Functional neuroimaging: current developments in PET, fMRI and electrophysiology

ÀúÀÚ : Jennifer Coull

Ãâó : Trends in cognitive sciences, volume 1, No. 5, pp. 161-162. August. 1997.

´ÙÀ½ÀÇ ÄÁÆÛ·±½º¿¡¼­ ¹ßÇ¥µÈ ÁÖ¿ä ¹ßÇ¥³»¿ëÀ» ¼Ò°³ÇÏ´Â ±ÛÀÌ´Ù.

"3rd International Conference on Functional Mapping of the Human Brain , 20-23 May 1997, Cophenhagen, Denmark. "

¡¡

³í¹® ¼Ò°³µ¿±â

International Conference on Functional Mapping of the Human Brain ´Â 1³â¿¡ Çѹø¾¿ Á¤±âÀûÀ¸·Î °³ÃֵǴ "³ú ±â´É À̹Ì¡" °ü·ÃÇÏ¿© À¯ÀÏÇÑ ¼¼°è ÃÖ´ëÀÇ ÄÁÆÛ·±½ºÀÌ´Ù. ¿ÃÇØ(1998³â)·Î Á¦ 4ȸ¸¦ ¸ÂÀÌÇϰí ÀÖ´Ù. º» ±ÛÀº Áö³­ 1997³â 5¿ù¿¡ °³ÃֵǾú´ø Á¦3ȸ¿¡¼­ ¹ßÇ¥µÈ ¿¬±¸ °á°úµé¿¡¼­ ºñÁß ÀÖ´Â ³»¿ëµéÀ» Á¤¸®ÇÏ¿© "Trends in cognitive science"¿¡ ½Ç¸° ±ÛÀÌ´Ù. ³ú ±â´É À̹Ì¡ ºÐ¾ß¿¡¼­ ¼¼°èÀû µ¿Çâ ÆÄ¾Ç¿¡ µµ¿òÀÌ µÉ °Í °°¾Æ¼­ Á¤¸®ÇÏ¿´´Ù.

¡¡

¿ë¾î ¼³¸í

* Working memory : A limited-capacity system storing interpreted information from all senses, usually for no more than a few seconds.

* Episodic memory (ÀÏÈ­ ±â¾ï): ½Ã°£ ¼ø¼­Àû ±â¾ïÀ» ÀǹÌÇÔ. Àå±â±â¾ï¿¡ ÇØ´çÇÔ.

Àå±â±â¾ïÀÇ ºÐ·ù´Â ´ÙÀ½°ú °°À½.

-Àṉ̀â¾ï(semantic memory): º¸ÆíÀû Áö½Ä(¿¹, "¿À¸®´Â ²Ð²Ð°Å¸°´Ù.").

-ÀÏÈ­±â¾ï(episodic memory): ½Ã°£Àû ±â¾ï.

-ÀýÂ÷±â¾ï(procedural memory): ÀÏÀ» ¼öÇàÇÏ´Â ¹æ½Ä, ³í¸®Àû ¿¬¿ª µîÀÇ Ã߷йý.

¡¡

¼­·Ð.

