뇌과학 연구와 기능적 자기공명영상 기술 동향

이충희 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.1

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a new imaging technique developed recently, and can non-invasively obtain activated brain images arising from the blood oxygen level dependence (BOLD) effect. The state of the art in brain science research and fMRI is reviewed, the R\&D results and the patents for MRI and fMRI obtained in major countries, including the United States, the European Union, Japan, and Korea, are presented, and their technological levels of brain science research, MRI, and fMRI are evaluated, providing future outlooks for progress in brain science, MRI, and fMRI. In this paper, brain structure and function, the principles of NMR, MRI, and fMRI, and their applications in brain science studies are presented. 뇌과학과 기능적 자기공명영상 (fMRI) 기술의 국내외 연구개발 동향, 학술정보 및 기술특허 분석을 통하여 미국, 유럽, 일본, 한국 등 주요국의 뇌과학 연구와 자기공명영상 (MRI), fMRI의 기술 수준을 평가하고, 국내의 MRI, fMRI 및 뇌과학 연구의 전망과 발전방향을 제시하였다. 주요국의 MRI, fMRI, 뇌과학 기술 관련 국가의 보건의료분야에 대한 정책의 우선순위 및 R\&D 투자, 연구수준, 특허건수, 관련 생산업체의 경쟁력 등 전체 경쟁력은 미국이 1위이고 다음은 유럽, 일본, 한국 순이다. 본 논문에서는 뇌의 구조 및 기능, 뇌신경 신호검출 및 생리학적 기능영상기법, 핵자기공명 (NMR), MRI, fMRI 등의 원리와 뇌과학 연구관련 응용에 대해 소개한다.

시각자극과 삼음교 자침으로 유발된 성적 흥분의 대뇌 활성화 영상의 비교

최남길(Nam-Gil Choi),한재복(Jae-Bok Han),장성주(Seong-Joo Jang) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2009 방사선기술과학 Vol.32 No.2

