운동기능과 관련된 뇌지도화 연구 분야에서 기능적 근적외선분광영상 기법의 활용 가능성

권용현,강종호 대구대학교 특수교육재활과학연구소 2012 특수교육재활과학연구 Vol.51 No.3

기능적 근적외선분광영상은 근적외선의 파장이 부위별 뇌 조직의 특성에 따라 투과성이 다른 물리적 특성을 이용하여 뇌 혈류량의 변화를 감지하는 뇌지도화 기법이다. 본 연구에서 는 기능적 근적외선분광영상을 기능적 자기공명영상과 비교하여 재활영역에서의 활용 가능성에 대해 조사하였다. 정상 성인 20명을 대상으로 기능적 근적외선분광영상 촬영군(n =10) 과 기능적 자기공명영상 촬영군(n =10)으로 무작위 할당하고 동일한 손 운동과제를 수행하는 동안 각각의 뇌영상을 촬영하여, 이 때 활성화되는 뇌 영역의 표준화된 좌표와 산소-헤모글로빈 및 부피소를 측정하였다. 두 영상의 분석 결과, 모두 일차운동감각영역에서 활성화가 나타났고 그 활성화된 표준화 좌표값도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 기능적 분광영상에서 측정된 산소-헤모글로빈의 수치는 0.0060746를 보였고, 기능적 자기공명영상에서 측정된 부피소는 260.10로 측정되었다. 따라서 동일한 운동과제를 수행하는 동안 기능적 근적외선분광영상에서 활성화되는 뇌 좌표 영역이 우수한 시공간 해상도와 높은 신뢰도를 가진 기능적 자기공명영상과 같은 결과를 보여, 재활영역에서 많이 사용하고 있는 운동과제의 수행에 따른 뇌 영역의 신경생리학적 특성에 관한 연구의 활용에 많은 가능성이 있음을 확인하였다. 새로운 뇌지도화 기법으로 개발된 기능적 근적외선분광영상은 움직임에 대한 artifact의 영향을 받지 않고 이동이 용이한 뇌지도화 영상장치로서, 기존의 기능적 자기공명 영상에서 실험하기 불가능한 균형 및 보행 등의 움직임을 연구하는 재활영역에서 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다. Functional near-infrared spectroscopy(fNIRS) is newly highlighted-optical neuroimaging method that detects the hemodynamic response to cortical activation according to brain activities such as cognitive or motor performance. The purpose of this study is to investigate the possibility of practical application of fNIRS in the field of rehabilitation science, compared with functional MRI(fMRI). We recruited twenty healthy subjects, who were randomly allocated into fNIRS group(n =10) and fMRI group(n =10). fNIRS and fMRI were scanned, and standardized Talairach coordinates and hemodynamic response (oxy-hemoglobin/voxel counts) were analyzed respectively, while subjects performed hand motor task with 1Hz of flexion-extension movement. As results of data analysis, primary sensorimotor cortex was focally activated in all of fNIRS and fMRI. However, no significant difference was observed in standardized Talairach coordinates with an x-y-z axis. Therefore, Talairach coordinates of fNIRS during hand motor performance was the same as that of fMRI, which had high reliability and excellent spatial resolution. fNIRS is non-invasive neuroimaging technique, which did not affect to motion artifact and take an advantage of easy to move. So, we expect that fNIRS have a great possibility of human movement study in terms of balance and gait performance, and so forth.

기능적 자기공명영상기법을 이용한 대뇌의 집행기능 평가

은성종(Sung Jong Eun),국진선(Jin Seon Gook),김정재(Jeong Jae Kim) 한국방사선학회 2013 한국방사선학회 논문지 Vol.7 No.5

