Changes in Reaction Time during Mental Rotation of Three-Dimensional Objects for Chronic Hemiparetic Stroke

이정원(Lee, Jeong-Weon),안시내(Ahn, Si-Nae),황수진(Hwang, Su-Jin) 한국산학기술학회 2012 한국산학기술학회논문지 Vol.13 No.3

심상회전은 어떤 대상이나 형태를 심상으로 하나의 각도에서 다른 각도로 회전시키는 활동으로, 일상생활동 작을 수행할 때 환경과 자신에 대한 위치 및 움직임을 계획하는 단계에서 필요한 기능 중 하나이다. 본 연구는 정상 인과 만성 편마비환자를 대상으로 반응시간(reaction time)과 정답율(precision)에 심상회전과제가 미치는 영향을 알아보 고, 임상에서 편마비 환자를 치료할 때 심상회전능력의 변화가 과제수행에 장애요인이 될 수 있는지를 알아보기 위함 이다. 본 연구는 만성 편마비 환자 31명과 정상성인 20명이 참여하였다. 연구대상자는 거울상(mirror image)을 이용한 대조과제(comparison task)와 각도불일치상(angular disparity image)을 이용한 회전과제(rotation task) 등의 2 가지 유형 의 심상회전과제를 수행하였다. 검사자는 대상자에게 한 쌍의 상에 대하여 동일한 상인지 아닌지를 ‘예’와 ‘아니오’로 가능한 한 빠르게 대답하라고 요구하였고, 상을 노출한 시간부터 대상자가 대답한 시간까지의 반응시간과 정답률을 측정하였다. 대조과제 및 회전과제에 대한 반응시간은 편마비 환자에서 정상인에 비하여 유의하게 느리게 나타났다. 그러나 편마비 환자와 정상인은 심상회전과제에 대한 정답율에서 유의한 차이를 보이지 않았다. 본 연구에서 편마비 환자군과 정상군 모두에서 쌍을 이룬 상의 각이 불일치할 때 반응시간이 느리게 나타났지만, 정상군보다 편마비 환자 군에서 심상회전에 오랜 시간이 걸렸다. 따라서 재활과정에서 편마비 환자를 대상으로 치료계획을 수립하고 치료를 할 때, 회전각도를 이용한 난이도 조절이 가능할 것으로 사료된다. 또한 본 연구결과는 정상인에 비하여 편마비 환자 의 심상회전에 차이가 있다는 것을 재활과정에서 치료사는 염두 해 두어야 한다고 제안한다. There is a cause and effect relationship in that brain injury causes impairment of mental rotation and ultimately independent functional activities. The purpose of this study was to compare the effects of mental rotation on reaction time and precision between the normal adults and chronic hemiparetic stroke patients. Thirty-one patients with chronic hemiparetic stroke and twenty normal adults participated in this study. The participants conducted 2 types of tasks for mental rotation: a comparison task using mirror images, and a rotation task using angular disparity images for 2 different 3-dimensional objects. Each of the 3 possible angled shapes (90°, 180°, and 270°) appeared in each pair. The test consisted of 6 mirror-reflected image pairs and 6 angular disparity image pairs visualized during angular rotation, and 12 test periods. The subjects were judged on how accurately and rapidly they could distinguish between the mirrored and non-mirrored pairs. The study measured reaction time and precision to compare the effect of mental rotation tasks. Reaction time during all 3 angular conditions were significantly longer in the stroke patients than that in the normal adult during the comparison tasks and the rotation tasks. In addition, precision during mental rotation tasks was not significantly different between normal adults and stroke patients. Our results suggest that rehabilitation therapists should keep in mind that mental rotation is more difficult in stroke population than in normal adults.

The Effect of Mental Rotation on Surgical Pathological Diagnosis

Park, Heejung,Kim, Hyun-Soo,Cha, Yoon Jin,Choi, Junjeong,Minn, Yangki,Kim, Kyung Sik,Kim, Se Hoon Yonsei University College of Medicine 2018 Yonsei medical journal Vol.59 No.3

