Analysis on Brain Activation and Cognitive Task Performance of Korean-English Interpreters using fMRI

Park, Hyun Joo Hankuk University of Foreign Studies. Graduate Sch 2014 국내박사

fMRI를 이용한 한영 통역사 두뇌 활성화 및 인지 과제 수행 능력 고찰 국내에서는 최초로 첨단 뇌영상기법인 기능적자기공명영상기법(fMRI)을 통역 프로세스 연구에 활용한 본 논문은 기능적가지공명영상기법을 이용한 통역 프로세스 연구 프로토콜을 정립하고, 이를 바탕으로 한영 통역사(L1 = 한국어, L2 = 영어)들의 통역 과제 수행 시의 두뇌 활성화 양상을 살펴보는 한편, 통역 전문성과 통역사들의 인지 과제 수행 능력간의 상관 관계를 규명하고자 한다. 이를 위해 제 1장에서는 뇌영상기법을 접목한 다학제간 통역 프로세스 연구 필요성과 더불어 통역사들의 인지적 능력 측면의 중요성에 주목하였다. 이어 다양한 뇌영상기법들을 소개하면서 이들 다수의 뇌영상기법 중 fMRI가 비침습식이라 안전하며, 특히 공간해상도가 높아 통역 과제 수행 시 통역사들의 뇌의 부위별 활성화를 보다 정교하게 관찰할 수 있다는 점에서 통역 프로세스 연구에 있어 fMRI가 가지는 강점을 소개하였다. 또한 통역 프로세스 연구에 뇌영상기법을 접목한 국내 최초의 논문이라는 점에서 fMRI의 작동 기제, 데이터 처리 툴 및 데이터 처리 과정 등에 대한 부가 정보를 제시하였다. 이어지는 제2장에서는 통역 프로세스 연구 툴의 발전 추이를 간략히 살펴보는 한편 통역사 두뇌 활성화와 관련된 행동주의 실험 연구 및 뇌영상화기법을 접목한 선행 연구들을 종합적으로 검토, 선행 연구들에서 주목한 주요 변수들을 파악하였으며 이를 다수의 변수들 중 1) 통역 전문성, 2) 제2언어 습득 시기, 3) 통역 방향성의 3가지 변수를 본 연구의 주요 탐색 대상 변수로 채택하였다. 제 3장에서는 이상의 3가지 변수와 관련된 주요 이론과 선행 연구들을 보다 심도 있게 살펴보았으며 동시에 작업기억(Working memory), 집행 기능(Executive function) 등 통역과 관련성이 높은 것으로 사료되는 인지 능력에 관한 주요 이론들을 간략히 살펴보았다. 이를 바탕으로 파일럿을 포함한 전체 연구 실험 설계안을 구성하고, 개별 실험 과제의 구체적인 내용 및 진행 방식을 설계하였다. 더불어 실험 결과 활성화되는 뇌 부위와 뇌 부위별 기능, 본 논문에서 사용된 약어 등을 정리하여 함께 제시함으로써 4장의 파일럿 실험 및 5장의 본 실험 진행 과정 및 실험 결과 이해하고 해석하는데 필요한 기초 정보를 제공하고자 하였다. 본 실험에 앞서 3회에 걸쳐 실시한 파일럿 실험 결과를 보고한 제 4장에서는 통역 전문성, 제2언어 습득 연령, 통역 방향성이라는 3가지 주요 변수를 본 실험에서도 지속적으로 변수로 채택할 필요가 있음을 밝혔으며, 특히 청각적 자극을 제시하는 순차 통역 과제 수행이 fMRI 기계 안에서도 가능하다는 기술적 타당성을 확인하였다. 또한 통역 전문성이라는 변수를 통역 경력과 통역 수준이라는 2개의 하부 변수로 보다 세분할 필요가 있으며, 이를 위해 피험자들에 대한 통역 수준 평가를 실시할 필요가 있음을 규명한 것도 파일럿의 주요 성과이다. 이상의 파일럿 결과를 바탕으로 본 실험에서는 통역 수준, 통역 경력, 제2언어 습득 시기별로 20명의 피험자 집단을 세분화하여 1) 통역 수준이 높은 집단과(High Performer) 낮은 집단(Low Performer) , 2) 경력자 집단(Experienced Interpreter)과 학생 통역사 집단(Student Interpreter) , 3) 조기 이중언어습득자(Early-bilingual)와 후기 이중언어습득자(Late-bilingual)로 나누고 영한 순차 통역(9분), 한영 순차 통역(9분), 양방향 순차 통역(9분) 과제를 수행하도록 하고 순차 통역 과제 수행 시의 집단별 두뇌 활성화 부위와 활성화 양상을 고찰하였다. 