상지 및 하지의 양측 힘 조절 능력은 일상생활을 수행하는 데 요구되는 중요한 운동 기능이다(Kang & Cauraugh, 2015a; Lee, Lee & Kang, 2024; Lee & Kang, 2025). 양손을 이용한 힘 조절의 경우 운전, 타이핑 및 물병을 여는 동작에 필수적으로 요구되며(Kim, Lee, Kang & Cauraugh, 2021), 양발의 경우 걷기, 달리기 및 계단 오르기 동작에 힘 조절 능력이 동반된다(Lacquaniti, Ivanenko & Zago, 2012). 원활한 양측 운동 협응을 위해서는 말초, 중추 및 감각-운동 통합 능력과의 원활한 상호작용이 요구된다(de Campos, Sukal-Moulton, Huppert, Alter & Damiano, 2020). 특히 노인의 상지와 하지 양측 힘 조절 능력은 노화에 의해 전반적인 저하가 발생하며(Kang, Roberts, Aziz & Cauraugh, 2019; Ko, Lee, Lee & Kang, 2025), 이는 일상생활 수행력의 저하로 이어질 수 있다(Gale, Martyn, Cooper & Sayer, 2007; Hortobágyi, Mizelle, Beam & DeVita, 2003). 또한 노화로 인하여 양측 협응 능력에 비정상적인 변화가 발생될 수 있으며, 이는 양측 간 조화로운 움직임을 원활히 생성하는 데 어려움이 발생할 수 있다(Hu & Newell, 2011; Krehbiel, Kang & Cauraugh, 2017).

최근 선행연구에서는 건강한 성인을 대상으로 한 양측 등척성 힘 조절 과제를 통해 상 · 하지 간 힘 조절 및 협응 패턴의 차이를 확인하였으며, 하지가 상지보다 높은 힘 정확성, 낮은 힘 가변성 및 강한 역위상(anti-phase) 힘 조절 패턴을 보인다고 보고하였다(Lee & Kang, 2025). 추가로 상 · 하지 양측의 힘 조절 변인 간 상관관계에서도 통계적으로 유의한 결과가 관찰되었다(Lee & Kang, 2025). 이는 운동 시스템의 상 · 하지 간 양측 힘 조절 제어 기전이 일부 공유될 수 있음을 의미하며, 동일한 힘 조절 과제를 수행할 경우 상 · 하지 간 유사한 힘 조절 양상이 나타날 수 있다(Lee & Kang, 2025). 하지만 노인의 경우 상 · 하지의 기능적 특성 및 근육 내 특성의 변화로 인해 노화에 따른 상 · 하지 간 힘 조절 능력의 차이가 반영될 수 있다(Pethick & Piasecki, 2022; Pethick, Taylor & Harridge, 2022). 예를 들어 상지의 근력의 감소가 상대적으로 하지에 비해 크게 보고된 바 있다(Abe, Loenneke, Thiebaud & Fukunaga, 2014; Sousa, Mendes, Abrantes & Sampaio, 2011). 이는 노화로 인한 힘 조절 능력의 감소가 운동신경의 사멸과 그에 따른 근섬유 재지배(reinnervation)로 인해 하나의 운동단위가 지배하는 근섬유 수가 증가하는 운동단위 특성 변화와 연관되며, 이러한 변화로 인해 상지의 힘 생성 시 상대적으로 높은 힘 가변성과 신경 잡음이 발생하여 하지에 비해 미세 힘 조절 능력의 저하가 더욱 두드러질 수 있음을 의미한다(Lee, Park & Kang, 2022; Pethick & Piasecki, 2022). 반면, 하지의 경우 상대적으로 상지에 비해 자세 조절 및 큰 반복적 움직임에 더 많이 관여하며, 근력 감소 또한 상지에 비해 상대적으로 적게 관찰된다(Bai et al., 2016). 따라서 하지의 경우 상지에 비해 높은 힘을 생성하는 활동(예: 무게중심 유지, 걷기, 달리기 등)에 주로 관여하기 때문에, 높은 힘을 요구하는 힘 조절 과제에서 상지보다 힘을 유지하는 능력이 보다 안정적으로 나타날 수 있다(Sousa et al., 2011). 종합해보면 노화에 의한 상지의 기능 저하는 미세 조작과 연결되며 하지의 기능 저하는 자세 유지, 중심 및 걷기에 부정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 서로 다른 기능적 차이에 의한 양측 힘 조절 능력 및 협응 패턴 간 차이가 발생될 수 있음을 의미한다(Pethick & Piasecki, 2022; Pethick et al., 2022).