<P><B>Purpose</B></P><P>Pathological diagnosis involves very delicate and complex consequent processing that is conducted by a pathologist. The recognition of false patterns might be an important cause of misdiagnosis in the field of surgical pathology. In this study, we evaluated the influence of visual and cognitive bias in surgical pathologic diagnosis, focusing on the influence of “mental rotation.”</P><P><B>Materials and Methods</B></P><P>We designed three sets of the same images of uterine cervix biopsied specimens (original, left to right mirror images, and 180-degree rotated images), and recruited 32 pathologists to diagnose the 3 set items individually.</P><P><B>Results</B></P><P>First, the items found to be adequate for analysis by classical test theory, Generalizability theory, and item response theory. The results showed statistically no differences in difficulty, discrimination indices, and response duration time between the image sets.</P><P><B>Conclusion</B></P><P>Mental rotation did not influence the pathologists' diagnosis in practice. Interestingly, outliers were more frequent in rotated image sets, suggesting that the mental rotation process may influence the pathological diagnoses of a few individual pathologists.</P>

아동의 공간능력 분석

강민정 한국교원대학교 뇌·AI기반교육연구소 2023 Brain, Digital, & Learning Vol.13 No.3

This study analyzed how the spatial ability of children in the first and second grades of elementary school appeared. The key components of spatial ability are mental rotation, spatial visualization, and spatial orientation, which serve as spatial ability. The research results are as follows. Children performed spatial orientation the best and had the most difficulty with mental rotation. And there was a significant difference in spatial ability by age, but there was no significant difference in gender and the interaction effect between age and gender. As a result of analysis by component, there was no significant difference in age and gender in mental rotation and spatial visualization, and there was no significant difference in the interaction between age and gender. Spatial orienting was found to have a significant difference in age, but there was no significant difference in gender, and there was no significant difference in the interaction between age and gender. The results of this study will be able to serve as basic data for interventions that can learn how to effectively learn spatial abilities and think by diagnosing children's spatial ability.

맥락 정보가 심적 회전에 미치는 영향

정일영(Ilyung Jung),이창현(Chang Hyun Lee),이미선(Mi Sun Lee),정상철(Sang Chul Chong) 한국인지과학회 2009 인지과학 Vol.20 No.4

본 연구는 맥락 정보가 심적 회전에 미치는 영향을 검증하였다. 첫 번째 실험에서는 심적 회전 시 주변 정보가 목표 자극을 회전하는데 미치는 영향을 조사하였다. 목표 글자와 주변글자의 각도를 변화시키거나 좌우 글자의 위치를 바꾸어가며 목표 글자가 거울상인지 아닌지를 판단하게 하였다. 목표 글자는 세 글자로 이루어진 단어에서 가운데 글자로 정의하였고, 나머지 글자를 주변 글자로 정의하였다. 실험 결과 주변 글자의 회전 각도가 증가할수록 반응 시간이 증가하였다. 또한 목표 글자와 주변 글자의 회전 각도가 비슷할 때 반응 속도가 더 빠르게 나타났으며, 이러한 효과는 비단어 조건인 경우보다 단어 조건일 때 더 크게 나타났다. 두 번째 실험에서는 연습 난이도가 심적 회전에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과 회전 각도에 따라서 반응 시간이 증가하긴 했지만, 연습 시행 난이도는 심적 회전시간에 영향을 미치지 않았다. 위와 같은 실험 결과는 심적 회전이 주변 맥락 정보에 의해서는 영향을 받지만 연습 난이도와 같은 사전 맥락 정보는 심적 회전에 영향을 미치지 않음을 시사한다. This study investigated whether contexts could influence the speed of mental rotation. Experiment 1 investigated whether the angle of neighboring letters influenced the recognition of the target letter. Reaction time of target recognition increased linearly, as angular differences between the angle of the target letter and that of neighboring letters increased. Moreover, this trend was more pronounced when the target and neighboring letters made a word as compared to when they did not. Experiment 2 examined the effects of practice difficulty on mental rotation. Reaction time again increased linearly with the degree of angular rotation. However, there were no significant differences between the easy and the difficult conditions. These results suggest that contextual information is important in mental rotation.

