제목: The role of left prefrontal cortex in language and memory 저자: John D.E.Gabrieli, Russel A.Poldrack, John E.Desmond 출처: Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 95, pp. 906-913, Feb. 1998.

언어와 기억에서의 좌측 전전두피질의 역할
(The role of left prefrontal cortex in language and memory)

본 논문은 좌측 prefrontal 피질의 기능을 fMRI를 사용하여 조사한 것이 다. 좌측 prefrontal 피질은 언어의 의미 처리를 위한 기억창고(semantic working memory)역할을 하는 것으로 확인되었다.

Petersen과 그의 동료들은 언어의 의미분석시에 좌측 prefrontal피질이 활 성화됨을 처음 알아냈다. 그들은 "케익"이라는 단어를 그냥 보여줄때에 비해 "케익"에 알맞는 동사(예를 들면,"먹는다.")를 말하도록 지시했을 때 좌측 prefrontal 이 활성화됨을 확인하였다. fMRI에 의한 연구들도 언어의 의미분석 시에 좌측 prefrontal피질이 활성화된다는 비슷한 결과를 보여주었다.

이러한 연구의 한가지 제한은 실험시에 의미 분석과 문제의 난이도가 상관성 이 있다는 점이다. 즉 명사를 읽는 것보다는 명사에 대응되는 동사를 말하는 것 이 더 많은 시간이 걸리며, 의미에 있어서 구체적이거나 추상적인 단어를 구분 하는 상황이 대문자인지 소문자인지를 구분하는 것에 비해 시간이 더 오래 걸렸 다. 이러한 점들은 좌측 prefrontal 피질의 활성화가 의미 분석 정도를 반영하 는지를 결정하기 어렵게 만든다.

이러한 문제를 해결하기 위한 실험으로, 제시한 단어가 추상적인지 구체적 인지를 구분하는 의미분석 작업과 비슷한 정도의 난이도를 지닌 "car", "table"등의 주어진 단어의 첫자와 끝자가 오름차순인지 내림차순인지를 결정하 는 비의미분석 작업을 시행하여 두 결과를 비교해 보았다. 결과는 전자의 의미 분석 작업시에 좌측 prefrontal피질이 더 활성화됨을 fMRI에 의해 확인하였 다. 따라서 좌측 prefrontal 피질은 어려운 의미분석 작업시에 활성화된다고 결론지을 수 있다. 또 다른 PET실험에서는 거짓문자를 추가하여 발음할 수 없 는 단어를 보여주거나 발음은 할 수 있으나 의미를 파악할 수 없는 단어를 보여 주었을 때에도 좌측 prefrontal 피질이 활성화됨을 확인하였다. 이때 활성화 된 부위는 의미분석시 활성화된 부위인 left inferior frontal gyrus와 유사 하나 약간 다른 left middle frontal gyrus로 추정되었다. 그러나 이러한 결 과에 대한 확신은 아직 불명확한 상태이다. 의미분석시의 좌측 prefrontal 지 역의 활성화는 자극이 단어이든지, 시각,청각자극이든지, 고의적으로 또는 우연 히 접한 자극이든지에 상관없이 성립하였다.


[그림1] 3명의 기억상실증 환자에게 반복적으로 의미분석을 시켰을 때 모 두 좌측 prefrontal이 활성화되었다. 그림에 보이는 prefrontal 부분의 뇌의 단면의 오른쪽이 우반구를 나타낸다.

좌측 prefrontal피질은 제시한 단어와 관련된 일화적인 기억을 할 때에도 활성화되었다. 특히 언어를 의미적으로 encoding하여 기억할 때 활성화되었다. 이는 좌측 prefrontal 피질은 일화와 관련한 단어의 기억 강화에 중요할 역할 을 하는 것으로 보인다.


[그림3]각 실험에 대해 8명의 피험자의 prefrontal피질의 fMRI의 결과를 평균한 것이다. 좌측에서 우측순으로 anteriror commissure에서 각각 20,28,35mm 앞쪽으로 들어간 단면의 fMRI결과를 보여준다. (가장 위)단어를 읽 는 phenological judgment를 할 때에 대해 추상적인지 구체적인지를 판단하 는 semantic judgement를 할 때에 더 활성화된 좌측 prefrontal 부위를 보여 준다. (중간)단어인지 단어가 아닌지를 판단하는 Case jundgment에 대해 phenological judgment를 할 경우 좌측 prefrontal 부위는 활성화 되지 않았 다. (가장 아래)단어가 아닌 발음가능한 문자배열을 제시했을 때 phenological 한 경우에 대해 semantic judgement를 했을 때 좌측 prefrontal이 활성화되었 음을 보여준다.

결론적으로 좌측 prefrontal지역은 의미 처리를 위한 기억창고(semantic working memory)에 관여하는 특수한 부위이다. 즉 의미를 처리하기 위해서는 관련된 정보들이 일시적으로 working memory에 있어야 한다. 이러한 working memory의 역할을 좌측 prefrontal피질이 담당하는 것으로 보인다.