일반적으로 양측 움직임은 뇌의 양측 반구 운동 관련 영역 및 피질하 구조의 협응을 통해 제어가 이루어지나(de Campos et al., 2020; Luft et al., 2002), 상 · 하지의 각각 움직임은 기능적 특성에 따라 서로 다른 신경적 조절 전략이 이루질 수 있다. 상지는 정밀한 움직임이 동반되는 물체 조작 및 미세 조절에 관여하며, 피질-척수로의 제어를 통해 정교하며 유연한 힘 조절이 가능하다(Volz, Eickhoff, Pool, Fink & Grefkes, 2015). 반면, 하지는 중추 패턴 발생기(central pattern gen- erator)를 통해 중심 유지 및 보행과 같은 자동화된 움직임 제어 기전에 대한 의존도가 높은 특성을 가질 수 있다(Volz et al., 2015). 특히 노인들에게서 시각-운동 통합(visuomotor integration) 능력의 저하가 공통적으로 관찰되며(Gómez-Granados et al., 2021), 근육의 특성 또한 Type II 근섬유에서 Type I 근섬유 비율이 증가하게 되어 높은 힘이 요구되는 운동 과제에서 감소된 수행력을 보인다(Dowling, Gargan, Swandulla & Ohlendieck, 2023; Lexell, 1995). 상지의 기능적 움직임 특성을 고려해 볼 때 노화는 미세 조작 기능의 저하 및 힘 생성에 있어 가변성 증가에 영향을 미칠 수 있다(Coats & Wann, 2012; Simon-Martinez et al., 2018). 선행연구에 따르면 노인들의 경우 손가락 두드리기, 물체 닿기, 오른손-왼손 순서에 따른 손가락 엄지 맞대기(finger-to-thumb)와 같은 양손이 동반된 움직임 미세 조작 과제에서 정확성의 저하가 관찰되었으며(Coats & Wann, 2012; Dickins, Sale & Kamke, 2015; Loehrer et al., 2016), 노인들의 양손 힘 조절 과제 시 건강한 성인들에 비해 높은 힘 가변성 및 오차가 보고되었다(Fling & Seidler, 2012). 하지의 경우, 지면을 밀고 딛는 동작과 연관된 힘 생성을 통한 걷기 및 자세의 유지와 관련이 있으며, 노화는 하지의 기능적 능력들의 저하를 불러일으킬 수 있다(Franz, 2016; Jeon, Ramadan, Whitall, Alissa & Westlake, 2023). 실제로 노인들의 보행에서 속도 감소, 불안정한 신체중심 궤적(center of mass trajectory), 짧은 이중 지지기(double-support duration) 및 양다리 간 빈번한 위상 이동이 보고되었으며(Alijanpour & Russell, 2025; Krasovsky et al., 2012), 양발 힘 조절 과제에서 건강한 성인에 비해 높은 힘 오차와 가변성이 보고되었다(Ko et al., 2025). 이러한 선행연구들을 종합해 볼 때 하지 간 기능적인 특성이 분명 다르게 존재하며(Lee & Kang, 2025), 신경생리학적 변화를 겪는 노인의 양측 힘 조절 능력은 상 · 하지 기능적 특성에 따라 저하된 형태로 나타날 수 있음을 의미한다(Jin, Seong, Cho & Yoon, 2019; Ko et al., 2025). 그러나 노인을 대상으로 양측 등척성 힘 조절 과제를 통해 상 · 하지 간 양측 힘 조절 능력과 힘 협응 패턴을 직접 비교 · 분석한 연구는 아직 부족한 실정이다.

따라서 본 연구의 목적은 노인을 대상으로 양측 등척성 힘 조절 과제를 수행하여 상지와 하지 간 양측 힘 조절 능력 및 힘 협응 패턴의 차이를 직접 비교 · 분석하는 데 있다. 더 나아가 본 연구는 상 · 하지의 특성에 따른 양측 움직임을 향상시키는 사지 특이적(limb-specific) 재활 프로토콜 개발에 필요한 기초 자료를 제공하고자 한다. 노화가 노인의 상지 및 하지의 기능적 특성에 따라 힘 조절 능력과 협응 능력의 저하를 초래할 수 있다는 점을 고려할 때(Jin et al., 2019; Ko et al., 2025), 양측 힘 조절 과제 시 전반적으로 감소된 힘 정확성, 높은 힘 가변성 및 낮은 힘 규칙성이 나타날 것이다. 특히 높은 힘 수준에서 상지가 하지에 비해 더욱 저하된 양측 힘 조절 능력 변인이 관찰될 것이다. 또한 상 · 하지 모두 동위상 양측 힘 조절 협응 패턴이 나타날 것이며, 상대적으로 상지에 비해 하지의 협응 능력 저하가 더 크게 나타나 상 · 하지 간 협응 패턴의 차이는 유의하지 않을 것으로 가설 설정하였다(Kang et al., 2019).