차원 변환이 회전하는 목표 자극의 위치 탐색에 미치는 영향

박운주(Woon Ju Park),정일영(Ilyung Jung),박정호(Jeongho Park),배상원(Sangwon Bae),정상철(Sang Chul Chong) 한국인지과학회 2011 인지과학 Vol.22 No.2

본 연구는 초기 화면의 차원 정보와 초기-검사 화면의 차원 일치 여부가 목표 대상이 0°, 90°, 180°, 270°로 회전하는 상황에서 참가자들의 위치 탐색 수행에 어떠한 영향을 미치는지를 보고자 했다. 실험 결과, 초기 화면이 2차원으로 제시되었을 때 참가자들의 수행 정확도가 높았고, 특히 3차원 초기 화면의 경우 검사 화면과 차원이 일치할 때 위치 정보의 심적 회전이 요구되는 상황에서 위치 탐색에 어려움을 겪는 것을 발견하였다. 이러한 결과는 운전 상황과 같이 보조 자료로부터 위치 정보를 얻는 것과 동시에 운전자의 위치와 방향이 변하는 경우, 실제와 시각적으로 유사하게 설계된 3차원 자료 보다는 정확한 위치 정보를 제공하는 2차원의 자료가 유리할 수 있음을 시사한다. This study investigated how spatial dimension information and dimensional consistency between learning and testing phase would influence the target search performance. The participants learned spatial layouts of Lego blocks shown in either two- (2D) or three-dimension (3D) and were tested with the rotated stimuli (0°, 90°, 180°, or 270° from the initial view) in consistent or inconsistent dimension. Significantly better performance was observed when initial learning display appeared in 2D than in 3D. Particularly, the participants showed difficulties in flexible usage of spatial information presented in 3D especially if the dimensional information in the testing phase also was 3D and required mental rotation. The present study indicates that spatial map presented in 2D may be more useful than 3D in driving situations in which acquired spatial information from navigating device, such as GPS, and location of driver continuously changes.

드론의 안전비행을 위한 국부 및 전역지도 인터페이스

유상형,전종우,조광수 한국로봇학회 2018 로봇학회 논문지 Vol.13 No.2

To fly a drone or unmanned aerial vechicle(UAV) safely, its pilot needs to maintain high situation awareness of its flight space. One of the important ways to improve the flight space awareness is to integrate both the global and the local navigation map a drone provides. However, the drone pilot often has to use the inconsistent reference frames or perspectives between the two maps. In specific, the global navigation map tends to display space information in the third-person perspective, whereas the local map tends to use the first-person perspective through the drone camera. This inconsistent perspective problem makes the pilot use mental rotation to align the different perspectives. In addition, integrating different dimensionalities (2D vs. 3D) of the two maps may aggravate the pilot’s cognitive load of mental rotation. Therefore, this study aims to investigate the relation between perspective difference (0°, 90°, 180°, 270°) and the map dimensionality matches (3D-3D vs. 3D-2D) to improve the way of integrating the two maps. The results show that the pilot’s flight space awareness improves when the perspective differences are smaller and also when the dimensionalities between the two maps are matched.

6학년 학생들의 공간감각 향상과 전이 및 유지를 위한 심적 회전 활동의 효과

윤주미,이광호,김주창 대한수학교육학회 2018 학교수학 Vol.20 No.4

In this study, we investigated the effect of mental enhancement on mental dimension transformation and sense of direction by dividing two classes of 6th grade into experimental group and control group. The effects of a mental rotation activity on mental rotation, mental dimension transformation, and sense of direction were analyzed through pre- and post-test, and one month later, to check whether the changed spatial sense was maintained over time. This suggests that the mental rotation activity helps improve the mental rotation ability of the 6th grade elementary school students, and that the mental rotation activity leads to the improvement of the mental dimension transformation ability and sense of direction. Finally, it was confirmed that the mental rotation, mental dimension transformation and sense of direction of the experimental group improved by mental rotation activity were maintained or improved after one month. 본 연구에서는 심적 회전 능력 향상이 심적 차원 변형과 방향 감각에 주는 영향을 확인하기 위해 6학년 2개 학급을 실험집단과 통제집단으로 나누어 준실험연구를 진행하였다. 실험집단에 심적 회전 활동을 투입하여 심적 회전과 심적 차원 변형, 방향 감각에 미치는 효과를 사전, 사후 검사를 통하여 분석하고 활동을 통해 변화한 공간 감각이 시간이 지나도 유지되는지 확인하기 위해 한 달 뒤 추가검사를 실시하였다. 이를 통해서 심적 회전 활동은 초등학교 6학년 학생들의 심적 회전 능력 향상에 도움이 되며, 심적 회전 활동은 심적 차원 변형 능력과 방향 감각의 향상을 이끈다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 심적 회전 활동으로 향상된 실험 집단의 심적 회전, 심적 차원 변형, 방향 감각은 한 달 뒤에도 유지되거나 향상됨을 확인하였다.