This study involves an experiment using functional magnetic resonance imaging(fMRI) to delineate brain activation for execution functional performance. Participates to this experiment of the normal adult (man 4, woman 6) of 10 people, is not inserts the metal all closed phobia and 24.5 year-old average ages which the operating surgeon experience which are not they were. The subject for a functional MRI experiment word -color test prosecuting attorney subject rightly at magnetic pole presentation time of 30 first editions and after presenting, uses SPM 99 programs and the image realignment, after executing a standardization (nomalization), a difference which the signal burglar considers the timely order as lattice does, pixel each image will count there probably is, in order to examine rest and active crossroad dividing independence sample t-test (p<.05). Overlapped in this standard anatomic image and got a brain activation image from level of significance 95%. With functional MRI resultant execution function inside being relation, the prefrontal lobe, anterior cingulate gyrus, parietal lobe, orbitofrontal gyrus, temporal lobe, parietal lobe was activated. The execution function promotes a recovery major role from occupational therapy, understanding about the damage mechanism is important. When confirms the brain active area which accomplishes an execution function brain plasticity develops the cognitive therapeutic method which is effective increases usefully very, will be used. 집행기능은 뇌손상환자의 회복을 촉진시키는데 중요한 역할을 하며, 그 손상 기전에 대한 이해는 중요하다. 본 연구에서는 기능적 자기공명 영상 기법을 이용하여 집행기능 수행에 관여하는 대뇌 활성화 영역을 파악하고자 실시하였다. 10명의 정상성인(남자 4, 여자 6)이 실험에 참여하였으며, 모두 폐쇄공포증이 없고 금속을 삽입한 수술의 경험이 없는 평균 나이 24.5 세였다. 기능적 자기공명영상 실험을 위한 과제는 단어-색체 검사 과제를 30초간의 자극제시 시간에 맞게 수정하여 제시한 후, SPM 99 프로그램을 이용하여 영상 재정렬(realignment), 표준화(nomalization)를 실시한 후 시간 순서대로 격자화하고, 각 영상 픽셀의 신호강도의 유의한 차이가 있는지를 알아보기 위해 휴지기와 활성기로 나누어 독립표본 t-검정(p<.05)을 실시하여 활성화 영상을 생성시켰다. 이를 표준 해부학적 영상에 중첩시켜 유의수준 95%에서 뇌 활성화 영상을 얻었다. 기능적 자기공명 영상결과 집행기능과 관련 있는 내측 전전두엽, 전 대상회, 두정엽, 시각 전두영역, 측두엽 등에서 활성화 우위를 보였다. 집행기능을 수행하는 뇌 활성화 영역을 확인하면 뇌가소성을 증진시키는 효과적인 인지 치료방법을 개발하는데 매우 유용하게 사용될 것이다.

우울증의 신경회로 모형과 인지행동치료의 치료 효과: 기능적 뇌 자기공명영상 연구를 중심으로

한규만,최영희 한국인지행동치료학회 2021 인지행동치료 Vol.21 No.4

Neuroimaging studies have suggested that dysfunction of neural circuits involved in emotion regulation, cognitive control, and reward processing were associated with the development of depression. We aimed to review functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies on cognitive behavioral therapy (CBT) and its influence on functional changes in neural circuits in patients with depression. fMRI studies reported that CBT was associated with functional changes of neural circuits involved in emotion regulation, cognitive control, and reward processing in depression. They found that CBT was associated with normalization of hyperactivation in the amygdala (in response to negative emotional stimuli) and increased activation of the lateral prefrontal cortex, which exerts cognitive control over negative emotions in patients with depression. They also observed that CBT was related to deactivation of the anterior cingulate cortex and increased activity of the striatum in response to reward stimuli. CBT also changed functional connectivity of the amygdala, prefrontal cortex, anterior cingulate cortex, and striatum in depressive patients. Investigation of the neural effect of CBT using fMRI may provide clinically useful information and deep insights about the neurobiological mechanism of CBT in depression. 우울증의 뇌영상 연구들은 정서 조절, 보상 처리, 인지적 조절에 관여하는 뇌 신경회로의 기능적 이상으로 인해 우울증이 발생한다는 근거들을 제시해 왔다. 이에 따라 본 종설은 우울증 환자들을 대상으로 인지행동치료를 시행한 기능적 뇌 자기공명영상 연구들을 고찰함으로써, 뇌 신경회로의 어떠한 기능적 변화가 인지행동치료의 치료적 효과를 매개하는지 살펴보고자 하였으며, 또한 이런 연구들이 우울증의 신경회로 모형에 부합할지에 관하여도 고찰하였다. 우울증의 기능적 뇌 자기공명영상 연구들은 인지행동치료 이후에 정서 처리, 인지적 조절, 보상 처리에 관여하는 신경회로의 기능적 변화가 발생한다고 보고하였다. 인지행동치료는 부정적 정서 자극에 대한 편도의 과잉활성화를 감소시키는 방향으로 변화시키며, 부정적 정서에 대한 인지적 조절을 담당하는 외측 전전두피질의 활성을 증가시켰다. 또한, 인지행동치료를 받은 우울증 환자들에서 부정적 정서를 인식하고 자동적/내재적으로 조절하는 전대상피질의 활성은 감소한 반면에 보상 자극을 인식하는 선조체의 활성은 증가하였다. 한편, 인지행동치료는 앞서 언급한 뇌 영역의 기능적 연결성에도 변화를 일으키는 것으로 보인다. 우울증 환자에게 인지행동치료를 했을 때, 기능적 뇌 자기공명영상을 통한 신경회로의 기능적 변화를 연구하는 작업은 어떠한 신경생물학적 변화가 우울증의 치료 효과를 매개하는지에 대한 깊은 통찰을 제공하며, 인지행동치료의 효과를 뇌영상학적으로 검증한다는 측면에서 임상적으로 유익한 정보를 제공한다.

