한글을 읽는 시선 이동 : 가로와 세로 읽기의 비교

서효정(Hyojung Seo),이춘길(Choongkil Lee) 한국정보과학회 언어공학연구회 1998 한국정보과학회 언어공학연구회 학술발표 논문집 Vol.1998 No.10

한글 읽기에 나타나는 안구 운동의 특징

김정훈(junghoon Kim),이춘길(Choongkil Lee) 한국정보과학회 언어공학연구회 1991 한국정보과학회 언어공학연구회 학술발표 논문집 Vol.1991 No.10

도약 안구운동을 생성하는 뇌간 신경회로와 모델

엄송이,이춘길 한국심리학회 1998 한국심리학회지 생물 및 생리 Vol.10 No.1

도약안구운동(saccadic eye movement)은 고속으로 시선을 이동시키는 안구운동의 형태이다. 상구(superior colliculus)는 도약안구운동을 제어하는 핵심적인 신경 구조로 알려져 있다. 도약안구운동의 표적이 되는 시각 자극의 위치는 망막, 시각피질 등의 공간좌표계에 표시되는 반면, 도약안구운동을 생성하는 운동명령의 신호는 세포 활동의 시간적 패턴으로 표시된다. 따라서, 이 과정에서 신경활동의 공간-시간 변환이 필요한데, 상구는 이 변환 과정에 핵심적인 역할을 하는 구조로 생각되고 있다. 이 변환 과정을 이해하고자 하는 연구들은 세포 활동을 연구하는 신경생리적 연구와 이에 기초한 모델 연구들로 이루어지는데 그 동안의 집중적인 연구에도 불구하고 이 변환 과정에서 상구의 세포들이 차지하는 역할에 대한 명백한 이해가 이루어지지 않고 있으며, 뇌간 신경회로의 기능적 구성에 관한 합의도 이루어지지 않고 있다. 그 결과, 생물학적 자료를 부분적으로 활용하거나 새로운 세포를 가정하는 여러 모델들이 계속 등장하고 있다. 이 모델들은 새로운 신경생리적 실험의 방향을 지시하는 순기능을 가진다. 이 글은 도약운동을 생성하는 뇌간 신경회로를 구성하는 세포들의 활동 특성과, 이들에 입력을 제공하는 것으로 생각되어지고 있는 상구의 기능적 특성, 그리고 이에 기초한 모델들을 개괄하고 도약운동의 신경제어를 명백히 이해하기 위해서 요구되는 고리들이 무엇인지를 정리한 것이다. The superior colliculus (SC) has been known as a critical neural structure in controlling saccadic (rapid) eye movements. The locations of visual stimuli, common targets of saccadic eye movements, are registered in place code by the retina and by various areas of the visual cortex. Motor commands to acquire these targets by reorienting the gaze line, on the other hand, are represented in the temporal pattern of neural discharges. Thus, the neural signal is thought to undergo a spatial-to-temporal transformation, and the SC is considered to play a critical roles for this transformation. Despite the intensive neurophysiological and pharmacological studies, roles of collicular neurons are not fully understood in relation to this transformation, and a few computational models appeared trying to make sense out of these incomplete biological data. We reviewed key aspects of the patterns of neural discharges of various saccade-related neurons of the SC and of brain stem areas that are known to be involved in generation of saccades, focusing on the spatial-to-temporal transformation. We also reviewed various models of saccade generation, and proposed further studies to better understand neural mechanisms for saccade generation.

