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NRI에서의 인지 신경과학은 MRI 장비를 이용한 fMRI(functional magnetic resonance imaging)기법을 기반으로 한다. fMRI(기능적 자기 공명 영상) 기법은 1992년 세이지 오가와 박사를 포함한 의과학자들에 의해 개발되었고, 이후 뇌 기능 영상화 분야에서 주된 방법론으로 각광받기 시작하였다.

(Activation areas in the brain as a result of various stimuli - building or face)



1. 영상 스캐닝

일반적으로 fMRI 영상에서 얻어지는 신호를 BOLD(blood oxygen level dependent) 신호라고 한다. fMRI 신호는 혈중 OxyHb(산소헤모글로빈)의 양에 의해 결정되는데 fMRI 기법을 이용한 인지 신경과학은 뇌 활동 정도와 혈중 OxyHb 양의 상관관계를 기반으로 한다. 즉, 어떤 과제나 자극에 의해 특정 뇌 영역의 fMRI 신호가 높게 나타난다면 그 영역과 과제는 서로 관련이 있다고 알려져 있다.

2. 데이터 분석

A. 영상 데이터 분석에 사용되는 보편적인 장비를 SPM과 브레인보이저(brainvoyager)이며, 이것은 뇌의 활성 부위만을 나타낸다.
측정된 fMRI 데이터에서 뇌 활성화 특성을 파악하기 위해서 다양한 프로그램이 사용되고 있다. NRI에서는 SPM(Statistical Prameter Mapping) 이나 Brainvoyager 프로그램을 이용하여 뇌 활성화 영역이나 뇌 활성화 신호의 특성을 관찰하고 있다. 모든 fMRI 신호 처리 프로그램의 작동은 크게 두가지 단계로 나눠져 있다. 첫번째 단계에서는 데이터의 전처리 이며 영상의 움직임 보정을 위한 영상 재정렬 작업과 데이터의 일반화를 위한 공간 정상화 작업, 그리고 영상의 신호특성 향상을 위한 영상 스무딩 작업 등으로 나눠져 있다. 두번째 단계에서는 첫번째 단계에서의 전처리 작업을 마친 데이터와 실험 내용을 바탕으로 활성화 특성을 통계추론하는 단계이며 이 단계에서는 다양한 통계기법이 동원된다.

그림1. 시각 자극에 의한 레티노토피(Retinotopy) 영상 결과


그림2. 안면 부위의 팽창 영상 분석 / 인지 구축

3. 초 고자장 7.0T MRI에 적용된 새로운 방법

. 7.0T MRI를 사용하여 fMRI 실험을 행한 후 그 결과를 일반 3.0T MRI 를 기반으로 한 스캐닝 결과와 비교해 보았다. fMRI실험은 시각 실험 중 하나이며, 피험자에게 얼굴과 풍경 영상을 보여 주고 난 다음 그에 따른 뇌 활성화 영역의 차이를 관찰 하였다. 실험 분석 결과를 바탕으로 방추상회의 얼굴인식 영역 (FFA)와 해마옆이랑 건물인식 영역(PPA)의 두 가지 뇌의 특정 부위에 초점을 맞추었다. 3T의 결과와 7T의 결과 모두 활성화 영역은 유사하였으나 BOLD신호의 크기는 7T가 3T에서보다 훨씬 높은 신호대비를 보여 주었다.


그림3. 실험자극과 그에 따른 뇌 활성화 영역을 보여 주고 있으며 얼굴의 자극에 따른 FFA영역 활성화 특성을 보여 주고 있다. 그림4. 실험자극과 그에 따른 뇌 활성화 영역을 보여 주고 있으며 풍경 자극에 따른 PPA영역의 활성화 특성을 보여 주고 있다.
그림5. 그림 3과 4에서의 FFA영역에서의 3.0T와 7,0T의 BOLD 신호 강도를 비교한 그림이다. 그림6. 그림 3과 4에서의 PPA영역에서의 3.0T와 7,0T의 BOLD 신호 강도를 비교한 그림이다. 그림에서 보는 바와 같이 7.0T의 강도는 3.0T보다 더 크게 나타나며 이것은 자기장이 높을수록 fMRI 신호의 대비 특성도 향상됨을 간접적으로 보여주고 있다.

• 참고문헌

- Ogawa S, Tank DW, Menon R, Ellermann JM, Kim SG, Merkle H, Ugurbil K. Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc Natl Acad Sci USA 1992;89:5951-5.
- Yoon, H.W., Chung, J.Y., Oh, J-H., Min, H-K., Kim, D-J., Cheon, Y., Joe, K.H., Kim, Y.B., Cho, Z.H. (2009) Differential activation of face memory encoding tasks in alcohol- dependent patients compared to healthy persons: an fMRI study, Neuroscience Letters, 450; 311 – 316
- Chung, J.Y., Yoon, H.W., Kim, Y.B., Park, H.W., Cho, Z.H. (2009) Susceptibility Compensated fMRI Study Using a Tailored RF Echo Planar Imaging Sequence, Journal of Magnetic Resonance Imaging, ;29(1):221-228.

• 관심연구분야

고차원 시각 체계와 반사회적 행동에 대한 연구
음악과 뇌에 관한 연구
모토 피질과 뇌 기능에 관한 연구
언어에 관련된 뇌기능에 관한 연구