또한 통역 수준, 통역 경력과 인지 능력과의 상관 관계를 살펴보고자 순차 통역 과제와 별도로 인지 과제인 작업 기억 과제(Working memory task)(12분)와 Simon task(10-12분)를 시행하였다. 특히 작업 기억 과제의 경우는 fMRI 기계 안에서 시행, 행동 데이터뿐만 아니라 작업 기억 과제 수행 시의 피험자들의 뇌 활성화 양상을 살펴보고자 하였다. SPM8과 MRIcroN 소프트웨어 프로그램을 이용해, 피험자 집단별 영한 및 한영 순차 통역 과제 수행 시 영어 출발어 텍스트 청취(L2 Comprehension), 한국어 도착어 텍스트 발화(L1 Production), 한국어 출발어 텍스트 청취(L1 Comprehension), 영어 도착어 텍스트 발화(L2 Production) 시 유의미하게 활성화되는 뇌 부위와 전반적인 활성화 양상, 그리고 개별 피험자 집단 내 및 집단간의 통역 방향성에 따라 유의미하게 활성화되는 뇌 부위를 분석한 결과, 제5장의 상세 연구 결과 및 제6장의 핵심 연구 결과에서 보고하였듯이 기존의 “전문성 연구(Expertise study)”에서 예측한 것과는 달리 통역사들의 경우는 전문성이 높아질수록 뇌의 활성화가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 다른 과제들보다 그만큼 통역이 인지적 부담이 큰 활동이라는 것을 반증하는 것으로 해석할 수 있으며, 통역 수준이 높은 통역사들의 경우 특히 의미 처리에 관여하는 부위를 적극 활성화시킨다는 점에서 도착어 발화시 출발어 언어 자원을 억제하는 통제 기제보다는 출발어와 도착어 언어 자원을 동시에 적극적으로 활성화시키고 필요한 도착어 언어 자원을 효율적으로 발화하는 것으로 해석해 볼 수 있다. 다만 이 부분에 대한 검증은 향후 후속 연구를 통해 보다 명확히 규명할 필요가 있을 것으로 사료된다. 또 한 가지 본 연구의 주요 성과는 통역 수준이 높은 통역사들의 경우에는 출발어 텍스트를 청취할 때 이미 발화 단계를 준비하고 있음을 뇌영상 데이터를 통해 실증적으로 입증했다는 점이다. 통역 수준이 높은 통역사들은 통역 방향에 상관 없이 출발어 텍스트를 청취할 때 이미 언어 발화에 관여하는 브로드만 영역 45와 운동기능의 계획 통제 등을 담당하는 운동피질을 활성화시키는 것으로 나타났다. 또한 영어 출발어 텍스트 청취 시와 한국어 도착어 텍스트 발화시 우뇌 활성화가 관찰되었고, 특히 후기 이중언어화자 통역사의 경우 영어 출발어 텍스트 청취 시 우뇌 활성화가 두드러졌는데, 후속 연구에서는 통역 전문성이 높은 후기 이중언어화자 통역사들을 보다 엄격한 기준으로 선발, 통역 유창성(Interpretation proficiency)이 높아질 경우에도 우뇌 활성화가 여전히 나타나는지를 추가 검증해 볼 필요가 있겠다. 다만 통역사의 인지 과제 수행 능력 분석 결과에서는 작업 기억 과제의 경우 뇌 활성화 이미지 데이터에서는 경력자 집단이 학생 통역사 집단에 비해 활성화 정도가 높게 나타났지만 행동 데이터에서는 실험조건과 통제 조건간의 유의미한 차이만 확인되었을 뿐 통역 전문성에 따른 피험자 집단간 유의미한 차이는 발견되지 않았고 Simon task의 경우는 피험자 집단간뿐만 아니라 일치조건(Congruent condition)과 비일치조건(Incongruent condition)간의 차이 역시도 통계적으로 유의미하지 않았다. 이처럼 본 연구에서는 통역 전문성과 통역사의 인지 과제 수행 능력간에는 유의미한 상관 관계가 발견되지 않았지만, 후속 연구를 통해 본 연구에서 주목한 통역사들의 의미 정보의 저장, 인출 기능 등과 관련이 있는 인지 과제를 중심으로 통역 전문성과 통역사의 인지 능력간의 상관 관계에 대한 추가적인 분석을 실시할 필요가 있다. 또한 본 연구 파일럿 실험 과정을 통해 통역 전문성이라는 변수에서 통역 경력뿐만 아니라 통역 수준 혹은 통역 유창성이라는 변수를 함께 고려해야 한다는 점에 주목하였는데, 이를 위해서는 향후 연구에서는 “통역 전문성(Interpretation expertise)”을 구성하는 하부 요소들에 대한 보다 세밀한 정의가 이루어져야 하겠다.

