운동 정보와 양안 부등 정보를 통해 본 3차원 입체시의 신경 기전

국문 초록 (Abstract)

깊이 정보와 운동 정보는 인간의 시각 체계가 3차원 공간에서 위치를 변화하는 대상들을 해석하고 적응적인 행동을 형성하는 데에 중요한 두 시각 특질이다. 동일한 대상에 포함된 깊이 정보와 운동 정보가 어떻게 상호작용하여 3차원 대상의 지각을 형성하는 가를 알아보기 위하여 두 편의 실험을 진행하였다.
1) 정신물리학적 접근: 특정 깊이에서 특정 방향으로 움직이는 무선 점들에 대한 시각 순응 전, 후에 깊이 및 운동 방향에 대한 탐지 역치를 측정하였다. 순응 후 깊이 탐지 역치는 측정 자극의 운동 방향이 순응 방향과 동일할 때 그렇지 않을 때에 비하여 더 증가하였다. 이와는 대조적으로, 기존의 문헌에서 발견된 결과와 달리 순응 후 관찰된 운동 방향에 대한 탐지 역치는 측정 자극의 깊이와 상관없이 동일한 수준이었다. 그러나 기존의 연구에서 사용된 순응 자극처럼 반대 방향을 가진 두 집단의 무선 점들을 동일한 시각 장의 다른 깊이에 중첩 제시했을 경우, 측정 자극의 깊이에 따라 순응 후 운동 방향의 탐지 역치가 변화하였다. 관찰된 실험 결과는 운동 정보가 깊이 정보의 처리에 선행하며 깊이 정보 처리에 영향을 미친다는 것을 암시하며, 기존의 연합 순응 연구들에서 관찰된 운동 순응의 깊이 의존성이 그 양에 있어서 재해석되어야 함을 시사한다.
2) 신경생리학적 접근: fMRI를 이용하여 깊이 및 운동 정보에 대한 순응 효과를 관찰하였다. 피험자는 특정 깊이에서 특정 방향으로 움직이는 자극에 순응한 후 깊이 혹은 운동 변별 과제를 수행하였다. 깊이 변별 과제 수행 시에 V1/V2 등의 시각 피질의 초기 영역에서는 감소된 fMRI 반응이 관찰되었으나 후기 배측 영역 MT에서는 fMRI 반응 양의 차이가 관찰되지 않았다. 운동 변별 과제 수행 시에는 시각 피질의 초기 및 후기 영역 모두에서 감소된 fMRI 반응이 관찰되었다. 이러한 결과는 물리적으로 동일한 자극에 대한 신경 반응이 피험자가 현재 처리해야 하는 정보가 달라짐에 따라 역동적으로 변화함을 시사한다.
본 연구는 깊이 정보와 운동 정보 간의 연합과 표상을 연구하는 정신물리학적, 신경생리학적 패러다임을 제공하였다. 이 패러다임은 본 연구의 관심 대상인 깊이 및 운동 정보 뿐 아니라 색, 방위 등 다른 시각 특질들의 연합에 관한 연구에도 광범위하게 적용될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Motion and stereoscopic depth are two indispensable features for the visual system to register the spatial layout of dynamic optical inputs in three-dimensional space and time. Representations of these two features share a common set of areas along the dorsal stream of visual cortex, suggesting intimate interactions between neural substrates specialized for the two features. However, the reciprocal nature of encoding the two features has not been systematically studied. This study investigated the relationships between stereopsis and motion via two methods: psychophysics and functional magnetic resonance imaging (fMRI). 1) In psychophysics, using a novel form of adaptation, we probed the perception of disparity- and direction-defined coherent surfaces in parallel before and after adaptation to a stimulus that moved in a single direction at a particular binocular disparity. Contrary to earlier findings, we found a strong asymmetry between motion and stereopsis: the detection of disparity signal after adaptation was more impaired when the test stimulus was moving in the adapted direction than in the non-adapted direction, whereas the test disparity hardly affected the detection of coherent motion. However, motion adaptation became dependent on disparity when we added another surface that was moving in the opposite direction at the opposite sign of disparity to those of the original adaptor, as in previous studies of contingent aftereffects. The observed asymmetric contingency between motion and disparity adaptation urges the reinterpretation of previously reported contingent aftereffects and suggests a corresponding asymmetry between neural mechanisms devoted to processing of motion and stereopsis in human visual cortex. 2) In the fMRI experiment, we measured fMRI responses while observers performed depth or motion discrimination task after adapting to an identical stimulus composed of a particular disparity and direction. The adaptation effects, which were defined by decreased fMRI responses compared to the ‘no adaptation’ condition, were observed with both task conditions in early cortical areas such as V1 and V2. In contrast, the dorsal area MT shows adaptation effects only for the motion discrimination condition. The results suggest that the brain activity to an identical visual stimulus changes depending on the observers’ task at hand and that this change is reflected in the later visual cortex than early areas. The current study offers psychophysical and neural methods to study reciprocal representations of stereopsis and motion. The paradigm may be also applied to other feature domains such as orientation or color.