언어의기능적자기공명영상 : 자극방법에따른활성화와편재화의차이 유재욱 2 조재민 1 최호철 1 박미정 1 최혜영 1 김지은 1 한헌 3 김삼수 3 전용환 3 강현수 4 목적 : 시각과청각을통한단어생성과제를이용하여언어의기능적자기공명영상을얻고, 자극을제시한방법에따라활성화되는뇌

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정철 영
5 years ago
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1 언어의기능적자기공명영상 : 자극방법에따른활성화와편재화의차이 유재욱 2 조재민 1 최호철 1 박미정 1 최혜영 1 김지은 1 한헌 3 김삼수 3 전용환 3 강현수 4 목적 : 시각과청각을통한단어생성과제를이용하여언어의기능적자기공명영상을얻고, 자극을제시한방법에따라활성화되는뇌영역이나편재화차이가있는지를알아보고자하였다. 대상및방법 : 정상성인남자 8명을대상으로하였고모두오른손잡이였다. 단어생성과제를사용하여언어기능의활성화를유도하였고, 시각과제와청각과제를시행하였다. 과제별로합산된평균활성화지도를얻었고신호의유의수준은 p < 0.05로하였다. 각과제별로나타난활성화영역을시각적, 통계학적방법으로비교분석하였다. 결과 : 시각과제와청각과제모두에서좌측이우세한활성화신호가나타났으며, 시각과제에서편재화가약간우세하였다. 전두엽 (Broca영역, 전운동영역, 보조운동영역 ) 과좌측후중측두엽은두과제에서공통적으로활성화가나타났다. 청각과제에서는광범위한양측측두엽의활성화가있었으며, 시각과제에서는양측후두엽과두정엽의활성화가나타났다. 결론 : 자극과관계없이공통적으로활성화된영역은언어의핵심영역으로, 자극과제별로다르게나타난부분은자극의인지와처리과정에따른활성화로생각된다. 시각과제는청각과제에비해편재화된활성화를얻을수있었으며언어의기능영상에있어유용한방법으로생각한다. 서론언어는정보교환에필수적인뇌기능이며, 의미를담은소리나기호를이용하여외부자극에대한정보를수용하고자신의사고를표현하게된다. 언어를사용하기위해서는청각과시각을통한감각기능, 운동성출력기능외에도적절한기억을포함한여러인지기능이필요하게된다. 언어와관련된연구는크게신경학적모델 (neurological model) 과인지모델 (cognitive model) 을중심으로진행되어왔다. 신경학적모델은 19세기후반 Broca, Wernicke 등이좌측전두엽의손상을받은환자는운동성실어증 (motor aphasia) 을, 좌측후측두엽의손상을받은환자는수용성실어 증 (sensory aphasia) 을나타냄을보고한병소결손연구 (lesion-deficit study) 로부터시작되었다. 신경학적모델은언어의세부기능은각기다른뇌부위에서담당하며특정부위의손상을받으면그기능이소실됨을이용하는연구방법으로, 전극삽입등을이용한전기생리학적연구방법도신경학적모델에기초를둔연구방법이다. 신경학적모델을이용한연구를통해언어의생성과이해는다른뇌부위에서이루어지며, 주어진자극의종류에따라다른부위의대뇌가관여함을알게되었다 (1-6). 언어기능의다른연구방법으로는인지모델을이용하는방법이있다. 인지모델은신경학적모델로설명하기어려운증상을나타내는여러환자의증상을설명하기위해시작되었으며, 증상과연관된언어의여러기능을세분하고이들세부기능간의 대한자기공명의과학회지 15: (2011) 1 경상대학교의학전문대학원영상의학교실 2 삼성서울병원영상의학과 3 강원대학교의과대학영상의학교실 4 을지대학교보건과학대학방사선학과접수 : 2011 년 6 월 29 일, 수정 : 2011 년 7 월 25 일, 채택 : 2011 년 8 월 18 일통신저자 : 조재민, ( ) 진주시칠암동 90, 경상대학교의학전문대학원영상의학교실 Tel. (055) Fax. (055) jmcho@gnu.ac.kr