ÀÌ ÄÁÆÛ·±½º¿¡´Â ³ú ¿¬±¸ºÐ¾ß¿¡¼­ ¿À·¡µÈ Áú¹®ÀÎ "³ú´Â ¾î¶»°Ô ÀÛµ¿Çϴ°¡?"¿¡ ´ëÇÑ ´äÀ» ¾ò±â À§ÇÏ¿© ±â´ÉÀû "³ú ±â´É ¿µ»óÈ­±â¼ú(brain mapping technique)"À» »ç¿ëÇϰí ÀÖ´Â ½Å°æ°úÇÐÀÚµéÀÌ ¸ð¿©µé¾ú´Ù. ÀÌµé ±â¼ú¿¡´Â PET, SPECT, fMRI, EEG, MEG µîÀÌ ÀÖ´Ù. 4Àϰ£ÀÇ ÄÁÆÛ·±½º¿¡¼­´Â ½Å°æ½É¸®ÇÐÀû ÀÌ·Ð(neuropsychological theory), ÀÓ»óÀû¿ë, ±â¼ú ¹æ¹ý·Ð, ÇØ¼® µîÀÌ ¼­·Î À¶ÇÕµÇ¾î ´Ù¾çÇÏ°Ô º¸°í µÇ¾ú´Ù. º» ±Û¿¡¼­´Â ÀÌ ±â°£ Áß¿¡ ¹ßÇ¥µÈ °Í Áß¿¡¼­ Á߿䵵 ³ôÀº ³»¿ëÀ» Á¤¸®ÇÏ¿© ¼Ò°³Çϰí ÀÖ´Ù. ¸ÕÀú cognitive neuropsychology Ãø¸é¿¡¼­ ±×¸®°í MethodologyÃø¸é¿¡¼­ Á߿䵵 ³ôÀº ¹ßÇ¥³»¿ëÀ» ¼Ò°³Çϰí ÀÖ´Ù. À̸¦ ´ÙÀ½¿¡ Á¤¸®ÇÑ´Ù.

¡¡

1.Cognitive Neuropsychology

¡¡

Edward Awh(LaJolla, USA)´Â Çõ½ÅÀûÀÌ°íµµ âÀÇÀûÀ¸·Î PET(Positron Emission Tomograohy)¸¦ ¸¦ »ç¿ëÇÏ¿´´Ù. "°ø°£Àû working memory ÀÇ ´É·ÂÀÌ ÁÖÀÇÁýÁß(attention)ÀÇ °ø°£Àû À̵¿¿¡ ÀÇÁ¸ÇÏ´Â °ÍÀÎÁö"¸¦ °áÁ¤Çϱâ À§ÇÏ¿© PET¸¦ »ç¿ëÇÏ¿´´Ù. ÀÌÀüÀÇ ½Å°æ¿µ»ó µ¥ÀÌÅÍ¿¡ ÀÇÇϸé (Âü°í¹®Çå 1, 2) extrastriate cortex´º·±ÀÇ È°µ¿Á¶Àý(modulation)ÀÌ spatial attention ÀÇ ½É¸®»ý¸®ÇÐÀû ÁöÇ¥·Î½á »ç¿ëÀÌ µÇ¾ú¾ú´Ù. Edward Awh ´Â °ø°£ ±â¾ï¿¡ °ü·ÃÇÑ ´º·±µéÀ» ÃøÁ¤Çϰí, ½Ã¾ßÀÇ Àý¹Ý(hemifield)¿¡ ´ëÀÀÇÑ ¹Ý´ëÆí extrastriate cortex ÀÇ È°µ¿Á¶Àý(modulation)À» °üÃøÇÏ¿´´Ù. ÀÌ·¯ÇÑ »ç½ÇÀº "working memory¿¡¼­ÀÇ °ø°£Á¤º¸ Ç¥ÇöÀº °ø°£Àû ÁÖÀÇ(attention)ÀÇ À̵¿(shifts)À» ¸Å°³·Î ÇÑ´Ù." ´Â °¡¼³À» ÀÔÁõÇÑ °ÍÀÌ´Ù. Extrastriate cortex´Â ºñ°ø°£Àû working memory ÀÛ¾÷¿¡¼­´Â Ȱ¼ºÈ­ µÇÁö ¾Ê¾Ò´Ù.

