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다양한 형태의 대뇌손상은 실어증, 마비말장애, 실행증 등을 유발하게 된다. 실어증은 언어장애(language disorder), 마비말장애, 실행증은 말운동장애(motor speech disorder) 혹은 말장애(speech disorder)로 분류된다. 이 중 말운동장애는 대뇌의 손상 위치, 유형에 따라 조음기관의 과소, 과다긴장으로 인해 조음 오류를 발생시킬 수 있다고 하였다(Duffy, 2019). 이러한 대상자들의 말운동장애를 평가하는 방법에는 음향학적 분석, 말 명료도 분석, 자·모음 정확도 등이 있다(Kim et al., 2011; Lansford & Liss, 2014; Weismer et al., 2001). 널리 사용되는 대표적인 방법으로 말 명료도 분석이 있으며 말 명료도는 화자의 말을 상대방이 얼마나 잘 이해하였는지를 반영해준다(Gentil, 1992; Scholderle et al., 2016; Ziegler & Zierdt, 2008). 말 명료도 평가는 발화 문장을 듣고 5점, 7점 척도로 평가하는 방식과 얼마나 많이 알아들었는지를 비율로 측정하는 방법이 주로 사용된다. 말 명료도 평가는 말운동장애 화자의 발화에 대한 주관적인 평가인 반면, 음향학적 분석은 발화를 음향 소프트웨어로 분석하여 모음 포먼트 및 대역폭 분석, 모음 삼각도, 모음 사각도, 모음 오각도 등의 모음 공간 변수들에 대한 연구도 진행되고 있다(Bang et al., 2013; Kang et al., 2010). 다양한 공유 소프트웨어의 등장으로 누구나 쉽게 포먼트 분석을 할 수 있게 되었으며, 그 중 대표적인 것이 Praat이며 음성 녹음, 분석, 합성, 스크립트 등 다양한 기능을 갖추고 있다.

모음에는 무수히 많은 포먼트 수치가 있지만 말소리 분석에는 가장 낮은 두 개의 포먼트, 제 1포먼트(first formant: F1), 제 2포먼트(second formant: F2)가 중요하게 사용된다(Dromey et al., 2013; Lee et al., 2016). F1은 입의 개구도와 관련이 있으므로, 저모음일수록 F1이 높고 고모음일수록 F1이 낮게 나타난다. F2는 혀의 전후 움직임과 관련이 있으므로, 전설모음일수록 F2가 높고 후설모음일수록 F2가 낮다. 주요 모음 /아, 이, 우, 에, 오/의 F1, F2를 2차원인 좌표로 표현하여 모음 삼각도, 모음 사각도, 모음 오각도 등을 구현한다. Praat의 스펙트로그램 출력 창에서 가장 아래의 검은 띠부터 F1, F2 로 명명한다. 포먼트와 스펙트로그램은 조음의 특성을 시각적으로 표현해준다(Winn, 2020).

선행 연구에서는 모음공간(vowel space area: VSA)에 따라 말 명료도가 달라질 수 있으며, 말 운동에 손상을 받은 사람들은 모음공간이 상대적으로 감소하고 조음기관들이 중앙화 되는 양상을 나타낸다고 보고하였다(Kim et al., 2014). 모음공간은 복잡한 인간의 성도를 XY 좌표축 그림으로 도식화하여 쉽게 볼 수 있도록 제시한 것으로 F1, F2의 값을 이용한다. 몇 개의 모음을 사용하느냐에 따라 다르게 명명한다. 각 모음의 점들을 연결하여 계산한 면적을 모음공간이라 한다. 모음공간과 관련된 변수는 모음 삼각도, 모음 사각도, 모음 오각도, 모음 조음지수(vowel articulation index: VAI), 모음 중앙화 지수(formant centralization ratio: FCR), 제 2포먼트 비율(F2_ratio) 등이 있다(Jacks et al., 2010; Vorperian & Kent, 2007; Wieland et al., 2015). 일반적으로 각 모음의 조음점을 비교하는 부분에서는 모음 삼각도와 모음 사각도를 사용하지만, 모음공간 면적이라는 측면에서는 각 모음들이 오조음을 산출하더라도 3개, 4개의 포먼트 값들이 상호적으로 비슷해질 가능성이 높다. 한국어 연구에서는 모음 오각도를 추가하는데 한국어 모음/오/가 /우/보다 후방화 되는 경향이 많기 때문에 이 영향으로 모음공간에 영향을 주게 되고 모음 삼각도, 모음 사각도 보다는 더 세밀하게 표현할 수 있다고 하였다(Kang et al., 2010). 각 모음들이 정상 범주에 많이 벗어나 있어도 모음공간이 넓게 측정되기 때문에 말 명료도와의 상관관계도 높지 않은 것으로 보고되었다(Kwon, 2010; Lee, 2010). 이후 이를 보완하기 위해서 다른 변수들이 새롭게 소개되었다(Janić et al., 2020). 모음 조음지수(VAI)는 모음공간 면적의 불안정성을 보완하기 위해서 제시하였고 파킨슨병 환자들의 과소운동형 마비말장애에서 좀 더 민감한 것으로 보고되었다(Roy et al., 2009; Sapir et al., 2010). 모음 중앙화 지수(FCR)는 모음 조음지수를 역수 취한 값을 의미한다. 제 2포먼트 비율(F2_ratio)은 고모음의 전후 혀 움직임의 정도를 반영한다. 모음공간에 대한 음향학적 분석은 주관적인 말 명료도 평가의 신뢰도를 지지해주는 중요한 요소라는 것이 보고되었다(Neel, 2008; Tjaden et al., 2014; Utianski et al., 2019).

