Functional Neuroanatomy in Depressed Patients with Sexual Dysfunction: Blood Oxygenation Level Dependent Functional MR Imaging

Yang, Jong-Chul Korean Radiological Society 2004 Korean Journal of Radiology Vol.5 No.2

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.

Function biomedical informatics research network recommendations for prospective multicenter functional MRI studies

Glover, Gary H.,Mueller, Bryon A.,Turner, Jessica A.,van Erp, Theo G.M.,Liu, Thomas T.,Greve, Douglas N.,Voyvodic, James T.,Rasmussen, Jerod,Brown, Gregory G.,Keator, David B.,Calhoun, Vince D.,Lee, H Wiley Subscription Services, Inc., A Wiley Company 2012 JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING Vol.36 No.1

<P><B>Abstract</B></P><P>This report provides practical recommendations for the design and execution of multicenter functional MRI (MC‐fMRI) studies based on the collective experience of the Function Biomedical Informatics Research Network (FBIRN). The study was inspired by many requests from the fMRI community to FBIRN group members for advice on how to conduct MC‐fMRI studies. The introduction briefly discusses the advantages and complexities of MC‐fMRI studies. Prerequisites for MC‐fMRI studies are addressed before delving into the practical aspects of carefully and efficiently setting up a MC‐fMRI study. Practical multisite aspects include: (i) establishing and verifying scan parameters including scanner types and magnetic fields, (ii) establishing and monitoring of a scanner quality program, (iii) developing task paradigms and scan session documentation, (iv) establishing clinical and scanner training to ensure consistency over time, (v) developing means for uploading, storing, and monitoring of imaging and other data, (vi) the use of a traveling fMRI expert, and (vii) collectively analyzing imaging data and disseminating results. We conclude that when MC‐fMRI studies are organized well with careful attention to unification of hardware, software and procedural aspects, the process can be a highly effective means for accessing a desired participant demographics while accelerating scientific discovery. J. Magn. Reson. Imaging 2012;36:39–54. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.</P>

Analysis of the Brain-activation Areas During the Visual Stimulations of 2D and 3D Imagery using Functional Magnetic Resonance Imaging

Yeong-Cheol Heo,Hae-Kag Lee,Jae-Hwan Cho 한국자기학회 2017 Journal of Magnetics Vol.22 No.4

The aim of this study is an functional magnetic resonance imaging (fMRI) investigation of the activity of the Brodmann brain areas during the viewing of 2D and 3D images. By using the 3.0 Tesla MRI system, an 8-channel SENSE Head Coil, and the ESys fMRI system in 5 adult males, 3D T1-weighted images were obtained from anatomic images. A gradient-EPI sequence was used for the acquisition of the brain functional images. The monitor was installed so that the images could be seen through a mirror located in the coil. The 3D appearance of the triangular, cubic, and hexagonal shapes were visually stimulated by the 2D and 3D images, and a pair of red–blue cardboard glasses was worn during the viewing of the 3D images. The display object is composed of 4 stimulus projections every 60 s and 4 resting periods of 20 s every 20 s. The acquired data were analyzed using the SPM-8 program. For the 2D imagery, the activation area of the brain is larger than that of the 3D imagery (p < .05). In the visual-cortex activation area, the number of clusters is larger for the 3D imagery (p < .05). It is expected that the basic data of this study will be used to analyze the effects of 3D-image contents on the areas of the human brain.

fMRI와 TRS와 EEG를 이용한 뇌파분석을 통한 사람의 감정 인식

김호덕(Ho-Duck Kim),심귀보(Kwee-Bo Sim) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.6