¡¡

±â´ÉÀû ³ú ¿µ»óÈ­¿¡¼­´Â ²÷ÀÌÁö ¾Ê´Â ¹®Á¦Á¡À¸·Î, ÇǰËÀÚ°¡ ¼öÇàÇÏ´Â "°úÁ¦ÀÇ ³­À̵µ(task difficulty)"¿Í "Áõ°¡µÈ ÀÎÁö󸮿䱸(working memory demand)" °£ÀÇ È¥µ¿ÀÇ ¹®Á¦°¡ ÀÖ´Ù. Áï, ƯÁ¤ °úÁ¦¸¦ ¼öÇàÇÏ´Â µ¿¾È ÃøÁ¤µÈ ³úÀÇ Æ¯Á¤ ¿µ¿ªÀÌ ´Ü¼øÈ÷ Á¤½ÅÀû ºÎÇϰ¡ Áõ°¡ÇÑ °ÍÀÌ ¾Æ´Ï¶ó ¿ì¸®°¡ °ü½É °®´Â ÀÎÁöÀû 󸮰úÁ¤¿¡ ÇØ´çÇÏ´ÂÁö ¾î¶»°Ô È®½ÅÇÒ ¼ö ÀÖ´Â °¡ÀÇ ¹®Á¦ÀÌ´Ù. Functional - MRI¸¦ ¿¬±¸ÇÏ´Â Todd Braver(Pittsburgh, USA)´Â ÀÌ¿Í °°Àº ¼º°¡½Å ¹®Á¦¿¡ µµÀüÇÏ¿´´Ù. ±×´Â working memory demand¿Í task difficulty¸¦ °¢°¢ µ¶¸³ÀûÀ¸·Î ºÐ¸®ÇÏ¿´´Ù. ±×ÀÇ fMRI½ÇÇè¿¡¼­´Â »ç¶÷ ³úÀÇ ¹èÃø ÀüµÎ¿±(dorsolateral prefrontal cortex)Àº working memory demand ÀÇ º¯È­¿¡ ÀÇÇØ¼­¸¸ Ȱ¼ºÈ­ µÇ¾ú°í, task difficultyÀÇ º¯È­¿¡ ÀÇÇØ¼­´Â Ȱ¼ºÈ­ µÇÁö ¾Ê¾Ò´Ù. ÀÌ ½ÇÇèÀº ¸íÈ®È÷ ¹èÃø ÀüµÎ¿±Àº task difficulty¿Í´Â ÀüÇô ¹«°üÇÔÀ» º¸¿©Áá°í, ÀÌÀü±îÁöÀÇ working memory¿¡ À־ ÀüµÎ¿±ÀÇ ¿ªÇÒ¿¡ ´ëÇÑ ¿¬±¸µé¿¡ ÀÇÇÏ¿© ÃßÃøµÇ¾ú´ø »ç½ÇµéÀ» ÀÔÁõÇÑ °ÍÀÌ´Ù.

¡¡

Endel Tulving(Toronto, Canada)¿ª½Ã ÀüµÎ¿± (preforntal cortex)¿¡ ´ëÇÑ ¿¬±¸¸¦ º¸°íÇÏ¿´´Ù. ÀÏÈ­±â¾ï(episodic memory)¿¬±¸¿¡¼­ÀÇ "³ú±â´É¿µ»óÈ­±â¼ú"ÀÇ ¿ªÇÒ¿¡ ´ëÇØ¼­ ±¤¹üÀ§ÇÏ°Ô ¸®ºäÇÏ¿´´Ù. ±×´Â Áö³­ 100³â µ¿¾ÈÀÇ ±â¾ï¿¡ ±­·ÃÇÑ ¿¬±¸º¸´Ùµµ ÃÖ±Ù 5³âµ¿¾È "³ú±â´É¿µ»óÈ­±â¼ú"¿¡ ÀÇÇÑ °ÍÀÌ ´õ¿í È¿°úÀûÀ̾ú´Ù°í À̾߱â ÇÑ´Ù. ÀÌ °­¿¬¿¡¼­ °¡Àå ÁÖ¸ñ ¹ÞÀº °ÍÀº, ÀÏÈ­Àû±â¾ïÀÇ ºÎȣȭ(episodic encoding)¿Í ±â¾ïÀÇ È¸º¹(retrieval)½ÃÀÇ ³úÀÇ È°¼º ¿µ¿ªÀÌ ¼­·Î ´Ù¸£´Ù´Â °ÍÀ̾ú´Ù. Áï, ´ë³ú¹Ý±¸ Áß Á³ú ÀüµÎ¿±Àº ±â¾ïÀÇ ºÎȣȭ ±â´ÉÀ» ´ã´çÇϰí, ¿ì³úÀÇ ÀüµÎ¿±Àº ±â¾ïÀÇ È¸º¹(retrieval)¿¡ °ü¿©µÈ´Ù´Â °ÍÀÌ´Ù. ¶ÇÇÑ ÀÏÈ­±â¾ï(episodic memory)°ú Àṉ̀â¾ï(semantic memory)ÀÇ Â÷ÀÌÁ¡µµ º¸°í ÇÏ¿´´Âµ¥, ¿ì³ú ÀüµÎ¿±Àº ÀÏÈ­±â¾ï ȸº¹ ½Ã¿¡, Á³ú ÀüµÎ¿±Àº ÀÇ¹Ì ±â¾ï ȸº¹ ½Ã¿¡ Ȱ¼ºÈ­ µÊÀ» º¸°í ÇÏ¿´´Ù.