목 적 : 정상인 여성을 대상으로 기능적 자기공명영상법(functional magnetic resonance imaging : fMRI)을 이용하여 성적 흥분반응과 관련되는 시각자극과 삼음교(SP6, 三陰交) 경혈자극 의한 대뇌 활성화 영역의 차이점을 밝히고, 나아가서는 성적흥분의 기전을 신경해부학적인 측면에서 규명하고자 하였다. 대상 및 방법 : 성기능이 정상적인 오른손잡이 여자 21명(19~32세 : 평균 22세)을 대상으로 3.0 Tesla MR scanner를 이용하여 fMRI 영상을 얻었다. 성적 흥분을 유도하기 위한 패러다임은 3분간의 에로틱 비디오 시청과 삼음교(SP6)자침에 의한 자극을 주었으며, 자극 전·후에는 각각 1분간의 휴지기를 두었다. 또한 광명혈(GB37) 후방으로 3 cm 위치에 있는 비경혈점에 자극을 주어 경혈(acupoint)과 비경혈(shampoint) 자침에 의한 대뇌의 활성화 양상을 비교하였다. 기능적 자기공명영상의 획득은 AC-PC line을 기준으로 20개의 횡단면으로부터 총 2,000개의 기초영상을 얻었으며, SPM99 프로그램을 이용하여 평균 활성화 영상을 얻었다. 결 과 : 삼음교 경혈과 비경혈의 침자극에 의한 비교실험에서 경혈은 비경혈에 비하여 대뇌 신피질에서 평균 5배, 변연계에서 2배 높은 활성화도를 보였다. 비경혈 자극시에 간뇌의 HTHL, 기저핵의 GLO, AMYG, 그리고 두정엽의 SMG 등에서는 활성화 신호가 관찰되지 않았다. 성적흥분과 관련된 대뇌의 해부학적인 영역을 시각자극과 삼음교 경혈자극 별로 비교 분석한 결과, 두 자극간의 평균 활성화율(activation ratio)은 신피질과 변연계 모두에서 유의한 차이가 없었다(p < 0.05). 반면 평균 활성화도(activity)는 신피질의 경우에는 두 자극간에 유의한 차이를 보이지 않았으나, 변연계의 경우에는 경혈 자극시에 유의하게 더 높은 활성화도를 보였다(p < 0.05). 결 론 : 기능적 자기공명영상법을 이용하여 성적흥분과 관련된 시각자극과 경혈 침술자극에 의하여 유발된 대뇌 활성화 양상의 차이점과 신경해부학적 기전의 차이점을 규명할 수 있었으며, 이러한 결과를 바탕으로 향후 한방의 경혈, 경락 이론을 과학적인 측면에서 입증할 수 있을 것으로 기대한다. Purpose : This study was performed not only to compare the brain activation regions associated with sexual arousal induced by visual stimulation and SP6 acupuncture, but also to evaluate its differential neuro-anatomical mechanism in healthy women using functional magnetic resonance imaging (fMRI) at 3 Tesla (T). Subjects and methods : A total of 21 healthy right-handed female volunteers (mean age 22 years, range 19 to 32) underwent fMRI on a 3T MR scanner. The stimulation paradigm for sexual arousal consisted of two alternating periods of rest and activation. It began with a 1-minute rest period, 3 minutes of stimulation with either of an erotic video film or SP6 acupuncture, followed by 1-minute rest. In addition, a comparative study on the brain activation patterns between an acupoint and a shampoint nearby GB37 was performed. The fMRI data were obtained from 20 slices parallel to the AC-PC line on an axial plane, giving a total of 2,000 images. The mean activation maps were constructed and analyzed by using the statistical parametric mapping (SPM99) software. Results : As comparison with the shampoint, the acupoint showed 5 times and 2 times higher activities in the neocortex and limbic system, respectively. Note that brain activation in response to stimulation with the shampoint was not observed in the regions including the HTHL in the diencephalon, GLO and AMYG in the basal ganglia, and SMG in the parietal lobe. In the comparative study of visual stimulation vs. SP6 acupuncture, the mean activation ratio of stimulus was not significantly different to each other in both the neocortex and the limbic system (p < 0.05). The mean activities induced by both stimuli were not significantly different in the neocortex, whereas the acupunctural stimulation showed higher activity in the limbic system (p < 0.05). Conclusions : This study compared the differential brain activation patterns and the neural mechanisms for sexual arousal, which were induced by visual stimulation and SP6 acupuncture by using 3T fMRI. These findings will be useful to understand the theory of traditional acupuncture and acupoint channel in scientific point of view.

기능적 자기공명영상기법을 이용한 대뇌의 집행기능 평가

은성종(Sung Jong Eun),국진선(Jin Seon Gook),김정재(Jeong Jae Kim) 한국방사선학회 2013 한국방사선학회 논문지 Vol.7 No.5