1. 연구 대상자 특성

본 연구에 필요한 적절한 피험자 수 산정을 위해, 파일럿 데이터 기반으로 G*Power software (version 3.1.9.6)를 통해 사전 검정력 분석(a priori power analysis)을 실시하였다. 검정력 0.9 이상 및 유의 수준 0.05를 기준으로 피험자 내 반복 측정 설계에서 최소 22명의 참여자가 필요한 것으로 확인되었다. 모든 참가자들은 등척성 힘 조절 과제를 진행하는 데 있어 신경학적 질환, 약물복용, 시력 및 근골격계 손상이 없음을 확인하였으며, 실험 24시간 전 카페인 섭취 및 과도한 신체 활동을 제한하였다(Lee, Lee, Lee, Ko & Kang, 2023). 본 연구를 진행하는 데 있어 헬싱키 선언(Declaration of Helsinki) 조항 준수 및 인천대학교 생명윤리위원회(7007971-202006-002A)의 연구 프로토콜 승인에 따른 실험이 수행되었다. 실험에 참여하는 모든 연구 대상자들에게 자세한 실험 과정 설명이 제공되었으며 동의서 작성 전 자발적 참여 의사를 확인하였다.

2. 실험 절차

1) 등척성 양측 힘 조절 과제

양손 및 양발 힘 조절 과제를 실시하기 위해 자체 개발된 등척성 악력 측정 장비(isometric hand-grip force measure- ment system; SEED Technology Inc., South Korea) 및 발목 배측굴곡 힘 측정 장비(isometric ankle-dorsiflexion force meas- urement system; SEED Technology Inc., South Korea)가 사용되었다. 양손 힘 조절 과제를 진행하는 데 있어 피험자들은 편한 자세로 54.6 cm LED 모니터로부터 80 cm 떨어져 앉았으며, 어깨관절 굽힘 15-20° 및 팔꿈치관절 굽힘 20-45°를 유지한 상태로 악력 측정 장비의 양측 손잡이를 잡도록 지시하였다(Figure 1A). 손잡이에 내장된 힘 변환기를 통해 모든 힘 신호는 16-bit 아날로그-디지털 컨버터(A/D; ADS1148 16-bit 2 kSPS, 최소 감지 힘 = 0.0192 N)를 사용하여 200 Hz로 데이터를 수집하였다. 또한 5 V 전압의 INA122 (Texas Instruments Inc., Dallas, TX, USA)를 사용하여 증폭되었으며, Microsoft Visual C++ 프로그램(Microsoft Corp., Redmond, WA, USA)을 통해 개발된 소프트웨어를 이용하여 시각 정보 및 힘 신호를 수집하였다.

양발 힘 조절 과제의 경우 피험자들은 바닥에 고정된 힘 변환기(Micro Load Cell-CZL635-3135, range = 330 lbs, Phidgets Inc., Calgary, Canada)가 내장된 플랫폼에 편한 자세(knee flexion 90-100°, hip flexion 90-95°, and ankle dorsiflexion 90°; Figure 1B)로 발을 넣어 진행하였다. 양발 힘 조절 과제 중 하지관절에 따른 불필요한 움직임을 최소화하기 위해 피험자의 중족(metatarsal) 너비 및 높이에 맞춰 철로 이루어진 스트랩을 통해 발을 고정하였다. 또한 모든 피험자들은 개인의 발 크기에 맞는 동일한 신발을 착용하여 양발 힘 조절 과제를 진행하였으며, 위와 같은 조건에서 발목 배측굴곡 동작에 의한 등척성 힘이 스트랩을 통해 측정되었다.

양측 힘 조절 과제를 실시하기 전, 목표 힘 수준 설정을 위해 피험자들은 상 · 하지에 따른 최대 자발적 수축(maximum voluntary contraction; MVC) 측정을 수행하였다. 이전 선행연구의 프로토콜에 따라 총 2번의 시도를 통해 상지의 경우 양측 전완 굴곡근, 그리고 하지의 경우 양측 전경골근 수축으로부터 생성되는 합력의 최대값 평균을 계산하였으며, 각 시도 내(within-trial) 5초 및 시도 간(between-trial) 피로를 최소화하기 위해 60초의 휴식 시간을 제공하였다(Lee & Kang, 2025). 개인의 최대하 목표 힘 수준은 각각 10%와 40% MVC로 설정하였다. 양측 힘 조절 과제는 힘 수준이 반영된 1개의 블록당 10번의 시도로 이루어진 총 4개의 블록이 랜덤으로 제공되었다. 힘 조절 과제 시 스크린을 통해 제공되는 시각 정보는 다음과 같다(Figure 1C): (a) 개인의 양손 또는 양발의 합력으로 이루어진 실시간 힘 생성을 나타내는 빨간색 선, (b) 개인이 힘 생성을 통해 도달해야 되는 흰색 선으로 이루어진 목표선, (c) 개인의 힘 생성을 가이드 해주는 목표선의 10% 임계로 이루어진 초록색 점선. 즉, 양측 힘 조절 과제의 목표는 개인의 힘 생성을 통해 목표선에 최대한 가까이 20초 동안 유지하는 것이다. 또한 힘 조절 과제 시 발생될 수 있는 피로를 최소화하기 위해 시도 및 블록 간 각각 30초와 1분의 휴식 시간을 제공하였다.