¡¡

Jacques Mehler (Paris, France) ´Â ¾ð¾îÀÇ ½Àµæ°ú °ü·ÃÇÏ¿© PET¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ °ÍÀ» ´Ù·ç¾ú´Ù. 2°³ ±¹¾î¸¦ ±¸»çÇÏ´Â ¼ºÀÎÀ» ´ë»óÀ¸·Î ÇÏ¿© ÇǰËÀÚÀÇ Á¦ 2¿Ü±¹¾îÀÇ À¯Ã¢ÇÔÀÇ Á¤µµ·Î ³ª´©¾î¼­ ¾ð¾î ÀÌÇØ¿Í °ü·ÃµÈ ³úÀÇ È°¼º ¿µ¿ªÀ» PET¸¦ ÀÌ¿ëÇÏ¿© °ËÃâÇÏ¿´´Ù. ÀϹÝÀûÀ¸·Î ¾ð¾îÀÇ ¼÷´ÞÁ¤µµ°¡ ³·Àº ÇǰËÀÚÀÇ °æ¿ì¿¡´Â ¾ð¾î¸Á¿¡¼­ÀÇ Ãß°¡ÀÇ È°¼ºÀÌ °üÃøµÇ´Â °á°ú¸¦ ¾ò¾ú´Ù. ¼÷´ÞÁ¤µµ°¡ ³ôÀ»¼ö·Ï ¸ð±¹¾î¿Í Á¦ 2¿Ü±¹¾î¿¡ °ü·ÃÇÑ ¿µ¿ªµéÀÌ À¯»ç¼ºÀ» ³ªÅ¸³»¾ú´Ù°í ÇÑ´Ù. ±×·¯³ª, Dehaene(Orsay, France)¿¡ ÀÇÇÑ fMRIÀÇ °æ¿ì¿¡´Â Á¦ 2¿Ü±¹¾î¿¡ ÀÇÇØ Ȱ¼ºÈ­ µÇ´Â ³ú ¿µ¿ªÀÌ ÇǰËÀÚ¸¶´Ù ½ÉÇÏ°Ô Â÷À̰¡ ³ª´Â °á°ú¸¦ º¸°íÇÏ¿´´Ù.

¡¡

°øÆ÷¸¦ ´À³¢´Â °æ¿ì³ª ºÎÁ¤Àû °¨¼ºÀÌ À¯¹ßµÇ´Â »óȲ¿¡¼­ÀÇ ÆíµµÃ¼ÀÇ ¼¼¹ÐÇÑ ¿ªÇÒ¿¡ ´ëÇÑ Á¶»ç°¡ ¸Å¿ì ¸¹ÀÌ º¸°íµÇ¾ú´Ù(Moris, London, UK; Schaefer, Wisconsin, USA; Paradiso, Iowa, USA). (Âü°í: ÆíµµÃ¼´Â ÀÌ¹Ì °øÆ÷ÀÇ °¨¼º¿¡¼­ Ȱ¼ºÈ­ µÊÀÌ Àß ¾Ë·ÁÁ® ÀÖ´Ù.)