고양이 시각 피질 영역 18 세포에서 관찰되는 안구운동과 관련한 활동의 종류와 시기

박정현,이춘길 한국심리학회 1994 한국심리학회지 생물 및 생리 Vol.6 No.1

고양이 시각 피질 영역 18의 세포들이 안구 운동과 관련하여 보이는 활동을 분석하였다. 연구된 세포군(n=58)의 92%에서 안구 운동과 관련된 활동이 관찰되었으며 이 활동들은 활동 전위 발생 빈도의 증가(86%), 억제(3%), 안구 위치에 비례한 변화(3%), 등의 유형으로 분류될 수 있었다. 영역 17에서 안구운동과 관련하여 활동 증가를 보이는 세포의 비율이 68%이고 활동 감소의 비율이 28%임을 보고한 선행 연구와 비교할 때 영역 18의 경우, 안구 운동과 관련하여 활동이 증가되는 세포의 비율은 상대적으로 높았고 활동 감소의 비율은 미미하였다. 안구 운동에 따른 활동 증가는 흔히 두 성분으로 구성되었는데, 첫째 성분은 빛 조건에서만 나타나고 암흑 조건에서는 사라져 안구 운동에 의해 유발된 시각적 재입력을 반영하는 성분이었다. 활동 증가의 두 번째 성분의 반응 시기는 암흑 조건에서 관찰된 안구 운동과 관련한 활동의 반응 시기와 차이가 없었으므로 이 성분은 안구 운동 명령 자체와 관련되어 있을 가능성이 있다. 이 결과는 시각 피질 영역 18의 세포들이 시각 입력 외에도 안구의 운동 혹은 위치에 관한 정보를 광범하게 수렴하고 있음을 나타내며 이 정보를 영역 17과 다른 방식으로 사용하고 있음을 시사한다. The purpose of the study was to examine the pattern and latency of the eye movement-related signals integrated into the cat visual cortical area 18. Animals' eye movements were recorded with magnetic search coil method and single or multile unit activities of these areas were recorded with conventional electrophysiological method in fully-awake cats. At eighty six percent of studied sites spontaneous neural discharges increased after the onset of saccadic eye movements in light condition, and at least 62% of these sites, the activity increased in the dark condition allowing no visual input. The pattern of eye movement-related activities also included inhibition around the onset of eye movements, and change in the level of activity depending on the eye position, although these classes constituted only 6%. When compared with previous results in the area 17, the proportion of cells showing increase in spontaneous activity was much higher in the area 18. The increase in the activity typically consisted of two temporally-distinguished components in the light condition. The first component modulation, reflecting visual reafference signal, occurred with shorter latency in the area 18 than in the area 17 by 20msec. These results indicate that the most area 18 cells increase excitabillity on the onset of eye movement and suggest that eye movement-related signals are differentially used across visual areas.

스텝모터를 이용한 미세전극 이동기

정수영,이춘길 한국심리학회 1992 한국심리학회지 생물 및 생리 Vol.4 No.1

스텝 모터를 제어하여 미세 전극을 구동하는 저렴한 시스템을 소개하였다. 스텝 모터의 회전이 직진형 마이크로미터 머리에서 직선 운동으로 변환되었다. 모터의 회전은 비틀림 탄성계수가 큰 피아노용 강선에 의해 전달됨으로써 두 회전축의 편심과 편각이 간단히 흡수되었다. 스텝 모터를 구동하기 위한 회로와 스텝 모터의 누적 회전량, 즉 전극의 진행 거리를 표시하는 회로가 설계, 제작되었다. 회로의 핵심은 IC 칩으로 쵸퍼 구동을 저렴하게 수행하는 것이다. 개발된 미세 전극 이동 시스템의 정밀도는 1.25㎛이었다. 시스템의 시험은 약 1년 동안 네 마리의 고양이에서 유리로 절연된 텅스텐 전극으로 이루어졌다. 뇌간 구조나 대뇌 피질 구조를 목표로 70회 이상 전극의 진행이 있었다. 이 실험들을 통해서 개발된 미세 전극 구동 시스템의 기계적, 전기/전자적 성능들은 상업적으로 비슷하게 제작된 것들에 비교하여 떨어지지 않았다. A design of an inexpensive micropositioner using a step motor controller is described. The rotation of the motor is translated into linear movement by a micrometer head. The rotation is transmitted through a piano wire with a high torsional stiffness conveniently absorbing the eccentricity and deviation angle of the two rotating axes common mechanical problems which can be expensive to correct. Two circuits were developed to control the step motor and to display cumulative rotation, i.e. linear movement. The control circuit was designed around a hybrid IC chip for an inexpensive chopper drive. The resolution of the micropositioning system, thus developed was 1.25㎛. More than 70 penetrations of tungsten-in-glass micro electrodes into deep and shallow brain structures, such as the superior colliculus or the visual cortex, were made in 4 cats, using the developed micropositioner. From these experiments the system was found to be reliable and satisfactory.

