = 1.978로 청취 환경 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 집단과 청취 환경의 상호작용 효과는 F_(1,76) = 3.771로 통계적으로 유의하지 않았다.

청취 환경 및 집단에 따른 문장 폭 기억하기

단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청취 환경에 따른 문장 폭 기억하기 과제에서의 차이가 있는지 살펴본 결과, 단순언어장애 아동의 경우 비소음 환경 평균 13.70 (SD, 5.30), 소음 환경 평균 13.05 (SD, 5.06)로 비소음 환경에서의 청각적 작업기억이 조금 더 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다(Table 4). 그러나 정상 발달 아동의 경우 비소음 환경 평균 22.85 (SD, 3.12), 소음 환경 평균 25.05 (SD, 3.00)로 소음 환경에서의 청각적 작업기억이 통계적으로 유의하게 높았다(t = -5.395, p < 0.001) (Table 4).

이러한 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴보기 위하여 이원배치 분산분석을 실시한 결과는 Table 6와 같다. 그 결과 집단 간 차이는 F_(1,76) = 123.476 (p < 0.001)으로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 문장 폭 기억하기 점수가 통계적으로 유의하게 낮았다. 청취 환경에 따른 문장 폭 기억하기 점수 차이는 F_(1,76) = 0.663으로 청취 환경 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 집단과 청취 환경의 상호작용 효과는 F_(1,76) = 2.242로 통계적으로 유의하지 않았다.

청취 환경 및 집단에 따른 연속단어 빈칸 채우기

단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청취 환경에 따른 연속단어 빈칸 채우기 과제에서의 차이가 있는지 살펴본 결과, 단순언어장애 아동의 경우 비소음 환경 평균 1.05 (SD, 1.10), 소음 환경 평균 1.00 (SD, 1.08)으로 비소음 환경에서의 청각적 작업기억이 조금 더 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다(Table 4). 그러나 정상 발달 아동의 경우 비소음 환경 평균 4.15 (SD, 0.75), 소음 환경 평균 4.60 (SD, 0.50)으로 소음 환경에서의 청각적 작업기억이 통계적으로 유의하게 높았다(t = -3.943, p < 0.001) (Table 4).

이러한 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴보기 위하여 이원배치 분산분석을 실시한 결과는 Table 7과 같다. 그 결과 집단 간 차이는 F_(1,76) = 282.889 (p < 0.001)로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 연속단어 빈칸 채우기 점수가 통계적으로 유의하게 낮았다. 청취 환경에 따른 연속단어 빈칸 채우기 점수 차이는 F_(1,76) = 1.008로 청취 환경 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 집단과 청취 환경의 상호작용 효과는 F_(1,76) = 1.575로 통계적으로 유의하지 않았다.

청취 환경 및 집단에 따른 속성에 따라 단어 배열하기

단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청취 환경에 따른 속성에 따라 단어 배열하기 과제에서의 차이가 있는지 살펴본 결과, 단순언어장애 아동의 경우 비소음 환경 평균 0.30 (SD, 0.73), 소음 환경 평균 0.15 (SD, 0.49)로 비소음 환경에서의 청각적 작업기억이 조금 더 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다(Table 4). 그러나 정상 발달 아동의 경우 비소음 환경 평균 3.35 (SD, 0.75), 소음 환경 평균 3.90 (SD, 0.85)으로 소음 환경에서의 청각적 작업기억이 통계적으로 유의하게 높았다(t = -3.584, p < 0.001) (Table 4).

이러한 차이가 통계적으로 유의미한지 살펴보기 위하여 이원배치 분산분석을 실시한 결과는 Table 8과 같다. 그 결과 집단 간 차이는 F_(1,76) = 449.391 (p < 0.001)로 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 속성에 따라 단어 배열하기 점수가 통계적으로 유의하게 낮았다. 청취 환경에 따른 차이는 F_(1,76) = 1.555로 청취 환경 간 유의한 차이는 나타나지 않았다. 집단과 청취 환경의 상호작용 효과는 F_(1,76) = 4.762 (p < 0.05)로 통계적으로 유의하였다.

DISCUSSIONS

본 연구에서는 청취 환경(소음/비소음)에 따른 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청각적 작업기억의 차이와 하위 영역의 차이를 살펴보기 위하여 만 4∼5세 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동을 대상으로 소음 환경과 비소음 환경에서 청각적 작업기억 과제를 실시하였다.