This study involves an experiment using functional magnetic resonance imaging(fMRI) to delineate brain activation for execution functional performance. Participates to this experiment of the normal adult (man 4, woman 6) of 10 people, is not inserts the metal all closed phobia and 24.5 year-old average ages which the operating surgeon experience which are not they were. The subject for a functional MRI experiment word -color test prosecuting attorney subject rightly at magnetic pole presentation time of 30 first editions and after presenting, uses SPM 99 programs and the image realignment, after executing a standardization (nomalization), a difference which the signal burglar considers the timely order as lattice does, pixel each image will count there probably is, in order to examine rest and active crossroad dividing independence sample t-test (p<.05). Overlapped in this standard anatomic image and got a brain activation image from level of significance 95%. With functional MRI resultant execution function inside being relation, the prefrontal lobe, anterior cingulate gyrus, parietal lobe, orbitofrontal gyrus, temporal lobe, parietal lobe was activated. The execution function promotes a recovery major role from occupational therapy, understanding about the damage mechanism is important. When confirms the brain active area which accomplishes an execution function brain plasticity develops the cognitive therapeutic method which is effective increases usefully very, will be used. 집행기능은 뇌손상환자의 회복을 촉진시키는데 중요한 역할을 하며, 그 손상 기전에 대한 이해는 중요하다. 본 연구에서는 기능적 자기공명 영상 기법을 이용하여 집행기능 수행에 관여하는 대뇌 활성화 영역을 파악하고자 실시하였다. 10명의 정상성인(남자 4, 여자 6)이 실험에 참여하였으며, 모두 폐쇄공포증이 없고 금속을 삽입한 수술의 경험이 없는 평균 나이 24.5 세였다. 기능적 자기공명영상 실험을 위한 과제는 단어-색체 검사 과제를 30초간의 자극제시 시간에 맞게 수정하여 제시한 후, SPM 99 프로그램을 이용하여 영상 재정렬(realignment), 표준화(nomalization)를 실시한 후 시간 순서대로 격자화하고, 각 영상 픽셀의 신호강도의 유의한 차이가 있는지를 알아보기 위해 휴지기와 활성기로 나누어 독립표본 t-검정(p<.05)을 실시하여 활성화 영상을 생성시켰다. 이를 표준 해부학적 영상에 중첩시켜 유의수준 95%에서 뇌 활성화 영상을 얻었다. 기능적 자기공명 영상결과 집행기능과 관련 있는 내측 전전두엽, 전 대상회, 두정엽, 시각 전두영역, 측두엽 등에서 활성화 우위를 보였다. 집행기능을 수행하는 뇌 활성화 영역을 확인하면 뇌가소성을 증진시키는 효과적인 인지 치료방법을 개발하는데 매우 유용하게 사용될 것이다.

수면 뇌파-기능자기공명영상 동기화 측정과 신호처리 기법을 통한 수면 단계별 뇌연결망 연구

김중일,박범희,윤탁,박해정 대한수면의학회 2018 수면·정신생리 Vol.25 No.2

Objectives: Synchronous electroencephalogram (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been used to explore sleep stage dependent functional brain networks. Despite a growing number of sleep studies using EEG-fMRI, few stud- ies have conducted network analysis on whole night sleep due to dif culty in data acquisition, artifacts, and sleep management within the MRI scanner. Methods: In order to perform network analysis for whole night sleep, we proposed experimental procedures and data process- ing techniques for EEG-fMRI. We acquired 6-7 hours of EEG-fMRI data per participant and conducted signal processing to re- duce artifacts in both EEG and fMRI. We then generated a functional brain atlas with 68 brain regions using independent com- ponent analysis of sleep fMRI data. Using this functional atlas, we constructed sleep level dependent functional brain networks. Results: When we evaluated functional connectivity distribution, sleep showed signi cantly reduced functional connectivity for the whole brain compared to that during wakefulness. REM sleep showed statistically different connectivity patterns compared to non-REM sleep in sleep-related subcortical brain circuits. Conclusion: This study suggests the feasibility of exploring functional brain networks using sleep EEG-fMRI for whole night sleep via appropriate experimental procedures and signal processing techniques for fMRI and EEG. 목 적:본 연구는 전수면주기동안 수면단계에 따른 전체뇌영역과 수면 관련 뇌영역들의 뇌기능 연결망의 변화를 살펴보기 위해 동기화된 뇌파(EEG)-자기기능공명영상 (fMRI)를 전 수면 주기 동안 측정하고 신호처리 기법을 사용 함으로수면단계에따른뇌연결망의탐구가가능함을살펴 보기 위해 수행되었다. 방 법:정상 성인 피험자 5인을 대상으로 6~7시간의 수 면동안 MRI 기계 안에서 안전도, 심전도, 근전도와 EEG- fMRI를 측정하였고 EEG에 발생한 MRI 자장 변화 잡음과 심박관련 잡음을 제거하였다. fMRI에서는 피험자의 움직임 에 의해 발생하는 영상 왜곡을 보정하는 부분볼륨활용기법 을 제안하여 사용하였다. 잡음이 제거된 수면중 fMRI에 독 립성분분석기법을 적용하여 뇌 전체를 68 영역으로 구획하 여 수면 연구에 적합한 뇌 구획 지도를 만들고 이를 바탕으 로 각 구획들간의 연결성을 계산하였다. 수면관련 뇌심부 영 역을 선택하여 연결망 분석을 수행하였다. 결 과:뇌파를 비롯한 수면 생리적 신호들은 잡음 제거 의 방법을 이용하게 되면 수면단계설정에 문제가 없으며 수 면 단계별 뇌 연결망 연구가 가능함을 보여 주었다. 뇌연결 망 분석에서 수면 관련 뇌심부 연결망은 렘과 비렘수면에 따라 다른 특성이 나타나는데 비렘수면에서 전반적으로 높은 연결성을보였다.대뇌를포함한전체뇌연결망의경우각 성에 비해서 수면 중에 뇌 연결성이 떨어지는 양상을 보였다 (Kolmogorov-Smirnov 검정 ; p < 0.05, Bonferroni cor- rected). 결 론:본 연구를 통해서 장시간 수면 EEG-fMRI 측정 과 수면단계설정이 가능하고 신호처리 기법을 통해서 보정 하게되면뇌기능연결망을이용한전체수면뇌연구가가 능함을 시사한다.