심적 회전 활동에 따른 인지 전략 분석 및 공간 감각과 수 감각 향상에 미치는 효과

남민주(Minju Nam),이광호(Kwang-Ho Lee) 한국교원대학교 뇌기반교육연구소 2021 Brain, Digital, & Learning Vol.11 No.2

The purpose of this study is to find out the cognitive strategy during the mental rotation activities and to find out the changes of spatial sense accordingly. To do this, this study developed a mental rotation activity program for six sixth-grade students and conducted five mental rotation activities twice each, a total of 10 times. As a result, first, cognitive strategies vary depending on the complexity of mental rotation activities. Second, simultaneous use of both overall and partial approach strategies and psychological and analytical processing strategies, perspective fixation, and perspective change strategies can increase the accuracy of recognition. Third, there is a tendency to use cognitive strategies differently in terms of processing methods, depending on the task of mental rotation activities. Fourth, the ability to rotate the sense of space has been improved by the mental rotation activity. As a result of this study, the following conclusions could be obtained. Cognitive strategies are used differently depending on the complexity of mental rotation activities, so students need to provide psychological rotation activities with varying degrees of difficulty to experience various cognitive strategies.

경로에 대한 심적회전 빈도와 계열위치가 심적회전 수행에 미치는 영향: 운전자의 연령대별 비교

이재식 한국자료분석학회 2017 Journal of the Korean Data Analysis Society Vol.19 No.6

This study investigated the differential effects of frequency of mental rotation (FMR) and serial position of mental rotation (SPMR) for directional information on mental rotation (MR) performance in various age groups of drivers range from 30s to 80s. Nine intersections were made by cross 3 horizontal lines and 3 vertical lines. Among the intersections, one was marked as a departure point, and the other was marked as a destination point. The results are followings. First, as FMR was increased, error rate in MR task was significantly increased, and this tendency was more salient in older age groups. Second, the drivers in all age groups tended to show more incorrect MR in the late SPMR condition than the earlier SPMR. Similar to the result for FMR, the amount in increase of error rates for the older drivers was larger as SPMR moved to the later position. The results suggested that MR task for spatial information can be sensitive to evaluate the drivers’ visuospatial working memory capacity which is essential in safe and efficient driving. 출발지점부터 목적지점까지의 방향정보에 대한 심적회전의 빈도와 심적회전의 계열위치를 달리한 시공간 작업기억 과제를 사용하여 다양한 연령대의 운전자들이 보인 심적회전 과제에서의 수행을 비교하였다. 출발지점으로부터 목적지점까지의 회전 방향에 대한 공간적 표상은 3개의 좌우방향 도로와 3개의 상하방향 도로가 교차하는 9개의 지점 중 임의의 두 지점을 출발지점과 목표지점으로 각각 표시한 후 이 두 지점을 연결한 경로를 통해 제시하였다. 출발지점에서 목적지점까지의 경로상에 위치한 각 교차로에서는 좌방향 혹은 우방향으로의 심적회전이 요구되었다. 30대부터 80대의 운전자들이 보인 심적회전 수행에서 어떠한 차이를 선택반응에서의 오반응율을 기준으로 분석하였다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 목적지점까지 도달하기 위해 요구되는 심적회전의 빈도가 증가할수록 심적회전 과제 수행에서의 오반응율이 유의하게 증가하였고, 이러한 경향은 연령대가 증가할수록 더 뚜렷하였다. 둘째, 심적회전의 계열위치가 초반부에서 후반부로 이동할수록 심적회전에서의 오반응율이 증가하였다. 특히, 심적회전 계열위치의 효과는 연령대가 증가할수록 더 커져 연령대가 증가할수록 오반응율의 증가폭이 더 컸다. 본 연구의 결과는 운전자들의 연령대에 따라 시공간 작업기억에 기초한 심적회전 과제 수행이 달라질 수 있다는 것과 고령대의 운전자의 경우에는 심적회전의 난이도 증가에 따라 심적회전 과제에서의 수행이 더 민감하게 저하될 수 있음을 시사한다.