3. 자료 분석

1) 양측 힘 조절 능력 평가

힘 데이터 분석에 Matlab R2022a (Math WorksTM Inc., Natick, United States)를 이용하였으며, 시계열에 있어 발생될 수 있는 불필요한 잡음을 제거하기 위해 양방향 4차 버터워스 필터(bidirectional fourth-order Butterworth filter)를 이용하여 30 Hz cut-off 저역통과 필터링을 실시하였다. 또한 초기 조정 효과 및 종료 효과를 고려하여 시작 3초와 마지막 1초의 힘 데이터 구간을 제외한 중간 16초 구간을 분석하였다. 양측 등척성 힘 조절 능력은 힘 정확성, 가변성 및 규칙성으로 평가하였다. 상지 및 하지에 따른 힘 생성 정도의 차이를 표준화하기 위해 힘 정확성과 힘 가변성 분석에 있어서 상대 평균 제곱근 오차(rRMSE = RMSE / 목표 힘) 및 변동계수(CV% = 힘 표준편차 / 평균 힘 × 100)를 사용하였다. 힘 규칙성의 경우 SampEn을 사용하여 분석하였으며, 계산 방법은 다음과 같다(Equation 1).

m은 특정 패턴의 길이, r은 시계열 안 유사성 허용 오차 기준, Cm(r)은 길이가 m인 패턴이 서로 유사하게 반복해서 나타나는 확률을 의미하며 자기자신과의 비교(self-match)는 제외하였다(Richman & Moorman, 2000). 또한 선행연구에 따라 m의 값을 2로 설정하고 r = 0.2 × 힘 데이터의 표준편차로 설정하였다(Yentes et al., 2013). 즉, 힘 시계열 데이터에서 길이가 정해진 m인 힘 패턴이 주어진 허용 오차 r 내에서 다른 시점의 패턴과 얼마나 자주 반복되는지를 의미한다(Richman & Moorman, 2000; Yentes et al., 2013). 양측 힘 협응 능력은 피어슨의 상관계수를 통해 좌측과 우측에 따른 힘의 크기 변화 패턴을 평가하였다(Hu, Loncharich & Newell, 2011; Kang & Cauraugh, 2015b). 양측 등척성 힘 조절 모델에서, 상관계수의 값이 양의 방향에 가까울수록(e.g., 0 < r ≤ 1) 양손 및 양발 간 힘 생성이 동위상 패턴(in-phase pattern)과 연관되며, 이는 저하된 힘 조절 수행 능력을 의미한다. 반면, 상관계수가 음의 방향에 가까울수록(e.g., -1 ≤ r < 0) 양손 및 양발 간 힘 생성이 역위상 패턴(anti-phase pattern)을 나타내며, 이는 향상된 힘 조절 능력과 연관될 수 있다(Hu et al., 2011; Kang & Cauraugh, 2014, 2015b).

4. 통계 처리

통계 분석 실시 전, 데이터의 정규성을 검증하기 위해 힘 조절 능력 결과 변인에 대해 Shapiro-Wilk 검정을 사용하였다. 상 · 하지 간 MVC 차이를 비교하기 위해 대응 표본 t-검정을 실시하였다. 노인들의 힘 조절 능력 및 양측 힘 협응 패턴의 차이를 비교하기 위해 Limb(상지, 하지)와 Force level (10%MVC, 40%MVC)을 대상자 내 독립변인으로 설정하여 이원 반복 측정 분산분석(two-way repeated measures ANOVAs; Limb × Force level; 2 × 2)을 실시하였다. 다음으로 통계적 유의성이 확인되었을 경우 사후 검정 분석으로 Bonferroni pairwise comparison을 실시하였다. 또한 통계적으로 유의미한 결과 크기 및 실질적 중요성을 평가하기 위해 효과크기(effect size)를 산출하였다. 대응 표본 t-검정 및 사후 분석 결과에 대해 Cohen's d를 사용하였으며, 0.2 ≤ d < 0.5는 작은 효과크기, 0.5 ≤ d < 0.8은 중간 효과크기, d ≥ 0.8은 큰 효과크기로 해석하였다(Panzarella, Beribisky & Cribbie, 2021). 모든 통계 분석의 유의 수준은 .05로 설정되었으며, IBM SPSS Statistics 28 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 사용하였다.

1. 연구대상자 특성

본 연구에는 총 23명의 건강한 노인이 참여하였다(여성: 12명; 남성: 11명; 나이 = 64.80±3.91). 대상자 모집, 선별 및 최종 분석에 포함된 과정은 CONSORT flow chart에 제시하였다(Figure 2).