심리기술훈련에 따른 중국 여자축구선수의 경쟁상태불안, 기분상태 및 fMRI 활성화

풍총 ( Feng Cong ),최연재 ( Yeonjae Choi ),정연택 ( Yeontaek Jeong ) 사단법인 아시아문화학술원 2021 인문사회 21 Vol.12 No.4

본 연구는 심리기술훈련이 중국 여자축구선수들의 경쟁상태, 기분상태 및 기능적 자기공명영상에 미치는 영향을 규명하고자 하였다. 실험(12명) 및 통제(12명)집단으로 총 24명을 대상으로 공분산분석을 실시하였다. 분석 결과, 긴장, 우울, 분노, 피로, 혼동 및 총정서장애에서 유의한 차이를 보였다. 그리고 기능적 자기공명영상 분석에서도 두 집단은 유의한 차이를 나타내었다. 결론적으로 심리기술훈련은 경쟁상태, 기분상태 및 기능적 자기공명영상에 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 토대로 뇌 기능에 대한 이해를 도모할 수 있었지만, 운동과 뇌의 변화에 대한 연구는 부족하기에 임상적으로 적용하기에는 어려운 실정이다. 이와 같은 의미에서 의학과 운동학적 접근의 통합성이 강조되어 임상데이터의 축척이 필요할 것으로 사료된다. The purpose of this study was to analyze the characteristics of female soccer players’ competitive anxiety, mood states, and functional magnetic resonance imaging (fMRI). 24 participants were assigned to one of two groups, experimental (n=12), control (n=12) in counter-balanced. The pre-test, post-test were administered to each group and the measures were the competitive state anxiety (CSAI-2), mood states (Poms), and the functional magnetic resonance imaging (fMRI). The data obtained from each measure were analyzed using ANCOVA and MATAB SPM. From the results, PST has a positive impact on the CSAI-2, POMS (negative emotions and TMD) and fMRI. Finally research direction for future PST with experience sports were discussed. Based on these research results, it was possible to understand the brain function, but it is difficult to apply it clinically due to the lack of research on movement and brain changes. In this sense, the integration of medical and kinematic approaches is emphasized and it is thought that the accumulation of clinical data is necessary.

뇌가 마음을 설명할 수 있을까?