많은 연구자들은 인간의 사고를 functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG)등을 이용해서 두뇌 활동 영역을 연구하고 있다. 주로 의학 분야와 심리학의 영역에서 두뇌의 활동을 연구하여 간질이나 발작을 알아내고 거짓말 탐지 분야에서도 사용된다. 본 논문에서는 사람의 두뇌활동을 측정하여 인간의 감정을 인식하는 연구에 중점을 두었다. 특히, fMRI와 TRS 그라고 EEG를 이용해서 사람의 두뇌 활동을 측정하는 연구를 하였다. 많은 연구자들이 한 가지 측정 장치만을 사용하여서 측정하거나 fMRI와 EEG를 동시에 측정하는 연구를 진행하고 있다. 현재에는 단순히 두뇌의 활동을 측정하거나 측정 시 발생하는 잡음들을 제거하는 연구들에 중점을 두고 진행되고 있다. 본 연구에서는 fMRI와 TRS를 동시에 측정하여 얻은 두뇌 활동 데이터를 가지고 감정에 따른 활동 영역의 EEG 신호를 측정하였다. EEG 신호분석에 있어서 기존의 뇌파만을 가지고 특징을 찾아내는 것을 넘어서 각각의 채널에서 기록되는 뇌파의 파형을 주파수에 따라서 분류하고 정확한 측정을 위해 낮은 주파수를 제거하고 연구자가 필요한 부분의 뇌파를 분석하였다. Many researchers are studying brain activity to using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG), and etc. They are used detection of seizures or epilepsy and deception detection in the main. In this paper, we focus on emotion recognition by recording brain waves. We specially use fMRI, TRS, and EEG for measuring brain activity. Researchers are experimenting brain waves to get only a measuring apparatus or to use both fMRI and EEG. This paper is measured that we take images of fMRI and TRS about brain activity as human emotions and then we take data of EEG signals. Especially, we focus on EEG signals analysis. We analyze not only original features in brain waves but also transferred features to classify into five sections as frequency. And we eliminate low frequency from 0.2 to 4㎐ for EEG artifacts elimination.

An Improved Technique to Consider Mismatches between fMRI and EEG/MEG Sources for fMRI Constrained EEG/MEG Source Imaging

Chang-Hwan Im,정영진 대한의용생체공학회 2011 Biomedical Engineering Letters (BMEL) Vol.1 No.1

Purpose Although fMRI constrained EEG/MEG source imaging can enhance spatiotemporal resolutions of functional neuroimaging, it has been reported that hard fMRI constraint can result in misidentification of neuronal sources if severe mismatches exist between fMRI activations and EEG/MEG sources. In our previous works, we proposed an approach to address this issue, which automatically adjusts the strength of fMRI constraints by considering the mismatch level. The previous studies proved to be useful particularly when one wants to obtain actual EEG/MEG source locations and uses fMRI prior information as an auxiliary tool to enhance focality of the distributed sources. However, some loss of concentration in the reconstructed images was inevitable when distinct mismatches exist. Methods In this study, instead of automatically extending the prior activation regions, we classified and labeled distinct prior activation regions, compared each of the fMRI prior activation regions with each of the thresholded EEG/MEG activation regions, excluded the matched EEG/MEG activation regions, and produced modified prior activation regions having smaller areas than the extended prior activation regions obtained using the conventional approach. Results A series of realistic EEG simulations, assuming fMRI invisible and discrepancy sources, showed that the improved approach not only compensated for the distortions due to the mismatched activations, but also maintained the high spatial resolution of the fMRI constrained EEG/MEG source imaging. Conclusions Our simulation results demonstrated that the proposed technique can be a promising option to deal with mismatches between fMRI and EEG/MEG sources in the fMRI constrained EEG/MEG source imaging.

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.

fMRI에 최적화된 작동기억 연구방법 고찰

최기용,이일선,권용주 한국교원대학교 뇌기반교육연구소 2012 Brain & Learning Vol.2 No.1

fMRI는 두뇌에서 산소가 많이 소비되는 지점과 양을 쉽게 탐색할 수 있도록 해 주는 장치이다. 만일 fMRI와 관련된 신체의 특성에 대해 연구를 한다면 보다 최적화된 fMRI 연구 방법을 도출해낼 수 있다. 따라서 이 연구의 목적은 판단 기준 틀을 개발하고 이를 향후 연구에 사용할 수 있는 방법을 제안하는 것이다. 여기에서는 시간과 공간 요인을 고려하였다. 시간 요인에 대한 고려는 TR의 길이를 포함하며, 공간 요인에 대한 고려는 기억력 과제의 일관된 난이도, 활성화된 부분의 특이성, 활성화된 부분 사이의 관련성 등을 포함한다. Functional Magnetic Resonance Imaging(fMRI) is equipment which detects blood oxygen level dependence(BOLD) easily. If we study now about the character of body related fMRI, we can make a more optimized fMRI researching method. Thus, the purpose of this study was to develop analysis frame and to use in future papers. There are temporal and spatial concerns. Temporal concerns include the length of the repetition time(TR). Spatial concerns include consistent difficulty of memory tests, uniqueness of activated regions, and the relation of activated regions. In conclusion, this paper is almost acceptable for this, but this frame needs more editing.