2. 상 · 하지 양측 힘 조절 능력

상 · 하지 간 MVC에 대한 대응 표본 t-검정 결과 상지의 MVC 값이 하지보다 더 높게 나타났으며(t22 = 2.369; p = .027; Cohen's d = 0.35; Figure 3A), 이는 작은 효과크기에 해당한다. 하지만 평균 힘(mean force)에 대한 분산분석 결과 유의미한 Limb × Force level 상호작용효과(p = .993) 및 사지 간 주효과(p = .539)가 관찰되지 않았다. 하지만 힘 수준 간 주효과[F(1, 22) = 186.372; p < .001; partial η2 = 0.894; Figure 3B]가 관찰이 되었다. 이는 높은 힘 수준 조건이 낮은 힘 수준 보다 높은 평균 힘을 나타내었으며, 큰 효과크기가 관찰되었다(Cohen's d = 3.09). 힘 정확성(rRMSE)에 대한 이원 반복 측정 분산분석에서 Limb × Force level 상호작용효과(p = .593)는 관찰되지 않았으나, 사지 간 주효과가 확인되었다[F(1, 22) = 7.030; p = .015; partial η2 = 0.242; Figure 4A]. 이는 상지의 힘 정확성이 하지보다 더 낮게 나타났으며, 중간 효과크기를 나타내었다(Cohen's d = 0.55). 반면 힘 가변성(%CV)의 경우 Limb × Force level 상호작용효과(p = .993) 및 사지 간 주효과 모두 관찰되지 않았다[F(1, 22) = 2.036; p = .168; partial η2 = 0.085; Figure 4B]. 마지막으로 힘 규칙성(SampEn)의 경우, Limb × Force level 상호작용 효과가 확인되었다[F(1, 22) = 46.837; p < .001; partial η2 = 0.680; Figure 4C]. 사후 검정 결과에 따르면 힘 수준이 낮아짐에 따라 상지의 힘 규칙성이 하지보다 낮게 나타났으며, 이는 큰 효과크기를 나타내었다(Cohen's d = 5.70). 또한 힘 수준이 높아짐에 따라 상지의 힘 규칙성이 하지보다 낮게 관찰되었으며(p < .001), 마찬가지로 큰 효과크기가 확인되었다(Cohen's d = 2.02).

3. 상 · 하지 양측 힘 협응 패턴

피어슨의 상관계수에 대한 이원 반복 측정 분산분석 결과 Limb × Force level 상호작용효과(p = .952)는 관찰되지 않았으나, 유의미한 사지 간 주효과가 확인되었다[F(1, 22) = 17.181; p < .001; partial η2 = 0.438; Figure 5]. 사후 검정 결과에 따르면 상지의 상관계수 값이 하지보다 더 높게 나타났으며, 이는 낮은 효과크기가 관찰되었다(Cohen's d = 0.29). 즉, 양측 힘 조절 시 상지보다 하지에서 더 강한 역위상 움직임 패턴을 보이는 것을 의미한다.

본 연구에서 양측 등척성 힘 조절 과제를 통한 노인들의 양측 힘 조절 능력 및 양측 힘 협응 패턴을 상 · 하지 간 비교하였다. 양측 등척성 힘 생성 결과의 경우 최대 힘 생성에 있어 상지가 하지에 비해 유의하게 더 높게 나타났으며, 평균 힘에서 상 · 하지 간 차이는 나타나지 않았다. 양측 힘 조절 능력 분석 결과 상 · 하지 간 가변성의 차이는 나타나지 않았으나, 힘 정확성의 경우 상지가 하지보다 더 낮게 나타났으며, 힘 규칙성의 경우 상지가 하지보다 더 높게 관찰되었다. 추가적으로 양측 힘 협응 패턴의 경우 상지에서 더 높은 상관계수 값을 보였다.

양측 등척성 힘 생성 시 상 · 하지 간 평균 힘의 차이는 발견되지 않았으나 상지에서 유의하게 큰 최대 자발적 수축값이 확인되었다. 이는 양측 등척성 힘 생성 시 상 · 하지에 동원되는 각각 다른 근육군의 특성이 반영되었을 수 있으며, 일반적으로 근육 내 높은 비율의 Type II 근섬유로 구성되어 있을 경우 더 높은 최대 힘을 생성할 수 있다(Kim & Thompson, 2014). 실제로도 전완근 내 Type II 근섬유 비율이 하지의 배측굴곡근 비율보다 23.7% 더 높다는 점을 고려해 볼 때(Dahmane, Djordjevic, Simunic & Valencic, 2005), 상지의 악력을 통한 최대 자발적 근수축값이 하지의 발목 배측굴곡보다 더 높게 나왔다고 사료된다. 반면 양측 등척성 힘 조절 과제 시 측정된 평균 힘의 경우 상 · 하지 간 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 이는 노화가 진행됨에 따라 근육 내 빠른 수축 특성을 지닌 Type II 근섬유의 비율이 낮아지게 되고 상대적으로 지구력에 유리한 Type I 근섬유의 비율이 올라갈 수 있다(Lexell, 1995). 특히 상대적으로 큰 근육군에서의 근섬유 비율 변화가 작은 근육군보다 강조될 수 있으며(Messa et al., 2020), 본 연구에서 상 · 하지 간 준최대하 힘 생성을 통한 양측 등척성 힘 조절 시 전완근과 배측굴곡근의 평균 힘 생성 간극이 줄어들 수 있다 사료된다.