청취 환경 및 집단에 따른 청각적 작업기억

단순언어장애 아동과 정상 발달 아동의 청각적 작업기억을 살펴본 결과, 비소음 환경과 소음 환경 모두에서 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 통계적으로 유의하게 낮은 청각적 작업기억을 보였으며 집단 및 청취 환경에 따른 상호작용 효과가 통계적으로 유의하였다. 이는 선행 연구에서 단순언어장애 아동의 작업기억이 정상 발달 아동과 비교 시 유의하게 낮았다는 결과와 일치한다(Windsor & Kohnert, 2004). 작업기억의 차이는 언어의 이해와 언어발달, 학습, 사고, 등의 과제 수행과 관련이 있고 언어발달 개인차를 설명해 주는 요인으로 볼 수 있으며(Kim et al., 2004), 단순언어장애 아동의 낮은 작업기억이 어휘, 문장 이해, 복잡한 구문의 산출과 같은 언어발달을 저해한다는 연구들을 뒷받침하고 있다(Adams & Gathercole, 1995; Cho et al., 2012; Cho, 2015; Just & Carpenter, 1992).

정상 발달 아동은 비소음 환경보다 소음 환경에서 유의미하게 높은 청각적 작업기억을 나타낸 반면, 단순언어장애 아동은 청취 환경에 따른 작업기억 능력 차이가 나타나지 않았다. 일반적으로 소음 환경은 청각적으로 제시되는 정보를 처리하는 데 인지적 부담을 주어 필요한 정보를 처리하기 위해서 청취 노력이 증가한다(Picou et al., 2011). 또한 소음 환경에서 청각적 작업기억 과제를 수행할 때, 과제의 난이도가 상대적으로 높아지고, 과제 처리의 복잡성이 증가하게 된다. 그러나 정상 발달 아동은 소음 환경에서 오히려 청각적 작업기억 능력이 더 좋게 나타나 청각적으로 투입된 소음과 자극을 분리하고, 소음을 억제할 수 있었으며 관련 정보에만 집중할 수 있었다. 즉, 정상 발달 아동은 소음 환경에서 말소리의 음향-음소 정보를 더 많이 활용하고 언어 지식에 덜 의존하여 청각적으로 제시된 자극을 유지 및 조작할 수 있었던 것으로 판단된다. 반면, 단순언어장애 아동은 청취 조건에 관계없이 청각적 기억 능력이 매우 낮아 정상 발달 아동에 비해 청취 조건에 따른 영향을 거의 받지 않은 것으로 판단된다. 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 청각적 정보를 처리하는데 더 많은 언어적, 인지적 자원이 필요하며, 청취 노력을 증가시켜 새로운 정보의 처리 및 언어 습득에 부담으로 작용하게 된다. 이는 높은 청각적 작업기억을 보인 집단은 오히려 비소음 환경보다 소음 환경에서 집중하여 과제를 수행하여 더 높은 수행력을 보인다는 Kim & Kim(2018)의 청년층과 노년층을 비교한 선행 연구의 결과와 Lee & Sim(2015)의 인공와우 이식 아동과 정상 발달 아동의 말지각과 듣기 노력을 비교한 선행 연구의 결과와 일치한다.

따라서 본 연구는 정상 발달 아동처럼 청각적 작업기억 능력이 높은 아동의 경우, 학업 능력 및 집중력 향상을 위해 오히려 일정 정도의 소음 환경 하에서 학습을 하는 방법도 좋을 것이라 사료된다. 반면, 단순언어장애 아동의 경우, 낮은 청각적 작업기억 능력이 언어발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있으므로 어휘 및 구문의 발달과 이해 능력의 발달을 위해 청각적 작업기억의 용량을 최우선으로 향상시켜야 함을 시사한다.

청취 환경 및 집단에 따른 청각적 작업기억 하위 영역

소음 환경과 비소음 환경에서 집단의 청각적 작업기억의 하위 영역의 차이를 살펴본 결과, 정상 발달 아동이 단순언어장애 아동보다 4가지 하위 영역 과제(숫자 따라 말하기, 문장 폭 기억하기, 연속단어 빈칸 채우기, 속성에 따라 단어 배열하기) 모두에서 통계적으로 유의하게 높은 청각적 작업기억을 나타냈다.

