저자
: Jennifer Coull출처
: Trends in cognitive sciences, volume 1, No. 5, pp. 161-162. August. 1997.
다음의
컨퍼런스에서 발표된 주요 발표내용을 소개하는 글이다."3rd International Conference on Functional Mapping of the Human Brain , 20-23 May 1997, Cophenhagen, Denmark. "
논문
소개동기International Conference on Functional Mapping of the Human Brain
는 1년에 한번씩 정기적으로 개최되는 "뇌 기능 이미징" 관련하여 유일한 세계 최대의 컨퍼런스이다. 올해(1998년)로 제 4회를 맞이하고 있다. 본 글은 지난 1997년 5월에 개최되었던 제3회에서 발표된 연구 결과들에서 비중 있는 내용들을 정리하여 "Trends in cognitive science"에 실린 글이다. 뇌 기능 이미징 분야에서 세계적 동향 파악에 도움이 될 것 같아서 정리하였다.
용어
설명* Working memory : A limited-capacity system storing interpreted information from all senses, usually for no more than a few seconds.
* Episodic memory (
일화 기억): 시간 순서적 기억을 의미함. 장기기억에 해당함.장기기억의
분류는 다음과 같음.-
의미기억(semantic memory): 보편적 지식(예, "오리는 꽥꽥거린다.").-
일화기억(episodic memory): 시간적 기억.-
절차기억(procedural memory): 일을 수행하는 방식, 논리적 연역 등의 추론법.
서론
.이
컨퍼런스에는 뇌 연구분야에서 오래된 질문인 "뇌는 어떻게 작동하는가?"에 대한 답을 얻기 위하여 기능적 "뇌 기능 영상화기술(brain mapping technique)"을 사용하고 있는 신경과학자들이 모여들었다. 이들 기술에는 PET, SPECT, fMRI, EEG, MEG 등이 있다. 4일간의 컨퍼런스에서는 신경심리학적 이론(neuropsychological theory), 임상적용, 기술 방법론, 해석 등이 서로 융합되어 다양하게 보고 되었다. 본 글에서는 이 기간 중에 발표된 것 중에서 중요도 높은 내용을 정리하여 소개하고 있다. 먼저 cognitive neuropsychology 측면에서 그리고 Methodology측면에서 중요도 높은 발표내용을 소개하고 있다. 이를 다음에 정리한다.
1.Cognitive Neuropsychology
Edward Awh(LaJolla, USA)
는 혁신적이고도 창의적으로 PET(Positron Emission Tomograohy)를 를 사용하였다. "공간적 working memory 의 능력이 주의집중(attention)의 공간적 이동에 의존하는 것인지"를 결정하기 위하여 PET를 사용하였다. 이전의 신경영상 데이터에 의하면 (참고문헌 1, 2) extrastriate cortex뉴런의 활동조절(modulation)이 spatial attention 의 심리생리학적 지표로써 사용이 되었었다. Edward Awh 는 공간 기억에 관련한 뉴런들을 측정하고, 시야의 절반(hemifield)에 대응한 반대편 extrastriate cortex 의 활동조절(modulation)을 관측하였다. 이러한 사실은 "working memory에서의 공간정보 표현은 공간적 주의(attention)의 이동(shifts)을 매개로 한다." 는 가설을 입증한 것이다. Extrastriate cortex는 비공간적 working memory 작업에서는 활성화 되지 않았다.
기능적
뇌 영상화에서는 끊이지 않는 문제점으로, 피검자가 수행하는 "과제의 난이도(task difficulty)"와 "증가된 인지처리요구(working memory demand)" 간의 혼동의 문제가 있다. 즉, 특정 과제를 수행하는 동안 측정된 뇌의 특정 영역이 단순히 정신적 부하가 증가한 것이 아니라 우리가 관심 갖는 인지적 처리과정에 해당하는지 어떻게 확신할 수 있는 가의 문제이다. Functional - MRI를 연구하는 Todd Braver(Pittsburgh, USA)는 이와 같은 성가신 문제에 도전하였다. 그는 working memory demand와 task difficulty를 각각 독립적으로 분리하였다. 그의 fMRI실험에서는 사람 뇌의 배측 전두엽(dorsolateral prefrontal cortex)은 working memory demand 의 변화에 의해서만 활성화 되었고, task difficulty의 변화에 의해서는 활성화 되지 않았다. 이 실험은 명확히 배측 전두엽은 task difficulty와는 전혀 무관함을 보여줬고, 이전까지의 working memory에 있어서 전두엽의 역할에 대한 연구들에 의하여 추측되었던 사실들을 입증한 것이다.