양측 힘 조절 능력 분석 및 비교 결과, 힘 정확성의 경우 상지보다 하지에서 유의하게 더 높게 나타났다. 선행연구에 따르면 동일한 양측 등척성 힘 조절 과제에서 건강한 성인일 경우 높은 힘 수준인 40% MVC에서 하지보다 상지에서 유의미하게 낮은 힘 정확성이 관찰되었다(Lee & Kang, 2025). 이를 본 연구의 결과와 비교하였을 때 상지와 하지 간 힘 정확성의 차이가 관찰되는 경향을 보였으나, 노인은 노화로 인한 상지 전완근의 Type II 근섬유 비율 감소가 발생 할 수 있으며(Lexell, 1995), 이는 힘을 지속적으로 출력하는데 힘 조절 수행 능력의 저하가 발생 할 수 있다고 생각된다. 또한 노인들의 시각-운동 통합 능력의 저하는 특히 상지 움직임에 있어 감각피드백을 활용한 미세 조절에 부정적인 영향을 미쳐 정확한 힘을 생성하는데 어려움이 발생할 수 있다(Pethick et al., 2022; Wolpe et al., 2016). 실제 본 연구에선 상 · 하지 간 힘 정확성 차이의 크기를 나타내는 효과크기(i.e., Cohen's d)의 값이 0.55로 나타났으며, 젊은 성인으로 상하지 간 힘 정확성의 차이를 본 선행연구에선 추정되는 효과크기의 값이 0.29로 확인되었다(Lee & Kang, 2025). 이러한 결과는 노인의 상 · 하지 간 힘 정확성의 격차가 상대적으로 젊은 성인에 비해 더 큰 수준에 해당한다. 상 · 하지 기능적 특성 차이에 의해 힘 정확성의 격차가 발생할 수 있으나, 본 연구에서 관찰된 효과크기의 증가는 힘을 제어하는데 있어 노화에 의해 오류 수정 메커니즘이 사지 특이적으로 변화 할 수 있음을 의미하며, 특히 상지에서 보다 강조된 기능 저하가 발생될 가능성을 간접적으로 뒷받침 할 수 있다(Pethick et al., 2022; Wolpe et al., 2016). 다음 변인인 양측 힘 가변성의 경우 상 · 하지 간 차이가 발생하지 않았다. 선행연구에 따르면 건강한 성인의 경우 양측 등척성 힘 조절 과제 시 높은 힘 수준에서 상지의 힘 가변성이 하지에 비해 유의미하게 높게 보고되었다(Lee & Kang, 2025). 이는 하체의 힘 조절 능력이 더 높은 힘을 생성해야 되는 활동 및 지속 시간이 연장된 활동(long-lasting activities)에 보다 많이 관여될 수 있는 점을 고려해 볼 때 상지에 비해 유리한 힘 조절 능력을 보이게 될 수 있다(Kern, Semmler & Enoka, 2001). 하지만 노화가 발생된 노인의 경우 10-20% MVC와 같은 낮은 힘 수준 조건에서 등척성 힘 조절을 하였을 때 건강한 성인에 비해 높은 힘 가변성이 보고되었다(Lee et al., 2022; Tracy & Enoka, 2002). 힘 가변성이 증가하는 잠재적 이유는 노화에 따른 운동신경 특성의 저하 및 신경 전달에 있어 시냅스 잡음 증가가 원인이 될 수 있으며, 낮은 힘 수준에서 수행되는 등척성 힘 조절 과제 시 운동단위 발화율의 변동성이 크게 나타날 수 있다(Kwon & Christou, 2024; Laidlaw, Bilodeau & Enoka, 2000). 특히 하지의 발목 배측굴곡근 또한 같은 노화의 영향을 받을 수 있다는 점을 고려해 볼 때 상지에서 발생되는 힘 가변성과의 차이가 줄어들게 되어 상 · 하지 간 힘 가변성의 차이가 관찰되지 않은 것으로 생각된다.