¡¡

2. Methodology

ÄÁÆÛ·±½º ³»³» Àü¹ÝÀûÀ¸·Î ÀïÁ¡ÀÌ µÇ¾ú´ø °ÍÀº Àü¼¼°èÀûÀ¸·Î ¸¹Àº ¿¬±¸½Ç¿¡¼­ ÁøÇàµÇ´Â ´Ù¾çÇÑ ±â´É ¿µ»óÈ­ ±â¼ú ¹× ºÐ¼® ±â¼úÀÇ ±¹Á¦Àû ÅëÀÏÈ­ÀÇ Çʿ伺 À̾ú´Ù. ÀÌ ¹®Á¦´Â óÀ½ PET¿Í fMRI ¾çÀÚ °£ÀÇ À¯¿ë¼º°ú ¹Î°¨¼º¿¡ ´ëÇÑ ºñ±³Çؼ­ ÀïÁ¡ÀÌ µÇ¾ú°í, ³ªÁß¿¡´Â 'Anatomy and Atlases' ¼¼¼Ç¿¡¼­µµ ¹®Á¦°¡ µÇ¾ú¾ú´Ù. ¶ÇÇÑ, PET¿Í fMRI°¡ ºñ·Ï µ¿ÀÏÇÑ ¿µ¿ªÀ» °ËÃâÇØ ³»´Â °ÍÀ̱â´Â ÇÏÁö¸¸ ±âº»ÀûÀ¸·Î ÀÌµé µÎ°¡Áö´Â ¼­·Î ´Ù¸¥ ¾çÀ» °ËÃâÇϵµ·Ï ¼³°è µÈ °ÍÀ̶ó´Â À̾߱⵵ ÀÖ¾ú´Ù. Áß¿äÇÑ Á¡Àº À̵é ÀåÄ¡µéÀ» Àû¿ëÇÔ¿¡ À־ °¢°¢ÀÇ À¯ÀÏÇÑ Æ¯¼ºÀ» Àß ÀÌ¿ëÇÔ¿¡ ÀÖ´Ù. PETÀÇ °æ¿ì¿¡´Â Á¤½Å¾àÇÐÀû(psychopharmalogical), ligand study¿¡ ÀûÇÕÇϰí, fMRIÀÇ °æ¿ì¿¡´Â »ó´ëÀûÀ¸·Î ¶Ù¾î³­ ½Ã°£ ºÐÇØ´É¿¡¼­ ÀÌÁ¡ÀÌ ÀÖ´Ù. À̵éÀº ³úÆÄ¿¡¼­ ÃøÁ¤µÇ´Â ³ú À¯¹ßÀüÀ§(ERP)¿¡ ºÎ°¡ÀûÀ¸·Î °ø°£ÀûÀÎ Á¤º¸¸¦ Á¦°øÇØ ÁÙ ¼ö ÀÖ´Ù.