2차원 및 3차원 정신 회전 과제 수행에 대한 반응시간의 성차

문화진(Hwa Jim Moon),하대현(Dae Hyun Ha) 한국교육심리학회 2012 敎育心理硏究 Vol.26 No.4

공간 능력은 오래전부터 지능의 중요한 요인으로 인식되어 온 것으로 그 능력의 성차가 발생하는 원인을 밝히는 일은 지능 연구에서 중요한 연구 주제이다. 이에 이 연구에서는 2차원 및 3차원 정신 회전 과제 수행에 대한 요소 분석을 실시해 도형 자극을 회전시킬 때 관여하는 인지 요소 과정들을 분리해 내고, 그 요소들에서 성차가 나타나는지, 그리고 그러한 성차가 2차원 과제와 3차원 과제에서 서로 다르게 나타나는지를 검증하였다. 피험자들은 315명(남자 157명, 여자 158명)의 대학생이었다. 그들에게 12개 종류의 각도로 회전시킨 2차원과 3차원의 도형 자극이 기준자극과 동일한 것인지, 다른 거울상인지를 판단하게 하는 컴퓨터 실험 과제와 함께 6종류의 참고공간능력 검사를 실시하였다. 반응시간을 종속변인으로 하고, 부호화, 회전, 비교, 반응의 4개 인지요소를 독립변인으로 하는 요소 모형을 설정하고, 요소 분석을 실시한 결과는 다음과 같았다. 첫째, 정신 회전 과제 수행에 대한 반응시간은 남녀 모두 0°-180° 사이에서 거의 직선적으로 증가하고, 180°-360° 사이에서는 거의 직선적으로 감소하는 경향이 나타났고, 그 회전율의 성차는 2차원 과제보다 3차원 과제에서 더 크게 나타났다. 둘째, 요소 모형 적합도는 2차원 과제와 3차원 과제에서 모두 .80 이상으로 높게 나타났다. 셋째, 2차원 과제와 3차원 과제에서 모두 회전, 부호화, 비교 요소의 수행에서 남자가 여자보다 더 빠르게 수행했고, 그 중 회전 요소의 수행 속도에서 차이가 가장 컸다. 넷째, 요소 점수와 6개의 공간능력검사와의 상관을 구했을 때, 회전 요소가 가장 높은 상관을 나타냈고, 그 상관은 2차원 과제보다 3차원 과제에서 더 높게 나타났다. 이 연구는 공간 능력의 성차가 나타나는 중요한 원인적 과정이 회전 요소임을 밝히고, 또 2차원 도형 자극보다 3차원 도형 자극을 회전시키는 과제에서 반응시간에 대한 성차가 더 크게 나타난다는 사실을 밝혔다. 결론 부분에 추후 연구로 회전 전략의 훈련 효과, 가상현실 과제에서의 성차, 대뇌피질과 뇌파와 같은 생리적 연구들을 제시하였다. In the field of intelligence studies, it is an important topic to find out the possible causes of sex differences in spatial abilities. So in this study, we separated elements that were assumed to be used in 2- and 3-dimensional mental rotation tasks, and verified whether sex differences were existed in these elements mutually different in those two tasks. The subjects participants in this experiments were 315 university students(male 157, female 158). We administered 2- and 3- dimensional mental rotation tasks in which they were asked to compare the standard stimulus with an alternative stimulus that were either same or different(mirror image), and 6 kinds of spatial ability tests. We set the four-stage componential model that consisted of four components such as encoding, rotation, compare, and respond components, and then used linear regression analysis to test this model. The experiment`s results were as follows. First, RTs(reaction times) on performance in the mental rotation tasks were almost linearly increased at 0°-180°, and almost linearly decreased at 180°-360° in both sex in both tasks. Also, magnitude of sex difference in 3 -dimensional task was greater than in 2-dimensional task. Second, internal validities obtained by fit of model(R²) were high enough in both tasks(.85 in 2-dimensional task, .80 in 3-dimensional task). Third, male`s speeds of encoding, rotation, and compare components were faster than female`s, and rotation components was the most significant in explaining sex differences in both 2- and 3- dimensional tasks. Fourth, when we obtained external validity of componential model by computing correlations between components scores and 6 spatial ability tests scores, only rotation components had highest correlations, and these correlations in 3-dimensional task were higher than in 2- dimensional task. This study has an important meaning for providing some experimental evidences. First, one of the causal processes which make sex differences in spatial abilities is a mental rotation component. Second, Sex differences of mental rotation appear greater in 3-dimensional task than in 2 -dimensional task. Finally we suggest that the studies about strategy training effects, sex differences in virtual reality task, and physiological studies such as cerebral cortex and EEG should be done in the future.