반면, 힘 규칙성의 경우 낮은 힘 수준 및 높은 힘 수준 조건 모두 상지가 하지에 비해 낮은 힘 규칙성을 보였다. 이는 상지 및 하지의 기능적 특성이 관찰된 결과로 볼 수 있다(Volz et al., 2015). 상지는 시각 피드백의 활용을 통한 물체의 잡기 및 정밀한 조작과 연관된 움직임에 많이 관여가 되며, 하지의 경우 고유수용감각 및 척수 반사를 통한 자세 유지와 연관된 움직임에 더 많이 관여한다(Pérez, 2023; Volz et al., 2015). 이러한 기능적 차이를 고려할 때, 양측 힘 조절 과제의 특성상 시각 피드백을 통한 지속적인 힘 조절 요구가 상지가 하지에 비해 더 크게 작용하여, 양측 힘 조절 과제 시 상지에서 시각 피드백 정밀 조작 능력이 더 크게 반영이 되었을 수 있다(Lee & Kang, 2025). 추가로 큰 근육은 작은 근육에 비해 같은 힘을 생성할 경우 더 넓은 범위의 운동단위들이 동원될 수 있으며, 실제로도 무릎 신전근과 첫째 손가락 굽힘근과 비교하였을 때 상대적으로 큰 근육군인 무릎 신전근에서 더 약한 운동단위 동기화 패턴 및 낮은 힘 가변성이 보고되었다(Kim et al., 2001; Tracy, Mehoudar & Ortega, 2007). 이는 상대적으로 큰 근육군인 전완근이 더 넓은 범위의 운동단위를 동원할 수 있으며, 작은 근육군인 발목 배측굴곡근에 비해 더 많은 운동 해법(motor solution)을 사용하여 높은 운동 적응성(motor adaptability)을 통해 양측 등척성 힘 조절 과제를 수행할 수 있다고 사료된다(Newell, Vaillancourt & Sosnoff, 2006).

마지막으로 양측 힘 협응 패턴의 경우 하지가 상지보다 더 강한 역위상 협응 패턴을 보여주었다. 일반적으로 양측 등척성 힘 조절 과제에서 역위상 협응 패턴은 좌측과 우측의 상보적인 힘 조절 관계로 지속적인 오류 수정을 통한 향상된 양측 힘 조절 수행에 기여한다고 알려져 있다(Hu et al., 2011; Lee et al., 2024). 원활한 양측 협응적 움직임과 연관된 핵심적 뇌 영역 중 하나는 양쪽 반구 간 신경 연결을 제어하는 뇌량이다(Richmond & Fling, 2019). 상지 및 하지 각각에 따른 성공적인 협응적 움직임을 수행하기 위해서는 뇌량 내 활성 및 신경 연결성이 중요하게 고려될 수 있다(Gooijers & Swinnen, 2014). 실제 선행연구에 따르면 양손 및 양발 두드리기 과제를 통해 뇌량의 섬유 경로를 시각화해 보았을 때 상지의 뇌량 연결은 상대적으로 길고 측면으로 퍼졌으며, 하지의 뇌량 연결은 척수 경로와 가까운 중앙에 위치함을 확인하였다(Gooijers et al., 2021). 이러한 결과는 하지의 협응이 상대적으로 상지에 비해 보다 자동화된 움직임과 연관될 수 있으며, 구조적 및 기능적으로 척수 경로와 가까운 점을 고려해 볼 때 상지에 비해 더 강한 신경 연결성이 발생될 수 있음을 의미한다(Gooijers et al., 2021). 실제 하지의 움직임 특성을 고려해 볼 때 일상생활에서 상지에 비해 역위상 움직임이 상대적으로 더 많이 사용될 수 있다(Grimmer, Elshamanhory & Beckerle, 2020). 즉 걷기, 달리기 및 자전거 페달 밟기와 같은 움직임은 좌측과 우측 다리의 교대적인 조정을 만들게 되며 역위상 움직임에 많이 노출된다는 것을 의미할 수 있다(Hiraoka, 2021). 마찬가지로 젊은 성인 또한 양측 등척성 힘 조절 과제에서 하지의 양측 협응 패턴이 상지보다 더 강한 역위상 협응 패턴을 보였다(Lee & Kang, 2025). 하지만 노화가 발생할 경우 저하된 운동 시스템은 힘 조절 과제를 수행하기 위해 역위상 힘 협응을 사용하는 것보다 내재적으로 안정적인 동위상 힘 협응 패턴으로 변할 수 있다(Hu & Newell, 2011; Kang et al., 2019). 또한 이를 뒷받침할 선행연구의 결과로써 노인의 경우 양손가락을 이용한 등척성 힘 조절 과제에서 젊은 성인에 비해 유의미하게 더 강한 동위상 패턴이 보고되었다(Jin et al., 2019). 따라서, 노인들의 양측 힘 협응 패턴의 경우 본 연구의 가설로서 양측 힘 조절 과제 수행 시 힘 수준이 올라가게 될 경우 상 · 하지 모두 동위상에 가까운 협응 패턴이 생성되어 상 · 하지 간 차이가 발생하지 않을 것으로 예상하였으나, 실제 본 연구의 결과와는 일치하지 않았다. 선행연구에 따르면 과제의 난이도가 올라가게 될 경우(i.e., 더 높은 힘 수준의 증가, 시각 정보의 조절 및 이중 과제 제공) 양손 등척성 힘 조절 협응 패턴이 동위상으로 변환된다는 점을 고려해 볼 때 본 연구에서 진행된 양측 등척성 힘 조절 과제가 노인들의 양측 힘 협응 패턴을 동위상으로 변화시키기에 과제의 난이도 수준이 낮았을 수 있다고 사료된다(Hu & Newell, 2011; Jin et al., 2019). 따라서 추후 연구에는 과제의 난이도 향상에 따른 노인들의 상 · 하지 간 협응 패턴의 양상을 관찰해 볼 필요가 있음을 제안할 수 있다(Hu & Newell, 2011; Kang et al., 2019).