fMRI를 이용한 생활형태에 따른 그림과 문자정보의 반응차이

김지아 건양대학교 보건복지대학원 2016 국내석사

The purpose of this study was to prove the difference response of the picture information and text information through questionnaires by using the fMRI. Additional, To identify response of the picture information and text information difference according the living behavior. For this study, 15 freshmen of a college in Daejeon were surveyed. fMRI conducted by the same test twice a week per person. fMRI result was analyzed by using SPM99. All collected data were computed encoding, R project using frequency, percentage, mean and Mann whitney U test. The results were as follows. 1. The highest response be cases does not include text information response. 2. For text information, Response of mixing information including the text information was more higher than only using the text information. 3. In the result of the differences between text information and sex, income, previous disease diagnosis, there is statistically significant. 4. In the result of the differences between picture information and sex, income, number of family, there is statistically significant. 5. In the result of the differences between mixing information not including the text information and sex, number of family, average daily sleep, there is statistically significant. 6. In the result of the differences between mixing information including the text information and number of family, there is statistically significant. There were a correlation between the response of the picture information and text information difference and the living behavior, but the expansion of study with more sample is needed.

fMRI를 이용한 용접 작업자의 망간 노출이 대뇌피질 운동영역 활성도에 미치는 영향평가

최재호 순천향대학교 2011 국내박사

Ultra high-field mouse fMRI & somatosensory networks

Jung, Wonbeom Sungkyunkwan university 2020 국내박사

Animal functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an excellent tool to investigate underlying hemodynamic response contributing to fMRI signal mechanisms and to probe the brain function. In particular, mouse is major animal model of choice for neuroscience research due to the availability of a large genetic toolbox. This allows mouse fMRI to understand the role of specific genes linked to behavior and disease and to study the cell-type specific neural circuit in the whole brain. However, the utility of mouse fMRI is closely dependent on its ability to detect neural active-functional networks with high fidelity. This work begins with investigation of field strength-dependent fMRI sensitivity by comparing somatosensory-evoked blood oxygenation-level dependent (BOLD) signals obtained at 9.4 T and 15.2 T, in the mouse brain. The functional detectability was improved by ≥ 2 times with increasing magnetic field strength due to higher temporal signal to noise ratio (tSNR) and larger BOLD changes. In addition, the improvement in functional detectability at cortical and thalamic areas was able to demonstrate functional somatosensory networks, which is consistent with neural tracing connectivity map. The somatosensory networks are organized by feed-forward and feed-back projections during functional processing. Therefore, the second part of this work focuses on the functional dissection of somatosensory networks using mouse fMRI combined with optogenetics at 15.2 T. For somatosensory processing, thalamic nuclei were functionally connected with primary somatosensory cortex (S1FL). The ventral posterolateral nucleus (VPL) relayed sensory input to S1FL, while the posterior complex of thalamus (PO) activity was driven by the S1FL projection. The stimulus-evoked signal relayed to S1FL via thalamo-cortical projection was amplified by the recurrent excitatory S1FL networks. The responses in primary motor cortex (M1) and secondary somatosensory cortex (S2) were mainly due to S1FL projections. These findings raised the question whether fMRI signal can detect the sequential order of functional processing in somatosensory networks. The final part of this work explores the temporal dynamics in somatosensory networks with high-temporal-resolution mouse fMRI. The sequential order of BOLD signal (VPL -> S1FL -> M1, PO and S2) concurred with that of the neural pathways, but inter-regional neural processing in the sub-millisecond scale was translated into a few hundred millisecond BOLD signal difference. Since BOLD dynamic response results from the convolution of underlying neural activity with hemodynamic response, further vascular physiology studies are necessary to verify whether the differences in the sequential fMRI onset arose from the neural activity sequence or vascular response. Consequently, ultrahigh field mouse fMRI provides the unique window in understanding brain functional networks. Combined with optogenetics and chemogenetics, this can open a new research avenue to reveal new regions of interest in unknown functional networks and to allow better brain-wide functional analysis.