뇌가 마음을 설명할 수 있을까?

전지원 ( Ji-won Chun ) 영산대학교 동양문화연구원 2017 동양문화연구 Vol.27 No.-

전통적으로 철학과 심리학에서 인간의 마음을 설명하기 위한 다양한 관점이 있어 왔다. 최근 신경과학 및 뇌영상학의 발전으로 살아있는 뇌의 기능적 양상을 관찰하는 것이 가능해졌으며, 이러한 방법을 통해 두뇌의 작동방식으로 마음을 설명하려는 시도가 있어왔다. 특히 뇌기능자기공명영상은 혈액산소수준의존(blood oxygen level dependent: BOLD)을 통해 뇌의 기능적 활동양상을 확인하는 방법으로 시간의 흐름에 따른 뇌신경적 활성화를 측정할 수 있다. 뇌기능 연구 방법을 통해 실험과제에 따른 뇌기능적 영상을 획득할 수 있으며, 행동반응양상과 관련된 뇌기능 양상을 관찰할 수 있다. 또한 기능적 뇌연결성 분석을 통해 뇌의 각 영역이 다른 영역들과 어떠한 관계를 갖고, 네트워크를 형성하는지 파악할 수 있다. 체화된 인지적 관점에서 지능적 행동양식은 신체, 뇌, 그리고 환경이 상호작용하는 것을 강조한다. 최근 빠르게 발전하고 있는 계산인지신경과학 분야는 외부 환경에 따른 행동적 측면을 고려하여 신경적 활동 모델을 제안함으로써 뇌의 작동방식에 기인하여 마음을 설명하려는 시도를 하고 있다. Traditionally, there has been various approach in order to explain human mind in philosophy and psychology. Recently, the development of neuroscience and neuroimaging technique let available to investigate functional aspects on the human brain. Therefore, many researchers try to explain mind using neuroimaging technique. In particular, functional magnetic resonance image measures neural activities on the brain by detecting changes related to blood oxygen level dependent. We could acquire functional neuroimaging associated with behavioral response towards experimental task. Also, we could identify core brain networks using functional connectivity analysis. Embodied cognition has grown in importance in light of recent mind-body issue. In embodied cognition approach, intelligent behavioral pattern has emphasized interaction among body, brain response, and environment. Computational cognitive neuroscience suggest that neural modelling based on context condition, and explain human mind based on brain response.

3.0T 자기공명영상장치를 이용한 사람의 간지럼자극과 감각중추 자극의 활성화 차이

강현수(Hyun-Soo Khang),임기선(Ki-Seon Lim),한동균(Dong-Kyoon Han) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.2