전지원 ( Ji-won Chun ) 영산대학교 동양문화연구원 2017 동양문화연구 Vol.27 No.-

전통적으로 철학과 심리학에서 인간의 마음을 설명하기 위한 다양한 관점이 있어 왔다. 최근 신경과학 및 뇌영상학의 발전으로 살아있는 뇌의 기능적 양상을 관찰하는 것이 가능해졌으며, 이러한 방법을 통해 두뇌의 작동방식으로 마음을 설명하려는 시도가 있어왔다. 특히 뇌기능자기공명영상은 혈액산소수준의존(blood oxygen level dependent: BOLD)을 통해 뇌의 기능적 활동양상을 확인하는 방법으로 시간의 흐름에 따른 뇌신경적 활성화를 측정할 수 있다. 뇌기능 연구 방법을 통해 실험과제에 따른 뇌기능적 영상을 획득할 수 있으며, 행동반응양상과 관련된 뇌기능 양상을 관찰할 수 있다. 또한 기능적 뇌연결성 분석을 통해 뇌의 각 영역이 다른 영역들과 어떠한 관계를 갖고, 네트워크를 형성하는지 파악할 수 있다. 체화된 인지적 관점에서 지능적 행동양식은 신체, 뇌, 그리고 환경이 상호작용하는 것을 강조한다. 최근 빠르게 발전하고 있는 계산인지신경과학 분야는 외부 환경에 따른 행동적 측면을 고려하여 신경적 활동 모델을 제안함으로써 뇌의 작동방식에 기인하여 마음을 설명하려는 시도를 하고 있다. Traditionally, there has been various approach in order to explain human mind in philosophy and psychology. Recently, the development of neuroscience and neuroimaging technique let available to investigate functional aspects on the human brain. Therefore, many researchers try to explain mind using neuroimaging technique. In particular, functional magnetic resonance image measures neural activities on the brain by detecting changes related to blood oxygen level dependent. We could acquire functional neuroimaging associated with behavioral response towards experimental task. Also, we could identify core brain networks using functional connectivity analysis. Embodied cognition has grown in importance in light of recent mind-body issue. In embodied cognition approach, intelligent behavioral pattern has emphasized interaction among body, brain response, and environment. Computational cognitive neuroscience suggest that neural modelling based on context condition, and explain human mind based on brain response.

Bilingual lexical processing in the Stroop task: Evidence from an fMRI study

정우림,이승복 이중언어학회 2010 이중언어학 Vol.44 No.-

정우림․이승복. 2010. 10. 30. 스트륨 과제로 본 이중언어 어휘처리: 기능적 자기공명 영상연구. Bilingual Research 44, 319-343. 본 연구는 한국어(L1)-영어(L2) 이중언어자가 색-단어 스트룹 과제를 하는 동안 활성화 되는뇌 영역을 분석하여, 두 언어에 따른 처리방식을 검토해보려는 목적으로수행되었다. 실험참가자들은 두 가지 언어의 조합으로 구성된 이중언어 스트룹 과제를 수행하였다. 결과, 단어-색의 불일치 조건에서는, 두 언어에서모두 전대상피질, 하두정소엽, 방추상회의 활성화가 관찰되었다. 특히 전대상피질은 자극과 단어가 L1으로 제시된 경우에 L2로 제시된 경우보다 더강하게 활성화 되었는데, 이는 L1으로 과제를 수행하는 것이 더 많은 인지적 통제과정이 요구된다는 것을 시사한다. 번역효과를 살펴본 결과, 자극단어는 L1, 반응단어는 L2인 경우 언어영역으로 알려진 하전두회의 활성화가 증가되었으며, 이는 L1이 L2에 비해 더 자동적으로 처리되며, 따라서단어읽기를 억제하는데 더 많은 인지적 요구가 필요함을 시사한다. 곧, L1은 자동처리, L2는 통제처리 기제를 사용한다는 Paradis (1994)의 주장이 확인되었다. 또한 본 연구의 결과는 L1에서 L2로 번역이 그 반대의 경우보다더 약한 연결을 가지며, 따라서 인지적인 노력이 더 요구된다는 Kroll &Stewart (1994)의 위계적 모형을 지지한다. 본 연구는 기능적 자기공명영상방법을 이용하여 뇌 활성화 양상을 직접 검토하여 이중언어의 처리모형을검증하였다는 데 그 의의가 있다. (충북대학교)