생물학 탐구에서 fMRI에 기반을 둔 분류능력 측정 모델 개발

변정호 한국교원대학교 대학원 2010 국내석사

분류에 대한 주요 연구들은 분류기준에 대한 이해와 분류행동의 유형에 초점을 맞추고 있다. 이러한 연구들은 분류 기준에 대한 학생들의 이해정도, 오개념의 존재여부 및 분류행동의 특징에 대한 정보를 제공해 줄 수 있으나 분류능력의 측정방법을 제시하지는 못한다. 일반적으로 분류능력의 측정은 선택형 문항으로 구성된 과학적 탐구능력 측정의 한 부분으로 인식되어 있다. 그러나 최근의 연구들은 분류능력이 관찰대상들에 대한 범주화 및 위계설정 같은 고등한 사고과정을 포함한다고 제시한다. 또한, 분류활동은 생물학의 기본적 지식을 구성하는 다양한 사고 과정을 포함한다고 제시하고 있다. 그러므로 생물학 탐구에 있어 중요한 영역인 분류능력에 대해 알아보고 두뇌수준에서는 발생하지만 외부로 드러나지 않는 부분까지 측정할 수 있는 방법에 대한 탐색이 필요하다. 이 연구에서는 두뇌수준에서 분류능력을 측정할 수 있는 방법을 마련하기 위해 fMRI를 이용하여 분류능력을 예측할 수 있는 모델을 개발하였다. 예측모델을 구성하기 위해 fMRI를 사용한 두뇌의 기능적 연결성 분석방법과 개방형 지필 측정법인 분류능력지수(CQ)를 사용하였다. 기능적 자기공명 영상을 얻기 위해 27명의 연구대상자가 참여하였으며, 개방형으로 제작된 분류의 자극이 제시되는 동안 좌측 상두정엽(Left Superior Parietal Lobule), 우측 쐐기소엽(Right Cuneus), 우측 혀이랑(Right Lingual Gyrus), 좌측과 우측의 방추이랑(Left and Right Fusiform Gyrus), 좌측 하전두이랑(Left Inferior Frontal Gyrus), 좌측과 우측의 중전두이랑(Left and Right Middle Frontal Gyrus), 우측 소뇌정상(Right Culmen), 좌측 소뇌비탈(Left Declive)과 같은 두뇌영역들 사이에서 기능적 연결성을 발견하였다. 이후 개인별 두뇌의 기능적 연결성을 정량화하기 위해 연결계수(Connectivity Coefficient : CC)를 사용하였으며, 연결계수의 분류능력지수에 대한 회귀분석을 통해 예측모델을 얻었다. 또한 구성된 모델이 다른 집단에도 적용 가능한 것인지 검증하기 위해, 독립된 28명의 연구대상자가 참여하였다. 28명의 fMRI 측정결과를 통해 연결계수를 산출한 후, 개발된 모델에 대입하여 개인별 분류능력을 예측하였다. 예측된 분류능력과 실제 분류능력 사이의 상관분석을 실시한 결과는 통계적으로 유의미하였다. 즉, 개발된 모델은 실제 분류능력을 적절히 예측하고 있으므로, fMRI를 이용한 두뇌수준 측정 결과를 통해서 분류능력을 측정할 수 있다. 연구 결과에 따르면, 분류과정 동안 활성화되는 두뇌 영역들이 기능적 연결성을 나타내며, 이러한 기능적 연결성이 분류능력을 반영한다고 판단할 수 있다. 또한, fMRI 측정결과를 이용하여 지필이나 행동관찰법을 사용하지 않고도 분류능력을 측정할 수 있다는 가능성을 확인할 수 있었다. 그러므로 이 연구는 두뇌기반 탐구능력측정 관련 연구를 위한 기본적 지식과 바탕을 제공해 줄 수 있을 것이다. Major researches on a classification are focused on an understanding of classification criterion and types of classification behavior. These researches can suggest that students have comprehension about a classification criterion of observed objects, whether or not existence of mis-concepts about a classification criterion, and the characteristic of a classifying behavior. But they cannot show to measuring method for classification ability. Generally, classification ability's measurement is regarded as a part of scientific inquiry's measurement, and is composed of multiple choice type. Recent researches suggest that classification ability included to higher cognition process as like a categorizing of observed objects and a organization hierarchy of observed objects. Also, classification can construct to a basic knowledge of biology, and have various cognition processes. Therefore, it is necessary to develop a new access for measurement of classification ability. Purpose of this study is to develop a predicting model for classification ability on biology inquiry by using fMRI. To generate predicting model, I had used brain's functional connectivity and classification coefficient. Functional connectivity was used to analyze temporal correlations between activated brain regions. Classification ability quotient(CQ) was used to identify classification ability's distribution of each subject. Scanning to acquire functional magnetic resonance imaging sequences was performed with 27 subjects(CQ = 44.99±6.12), and I found to be activated particular brain regions as like left Superior Parietal Louble, right Cuneus, right Lingual Gyrus, left and right Fusiform Gyrus, left Inferior Frontal Gyrus, left and right Middle Frontal Gyrus, right Culmen, left Declive during presenting of classification's stimulus. I had calculated CC by investigating functional connectivity through using a data driven analysis, and obtained a predicting model by regression analysis for CC and CQ. To verifying application possibility of the model, I had performed MR scanning for independent 28 subjects(CQ = 25.29±5.07), and did computed CC for each subject. I predicted each subject's CQ by CC applying to the model. After acquiring CC, it was performed to correlation analysis with observed CQ. The result of correlation analysis is statistically significant between predicted CQ and observed CQ(r=0.40, p<0.05). Consequently, the model could be apply to another subject for measurement of classification ability by fMRI. The result of this study can show to us, that is activated brain regions and functional network during classification process, and can show the possibility of classification ability by using fMRI. Besides, this study can provide basic knowledge and scaffold for inquiry measurement study based on brain.