이는 선행 연구의 작업기억을 측정하는 과제인 기능적 작업기억 과제(Kim, 2004)와 음운루프 측정 과제에서 단순언어장애 아동이 정상 발달 아동보다 작업기억 과제의 수행 점수가 낮았다는 결과와 일치한다(Hong & Yim, 2014).

음운루프 및 중앙집행기의 능력을 평가하는 숫자 따라 말하기 과제에서 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 유의하게 낮은 수행력을 보였지만 집단 및 청취 환경의 상호작용 효과는 유의하지 않았다. 정상 발달 아동의 경우 두 청취 환경 모두에서 높은 수행력을 보였으며, 비소음 환경에 비해 소음 환경에서 유의하게 높은 수행력을 보였다. 반면, 단순언어장애 아동의 경우 청취 환경에 관계없이 유의하게 낮은 수행력을 보였으며, 청취 환경에 따른 수행력 차이는 나타나지 않았다. 또한 단순언어장애 아동과 정상 발달 아동은 청취 환경에 관계없이 숫자 따라 말하기의 순방향에서는 큰 차이를 보이지 않았으나, 역방향에서 두 집단 간의 차이가 크게 나타났다. 이러한 결과는 숫자 따라 말하기의 순방향 과제의 경우 입력된 음운 정보를 유지하고 바로 회상하는 것으로 보다 단순한 처리 과정이며, 역방향 과제는 입력된 음운 정보를 한 번 더 조작해서 회상하거나 음운 정보를 처리하는 동시에 다른 정보를 유지하고 회상하는 과제로 보다 더 복잡한 처리 과정을 거친다고 보고한 선행 연구와 일치한다(Cho, 2015).

소음 환경에서 정상 발달 아동은 소음이 과제 수행에 긍정적인 요인으로 작용한 반면, 단순언어장애 아동의 경우 소음이 특별한 영향을 미치지 않았다. 청각적 작업기억이 낮은 집단의 경우, 음향-음소 정보를 활용하기보다 언어 지식의 활용으로 정보를 재인, 기억, 회상하는데 숫자 따라 말하기 과제의 경우 언어 지식이 포함되지 않은 숫자로만 구성이 되어 단순언어장애 아동의 과제 수행에 더욱 어려움이 있었던 것으로 판단된다. 이러한 결과는 작업기억 용량 하위 집단의 비단어 말지각 수행력이 작업기억 용량 상위 집단의 비단어 말지각 수행력보다 낮았으며 다화자잡음에서 비단어 말지각 수행력이 더 감소한다는 선행 연구들의 결과와 일치한다(Jung, 2015; Lee et al., 2009b; Lee, 2013).

정보의 저장과 이해 및 처리의 연합적인 기능을 동시에 측정하는 문장 폭 기억하기 과제에서 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 유의하게 낮은 수행력을 보였지만 집단 및 청취 환경의 상호작용 효과는 유의하지 않았다. 정상 발달 아동의 경우 비소음 환경보다 소음 환경에서 더 높은 수행력을 보인 반면, 단순언어장애 아동은 청취 환경에 따른 차이가 나타나지 않았다. 이는 단순장애아동의 경우 정보의 저장과 이해 및 처리의 연합 능력이 부족하여 소음의 유무와 관계없이 과제를 수행하는데 어려움을 겪어 두 청취 환경에서 유사하게 낮은 수행력을 보였기 때문이라 판단된다. 문장 폭 기억하기는 아동의 언어 수준을 고려하여 친숙한 단어들을 사용한 문장으로 제작되었다. 정상 발달 아동의 경우 친숙한 단어들로 구성된 문장을 듣고 과제를 처리하는데 충분한 청각적 작업기억 용량을 가지고 있었던 반면, 단순언어장애 아동의 경우 과제의 수행 요구가 청각적 작업기억 용량을 넘어섰기 때문에 과제를 수행하는 데 어려움이 있었을 것으로 예상한다. 문장 폭 기억하기의 회상 과제는 작업기억 용량을 평가함과 동시에 처리 자원이 할당되는 효율성을 측정할 수 있는 과제로 본 연구에서 단순언어장애 아동이 정상 발달 아동보다 낮은 점수를 보여 단순언어장애 아동은 작업기억 용량의 결함뿐 아니라 작업기억 내 처리 자원을 효율적으로 사용하는 능력이 정상 발달 아동에 비해 부족하다는 것을 의미한다(Eills Weismer et al., 1999). 이는 어휘발달지체 아동 집단이 문장 폭 기억하기 과제에서 정확도가 유의하게 낮았다는 Kim & Yim(2015)의 결과와 일치한다.