뇌졸중 환자의 상지 기능 및 대뇌 피질 재 조직화에 미치는 강제유도운동치료의 효과 : 단일사례연구

박주형,양영애,송민영,박수정,김우택 대한고령친화산업학회 2009 대한고령친화산업학회지 Vol.1 No.2

연구목적: 본 연구는 강제유도운동치료가 뇌졸중 환자의 상지 기능에 미치는 효과와 그에 따른 대뇌피질 재조직에 유의한 영향을 줄 수 있는지를 알아보고자 한다. 연구방법: 본 연구는 뇌졸중으로 인한 편마비 진단을 받은 한 명의 연구 대상에 대해 단일사례연구설계(single case study research design) 중 ABA 설계를 사용하여 2009년 5월 4일부터 동년 5월 29까지 4주에 걸쳐서 진행하였다. 강제유도운동치료는 10일 동안 건측은 보조기로 깨어있는 시간의 90%를 억제하고, 6시간동안 집중적으로 치료하는 방법으로 실시하였다. 대상자의 상지 기능은 기초선 과정(5회), 치료 과정(10회), 기초선 회귀과정(5회)동안 상자와 나무토막 검사를 사용하여 측정하였으며 치료 전․ 후에 걸쳐서 Motor Activity Log(MAL)와 대뇌피질의 재조직을 확인하기 위하여 기능적 자기공명영상 장치(Functional Magnetic Reasonance ImagingI: fMRI)를 이용한 검사를 시행하였다. 연구결과 :대상자의 상지 기능은 기초선 기간보다 치료 기간 동안에 현저히 향상된 결과를 보였으며 이는 기초선 회귀 과정동안에도 지속되는 결과를 나타났다. 또한 치료 전․후에 걸쳐서 시행된 Motor Activity Log에서의 상지사용량(Amount of Use)과 상지활동의 질(Quality of Movement)도 향상된 결과를 보였으며 기능적 자기공명영상 장치에 의한 대뇌 피질의 재조직에서도 광범위하던 대뇌피질의 활성이 전체적으로 국소화 된 결과를 보였다. 결론:본 연구의 결과를 볼 때 강제유도운동치료는 뇌졸중으로 인한 편마비 환자의 환측 상지 기능 향상과 대뇌피질의 재조직에 유의미한 영향을 가지는 것으로 볼 수 있다. Objective : This study is about the effect of constraint-induced movement therapy for the function improvement of arms whose patient is suffering from stroke and its impacts on re-organization of the cerebral cortex. Methods : The object of this study is the stroke patient who has hemiplegia. It has been processed from May.04th to 29th, 2009 for 4 weeks with using ABA, one of single case study research design. The CIMT consisted of a restraint of movement of the unaffected upper extremity by placing it in a resting splint for 90% of walking hours for 10 consecutive days, combined with 6 hours/day of intensive training of affected upper extremity. The functions of arms have been measured with initial baseline phase(5times), experimental phase(10times) and second baseline phase(5times) using Box and Block Test. Before and after CIMT, Motor Activity Log and for checking re-organization cerebral cortex, inspection with fMRI has been done. Results : The arms functions have been improved during experimental phase more than initial baseline phase remarkably. This improvement has been shown during second baseline phase. AOU(Amount of Use) and QOM (Quality of Movement) of Motor Activity Log which has been processed before and after CIMT has also showed improving results and in case of the re-organization the of cerebral cortex, comprehensive activations of cerebral cortex has been reduced partially. Conclusion : This study shows constraint-induced movement therapy can help stroke patients suffering from hemiplegia improve their arms functions and give meaningful impacts on the re-organization the of cerebral cortex.