Whole brain characteristics of mouse fMRI responses to visual stimulation

Dinh, Thi Ngoc Anh Sungkyunkwan University 2024 국내박사

Blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) in rodents is a valuable tool for investigating the neural sources of fMRI signals and understanding brain functions. The mouse model, in particular, has become a favorite choice for neuroscience research due to its extensive range of transgenic lines, fast breeding cycle, and small size. Despite its wide use, the functional characteristics of the mouse visual system have yet to be well explored using fMRI. Previous mouse fMRI studies have shown inconsistent responses among each other and with observations from conventional electrophysiological recording. Here, we aimed to investigate mouse fMRI responses to visual stimuli. In the first part of this study, we examined BOLD fMRI responses to variations in visual stimuli parameters (pulse durations and temporal frequencies) under ketamine/xylazine anesthesia and compared them to awake mice. Under both anesthesia and wakefulness, BOLD responses were detected bilaterally in the visual pathways, consistent with previous neurophysiological findings. Additionally, unexpected activations were observed in the extrastriate postrhinal area and non-visual subiculum complex under anesthesia but not awake, possibly resulting from the disinhibition and sensitization induced by ketamine. In the second part, we expanded our investigation by obtaining whole brain fMRI responses at 15.2 T. Visual stimuli not only elicited robust BOLD responses across contralateral visual-related areas but also induced pronounced responses in whisker somatosensory networks and enhancing whisker somatosensory activation when was performed simultaneously with whisker pad stimulus. The optogenetic silencing of the primary visual cortex revealed two different pathways of visual inputs reaching whisker somatosensory areas, providing valuable insights into the integration of whisker and visual sensory information. Finally, in the last part of the study, we targeted the interaction of visual networks with another sensory modality, forepaw-related areas. BOLD responses to visual-forepaw stimulation enhanced activity more in visual networks than in sensory networks, suggesting a complex interplay between visual and sensory networks. In conclusion, mouse visual fMRI provides advantages in mapping whole brain network responses to visual stimulation. Combining visual stimulation with other sensory stimuli and optogenetic focal silencing could give more insight into understanding brain-wise interactions across various sensory modalities.