기능적 자기공명영상법(fMRI)을 이용하여 일반 감각 자극과 다른 간지럼 자극 과제를 수행 할 때 대뇌 감각중추 신경 연결망을 규명하고, 간지럼이 웃음의 기전과 어떤 차이가 있는지를 알아보고자 하였다. 건강한 성인 남녀 16명(평균 : 28.9세)을 대상으로 두 종류의 감각 자극 과제 수행동안 3.0T 자기공명영상장치를 사용하여 기능적 자기공명영상을 얻었다. 감각 자극은 피험자마다 역균형화하여 제시되었으며, 블록 설계로 자극 제시와 영상 획득이 이루어졌다. 획득된 영상 데이터는 SPM 99 분석하였으며, 개별 분석과 그룹 분석을 실시하였다. 개별 분석 결과 두 과제 모두 체감각 영역의 활성화가 관찰되었고, 간지럼 자극 조건은 감각자극 조건에 비해 베리니케 영역(BA40)에서 더 많은 활성화를 보였다. 또한, 그룹 분석결과 일반 감각 조건에서는 양쪽 체감각 피질 영역(BA 1,2,3)이 활성화되었으며, 간지럼 조건에서는 양쪽 체감각 피질 뿐만 아니라 시상, 대상회, 대뇌섬엽 영역에서 커다란 활성화를 보였다. 간지럼 자극에서 감각자극을 뺀 결과에서는 우측 대상회와 좌측 MFG 영역 및 좌측섬엽 에서 유의미한 활성화를 보였다. 촉각을 통한 간지럼자극을 인지하는 대뇌영역에 대해 검증하였고, 간지럼과 같은 가장 원초적인 자극이 다양한 사회적 활동에서 중요한 기능을 담당하는 웃음과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다. This study was performed to identify the cerebral network associated with sensation through the tickling stimulation, which is distinctive from the rest of other networks processing normal stimulation and to investigate the difference of laughing mechanism which is closely related to tickling using functional MRI(fMRI). A 16 healthy volunteers (mean age: 28.9) on a 3.0T MR scanner during two sensation conditions. Counterbalanced stimulus were presented across the participants, and the stimulation was used block design. Acquired data was analyzed by the statistical parametric mapping (SPM 99). Subject and group analysis was performed. Individual analysis showed the activation of somatic sensation area in both tasks and the tickling sensation test showed more activated area in the Wernicke's area(BA40) compared to the normal sensation. The group analysis result shows that under normal stimulations, both sides of somatosensory cortices(BA 1,2 and 3) were activated and under tickling stimulation, not only the cortices but also those huge activation on thalamus, cingulate gyrus and insular lobe were detected. When the tickling was stopped, significant activations were shown in right cingulate gyrus, left MFG area and left insular lobe. A cerebral area responsible for recognizing tickling sensation was examined and the primitive stimulation such as tickling is much closely related to laugh, which is an important factor for various social activities.

뇌손상 후 운동신경기능 회복 기전 : 기능적 뇌 자기공명영상의 유용성 The Usefulness of fMRI Study

장성호,한봉수,장용민,변우목,김성호,조윤우 한국뇌학회 2001 한국뇌학회지 Vol.1 No.1

목적: 본 연구는 뇌손상환자에서 기능적 뇌 자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, fMRI)을 이용한 대뇌운동피질 뇌지도화를 시행하여, 운동신경기능 회복 기전에 대한 기능적 뇌 자기공명영상의 유용성에 대하여 연구하였다. 방법: 신경학적 증상과 병력이 없는 성인 8명과 뇌손상환자 5인을 대상으로 하였다. 뇌손상환자 중 2명은 뇌종양환자이었으며 1명은 뇌출혈, 1명은 뇌경색, 1명은 뇌낭미충증환자이었다. 기능적 자기공명영상은 1.5T MR scanner로 Blood Oxygen Level-Dependent(BOLD) 기법을 적용하였다. 운동과제는 손가락을 1-2Hz의 주기로 쥐었다 펴기를 반복하도록 하였다. 결과: fMRI를 촬영한 결과 정상인 8인, 즉 총 16개의 손중 15개의 손과 환자 5인의 이환되지 않은 손운동시 반대측 일차 운동피질 꼭지(knob)를 중심으로 일차 감각운동피질(SM1)이 활성화되었다. 정상인 중 1인의 한 손에서 반대측 SM1과 동측 일차 운동피질(primary motor cortex, M1) 및 보조운동영역이 동시에 활성화되었다. 뇌손상환자의 이환측 손운동시 환자 1에서는 일차감각피질(primary sensory cortex, S1), 환자 2와 환자 3에서는 양측 SM1, 환자 4와 환자 5에서는 반대측 SM1이 활성화되었다. 환자 1에서는 손상된 M1의 운동신경기능이 S1으로 이전된 것으로 추정되며, 환자 4와 5에서는 손의 운동신경기능이 피질척수로에 의하여 유지되고 있는 것으로 추정되었다. 그러나 환자 2와 환자 3에서 발견된 동측 운동피질 활성화는 본래 정상적으로 존재하던 운동신경 경로인지 뇌손상 후에 발생한 운동신경기능 회복 경로인지 구분할 수는 없었다. 결론: fMRI을 통한 대뇌 운동피질 지도화는 뇌손상 후 병변 주위로의 재조직되는 회복 기전과 피질척수로에 의해 운동신경기능이 유지되고 있음을 입증하는데에 유용할 것으로 생각된다. Objective: This study investigated the usefulness of functional magnetic resonance imaging (fMRI) in the research of motor recovery mechanisms in brain injured patients. Method: Eight control subjects and five brain injured patients were investigated. Out of five patients, two were with brain tumor, one cerebral hemorrhage, one cerebral infarction, and one neurocysticercosis. fMRI was performed using the blood oxygen level-dependent (BOLD) technique at 1.5 TMR scanner with a standard head coil. The motor activation task consisted of finger flexion-extension exercises in 1-2 Hz cycles. Results: fMRI showed activation of the contralateral primary sensori-motor cortex(SM1) by the hand movements of all control subjects and by the unaffected hand movements of all brain-injured patients. Activation of the supplementary motor area(SMA) by one hand movement was also seen in one control subject. Hand movements of the affected hand of the brain injured patients resulted in activation of the contralateral primary sensory cortex(S1) in patient 1, both SM1 in patients 2 and 3, and the contralateral SM1 in patients 4 and 5. Conclusions: It is concluded that fMRI is useful for the research of perilesional reorganization and sparing of the corticospinal tract during the motor recovery mechanisms after brain injury.