망간 노출 용접공의 인지수행에 따른 뇌 활성화 정도 분석

최재호(Jae-Ho Choi) 대한방사선과학회(구 대한방사선기술학회) 2011 방사선기술과학 Vol.34 No.1

본 연구는 만성적인 망간(Mn) 노출 결과로써 초래될 수 있는 영향을 기능적 신경영상기법의 하나인 fMRI(functional magnetic resonance imaging)를 이용하여 인지 활동에 따른 뇌 활성화 정도를 분석, 평가하고자 하였다. 조선소에서 10년 이상 용접 작업을 해왔고 현재도 용접 전담 업무를 하고 있는 34세 이상의 남성 15명을 노출군으로 하였고, 노출군과 연령, 사회.경제적 지위와 행동 패턴이 비슷하며 다른 위험한 금속성 물질에 노출되지 않은 제조업 사업장에서 용접 작업을 하지 않는 생산직 근로자 15명을 대조군으로 구성하여 설문조사와 혈액 검사, fMRI를 실시하였다. 그 결과 fMRI 대상자(29명)의 평균 혈중 Mn 농도는 노출군(1.3 ㎍/㎗)이 대조군(0.8 ㎍/㎗)보다 유의하게 증가하였고, Pallidal Index(PI)도 노출군이 대조군보다 유의하게 증가하였다(p < 0.001). MRI 상의 PI값은 혈중 Mn 농도가 0.93 ㎍/㎗ 이상인 군이 0.93 ㎍/㎗ 미만인 군보다 유의하게 증가하였다(p < 0.001). 산술 과제를 수행하는 동안 실험군의 각 문항에 대한 평균 응답 시간은 노출군(1.3 sec)이 대조군(1.1 sec)보다 유의하게 증가하였다. 또한, 문항 전체에 대한 평균 응답 시간도 대조군(54.7 sec)이 노출군(45.0 sec)보다 느리게 나타났으며, 통계학적으로도 유의미한 차이를 보였다(p < 0.001). 대조군의 뇌 활성화 영역은 후두피질의 좌.우측, 상.중간전두피질과 하두정피질(inferior parietal cortex)의 우측, 중간측두피질의 좌측 영역에서 유의하게 증가하였다. 노출군의 뇌 활성화 영역은 대조군의 활성화 영역과 비슷한 위치에서는 보다 넓고 높은 활성화 상태를 보였다. 노출군은 대조군의 활성화 영역에 추가하여 상.하 측두피질의 우측, 뇌섬엽의 좌측, 뇌교량과 측뇌실 영역에서 유의한 증가로 나타났다. 두 집단간 뇌 활성화 영역 비교를 위한 t-test에서 노출군은 중간측두피질 영역을 포함하여 우측 하측두피질, 좌측 상두정피질, 좌측 후두피질, 좌측 소뇌 등의 영역에서 대조군보다 유의하게 더 높은 증가를 나타냈다. 하지만 어떤 영역도 노출군보다 대조군에서 더 활성화된 영역은 없었다. 이상의 결과에서 만성적인 Mn 노출은 인지 과제 수행 중에 뇌 활성화를 증가시켰다. 동일한 과제에서도 상.하 측두피질, 뇌도 영역에서 활성화가 증가되었고, 노출군이 일반인보다 측두영역 및 후두영역에서 뇌 활성화 상태가 증가되었음을 알아냈다. 이상의 결과에서 살펴 볼 때 작업환경 내에서의 만성적인 Mn 노출이 뇌 활성화의 신경 네트워크에 영향을 미친다는 것이 확인되었다. In this study, we examined the impact caused by chronic exposure to Mn by investigating the degree of brain activation based on the data of recognition activities using fMRI (functional magnetic resonance imaging). A questionnaire survey, blood tests, and fMRI tests were carried out with respect to two groups. Group 1 was an exposure group consisting of 15 male workers who are 34 years old or older, and who worked for longer than 10 years in a shipbuilding factory as a welder. Group 2 was a control group consisting of 15 workers in manufacturing industries with the same gender and age. The results showed that blood Mn concentration of Group 1(1.3 ㎍/㎗) was significantly higher than that of Group 2(0.8 ㎍/㎗)(p < 0.001), and Pallidal Index (PI) of Group 1 was also significantly higher than that of Group 2 (p < 0.001). PI value of the group whose blood Mn concentration was 0.93 ㎍/㎗ or higher was significantly higher than that of the group whose blood Mn concentration was less than 0.93 ㎍/㎗ (p < 0.001). As for brain activity area within the control group, the right and the left areas of occipital cortex showed significant activity and the left area of middle temporal cortex, the right area of superior.inferior frontal cortex and inferior parietal cortex showed significant activity. Unlike the control group, the exposure group showed significant activity on the right area of superior.inferior temporal cortex, the left of insula area. In the comparison of brain activity areas between the two groups, the exposure group showed significantly higher activation than the control group in such areas as the right inferior temporal cortex, the left area of superior parietal cortex and occipital cortex, and cerebellum including middle temporal cortex. However, in nowhere the control group showed more activated area than the exposure group. As the final outcome, chronic exposure to Mn increased brain activity during implementation of arithmetic task. In an identical task, activation increased in superior.inferior temporal cortex, and insula area. And it was discovered that brain activity increase in temporal area and occipital area was more pronounced in the exposure group than in the control group. This result suggests that chronic exposure to Mn in the work environment affects brain activation neuro-network.