본 연구에서는 다양한 원인의 말운동장애 환자들의 모음 특성들을 음향학적, 청지각적으로 분석하여 말운동장애의 중재 및 평가의 근거를 마련할 수 있는 기초 자료를 제시하고자 하였다. 연구 문제는 다음과 같다.

첫째, 정상과 말운동장애 환자들의 모음공간 면적, 말 명료도에 차이가 있는가?

둘째, 남성과 여성의 모음공간 면적, 말 명료도에 차이가 있는가?

셋째, 말운동장애의 유형별 모음공간 면적, 말 명료도에 차이가 있는가?

넷째, 모음공간 변수들과 말 명료도 간 상관관계는 있는가?

다섯째, 정상과 말운동장애 환자들의 말 수행력을 구분할 수 있는 최적 절단값 및 진단 예측력은 어떠한가?

본 연구는 말운동장애 환자군(35명)과 정상군(43명), 총 78명을 대상으로 문장 읽기에서의 말 명료도와 모음에서의 모음공간 변수들을 분석하여 말운동장애 환자들에게 발생하는 말 명료도 감소와 모음공간 특성을 확인할 수 있었다. 정상군에 비해 말운동장애 환자군에서 감소된 말 명료도와 모음공간 면적들의 차이를 알 수 있었다.

집단 간 모음 수의 증가에 따른 모음공간 변수의 차이를 확인하기 위해서 RStudio를 통해서 분석하고 시각화 하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.

첫째, 말운동장애 환자들의 모음공간 면적은 정상군에 비해서 유의미하게 작게 측정되었다. 이런 결과는 정상군이 말운동장애 환자군보다 더 넓은 모음공간을 가지고 있으며 조음시 조음기관의 가동 범위가 더 넓을 것이라는 것을 예측할 수 있게 해준다. 모음의 수가 증가할수록 모음공간의 면적도 좀 더 넓어지는 것으로 측정되었다. 본 연구에서는 모음의 수에 따른 모음공간을 제시하였고 Figure 1과 같이 모음 삼각도는 모음 오각도에 비하여 세밀하게 표현되지 못하였다. 과거에는 모음 삼각도, 모음 사각도를 많이 사용하였지만 점차 임상현장에서 말 샘플 녹음 시 5개의 모음 /아, 에, 이, 오, 우/를 많이 사용하고 있으며 다양한 말과업들도 지속적으로 추가되고 있다. 모음을 산출할 때 혀, 입술, 턱 등의 움직임으로 구강인두공명강이 변화하여 F1, F2에 영향을 주게 된다. 이런 상황에서 말 수행력을 예측하기 위해서 변수인 모음을 추가 분석하는 것은 음향학적 분석의 정확성을 높이는 데 도움이 될 것으로 생각된다. 선행연구에서 5개 모음을 통한 모음 오각도 분석 결과, 파킨슨병 환자들은 정상군에 비해 모음공간이 감소되었고, 모음 조음의 변화를 확인하는 좋은 지표로 사용할 수 있다고 하였다(Okada et al., 2015). 또한 후두 전적출 환자들의 모음을 분석하는데 모음 삼각도, 모음 오각도 FCR을 사용하였고, 이 외에도 포먼트 범위 비율(F1RR, F2RR), 평균 모음공간(average vowel spacing: AVS)을 분석하였다(Ng & Woo, 2021). Janic 등(2020)의 연구에서는 선천적 시각장애인들의 모음 분석을 모음 사각도, 모음 오각도, AVS 등을 사용하였다. 모음 오각도가 모음공간을 측정하기에 주요한 변수라고 언급하였다(Janić et al., 2020).

각 모음의 포먼트를 살펴보면 말운동장애 환자군은 정상군에 비해 상대적으로 저모음은 덜 낮게, 고모음은 덜 높게 조음하는 것을 확인할 수 있으며, 모음 /오, 우/의 경우 후설 쪽에 있어야 할 모음들이 전방화 된 것을 유추할 수 있었다. VAI는 말운동장애 환자군이 정상군에 비해 유의미하게 낮게, FCR은 높게 나타났다. 이러한 경향은 말운동장애 환자군의 조음 기관들이 조음 시 구강 내 넓은 가동 범위를 움직이지 못하고 중앙화가 된다는 의미로 해석할 수 있다(Naderifar et al., 2019; Sapir et al., 2010). 이러한 결과는 선행연구들의 결과를 뒷받침한다(Ferguson & Kewley-Port, 2007; Ferrand, 2001; Kim et al., 2014). F2_ratio는 말운동장애 환자군이 정상군에 비해 유의미하게 낮게 측정되었다. 이 결과는 말운동장애 환자군은 모음 /이/와 /우/의 F2가 정상군에 비해 많이 차이가 나지 않음을 의미한다. F2는 혀의 전후 운동을 반영한다고 알려져 있으며, 혀가 가장 전방화 되는 것과 가장 후방화 되는 움직임이 상대적으로 적음을 알 수 있다(Lee et al., 2016; Rudy & Yunusova, 2013; Whalen et al., 1999).