EEG-fMRI와 EEG 신호원 모델링을 이용한 국소성 발작간극파의 국지화 분석

이은미 울산대학교 2010 국내박사

연구배경 및 목적 부분 간질 환자에서 간질 발생부위를 정확히 국지화 하는 것은 간질의 성공적인 치료를 위해 매우 중요하다. 두피 뇌파는 대표적인 비침습적인 검사로서 사용되고 있으나 두개골 밖에서 발작간극파를 기록하기 때문에 신호가 미약하거나 왜곡될 수 있어 정확한 대뇌피질 신호원을 국지화하는데 한계가 있다. 시각적 방법을 이용하여 발작간극파의 발생 부위를 예측하는 전통적인 방법에서 더 나아가 신호원 모델을 사용하여 간질 발생부위를 국지화하거나, 뇌파와 MRI의 장점을 합한 EEG-fMRI를 사용하여 발작간극파에 의한 뇌혈류 변화를 BOLD 신호로 간접적으로 측정하는 것은 간질 발생부위를 확인하는데 유용할 수 있으나 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구는 간질 수술 전 검사를 시행하여 국소적인 간질 발생부위가 확인된 간질 환자를 대상으로 EEG-fMRI, 쌍극자 신호원 모델, 분산 신호원 모델을 이용한 신호원 분석이 간질 발생부위를 정확히 국지화하는지, 이러한 방법 간에 간질 발생부위 국지화에 차이가 있는지 비교 연구하고자 하였다. 연구방법 대상 환자는 EEG-fMRI를 시행하였던 24명 환자에서 검사 중 발작간극파가 관찰되어 분석이 가능하였고 발작간극파에 의한 BOLD 신호의 변화가 관찰된 12명 중 기존의 간질 수술 전 검사에서 간질 발생부위가 확인된 9명을 대상으로 하였다. 지속적 비디오 뇌파 검사, EEG-fMRI, FDG-PET 및 MRI 를 시행한 9명의 부분 간질 환자에서 쌍극자 신호원 분석은 BESA를 이용하여 각 환자의 대표적인 발작간극파를 평균하여 분석하였고, 분산 신호원 모델을 이용한 간질 발생부위의 분석은 LORETA를 사용하여 3차원으로 영상화하였다. EEG-fMRI는 3T MRI를 사용하여 EPI 영상을 여러 번 얻은 후 잡파를 제거한 후 SPM2를 사용하여 통계 분석하였다. 각 방법 간의 비교는 쌍극자, 분산 신호원 모델을 이용한 EEG 신호원의 위치와 EEG-fMRI의 BOLD 신호 변화 위치가 기존의 방법에 의해 확인된 간질 발생부위의 위치와 얼마나 일치하는지 그리고 각 방법 간의 연관성을 분석하였다. 결과 9명 중 3명의 환자에서는 시각적 분석에 의한 두피 뇌파에서의 발작간극파의 위치가 기존의 방법에 의해 확인된 간질 발생부위와 일치하지 않았다. 이들 세 명 모두 EEG-fMRI로는 간질 발생부위와 국지화가 일치하였으나 쌍극자 및 분산 신호원 모델링을 이용한EEG 신호원 분석시 세 명 모두 간질 발생부위로 올바르게 국지화되지 않았다. EEG-fMRI를 사용시 간질 발생부위와의 일치는9명 중 6명에서 BOLD 증가 부위, 1명에서 BOLD 감소 부위, 1명에서 BOLD증가 및 감소 부위 모두가 간질 발생부위와 일치하였고, 나머지 1명에서 BOLD 신호 변화 부위와 일치하지 않아 전체 9명 중 8명에서 EEG-fMRI 로 간질 발생부위를 올바르게 국지화할 수 있었다. EEG-fMRI, 쌍극자 신호원 모델, 분산 신호원 모델에 의한 EEG 신호원 분석 중 EEG-fMRI에 의한 BOLD신호 변화 위치와 간질 발생부위 간의 일치도가 가장 높았고 (88.9%), 쌍극자 신호원 분석시 9명 중 5명 (55.6%), 분산 신호원 분석시 9명 중 4명 (44.4%) 에서 일치하였다. 세 가지의 서로 다른 국지화 방법 간의 일치 정도는 대뇌피질발달기형이 있는 경우는 3명 중2명, 간질 발생부위가 전두엽인 경우 3명 중 2명이었으나, 간질 발생부위가 뇌의 뒤쪽 부위 (posterior cortex epilepsy) 에 위치한 경우에는 5명 중 1명에서만 세 가지 국지화 방법 모두가 간질 발생부위와 같은 부위로 국지화되어 일치율이 낮았고, EEG-fMRI 의 결과가 다른 방법보다 좀 더 간질 발생부위를 올바르게 예측할 수 있었다. 결론 부분 간질 환자에서 EEG-fMRI를 이용한 발작간극파의 국지화는 비침습적 검사로서 BOLD 신호 변화 위치는 실제 간질 발생부위와 잘 일치하며 쌍극자 신호원 모델, 분산 신호원 모델을 이용한 신호원 분석방법과 상호보완적인 효과를 갖는다. 특히 대뇌 뒤쪽에서 발생하는 부분 간질 (posterior cortex epilepsy) 의 분석시 다른 신호원 모델보다 더 유용하다.

Resting State fMRI를 이용한 Visual Attention Network 탐지 기법

박리사 부산대학교 2013 국내석사

The current thesis aims for detecting visual attention network using resting-state fMRI. Resting-state fMRI is a recently developed functional MRI technique which is a relatively easy method to detect various brain networks such as default mode network, dorsal attention network, frontoparietal control network and language network based on low frequency fluctuation of BOLD signals in time. Using seed methods, the dorsal attention network and the fronto-temporo-parietal control network were identified for 14 normal subjects. The two networks were compared before and after two cognitive tasks; selective attention task and divided attention task. In the results, the dorsal attention network was comprised of bilateral prefrontal cortex, medial superior frontal cortex, and bilateral parietal cortex and the fronto-temporo-parietal control network consisted of interior frontal gyrus, posterior cingulate cortex, temporo-parietal junction and bilateral temporal cortex. Within the dorsal attention network, the functional connectivity between supplementary motor area and precuneus became low after the visual attention tasks. This implies that the connectivity for autonomic sensory-motor control was inhibited by the cognitive tasks. On the contrary, the fronto-temporo-parietal control network increased the connectivity between right inferior frontal gyrus and the temporal regions such as fusiform gyrus particularly after the divided attention task. This implies that the cognitive tasks requiring selective and divided attention may strengthen the connectivity among regions involving in cognitive control process. Finally, the current study demonstrate that the resting-state fMRI is a useful tool for detecting brain networks and can be used for various applications for medical and cognitive engineering purposes.