ÀÌ ÄÁÆÛ·±½º¿¡¼­ º¸°íµÈ °Í Áß¿¡¼­ ¹æ¹ý·ÐÀûÀ¸·Î °¡Àå ¶Ù¾î³­ ¹ßÀüÀº Tomas Paus ( Montroeal, Canada) ¿¡ ÀÇÇÑ "ÀÚ±âÀå ½Å°æÀڱرâ(magnetic stimulator)"¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ °ÍÀ̾ú´Ù. PET¿Í µ¿½Ã¿¡ ½Å°æÀڱر⸦ ÀÌ¿ëÇÏ¿© ³ú¼¼Æ÷¸¦ ÀÚ±ØÇÏ¿© ¼­·Î ¶³¾îÁø ³ú ¿µ¿ª°£ÀÇ °ü°è¸¦ Á¶»çÇÑ °ÍÀÌ´Ù. ÀÌ °æ¿ì ÇǰËÀÚ¿¡´Â ƯÁ¤ ÀÎÁö °úÁ¦°¡ ÁÖ¾îÁöÁö ¾ÊÀº »óÅ¿¡¼­µµ ÃøÁ¤ÀÌ °¡´ÉÇÏ´Ù´Â °ÍÀÌ Æ¯Â¡ÀûÀÌ´Ù. ½Å°æÀÚ±Ø ÄÚÀÏÀ» ÀÌ¿ëÇÏ¿© ¾ÕÂÊ ½Ã¾ß¸¦ ÀÚ±ØÇϸé PET¿¡ ÀÇÇØ ÃøÁ¤µÇ´Â Ç÷·ù·®ÀÇ Áõ°¡°¡ ³ªÅ¸³­´Ù. Èï¹Ì·Î¿î Á¡Àº ÀÚ±âÀå ÀÚ±ØÀÇ Á¤µµ¿¡ µû¶ó¼­ ¾ÕÂÊ ½Ã¾ß »Ó¸¸ÀÌ ¾Æ´Ï¶ó ½Ã°¢ÇÇÁú°ú ÃøµÎÇÇÁú¿¡¼­µµ Ç÷·ù·®ÀÇ Áõ°¡°¡ ³ªÅ¸³­´Ù´Â °ÍÀÌ´Ù. ÀÌÀüÀÇ ÀüÅëÀûÀÎ ÀÎÁöÀû ¹æ¹ý¿¡¼­´Â ÀÎÁö¿Í ½Å°æ¿¬°áÀÇ °ü°è¸¦ º¸´Â °ÍÀÓ¿¡ ¹ÝÇØ, ÀÌ ¹æ¹ý¿¡ ÀÇÇÏ¸é ½ÇÁ¦ÀûÀÎ ½Å°æÀÇ ¿¬°áÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ´Ù´Â °ÍÀÌ´Ù.

¡¡

°á·Ð

º» ÄÁÆÛ·±½º¿¡¼­´Â Àü¹ÝÀûÀ¸·Î ¸Å¿ì °íµµÀÇ ¼¶¼¼ÇÑ ¼öÁØÀ¸·Î ÀÎÁöÀû ·¡·¯´ÙÀÓÀÌ ±â´ÉÀû ³ú ¿µ»óÈ­¿¡ µµÀԵǰí ÀÖÀ½À» º¸¿©ÁÖ¾ú°í, ÀÌ´Â ¶ÇÇÑ À̵é ÀåÄ¡µéÀÌ ´Ü¼øÇÑ "Brain Mapper" ¸¸Àº ¾Æ´ÔÀ» º¸¿©ÁØ´Ù. ¶ÇÇÑ fMRI °ü·ÃÇÏ¿© ¸Å¿ì Á¤±³ÇÑ ±â¼úµéÀÌ ¹ßÇ¥µÇ´Â Á¡Àº fMRI°¡ PETÀÇ »ç¿ëº¸´Ù ¸¹¾ÆÁö°í ÀÖÀ½À» ¹Ý¿µÇØ ÁÖ´Â µí ÇÏ´Ù. ¶ÇÇÑ, ÁÖÀÇÇØ¼­ º¼ °ÍÀº ³ú À¯¹ßÀüÀ§(ERP)¿Í °°Àº Àü±â»ý¸®ÇÐÀûÀÎ ½ÅÈ£ÀÌ´Ù. À̵éÀº ³ú ±â´É ¿µ»óÈ­ ÀåÄ¡¿Í µ¿½Ã¿¡ »ç¿ëµÇ¾î ÀÎÁöÀÇ ½Å°æ°èÀû ÀÌÇØ¸¦ °¡´ÉÇÏ°Ô ÇØ ÁÙ °ÍÀÌ´Ù.

¡¡

Âü°í¹®Çå

1.Heinze, H. J. et al. (1994) Combined spatial and temporal imaging of brain activity during visual selective attention in humans, Nature 372, 543-546.

2.Magnun, G. R. et al. (1997) Spatiotemporal analysis of visual processing during attention: integration of PET and ERPs, and comparison to fMRI, Neuroimage 5, 589.

¡¡

¡¡