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.

자연과 도시환경의 인체친화성에 대한 신경해부학적 평가: 기능적 자기공명영상법

김광원,송진규,정광우,Kim, Gwang-Won,Song, Jin-Kyu,Jeong, Gwang-Woo 한국의학물리학회 2011 의학물리 Vol.22 No.1

본 연구에서는 3.0 Tesla 기능적 자기공명영상법(function magnetic resonance imaging, fMRI)을 이용하여 자연과 도시풍경의 시각 자극에 따른 대뇌중추의 활성화 영역의 차이점을 규명하고, 아울러 대뇌 부위별 활성화 양상의 차이점을 정량적으로 분석하여 자연과 도시의 생활환경을 인체친화성과 관련하여 신경해부학적 측면에서 연구하고자 하였다. 오른손잡이 정상인 27명(평균 $27.3{\pm}3.7$세)을 대상으로 3.0T MRI를 사용하여 기능적 자기공명영상을 얻었다. 대뇌의 활성화를 유도하기 위한 시각 자극 패러다임은 3번의 휴지기와 2번의 활성기로 구성되어 있고, 각각의 휴지기와 활성기 지속시간은 30초와 120초로 하였다. 전체 피험자 27예의 설문결과를 바탕으로 자연풍경을 선호한 26예와 도시풍경을 비선호한 14예를 두 그룹으로 나눈 후 활성화 양상을 비교하였다. 자연과 도시풍경 간의 대뇌 활성화 양상을 비교한 결과, 도시풍경에 비하여 자연풍경을 보았을 때 유의한 수준(p<0.05)에서 활성화를 보인 영역은 뇌섬엽, 중전두회, 설전부, 미상핵, 상두정회, 상후두회, 방추상회, 창백핵이었으며, 도시풍경에서는 하전두회, 해마방회, 중심후회, 상측두회, 편도체, 후대상회 영역에서 우세한 활성화가 관찰되었다. 자연풍경에서는 도시풍경에 비해 주로 긍정적 정서와 관련된 영역에서 활성화가 나타난 반면, 도시풍경에서는 두려움, 공포, 불쾌감을 느낄 때 반응하는 편도체와 같은 부정적 정서와 관련된 영역에서 활성화가 나타났다. 본 연구에서는 3.0T 기능적 자기공명영상법 이용하여 자연과 도시풍경의 시각 자극에 따른 대뇌중추의 활성화 양상의 차이점을 신경해부학적인 측면에서 정성 정량적으로 평가할 수 있었고, 이러한 결과는 인간이 본능적으로 느낄 수 있는 희로애락의 감정에 따른 대뇌 활성화와 관련하여 생태환경의 인체 친화성과 쾌적성에 대한 객관적인 평가 지표로서 응용될 수 있을 것으로 생각된다. The purpose of this study was to identify different cerebral areas of the human brain associated with rural and urban picture stimulation using a 3.0 Tesla functional magnetic resonance imaging (fMRI) and further to investigate the human suitability for rural and urban environments. A total of 27 right-handed participants (mean age: $27.3{\pm}3.7$) underwent fMRI study on a 3.0T MR scanner. The brain activation patterns were induced by visual stimulation with each rural and urban sceneries. The participants were divided into two groups as 26 subjects favorable to rural scenery and 14 subjects unfavorable to urban scenery based on their filled-in questionnaire. The differences of the brain activation in response to two extreme types of pictures by the two sample t-test were characterized as follows: the activation areas observed in rural scenery over urban were the insula, middle frontal gyrus, precuneus, caudate nucleus, superior parietal gyrus, superior occipital gyrus, fusiform gyrus, and globus pallidus. In urban scenery over rural, the inferior frontal gyrus, parahippocampal gyrus, postcentral gyrus, superior temporal gyrus, amygdala, and posterior cingulate gyrus were activated. The fMRI patterns also clearly show that rural scenery elevated positive emotion such as happiness and comfort. On the contrary, urban scenery elevated negative emotion, resulting in activation of the amygdala which is the key region for the feelings of fear, anxiety and unpleasantness. This study evaluated differential cerebral areas of the human brain associated with rural and urban picture stimulation using a 3.0 Tesla fMRI. These findings will be useful as an objective evaluation guide to human suitability for ecological environments that are related to brain activation with joy, anger, sorrow and pleasure.