fMRI와 TRS와 EEG를 이용한 뇌파분석을 통한 사람의 감정 인식

김호덕,심귀보 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회 학술발표 논문집 Vol.17 No.2

많은 과학자들은 인간의 사고를 functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), Time Resolved Spectroscopy(TRS), Electroencephalography(EEG)등을 이용해서 두뇌 활동 영역을 연구하고 있다. 주로 의학 분야와 심리학의 영역에서 두뇌의 활동을 연구하여 간질이나 발작을 알아내고 거짓말 탐지 분야에서도 사용된다. 본 논문에서는 사람의 두뇌활동을 측정하여 인간의 감정을 인식하는 연구에 중점을 두었다. 특히, fMRI와 TRS 그리고 EEG를 이용해서 사람의 두뇌 활동을 측정하는 연구를 하였다. 많은 연구자들이 한 가지 측정 장치만을 사용하여서 측정하거나 fMRI와 EEG를 동시에 측정하는 연구를 진행하고 있다. 현재에는 단순히 두뇌의 활동을 측정하거나 측정시 발생하는 잡음들을 제거하는 연구들에 중점을 두고 진행되고 있다. 본 연구에서는 fMRI와 TRS를 동시에 측정하여 얻은 두뇌 활동 데이터를 가지고 감정에 따른 활동영역의 EEG 신호를 측정하였다. EEG 신호분석에 있어서 기존의 뇌파만을 가지고 특징을 찾아내는 것을 넘어서 각각의 채널에서 기록되는 뇌파의 파형을 주파수에 따라서 분류하고 정확한 측정을 위해 낮은 주파수를 제거하고 연구자가 필요한 부분의 뇌파를 분석하였다.

후취자극 제어장치를 이용한 후각 fMRI의 기초연구

강원석,백문영,이현용,신운재,정순철,민병찬,김재형,은충기,문치웅 대한의용생체공학회 2001 의공학회지 Vol.22 No.2

본 논문에서는 후취자극 제어장치를 이용하여 후각자극에 대한 인간의 뇌의 활성화 영역을 뇌기능자기공명영상(functional magnetic resonance imaging : fMRI)장치로 측정 또는 가시화하고 이의 임상적용에 대한 기초자료를 마련하고자 하였다. 우선 후각에 이상이 없고 코 수술 경험이 없는 오른손잡이 피험자 4명을 대상으로 5번에 걸쳐 Echo Plannar Imaging(EPI)에 의한 혈액산소농도의존(blood oxygen level dependent : BOLD)법을 이용하여 후각자극에 의한 뇌기능자기공명영상 실험을 수행하였다. 후각자극은 MRI 장치에서 사용할 수 있도록 제작된 후취제어장치를 사용하였으며, 제시된 향은 천연 향의 일종인 lavender-like fragrance를 사용하였다. 향의 제시는 후각의 피로도를 감안하여 3회의 휴식기관과 2회의 자극기간을 각 30초씩 번갈아 시행하였으며, 동시에 5초 간격으로 각 절편 당 30 영상을 연속적으로 획득하였다. Correlation법으로 0.4∼0.7의 문턱치(threshold)범위에서 통계 처리된 뇌의 활성화 영상은 EPI영상과 같은 부위의 T1 강조영상에 overlapping 시켰다. 호흡에 의한 artifact를 제거하기 위해 실험실에 만든 장치로 호흡을 측정하여 post-processing 할 때 반영하였다. 이렇게 얻어진 fMRI 영상의 신호변화를 관찰하여 활성 영역의 위치를 분석하였다. 그 결과 후각자극에 의해 뇌의 전두엽 피질(frontal cortex), 소뇌(cerebellum), 그리고 뇌교(pons)에서 활성화된 신호를 발견할 수 있었다. 또한, 측두엽(temporal lobe)과 뇌섬(insula)에서도 의미 있는 신호가 관찰되었다. 그러나, 일차 후각영역인 piriform cortex와 entorhinal cortex, amygdaloid complex, 그리고 이차후각영역인 orbitofrontal cotex에서는 그다지 많은 빈도로 신호가 발견되지 않았다. 결론적으로 BOLD법을 이용한 fMRI에 의하여 후각자극에 대한 뇌의 활성화영역을 관찰할 수 있었으며, 후각자극에 대한 뇌의 기능을 연구하는데 있어서 중요한 정량적 자료를 제공할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.