휴지기 두뇌의 네트워크와 지연할인율의 개인차

정위훈 한국인지및생물심리학회 2021 한국심리학회지 인지 및 생물 Vol.33 No.1

Though many investigations have reported associations between brain and behavioral phenotypes (e.g., delay discount as a measure of impulsive choice), our current understanding of such associations in terms of functional connectivity (FC) is limited due to the limiting factors of the most commonly used mass univariate approach. Here, we thus examine the association between impulsive choice and resting-state FC using a recently introduced, data-driven multivariate analysis (multivariate distance-based matrix regression) in 142 young healthy adults. This connectome-wide analysis identified regions associated with delay discount rates based on multifocal FC patterns, including medial temporal lobe, precuneus, premotor cortex, and ventromedial prefrontal cortex (VMPFC). Follow-up seed-based and network-level analyses revealed that high impulsivity was associated with greater inter-network connectivity between default mode and attention networks, correlated respectively with VMPFC and premotor cortex. These results provide novel insights for functional connectivities and networks associated with impulsive choice and target regions for its intervention. These results suggest an important role of large-scale brain network balance in impulsive choice. 이전 여러 연구들이 뇌의 기능적 연결성과 행동적 표현형(예: 충동적 행동의 지표인 지연할인율) 간의 연관성을 보고하였다. 그럼에도 불구하고 대부분의 연구들이 사용한 다중-단변량 접근법(mass-univariate approach)으로 인해 이러한 연관성에 대한 우리의 지식 및 이해는 여전히 제한되어 있다. 본 연구에서는 최근 개발된 자료 기반 다변량 분석기법을 사용하여 142명의 젊고 건강한 성인의 지연할인율과 휴지기 기능적 연결성 간의 연관성을 조사하였다. 분석을 통해 내측 측두엽, 설전부(precuneus), 전운동피질, 복내측 전전두피질의 다변량 기능적 연결성 패턴이 지연할인율과 연합되어 있음을 발견하였다. 또한 seed 기반 기능적 연결성(seed-based functional connectivity) 분석과 네트워크 분석을 통해 지연할인율과 네트워크 간 연결성 사이의 정적 상관을 관찰하였다. 특별히 내측 전전두피질과 연합된 디폴트 모드 네트워크와 전운동피질과 연합된 주의네트워크들 사이의 네트워크 간 연결성이 지연할인율과 연관성을 보였다. 현 결과는 충동적인 선택에 연합된 특정한 기능적 연결성 및 네트워크에 대한 우리의 지식을 확장시켜준다. 특별히 충동적인 선택에 있어 뇌 네트워크들 간 연결성의 균형이 중요한 역할을 함을 제안한다. 또한 현 결과는 충동적 행동의 중재와 관련하여 새로운 통찰을 제공해준다.