정보의 저장 및 처리를 동시에 진행하는 연속단어 빈칸 채우기 과제에서 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 유의하게 낮은 수행력을 보였지만 집단 및 청취 환경의 상호작용 효과는 유의하지 않았다. 이는 정상 발달 아동의 경우 두 청취 환경 모두에서 높은 청각적 작업기억을 보인 반면, 단순언어장애 아동의 경우 소음의 유무와 관계없이 두 청취 환경 모두에서 낮은 청각적 작업기억을 보였기 때문으로 판단된다. 단순언어장애 아동은 정보의 저장과 처리를 동시에 진행하는 능력에 결함이 있어 정상 발달 아동에 비해 청각적으로 제시된 언어적 정보의 저장과 처리에 낮은 효율성을 나타낸다고 예측할 수 있다.

단일처리 조건에서의 기능적 작업기억을 측정하는 속성에 따라 단어 배열하기 과제에서 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동보다 유의하게 낮은 점수를 보였다. 이는 단순언어장애 아동에게 요구되는 단일처리 조건 과제 자체가 해당 아동들의 청각적 작업기억 용량을 이미 초과하였기 때문일 것이라고 예측한다. 즉, 단순언어장애 아동들은 크기 순서화라는 처리와 저장을 함께 수행할 때 인지적 부담이 가중되어 과제를 수행하는 데 어려움이 있었을 것으로 분석하였다.

본 연구는 청각적 작업기억 과제를 통해 청취 환경에 따른 정상 발달 아동과 단순언어장애 아동의 말소리 인지 및 청각적 정보처리의 어려움과 원인에 대하여 살펴보았다. 본 연구의 결과에 따른 임상적 의의는 다음과 같다. 첫째, 단순언어장애 아동은 정상 발달 아동에 비해 청각적 작업기억의 수행력이 현저하게 낮음을 알 수 있었다. 둘째, 정상 발달 아동은 학업 능력 및 집중력 향상을 위해 오히려 일정 정도의 소음 환경 하에서 학습을 하는 방법도 좋을 것이라 사료된다. 셋째, 단순언어장애 아동의 언어 중재 시 청각적 작업기억과 관련된 영역을 함께 중재하는 방법이 아동의 어휘, 구문, 이해의 향상에 도움이 될 것이다.

Notes

Ethical Statement

All participants singed an informed consent form before conducting the experiments. This study was approved by the Institutional Review Board of the Catholic University of Pusan (IRB approval number: CUPIRB-2022-027).

Declaration of Conflicting Interests

There is no conflict of interests.

Funding

N/A

Author Contributions

Conceptualization: A-Yeong Lee, Jin-Dong Kim. Data collection and Formal analysis: A-Yeong Lee. Investigation: A-Yeong Lee. Methodology: A-Yeong Lee. Project administration: Jin-Dong Kim. Resources: A-Yeong Lee, Jin- Dong Kim. Software: A-Yeong Lee, Jin-Dong Kim. Supervision: Jin-Dong Kim. Validation: Jin-Dong Kim. Visualization: A-Yeong Lee. Writing—original draft: A-Yeong Lee. Writing—review & editing: A-Yeong Lee, Jin-Dong Kim. Approval of final manuscript: all authors.

Acknowledgments

This work is based on the master’s thesis of the first author.

Table 1.

Descriptive statistics of auditory working memory according to groups and listening environments

Stening environment	SLI (n = 20)		TD (n = 20)		Total (n = 40)
Stening environment	Mean	SD	Mean	SD	Mean	SD
Non-noise	19.15	6.26	38.80	4.07	28.97	11.23
Noise	17.05	6.50	42.20	4.43	29.62	13.87
Total	18.10	6.39	40.50	4.54	29.30	12.54

SLI: children with specific language impairment, TD: typically developing children, SD: standard deviation

Table 2.

Paired t-test of auditory working memory in children with specific language impairment and typically developing children according to listening environments

Listening environmen	SLI (n = 20)			TD (n = 20)
Listening environmen	Mean	SD	t	Mean	SD	t
Non-noise	19.15	6.26	2.511^***	38.80	4.07	-6.474^***
Noise	17.05	6.50		42.20	4.43

SLI: children with specific language impairment, TD: typically developing children, SD: standard deviation.

