Individual differences in regional gray matter volumes associated with cognitive control according to cognitive style : 인지적 통제 처리 과정과 관련된 회백질 부피의 인지양식에 따른 개인차

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With theoretical development of the cognitive control, there is an increasing number of studies investigating individual differences in cognitive control ability. Although there have been behavioral and functional evidence suggesting that individual differences in preference for modality-specific information (i.e., cognitive style) are relevant to the differences in cognitive control processes, its brain anatomical differences underneath it have not yet been investigated. Therefore, the current study sought to investigate individual structural differences according to the Object-Spatial-Verbal cognitive style using voxel-based morphometry (VBM) analyses, and its relevance with cognitive control processes during the word-spatial Stroop task. Additionally, neural activities of the regions detected in the VBM analysis were also analyzed. Behavioral results demonstrated that the negative relationship between the verbal and spatial cognitive style scores and that the higher the verbal preference score was, the lower the Stroop conflict effect. As a result of the VBM analysis, the preference score of verbal relative to spatial cognitive style was positively correlated with individual difference in the brain structures including the right superior temporal sulcus/gyrus, bilateral parahippocampal/fusiform gyrus, and left inferior temporal gyrus. Among these regions, regional gray matter volumes (rGMVs) in right superior temporal sulcus/gyrus were also negatively associated with the Stroop effects. Adversely, the neural activities in this region were positively correlated with the Stroop effects. The current findings provide anatomical evidence that verbal cognitive style is relevant to the language processes not in the basic level, but in a higher level. More importantly, these results suggest that individual differences in cognitive control can be partly explained by structural differences in the cognitive style-related regions and that functional differences in these regions show neural efficiency according to cognitive style.

국문 초록 (Abstract)

특정 목표를 향해 적응적으로 자신의 행동과 사고를 조율하는 능력을 인지적 통제 능력이라고 한다. 이에 관한 이론적 발전과 함께 인지적 통제 능력에서의 개인차를 성별, 나이, 지능 등 다양한 개인 변인으로 설명하고자 하는 연구들이 등장하였다. 그 중에서도 특정 정보처리에 대한 개인의 선호, 태도, 습관적 전략인 인지양식에 따라 인지적 통제 과정이 달라짐을 제안하는 행동적/신경기능적 연구들이 일부 존재하나, 신경해부학적 차이를 살펴본 연구는 전무한 상황이다. 따라서, 본 연구에서는 Voxel-based morphometry (VBM) 분석을 통해 대상-공간-언어 차원의 인지양식에 따른 개인의 신경 구조적 차이를 살펴보고, 발견된 영역들이 단어-공간 Stroop 과제를 수행할 때 측정된 인지적 통제 능력에서의 개인차와 관련성을 보이는지 상관분석을 실시하였고 마지막으로 과제 수행 시 해당 영역의 활성화 정도도 분석하였다. 행동적 결과에 따르면 언어 인지양식과 공간 인지양식이 유의미한 부적 상관을 보였으며, 공간에 비해 언어 인지양식을 선호할수록 더 적은 갈등 효과를 경험하였다. VBM 분석 결과에 따르면 공간보다 언어 인지양식을 선호할수록 우측 상측두이랑/구, 양측 해마방회/방추상회, 좌측 하측두회 영역의 회백질의 볼륨이 더 큰 것을 확인할 수 있었다. 이 중 우측 상측두이랑/구 영역의 회백질 볼륨이 스트룹 갈등 효과와 유의미한 부적 상관을 보였다. 이와는 반대로 기능적 영상 분석 결과 해당 영역의 활성화는 스트룹 갈등 효과와 정적 상관을 보이면서 신경효율성의 존재를 암시하였다. 본 연구는 언어 인지양식이 기본적 언어 정보처리가 아닌 복잡한 수준의 언어 처리 과정(예컨대, 은유, 의미, 맥락적 처리)과 관련되었음을 보여주는 해부학적 증거를 제시하였다. 무엇보다도, 인지적 통제 능력에서의 개인차가 인지양식과 관련된 영역의 구조적 개인차로 일부분 설명될 수 있는 가능성과 해당 영역의 활성화 분석을 통해 인지양식에 따른 신경효율성의 존재 가능성을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. INTRODUCTION 1
• Ⅱ. BACKGROUND 5
• 1. The cognitive control ability and individual variances 5
• 2. The object, spatial and verbal cognitive style 6
• 3. The plasticity of the brain structure 7
• Ⅲ. HYPOTHESES 9
• Ⅳ. METHODS 11
• 1. Subjects 11
• 2. Task and procedure 11
• 3. Imaging acquisition 13
• 4. VBM preprocessing and statistical analysis 14
• 5. fMRI preprocessing and statistical analysis 15
• Ⅴ. RESULTS 18
• 1. Behavioral results 18
• 2. VBM results 21
• 3. fMRI results 27
• Ⅵ. DISCUSSION 29
• REFERENCES 40
• APPENDIX 56