자연과 도시영상에 따른 대뇌 활성화 비교: 3.0T 기능적 자기공명영상법 = Comparison of Brain Activation Associated with Natural and Urban Scenic Views in Human Brain: 3.0T Functional MR Imaging

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study was to identify the differential brain areas associated with natural and urban scenic views using a 3.0 Tesla functional magnetic resonance imaging (fMRI).
A total of 28 right-handed participants, consisting of 16 males (mean age: 27±1.2) and 12 females (mean age: 28±5.5), underwent fMRI study on a 3.0T MR scanner (Siemens Medical Solutions, Germany). The stimulation paradigm consisted of 3 times rest condition and 2 times activation condition, in which each rest and activation period lasted for 30 and 120 seconds, respectively. The fMRI images were acquired from 25 transverse slices parallel to an AC-PC (anterior commissure to posterior commissure) line with a 5 mm slice thickness, giving a total of 4,125 images. The data were analyzed by statistical parametric mapping (SPM99) program to give functional brain maps under one sample and two sample t-tests. In addition, FALBA program was used to obtain the brain activation ratio(%) and lateralization index (LI).
The comparison of the brain activation by natural and urban scenic views using the one sample t-test were characterized as follows: the cerebral areas activated by the natural scenery were the occipital lobe including the visual centers, inferior frontal gyrus, inferior temporal gyrus, superior parietal gyrus, parahippocampal gyrus and cerebellum. Especially, the precuneus and insula were predominantly activated exclusively by the natural scenery. Brain activation areas associated with the urban scenic views were the occipital lobe, inferior frontal gyrus, hippocampus, parahippocampal gyrus and cerebellum. Especially, the superior temporal gyrus, middle temporal gyrus and amygdala were activated exclusively by the urban scenic views. Compared to urban scenery, the natural scenery gave more activation ratio in the occipital lobe including Brodmann's 17-19 areas. This higher activation ratio may be due to the increased attention and concentration caused by the natural scenic views which induce positive thinkings in human beings.
The differential brain activation between natural and urban scenic views using the two sample t-test were characterized as follows: the activation areas observed predominantly in the natural scenery over the urban were the precuneus, cuneus, superior parietal gyrus, postcentral gyrus, postcentral gyrus, inferior temporal gyrus, putamen, globus pallidus, caudate nucleus, anterior cingulate gyrus, insula and vermis. On the other hand, the predominant activation areas in the urban scenery over the natural were the anterior temporal pole, parahippocampal gyrus, inferior occipital gyrus, hippocampus and amygdala. The differential activation patterns of the natural and urban scenic views were presumably related with either positive or negative emotions such as happiness and comfort or anxiety and unpleasantness. Overall lateralization indices for brain activation showed the right predominance (LI = -20.6%) in the natural scenic views and the left predominance (LI = 43.8%) in the urban scenic views.
In conclusion, this study dealed with the evaluation of differential activation of the human brain associated with natural and urban scenic views using a 3.0 Tesla fMRI. These findings would be useful for an objective evaluation guide to assess the influence of ecological environment on human habitation in neuro-anatomical aspect.

국문 초록 (Abstract)

본 연구의 목적은 3.0 Tesla 기능적 자기공명영상법(function magnetic resonance imaging; fMRI)을 이용하여 자연과 도시풍경의 시각 자극에 따른 대 뇌중추의 활성화 영역의 차이점을 규명하고자 하였다.
오른손잡이의 남자 16명(25-29세: 평균 27±1.2세)과 여자 12명(20-38세: 평균 28±5.5세)을 대상으로 3.0T Magnetom Trio MR Scanner(Simens Medical Solutions, Germany)를 사용하여 기능적 자기공명영상을 얻었다. 대뇌의 활성화를 유도하기 위한 시각 자극 패러다임은 3번의 휴지기와 2번의 활성기로 구성되어 있고, 각각의 휴지기와 활성기 지속시간은 30초와 120초로 하였다. 이때 대뇌의 전교련과 후교련의 연결선을 기준으로 하여 25개의 횡단면으로부터 총 4,125개의 기초 영상을 획득한 후, SPM99 프로그램을 이용하여 대뇌의 활성화 영상을 얻었다. 통계분석 방법은 one sample과 two sample t-atest를 이용하여 대뇌의 활성화 강도(t- value)를 구하였고, 또한 FALBA 프로그램을 이용하여 대뇌 부위별 활성화 비율(%)과 좌 . 우반구 우세도(%)를 구하였다.
전체 피험자 28명을 대상으로 먼저 one sample t-atest(p <0.05)를 이용하여 자연과 도시풍경의 시각 자극에 의한 대뇌중추의 활성화 양상을 비교한 결과, 자연풍경에서 활성화된 영역은 후두엽 등을 포함한 각종 시각피질을 비롯하여, 하전두회, 하측두회, 상두정회, 해마방회 그리고 소뇌 등이었으며, 특히 도시풍경에서는 관찰할 수 없었던 설전부와 뇌섬엽에서 활성화를 보였다. 한편 도시풍경에서 활성화된 영역은 후두엽 등의 각종 시각피질을 비롯하여, 하전두회, 해마, 해마방회 그리고 소뇌 등이 포함되었으며, 자연풍경에서는 관찰할 수 없었던 상측두회, 중측두회 그리고 편도체에서 활성화를 보였다. 도시풍경에 비해서 자연풍경에서는 시각 자극과 관련이 있는 후두엽의 활성화 비율이 높게 나타났는데, 자연풍경이 긍정적인 효과를 유발시켜 시각적 자극에 대한 주의와 집중도를 높였기 때문이라고 생각된다.
Two sample t-atest(p <0.05)를 이용하여 자연과 도시풍경 간의 대뇌 활성화 양상을 비교한 결과, 자연풍경에서 우위를 보인 영역은 설전부, 설상부, 상두정회, 중심후회, 하측두회, 피각, 창백핵, 미상핵, 전대상회, 뇌섬엽 그리고 소뇌충부 이었으며, 도시풍경에서 우위를 보인 영역은 전측두극, 해마방회, 하후두회, 해마 그리고 편도체이었다. 자연풍경에서는 도시풍경에 비해 주로 긍정적 정서와 관련된 영역에서 활성화가 나타난 반면, 도시풍경에서는 인간의 원시적인 본능인 감정적 반응에 대한 기억(두려움, 공포, 불쾌감)을 담당하는 편도체와 같은 부정적 정서와 관련된 영역에서 활성화가 나타났다. 좌 . 우반구 우세도를 비교해 보면, 자연풍경에서는 우반구, 도시풍경에서는 좌반구 우세를 보였다.
결론적으로, 본 연구에서는 3.0T 기능적 자기공명영상법 이용하여 자연과 도시풍경의 시각 자극에 따른 대뇌중추의 활성화 양상의 차이점을 정성 . 정량적으로 평가할 수 있었다. 본 연구결과는 인간의 주거지와 관련하여 생태환경이 인체에 미치는 영향을 신경해부학적 측면에서 평가할 수 있는 객관적인 지표로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract = 1
• 1. Introduction = 4
• 2. Subjects and Methods = 7
• A. Subjects = 7
• B. MRI = 7
• C. Functional MRI = 7
• D. Data processing and statistical analysis = 8
• 3. Results = 12
• A. Comparison of the brain activation by natural and urban scenic views: one sample t -test = 12
• B. Differential brain activation between natural and urban scenic views: two sample t -test = 14
• 4. Discussion = 25
• 5. Conclusions = 33
• References = 35
• Abstract(Korean) = 41