고양이 상구의 신경생리적 연구 : 시각 반응의 개시 시기와 최고 시기의 추정 Computer simulation and neurophysiological studies

강인철,이춘길 한국심리학회 1995 한국심리학회지 생물 및 생리 Vol.7 No.1

고양이 상구(superior colliculus)의 신경 세포의 활동 가운데 시각 반응을 반영하는 성분을 제거하기 위해서 시각 반응의 개시 시기와 최고 활동 시점에 대한 추정이 요구되었다. 본 보고서는 이를 추정하는 방법에 따라 상이한 결과를 얻게 되는 임의성에 착안하여 각 방법의 효율성과 정확성을 비교한 결과에 관한 것이다. 비교의 기준으로서 시각 자극에 대한 상구 신경 세포들의 활동을 모사하는 전집을 설정하였으며, Monte Carlo 시행으로 얻어진 표본 활동에 대해 히스토그램(histogram), 역 전위간격표(inverse interspike interval histogram), 고정, 가변 커넬 밀도추정법(fixed, adaptive kernel density estimation)을 통해서 시각 반응의 개시 시기와 최고 활동 시기의 추정치를 비교하였다. 최종적으로, 고양이 상구에서 178 시행의 시각 반응을 채집하여 위의 방법들을 적용하여 신경 활동의 개시 시기와 최고 활동의 발생 시기에 대한 추정을 비교하였다. A possibility of parametric elimination of the visual component from the activity of the cat superior colliculus was sought for. Form a known population distribution of spike density, trial data simulating the transient visual response of the cat superior colliculrs were derived. The onset and the peak times of the visual activity were determined with 4 methods of spike density estimation: time histogram, inverse interspike-interval histogram, fixed and adaptive kernel estimation. The results were compared and applied to 178 trial data obtained with the chronic recording from the deep layers of the cat superior colliculus. The possibility of obtaining the activity component related with saccadic eye movements without behavioral task is discussed.

안구운동과 관련한 고양이 시각피질 17 , 18영역 세포의 활동 : 안구운동의 개시 및 종료시기와의 시간적 관계 분석

박정현,이춘길 한국심리학회 한국심리학회지 생물 및 생리 Vol.8 No.1

안구 운동과 관련하여 암흑 상태에서도 관찰되는 시각 피질 세포의 활동이 안구 운동의 출력 모사 신호를 반영하는지를 결정하였다. 시각이 차단된 암흑 속에서 고양이가 자발적으로 눈을 움직일 때 시각피질 제 17, 18 영역의 신경 세포의 활동과 안구 운동을 측정하여 세포의 활동과 안구운동의 개시 및 종료 시기와의 시간적 관계를 분석하였다. 암흑 상태에서 관찰되는 안구 운동과 관련한 시각 피질 세포의 활동은 안구 운동의 개시보다 종료 시점에 더욱 밀접히 관련되어 있어 안구운동 명령을 반영하기 보다 지각적 역할이 있음을 시사하였다. In this study we examined the temporal relationships of the eye movement-related activities of the visual cortical areas 17 and 18 with the saccade onset and offset times in three awake cats. Eye positions were monitored with the scleral search-coil technique, and single or multiple unit activities were recorded with conventional electrophysiological methods while cats were spontaneously making saccades in the dark. Saccade onset and offset times were determined according to velocity criteria. Based on the sequence of action potentials, the spike probability density was estimated by a variable kernel method and the onset of neural activity was determined with a spike density threshold. When all 666 saccade-related activities of 59 recording sites were combined, the lag between the onset of neural activity and the saccade onset time was linearly correlated with saccade duration(slope of linear regression line was 1.01). On the other hand, the lag between the onset of neural activity and the saccade offset was independent of saccade duration(slope of linear regression line was 0.01), with the saccade offset leading the onset of neural activity by 46ms on average. Thus, eye movement-related cortical activity was more tightly related to saccade offset than onset time. These results suggested that the eye movement-related signals integrated in the visual cortex might play a perceptual role rather than corollary discharge of eye movement commands as previously assumed.