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.

뇌손상 후 운동신경기능 회복에 대한 대칭형 상지 운동기구의 효과: 기능적 뇌 자기공명영상 연구

태기식,최희석,송성재,김영호,Tae Ki-Sik,Choi Hue-Seok,Song Sung-Jae,Kim Young-Ho 한국의학물리학회 2005 의학물리 Vol.16 No.1

본 연구에서는 건측 손의 운동에 따라 환측 손이 대칭적으로 운동하며 두 가지 운동이 가능한 대칭형 상지 운동기구를 개발하고 개발된 대칭형 상지운동 기구를 이용한 6주간의 훈련 후 상지운동 기능 평가인 Fugl-Meyer 검사를 실시하고 기능적 자기공명영상(fMRI)을 통한 뇌 활성화의 변화를 관찰하였다. 편마비 환자를 위하여 건측 손의 운동을 환측 손으로 전달하여 손목의 굴곡과 신전, 전완의 회내와 회외 운동을 유도하는 대칭형 상지 운동기구를 제작하고 제작한 기구의 운동효과를 검증하기 위하여 대뇌병변이나 정신분열증 경험이 없는 오른손잡이인 성인 3명을 대조군으로 선정하고 편마비 발생 후 2년 이상 경과하여 손상된 상지의 자발적 회복과정이 끝났고 제시된 과제 수행이 가능한 만성 편마비 환자 남성 3명을 환자군으로 선정하였다. 제작된 대칭형 상지 운동기구를 이용한 총 6주간의 훈련 후 측정된 Fugl-Meyer 검사에서 훈련에 참가한 모든 편마비 환자들의 상지 운동기능이 현저하게 향상되었다. 또한 만성 편마비 환자를 대상으로 하여 제작된 기구를 적용하여 뇌 활성화를 관찰하기 위해 영상 촬영을 진행하는 동안 모든 피검자들에게 대조군에게는 우세 손을 환자군에게는 건측 손만 손잡이를 잡고 손목의 굴곡/신전 운동(과제 1)을 하고, 양손 모두 손잡이를 잡은 채로 건측 손만을 움직여서 환측 손이 수동적으로 대칭 운동(과제 2)을 하는 두 가지 과제를 수행하게 하였다. 과제 1에서는 운동 전에 비해 대측 SMC의 활성 강도가 증가되고 동측 SMC는 감소하였다. 과제 2에서는 환자에 따라 운동 전에 다양한 영역에서 활성화되다가 운동 후 양측 SMC 및 SMA, PMA 영역 등의 이차 운동영역의 재조직화가 관찰하여 각 과제에 대한 운동 전후의 대뇌 피질의 재조직화가 손의 운동성 회복과 관련이 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 만성편마비 환자에게 본 기구를 적용시켰을 때 물리 치료적 중재로 인한 운동기능 회복 향상과 손 운동에 대한 기능적 자기공명 영상을 비교함으로써 대뇌 피질의 재조직화를 관찰할 수 있었다. The effect of the developed symmetric upper extremity motion trainer on the cortical activation pattern was investigated in three chronic hemiparetic patients using both fMRI and Fugl-Meyer test. The training program was performed at 1 hr/day, 5 days/week during 6 weeks. Fugl-Meyer tests were performed every two weeks during the training. fMRI was performed at 3T scanner with wrist flexion-extension in two different tasks before and after the training program: the only unaffected hand movement (Task 1) and passive movements of affected hand by the active movement of unaffected hand (Task 2). fMRI studies in Task 1 showed that cortical activations decreased in ipsilateral SMC but increased in contralateral SMC. Task 2 showed cortical reorganizations in bilateral SMC, PMA and SMA. Therefore, it seems that the cortical reorganization in chronic hemiparetic patients can be induced by the training with the developed symmetric upper extremity motion trainer.