생물 분류 과제의 자기조절 과정에서 나타나는 생물전공 및 비전공 대학생의 두뇌 활성 분석 = Brain Activation Analysis of Biology Major and Non-Major University Students in the Self-Regulation Process of the Biological Classification Task

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Self-regulation is the process of seeing an event, maintaining equilibrium, or moving to disequilibrium depending on whether it fits into the current schema or not, and then creating a new schema through feedback to get back to equilibrium. Self-regulation plays an important role, especially when learning life sciences, by having high cognitive flexibility and information processing ability. The purpose of this study is to analyze brain activation using fNIRS the self-regulation and its sub-processes such as assimilation, conflict, and accommodation that occurred in biology major and non-major university students while performing their biological classification tasks, and to compare the differences between groups. fNIRS was used to measure and analyze the brain activation of 18 biology major university students and 21 non-major university students.
As a result, it was confirmed that there was a difference in activation of the BA 47 as a result of comparing the two groups in the self-regulation process. This suggests that biology major university students have a high ability to generate and understand linguistic information related to life science. Biology major university students demonstrated greater OFC activation during assimilation than non-major students. This suggests that biology major university students have active motivation and reward systems when learning life sciences. Biology major university students had lower BA 46 and higher BA 47 activation during the conflict process than non-major university students. It seems that the biology major university students performed the task through access to long-term memory, while the non-major university students used recent memory. The right DLPFC and FP revealed low activation during the accommodation process. This shows that non-major university students who have relatively little experience learning life sciences need a high level of understanding to acquire knowledge when learning life sciences. The difference in the learner's major and learning experience can, therefore, be the reason for the difference in brain activation between the two groups during the process of self-regulation.
Based on the study results, it is now possible to explain self-regulation systematically and scientifically using neuroscientific methodologies, which was challenging to do using conventional research techniques. In addition, an effective education system can be prepared based on the learner's neuroscientific results and deep learning.

국문 초록 (Abstract)

자기조절은 현상 관찰 후 자신의 기존 도식과의 합치 여부에 따라 평형을 유지하거나 비평형으로 변하게 되어 피드백을 통해 새 도식을 형성하여 평형에 이르는 과정이다. 자기조절은 높은 인지적 유연성과 정보 처리 능력을 가짐으로써 특히 생명과학을 학습할 때 중요한 역할을 담당한다. 따라서 본 연구의 목적은 생물전공 및 비전공 대학생이 생물 분류 과제를 수행하는 동안 나타나는 자기조절 과정과 동화, 갈등, 조절 과정에서의 두뇌 활성을 신경과학적으로 분석하고 집단 간 차이를 비교하는 것이다. 생물전공 대학생 18명과 비전공 대학생 21명을 대상으로 fNIRS를 활용하여 두뇌 활성을 측정하고 이를 분석하였다.
그 결과 자기조절 과정에서는 두 집단 비교 결과 BA 47에서 활성 차이가 있음을 확인하였다. 이는 생물전공 대학생이 생명과학과 관련된 언어적인 정보를 생성 및 이해하는 능력이 높다는 것을 알 수 있다. 생물전공 대학생들은 동화 과정에서 비전공 대학생보다 동기와 보상에 관련된 영역인 OFC의 활성이 확인되었다. 이는 생물전공 대학생이 생명과학 학습과 관련된 동기 및 보상체계가 활발하다는 것을 알 수 있다. 갈등 과정에서는 생물전공 대학생이 비전공 대학생에 비해 BA 46의 낮은 활성과 BA 47의 높은 활성이 나타났다. 이는 생물전공 대학생들이 장기 기억에 접근하는 반면 비전공 대학생들은 최근 기억을 활용한 것으로 보인다. 조절 과정에서는 우측 전전두엽의 낮은 활성이 나타났는데, 생명과학과 관련된 학습 경험이 상대적으로 부족한 비전공 대학생이 생명과학을 학습할 때 지식을 얻기 위해 높은 이해가 요구됨을 알 수 있다. 따라서 자기조절 과정에서 두 집단의 두뇌 활성의 차이는 학습자의 전공과 학습 경험 차이에 의해 야기될 수 있음을 뜻한다.
위 연구 결과를 바탕으로 전통적인 연구 방법으로 설명하기 어려웠던 자기조절을 신경과학적 방법을 통해 체계적이며 과학적인 결과를 제시할 수 있다. 또한 학습자의 신경과학적 결과와 딥러닝을 기반으로 효과적인 교육 시스템을 마련할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• CHAPTER Ⅰ. Introduction 1
• 1. Necessity and Purpose of the Study 1
• 2. Research Questions 5
• 3. Definitions of Terms 6
• 3.1 Self-Regulation 6
• 3.2 Assimilation 6
• 3.3 Conflict 7
• 3.4 Accommodation 7
• CHAPTER Ⅱ. Literature Review 8
• 1. Self-Regulation 8
• 1.1 Concept of self-regulation 8
• 1.2 Process of self-regulation 9
• 2. fNIRS 13
• 2.1 fNIRS principles 13
• 2.2 Advantages and disadvantages of fNIRS 14
• 2.3 Recent studies using fNIRS 15
• 3. Biological Classification 16
• CHAPTER Ⅲ. Methodology 18
• 1. Study Procedure 18
• 2. Participants 19
• 3. Task Design 21
• 3.1 Task selection 21
• 3.2 Task organization 22
• 3.3 Task paradigm 28
• 4. Data Collection 29
• 4.1 Equipment information 29
• 4.2 fNIRS measurement 32
• 5. Data Analysis 34
• 5.1 fNIRS data preprocessing 35
• 5.2 fNIRS data analysis 36
• 5.3 Behavioral data analysis 36
• CHAPTER Ⅳ. Results and Discussions 38
• 1. Comparison of Brain Activation on the Self-Regulation Process between Biology Major University Students and Non-Major University Students 38
• 1.1 Common brain activation 38
• 1.2 Differences in brain activation between biology major university students and non-major university students 41
• 2. Comparison of Brain Activation on the Processes of Assimilation, Conflict, and Accommodation between Biology Major University Students and Non-major University Students 43
• 2.1 Behavioral results of the biological classification task 43
• 2.2 Comparison of brain activation on assimilation 44
• 2.3 Comparison of brain activation on conflict 49
• 2.4 Comparison of brain activation on accommodation 54
• CHAPTER Ⅴ. Conclusions and Implications 59
• 1. Conclusions 59
• 2. Implications 61
• REFERENCE 64
• KOREAN ABSTRACT 79
• APPENDIX 81