또한 마비말장애의 유형별 비교를 보면 통계적으로 유의미한 차이가 확인되지 않았다. 이러한 결과는 각 유형별 대상자의 수가 충분하지 않아 각 유형의 마비말장애 특성이 반영되기에는 부족했다고 생각된다. 후속 연구에서는 각 유형별 최소 30명 정도 모집을 하여 분석한다면 좀 더 의미 있는 결과가 나타날 것으로 생각된다. 추가적으로 정상과 말운동장애 환자들의 모음공간을 성별로도 비교하였다. 분석 결과, 여성 환자의 모음공간이 남성 환자의 모음공간보다 더 큰 것으로 확인되었다. 이러한 특성은 모음 삼각도, 모음 사각도, 모음 오각도 모두에서 확인되었다. 말운동장애 환자군의 경우, 모음 오각도에서 가장 그 차이가 두드러지게 나타났다. 앞서 기술한 것과 같이 더 많은 수의 모음을 사용하여 분석하여 말 수행력을 차이를 좀 더 정확하게 파악할 수 있었다. 이러한 결과는 선행연구들의 결과들을 뒷받침하였다(Neel, 2008; Weirich & Simpson, 2014).

둘째, 말운동장애 환자들의 말 명료도는 정상군에 비해서 낮으며, 측정된 모음공간 변수들과 말 명료도 간에는 유의미한 상관관계가 확인되었다. 모음공간 변수들을 통해서 말 명료도를 어느정도는 예측할 수 있을 것으로 생각된다. 조음기관의 말운동 장애로 인해 구강, 혀, 입술 등의 움직임, 가동범위, 속도 등의 기능 저하가 나타났으며 말 명료도의 감소로 이어진 것으로 생각된다. 하지만 높은 수준의 상관관계를 보이지 못한 것은 단순히 모음 공간의 면적이 넓다고 말 명료도가 좋은 것은 아니기 때문이다. 우리가 흔히 볼 수 있는 모음 삼각도, 모음 사각도, 모음 오각도의 모음 위치에서 많이 벗어나 있어도 모음공간의 면적은 넓게 측정된다. 이러한 제한점을 보완하기 위해 VAI, FCR, F2_ratio 등을 참고하지만 충분하지 않다고 생각된다(Carl et al., 2020). 후속 연구에서 좀 더 다양한 모음공간 관련 변수들을 새롭게 고안해낼 필요가 있겠다.

셋째, 정상과 말운동장애 환자들의 말 수행력을 구분할 수 있는 최적 절단값 및 진단 예측력(AUC)을 확인하였다. 모음공간에 대한 음향학적 분석의 최적 절단값은 모음 삼각도(239802.3), 모음 사각도 (323695.6), 모음 오각도(262068.4), VAI(.96), FCR(1.03), F2_ratio(2.31)로 확인되었다. 모음공간 변수들의 진단 예측력은 모두 .7 이상의 중증도 정확도를 나타내었다. 모음공간에 대한 ROC 분석을 한 선행연구가 없어서 비교할 수는 없지만 모음공간에 대한 정상 규준치에 대한 정보를 제공할 수 있었다. 단일 변수에 대한 최적 절단값과 진단 예측력도 중요하지만 앞으로는 다중 변수들로 구성된 통계 모형을 통해서 좀 더 정확하게 감별할 수 있는 연구가 진행되어야 할 것으로 생각된다(Barsties et al., 2021; Maryn et al., 2010).

본 연구의 제한점은 다음과 같다. 첫째, 본 연구에서는 다양한 유형의 뇌손상 환자들의 말 수행력을 측정하였다. 특정 장애군을 대상으로 진행된 연구가 아니기에 특정 집단의 말 수행력을 보기에는 무리가 있었다. 후속 연구에서는 본 연구에 포함된 각각의 장애군들을 대상으로 말 수행력을 측정할 필요가 있을 것으로 생각된다. 둘째, 본 연구에서는 모음공간 변수들은 모음 과제, 말 명료도는 읽기 과제로 평가하였다. 선행 연구들에서는 읽기 또는 연속 말 과제에서 특정 모음 구간을 추출하는 방식도 사용하였다. 본 연구에서는 특정 모음 구간을 정확하게 편집하는데 연구자의 개입이 있을 수 있다고 판단하여 단 모음을 분석하는 방식을 선택하였다. 후속 연구에서는 두 방식을 모두 사용하여 비교하는 것이 좋을 것으로 생각된다.