생명현상에 대한 의문생성에서 fMRI 기반 두뇌 활성 네트워크 분석

이혜화 한국교원대학교 대학원 2009 국내석사

It is a purpose of this study is based to fMRI in biological question generations, and to analysis a network regarding brain activity. Designed it to block designs for this as I considered the preceding study as I developed an assignment to be suitable for fMRI measurement. I selected total 26 people, and I grasped brain activity regions in biological question generations through fMRI image acquisitions and image analyses to the study object for fMRI measurement, and total 38 brain activity coordinates appeared. I analyzed a brain activity network with bases in an accident process of a question generation of coordinates were binary preceding study to have appeared through correlation analyses between brain activity regions to have been given in question generation processes regarding biological phenomenon. The results, activity regions with a variable is seven of them appeared with the coordinates pairs that relevance noted in 0.05 levels (both sides). It is with Middle frontal gyrus and the left Lentiform nucleus, left Middle frontal gyrus and left Superior parietal lobule, left Superior parietal lobule and right side Middle occipital gyrus, left Middle occipital gyrus and left Lingual gyrus, left Lingual gyrus and left Inferior occipital gyrus. Be matched with the preceding study that this analyzes observation phenomenon, extracts after emblematize experience situation and compares experience phenomenon and observation phenomenon. Through the above-mentioned result of research, high thinking like a question generation regarding biological phenomenon showed between regions not being what function separately but integrately in activity regions of a brain. This gives a lot of explanation in the scientific educational sides. First of all, apply it when establish a scaffolding setting strategy to be well-timed to student for question generation ability elevations in the professor - education sides usable. That is, analysis learning ability of student through analyses by an individual, and this may teach concretely to student at educations for a question generation. And the brain activity network in question generation processes regarding biological phenomenon is a meaning that brain study was systematized by establishment of introduction and analysis procedures of the new study way that utilized fMRI in scientific education. Because, this study provide functional information regarding braiv activity, and this is as a good empirical example to study it about functional integration and relevance. 이 연구의 목적은 생명현상에 대한 의문 생성에서 fMRI에 기반하여 두뇌 활성에 네트워크를 분석하는 것이다. 이를 위해 선행연구를 고찰하여 fMRI 측정 에 적합한 과제를 개발하여 블록 디자인으로 설계하였다. fMRI측정을 위해 연구 대상자로 총 26명을 선정하였으며, fMRI 영상 획득 및 영상 분석을 통해 생물학 의문 생성에서 두뇌 활성 영역을 파악하였으며, 총 38개의 두뇌 활성 좌표가 나타났다. 생명현상에 대한 의문 생성 과정에서 나타난 두뇌 활성 영역 간의 상관분석을 통하여 나타난 좌표쌍과 선행 연구의 의문 생성의 사고과정을 바탕으로 두뇌 활성 네트워크를 분석하였다. 그 결과 상관계수가 0.05수준(양쪽)에서 관련성이 유의한 좌표쌍으로 7쌍이 나타났다. 그것은 좌측 중전두이랑과 좌측 렌즈핵, 좌측 중전두이랑과 좌측 상두전소엽, 좌측 상두전소엽과 우측 상두전소엽, 좌측 렌즈핵과 좌측 중후두이랑, 좌측 중후두이랑과 우측 중후두이랑, 좌측 중후두이랑과 좌측 혀이랑 그리고 좌측 혀이랑과 좌측 하후두이랑이다. 이것은 의문 생성 과정에서 관찰현상을 분석하고 경험상황을 표상한 후 추출하여 경험현상과 관찰현상을 비교하고 판단한다는 선행연구와 일치함을 볼 수 있다. 이상의 연구 결과를 통해, 생명현상에 대한 의문 생성과 같은 고등 사고에서는 두뇌의 활성 영역에서 따로 기능을 하는 것이 아니라 영역 간에 상호작용을 하며 관련성을 가진다고 할 수 있다. 이것은 과학 교육측면에서 많은 시사점을 준다. 먼저, 교수-학습 측면에서 의문 생성 능력 향상을 위해 학습자에게 적절한 비계설정 전략을 수립할 때 적용하여 사용할 수 있다. 즉, 개인별 분석을 통해 학습자가 어떤 부분이 부족한지, 미진한지를 파악할 수 있으며 이것은 의문 생성을 위한 학습에서 학습자에게 구체적으로 지도를 할 수 있을 것이다. 그리고, 생명현상에 대한 의문 생성 과정에서의 두뇌 활성 네트워크는 과학 교육에서 fMRI를 활용한 새로운 연구 방법의 도입과 분석 절차의 확립으로 실제적인 두뇌를 연구할 수 있는 체계를 세웠다는 데 의의가 있다. 왜냐하면, 이 연구는 일차적으로 일어나는 두뇌 활동에 대한 기능적인 정보를 제공해주며, 이것은 두뇌의 기능적인 통합성과 관련성에 대해 연구하는데 좋은 경험적 사례가 될 수 있기 때문이다.