Endel Tulving(Toronto, Canada)
역시 전두엽 (preforntal cortex)에 대한 연구를 보고하였다. 일화기억(episodic memory)연구에서의 "뇌기능영상화기술"의 역할에 대해서 광범위하게 리뷰하였다. 그는 지난 100년 동안의 기억에 괸련한 연구보다도 최근 5년동안 "뇌기능영상화기술"에 의한 것이 더욱 효과적이었다고 이야기 한다. 이 강연에서 가장 주목 받은 것은, 일화적기억의 부호화(episodic encoding)와 기억의 회복(retrieval)시의 뇌의 활성 영역이 서로 다르다는 것이었다. 즉, 대뇌반구 중 좌뇌 전두엽은 기억의 부호화 기능을 담당하고, 우뇌의 전두엽은 기억의 회복(retrieval)에 관여된다는 것이다. 또한 일화기억(episodic memory)과 의미기억(semantic memory)의 차이점도 보고 하였는데, 우뇌 전두엽은 일화기억 회복 시에, 좌뇌 전두엽은 의미 기억 회복 시에 활성화 됨을 보고 하였다.
Jacques Mehler (Paris, France)
는 언어의 습득과 관련하여 PET를 이용한 것을 다루었다. 2개 국어를 구사하는 성인을 대상으로 하여 피검자의 제 2외국어의 유창함의 정도로 나누어서 언어 이해와 관련된 뇌의 활성 영역을 PET를 이용하여 검출하였다. 일반적으로 언어의 숙달정도가 낮은 피검자의 경우에는 언어망에서의 추가의 활성이 관측되는 결과를 얻었다. 숙달정도가 높을수록 모국어와 제 2외국어에 관련한 영역들이 유사성을 나타내었다고 한다. 그러나, Dehaene(Orsay, France)에 의한 fMRI의 경우에는 제 2외국어에 의해 활성화 되는 뇌 영역이 피검자마다 심하게 차이가 나는 결과를 보고하였다.
공포를
느끼는 경우나 부정적 감성이 유발되는 상황에서의 편도체의 세밀한 역할에 대한 조사가 매우 많이 보고되었다(Moris, London, UK; Schaefer, Wisconsin, USA; Paradiso, Iowa, USA). (참고: 편도체는 이미 공포의 감성에서 활성화 됨이 잘 알려져 있다.)
2. Methodology
컨퍼런스
내내 전반적으로 쟁점이 되었던 것은 전세계적으로 많은 연구실에서 진행되는 다양한 기능 영상화 기술 및 분석 기술의 국제적 통일화의 필요성 이었다. 이 문제는 처음 PET와 fMRI 양자 간의 유용성과 민감성에 대한 비교해서 쟁점이 되었고, 나중에는 'Anatomy and Atlases' 세션에서도 문제가 되었었다. 또한, PET와 fMRI가 비록 동일한 영역을 검출해 내는 것이기는 하지만 기본적으로 이들 두가지는 서로 다른 양을 검출하도록 설계 된 것이라는 이야기도 있었다. 중요한 점은 이들 장치들을 적용함에 있어서 각각의 유일한 특성을 잘 이용함에 있다. PET의 경우에는 정신약학적(psychopharmalogical), ligand study에 적합하고, fMRI의 경우에는 상대적으로 뛰어난 시간 분해능에서 이점이 있다. 이들은 뇌파에서 측정되는 뇌 유발전위(ERP)에 부가적으로 공간적인 정보를 제공해 줄 수 있다.이
컨퍼런스에서 보고된 것 중에서 방법론적으로 가장 뛰어난 발전은 Tomas Paus ( Montroeal, Canada) 에 의한 "자기장 신경자극기(magnetic stimulator)"를 이용한 것이었다. PET와 동시에 신경자극기를 이용하여 뇌세포를 자극하여 서로 떨어진 뇌 영역간의 관계를 조사한 것이다. 이 경우 피검자에는 특정 인지 과제가 주어지지 않은 상태에서도 측정이 가능하다는 것이 특징적이다. 신경자극 코일을 이용하여 앞쪽 시야를 자극하면 PET에 의해 측정되는 혈류량의 증가가 나타난다. 흥미로운 점은 자기장 자극의 정도에 따라서 앞쪽 시야 뿐만이 아니라 시각피질과 측두피질에서도 혈류량의 증가가 나타난다는 것이다. 이전의 전통적인 인지적 방법에서는 인지와 신경연결의 관계를 보는 것임에 반해, 이 방법에 의하면 실제적인 신경의 연결을 알 수 있다는 것이다.
결론
본
컨퍼런스에서는 전반적으로 매우 고도의 섬세한 수준으로 인지적 래러다임이 기능적 뇌 영상화에 도입되고 있음을 보여주었고, 이는 또한 이들 장치들이 단순한 "Brain Mapper" 만은 아님을 보여준다. 또한 fMRI 관련하여 매우 정교한 기술들이 발표되는 점은 fMRI가 PET의 사용보다 많아지고 있음을 반영해 주는 듯 하다. 또한, 주의해서 볼 것은 뇌 유발전위(ERP)와 같은 전기생리학적인 신호이다. 이들은 뇌 기능 영상화 장치와 동시에 사용되어 인지의 신경계적 이해를 가능하게 해 줄 것이다.
참고문헌
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.