^*** p < 0.001

Table 3.

Repeated two-way analysis of variance of auditory working memory according to groups and listening environments

Factor	SS	df	MS	F
Groups	10,035.200	1	10,035.200	341.104^***
Listening environments	8.450	1	8.450	0.287
Groups × listening environments	151.250	1	151.250	5.141^*
Error	2,235.900	76	29.420
Total	81,110.000	80

SS: sum-of-squares, MS: mean squares.

^* p < 0.05,

^*** p < 0.001

Table 4.

Paired t-test of auditory working memory sub-domains according to listening environments and groups

	SLI (n = 20)			TD (n = 20)
	Mean	SD	t	Mean	SD	t
DS
Non-noise	4.10	1.83	3.387^**	8.45	0.83	-2.179^*
Noise	2.85	2.50		8.65	0.93
CLPT
Non-noise	13.70	5.30	1.135	22.85	3.12	-5.395^***
Noise	13.05	5.06		25.05	3.00
BFCW
Non-noise	1.05	1.10	0.237	4.15	0.75	-3.943^***
Noise	1.00	1.08		4.60	0.50
SPLCT
Non-noise	0.30	0.73	1.000	3.35	0.75	-3.584^***
Noise	0.15	0.49		3.90	0.85

SLI: children with specific language impairment, TD: typically developing children, SD: standard deviation, DS: digit span, CLPT: competing language processing task, BFCW: blank filling in continuous words, SPLCT: single processing load condition task.

^* p < 0.05,

^** p < 0.01,

^*** p < 0.001

Table 5.

Two-way analysis of variance of auditory working memory sub-domain (digit span abilities) according to groups and listening environments

Factor	SS	df	MS	F
Groups	515.113	1	515.113	184.794^***
Listening environments	5.513	1	5.513	1.978
Groups × listening environments	10.513	1	10.513	3.771
Error	211.850	76	2.788
Total	3,635.000	80

^*** p < 0.001

Table 6.

Two-way analysis of variance of auditory working memory sub-domain (competing language processing task) according to groups and listening environments

Factor	SS	df	MS	F
Groups	2,236.613	1	2,236.613	123.476^***
Listening environments	12.013	1	12.013	0.663
Groups × listening environments	40.613	1	40.613	2.242
Error	1,376.650	76	18.114
Total	31,529.000	80

^*** p < 0.001

Table 7.

Two-way analysis of variance of auditory working memory sub-domain (blank filling in continuous words) according to groups and listening environments

Factor	SS	df	MS	F
Groups	224.450	1	224.450	282.889^***
Listening environments	0.800	1	0.800	1.008
Groups × listening environments	1.250	1	1.250	1.575
Error	60.300	76	0.793
Total	870.000	80

^*** p < 0.001

Table 8.

Two-way analysis of variance of auditory working memory sub-domain (single processing load condition task) according to groups and listening environments

Factor	SS	df	MS	F
Groups	231.200	1	231.200	449.391^***
Listening environments	0.800	1	0.800	1.555
Groups × listening environments	2.450	1	2.450	4.762^*
Error	39.100	76	0.514
Total	570.000	80

^* p < 0.05,

^*** p < 0.001

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APPENDICES

Appendix 1.

Examples for auditory working memory tasks

DS	Forwards	자극 목록	9-8-1-4
	Forwards	요구되는 정반응	9-8-1-4
	Backwards	자극 목록	4-3-8-1
	Backwards	요구되는 정반응	1-8-3-4
CLPT		자극 문장	콜라는 색깔이 하얗다.
		요구되는 정반응	틀렸어요.
		자극 문장	이는 칫솔로 닦는다.
		요구되는 정반응	맞아요.
		요구되는 정반응	콜라, 이
BFCW		자극 낱말 목록	토끼 개 사자 - 토끼 개
BFCW		요구되는 정반응	사자
SPLCT		자극 낱말 목록	버스 수박 택시 포도
SPLCT		요구되는 정반응	포도 수박 택시 버스(작은 것부터 큰 것의 순서 또는 반대순)

DS: digit span, CLPT: competing language processing task, BFCW: blank filling in continuous words, SPLCT: single processing load condition task