본 연구를 통해 노인들의 양측 힘 조절 과제 시 상 · 하지에 따른 힘 조절 능력 및 양측 협응 패턴의 차이에 대한 분석이 이루어졌으나, 이에 따른 결과는 신중히 해석될 필요성이 있으며 제한점은 다음과 같이 제시될 수 있다. 첫째, 노인들의 양측 악력 및 발목 배측굴곡근을 통한 상 · 하지 간 양측 힘 조절 능력의 비교를 실시하였으나 상 · 하지에 따른 다른 근육군 간 비교(e.g., wrist vs. knee or finger vs. ankle-plantar flexion)를 할 경우 근육군 크기에 따른 특성 및 뇌 활성 영역의 차이에 의해 다른 양상의 결과가 나타날 수 있다(Luft et al., 2002). 또한, 두 사지는 관절 구조, 근육의 특성, 및 모멘트암과 같은 생체역학적 요인에서 차이를 보일 수 있으며, 상 · 하지 간 MVC를 직접적으로 비교하는데 제한점이 될 수 있다. 따라서, 본 연구에서 측정된 MVC는 근신경 조절 능력뿐만 아니라 상 · 하지 간 생체역학적 차이를 고려하여 해석할 필요가 있다. 둘째, 노화에 따른 상 · 하지 간 힘 조절 능력 및 힘 협응 패턴의 변화를 좀 더 민감하게 관찰하기 위한 과제 난이도의 점진적 증가(i.e., 힘 수준의 증가, 시각 정보의 제거, 이중 및 다중 과제 제시, etc.)를 통한 추후 연구가 필요하다고 사료된다(Jin et al., 2019; Kang et al., 2019; Tracy & Enoka, 2002). 마지막으로 본 연구는 노인들의 양측 등척성 힘 조절을 통해 상 · 하지 간 비교를 실시하였으나 상 · 하지 움직임에 따른 중추신경계 및 말초신경계가 중요하게 관여한다는 점을 고려할 때 뇌졸중, 소뇌 위축증, 파킨슨병 환자들을 통한 상 · 하지 간 양측 힘 조절 및 힘 협응 패턴의 특징적인 변화를 알아보는 추후 연구 또한 필요하다고 사료된다(Caliandro et al., 2019; Gorniak, Machado & Alberts, 2013; Kang & Cauraugh, 2017).

본 연구에서 노인들의 양측 등척성 힘 조절 과제 시 상 · 하지 간 비교를 통해 양측 힘 조절 능력 및 양측 힘 협응 패턴을 분석하였다. 양측 힘 생성에서 상지에서 더 높은 MVC가 관찰되었으나 평균 힘에서는 유의미한 변화가 나타나지 않았다. 양측 힘 조절 능력의 경우 힘 가변성에서 상 · 하지 간 유의미한 차이가 발견되지 않았으나 힘 정확성 및 힘 규칙성 변인에서 상지가 하지에 비해 높은 힘의 오차와 낮은 규칙성을 보였다. 추가적으로 양측 힘 협응 패턴의 경우 하지와 비교하였을 때 상지에서 더 강한 동위상 힘 협응 패턴이 관찰되었다. 이러한 연구 결과는 일부 공유되는 움직임 제어 기전이 노인들의 양측 운동 조절 능력에 영향을 미칠 수 있으며, 상 · 하지 간 기능적 특성에 따라 양측 힘 조절 및 양측 힘 협응 패턴이 다르게 나타날 수 있음을 의미한다. 추후 연구에는 양측 움직임에 있어 연관되는 주요 뇌 영역 및 근신경을 통해 다양한 환경, 개인 및 과제에 따른 상 · 하지 간 차이를 확인해 볼 필요가 있다고 사료된다.