Simultaneous cortex-side fluorescence Ca²⁺ imaging : using a home-built optical system and whole-brain fMRI

Osman, Marwa Sungkyunkwan university 2025 국내석사

Understanding the dynamic interplay between neuronal activity and vascular responses is a central goal in systems neuroscience. Advances in neuroimaging have made it possible to explore this relationship across different spatial and temporal scales. Among these, the integration of wide-field calcium imaging and functional magnetic resonance imaging (fMRI) offers a promising approach to bridge cellular-level neural signals with brain-wide hemodynamic patterns. In this study, a multimodal imaging system was developed to achieve simultaneous acquisition of calcium fluorescence signals and high-resolution fMRI in mice. Leveraging the Thy1-GCaMP6f transgenic line, neuronal activity was captured in real time while cerebral blood volume (CBV)-weighted fMRI was recorded inside a 9.4T MRI scanner, enabling direct comparisons between neural and vascular signals during sensory stimulation under ketamine/xylazine anesthesia. The optical system employed alternating wavelengths (430 nm and 530 nm) to simultaneously capture GCaMP fluorescence and green reflectance signals, enabling real-time hemodynamic correction. We validated the system both outside and inside the MRI environment. Outside the magnet, calcium signals were contaminated by hemodynamic absorption and successfully corrected using reflectance-based normalization. Inside the MRI environment, the corrected calcium signal showed strong localization to the primary somatosensory cortex, consistent across subjects and closely matching CBV activation patterns both spatially and temporally. Quantitative temporal analysis revealed robust correlations among Ca²⁺ and vascular responses (HbT, and CBV), while also highlighting distinct differences in response latency and peak timing, underscoring the utility of this system for disentangling vascular and neuronal signals. This work establishes a reliable platform for simultaneous calcium-fMRI imaging. This integrated approach provides a powerful tool for bridging cellular-level neural signals with whole-brain hemodynamic readouts paving the way for future applications in awake imaging, network perturbation with optogenetics, and functional mapping under disease models, enhancing our understanding of brain-wide signal integration and neurovascular coupling. 신경 활동과 혈관 반응 간의 역동적인 상호작용을 이해하는 것은 시스템 신경과학의 중심 목표 중 하나입니다. 신경영상 기술의 발전은 이러한 관계를 다양한 시공간적 스케일에서 탐구할 수 있도록 해주었습니다. 그중에서도, 와이드 필드 칼슘 이미징과 기능적 자기공명영상(fMRI)의 통합은 세포 수준의 신경 신호와 뇌 전체의 혈류 역학 패턴을 연결할 수 있는 유망한 접근법을 제공합니다. 본 연구에서는 생쥐 모델을 대상으로 칼슘 형광 신호와 고해상도 fMRI를 동시에 획득할 수 있는 다중모드 영상 시스템을 개발하였습니다. Thy1-GCaMP6f 형질전환 생쥐를 활용하여 신경 활동을 실시간으로 기록하고, 9.4T MRI 스캐너 내부에서 뇌혈류량(CBV)에 기반한 fMRI를 수집하여 감각 자극 중 신경 및 혈관 신호 간의 직접적인 비교가 가능하도록 하였습니다. 광학 시스템은 430 nm 및 530 nm의 교차 파장을 사용하여 GCaMP 형광과 녹색 반사율 신호를 동시에 포착함으로써 실시간 혈류 보정을 가능하게 하였습니다. 이 시스템은 MRI 환경 내외부 모두에서 검증되었습니다. 자석 외부에서는 칼슘 신호가 혈류 흡수에 의해 왜곡되었으나 반사율 기반 정규화를 통해 성공적으로 보정되었습니다. MRI 내부에서도 보정된 칼슘 신호는 일관되게 일차 체성감각 피질(S1FL)에 강하게 국소화되었으며, 혈류 기반 CBV 활성화 패턴과 공간적, 시간적으로 밀접하게 일치하였습니다. 정량적 시간 분석에서는 Ca²⁺와 혈관 반응(HbT 및 CBV) 간의 강한 상관관계를 확인하였으며, 반응의 지연 및 피크 시점에서의 뚜렷한 차이를 통해 신경 및 혈류 신호를 구분할 수 있는 시스템의 유용성이 강조되었습니다. 본 연구는 칼슘 신호와 fMRI를 동시에 측정할 수 있는 신뢰성 높은 플랫폼을 확립하였습니다. 이 통합 접근법은 세포 수준의 신경 활동과 뇌 전체의 혈류 반응을 연결하는 강력한 도구로서, 각성 상태 영상, 광유전학을 활용한 네트워크 교란, 질환 모델에서의 기능적 지도화 등 향후 다양한 응용에 기여할 수 있으며, 뇌 전체 신호 통합 및 신경혈관 결합에 대한 이해를 증진시킬 수 있습니다.