정신분열병 환자의 안구운동 특성에 관한 연구 : 적응적 시선제어의 정확도 및 적응속도에 관하여

김철응,강민희,서혜숙,이춘길,김경한 大韓神經精神醫學會 1999 신경정신의학 Vol.38 No.5

연구목적 : 정신분열병 환자의 인구운동의 특성을 파악하여 소뇌기능 이상과 정신분열병의 병태생리와의 연관성을 파악하기 위해 소뇌 기능과 관련된 안구운동의 적응적 학습과정(정확도 및 적응속도)에 초점을 맞추어 정상인과 비교, 분석함에 본 논문의 목적이 있다. 방 법 : 부분적 또는 완전 관해 상태에 있으면서 항정신병 약물을 사용하고 있는 DSM-Ⅳ의 진단기준에 맞는 5명(남 4, 여 1)의 정신분열병 환자와 환자군과 연령, 성비를 맞춘 정상인에게 머리를 자유롭게 움직일 수 있는 상태에서 단일도약과제와 이중도약과제를 이용해 공막탐지 코일 기법으로 시선과 머리운동을 측정하였다. 분석 대상이 된 안구운동 지표는 적응전과 적응 후의 일차 시선도약의 크기, 시선도약 시간, 최고 속도, 머리운동 폭이었고 피험자의 적응과정에서 추출한 지수함수의 곡선의 시간상수와 점근성 값을 각각 비교 분석했다. 결 과 : 정신분열병 환자의 시선도약의 배율은 정상인에 비하여 유의하게 낮았다. 정신분열병 환자의 시선이동 전략에서 정상인과는 달리 머리운동의 공헌도가 상대적으로 낮았다. 그리고 머리운동이 최고속도에 이르는 시간이 정상인에 비해 늦고 적응과정의 초기에는 정상인과 비슷한 수준의 수행을 보이지만 600여회의 적응 시행 후에도 과제에서 요구하는 최종적인 적응수준에는 이르지 못하였다. 결 론 : 정신분열병 환자는 증상에 관계없이 낮은 도약안구운동 배율과 같은 안구운동의 이상을 보이고 적응적 변화과정에서도 정상인과는 달리 불완전하게 수행하고 있는바 정신분열병 환자의 일부에서 소뇌 기능의 이상을 보인다는 가설을 지지하는 소견을 얻었다. Objectives : While most neurological models of schizophrenia have focused on cerebral functions, cerebellar abnormality, especially in cerebellar vermis has been repeatedly reported in schizophrenic patients from brain imaging and lesion studies. And cerebellar vermis has been implicated for adaptive control of saccadic eye movements, which has not been studied in schizophrenics to our knowledge. Method : We investigated saccadic adaptation using double-step paradigm in 5 patients with a DSM-Ⅳ diagnosis of schizophrenia and 5 age and sex-matched normal controls. Gaze and head movements were recorded with scleral search coil method in head-free condition. Results : Time course of adaptation in schizophrenics was similar to that of normal control but it never reached to the complete level of adaptation seen in control, and accordingly gaze gain(gaze amplitude/target amplitude) was low even after 600 adaptive trials. Head contribution to gaze saccade was relatively low and time to peak head velocity was longer in schizophrenics. Conclusions : Our results suggested that schizophrenic patients used a different strategy of gaze control and some schizophrenics might have cerebellar abnormality. Variability across patients in adaptation parameters need to be further investigated in combination with cerebellar volumetry. This study was supported by "In-san Schizophrenia Research Grant" from the Research Institute of Korean Neuropsychiatric Association in 1997.