2 언어의기능적자기공명영상 연관관계를도식화방법으로 20세기이후인지모델을이용한연구가활발히진행되어왔다 (7-9). 예를들어난독증환자는새로운단어는읽을수있으나불규칙한단어는읽지못하는유형과익숙한불규칙한단어는읽을수있으나새로운단어를읽지못하는두가지유형이있는데, 기존의신경학적모델에서설정된 Wernicke 영역과 Broca영역을사용하는단일경로로는두유형의난독증이나타나는현상을설명하기힘들다. 인지모델에서는읽기의경로에는신경학적모델에서설정된경로외에다른경로가있을것임을주장한바있고, 최근의연구에서 Wernicke영역을거치지않는다른경로가있음이간접적으로증명되기도하였다 (10). 하지만, 기존의신경학적모델이나인지모델을이용한연구는기능결손을가진환자를대상으로하기때문에연구대상에제한이있으며, 병소결손연구의경우병소가크고여러기능의손실이동반된경우가많아, 손상을받은부위와기능결손간의정확한연결이어려운경우가있고, 기능결손이그기능을담당하는중요영역의손상에의한것인지아니면중요영역간의연결부위에손상을받아기능결손이생긴것인지구분하기어려운단점이있다. 인지모델의경우환자에서나타나는여러기능결손을세부기능으로나누어환자의증상을잘설명하는장점이있으나각세부기능과연관된대뇌부위에대한해부학적정보가부족하다는단점이있다. 최근비침습적으로여러뇌기능을영상화할수있는기능적자기공명영상 (functional magnetic resonance imaging, 이하 fmri) 이개발됨에따라 fmri를이용한언어기능의영상화에대한연구가활발히보고되고있다 (11-16). fmri를이용한언어기능의연구는기존의연구방법과는달리기능결손이없는정상인을대상으로시행할수있으며, 병소가없는부위의기능을함께평가할수있고, 자기공명영상 (magnetic resonance imaging, 이하 MRI) 을이용하여정확한해부학적정보를알수있다는장점이있어언어의기초연구나임상적용의범위가더욱증가할것으로생각된다. 하지만언어의 fmri에서 fmri를얻기위한자극과제, 영상획득방법, 분석방법등은아직까지표준화되어있지않아연구자에따라다양한방법이사용되고있으며, fmri에서어떤과제나자극방법이언어기능의영상화에가장적합한지는알려져있지않다. 언어의 fmri에서언어기능의활성화를유도하기위해언어와연관된자극과제를사용하게되는데지금까지음절이나단어를제시하고이와연관된단어를생각해내는단어생성과제, 주어진단어의여러특성에대한판단을요구하는판단과제, 주어진자극을읽거나따라말하게하는과제, 주어진그림의이름을말하게하는그림명명과제등의여러자극과제가다양하게사용되고있으며, 과제와연관된자극을제시하는방법으로눈으로글자나그림을보게하는시각적방법과소리로들려주는청각을이용하는방법이모두사용되고있다. 기존의연구에서언어와연관되어활성화신호가나타난부위나활성화의정도는사용한과제나자극제시방법에따라다양하며이는 사용한자극과제나자극제시방법의차이에따른것으로해석되고있으며 (12), 사용한과제나자극의방법에따라어떠한차이가있는지에대한보고는많지않다. 국내에서는유등 (16) 이시각적자극을사용한단어생성과제와판단과제를비교하여단어생성과제를이용한경우활성화신호가많음을보고한바있고, 유등 (17) 은단어생성과제를이용하여시각과제와청각과제에서운동성언어중추의활성화는큰차이가없음을보고한적이있으나이들의연구는전두엽에국한되어수행되었다. 단어생성과제는 Petersen 등 (18) 이 PET을이용한기능적영상에처음사용한이후 PET이나 fmri를이용한언어기능의연구에서가장널리사용되고있는자극과제이며, 기존의연구에서오른손잡이의경우대뇌의여러부위에좌측이우세한활성화를유도함이보고되어있다 (12,16). 본연구에서는단어생성과제를시각과청각을이용하여제시하고, 시각과제와청각과제에서유도되는활성화영역이나활성화신호의편재화에차이가있는지를알아보고자하였다. 대상및방법 1. 대상대학재학이상의학력을가진정상성인남자 8명 (19~28 세 : 평균 24.3세 ) 을대상으로하였고, 특별한과거병력이나신경학적이상소견은없었다. 신경심리검사 (19) 를이용하여손잡이를결정하였고모두오른손잡이였다. 2. 자기공명영상 MRI는 1.5T 초전도자기공명영상장치 (GE medical system, Signa, Milwaukee, USA) 를사용하였다. fmri는 echo planar image ( 이하 EPI)-BOLD (blood oxygen level dependent) 기법 (Interleaved gradient echo single shot EPI, TR/TE 3000/60 msec, 숙임각 (flip angle) 90, 화소 64 64, 절편두께 5 mm, FOV 24 cm) 을이용하였고, 전교련 (anterior commissure) 과후교련 (posterior commissure) 을연장한선을기준으로 20개의횡단면으로구성된체적영상을얻었으며가능한한모든대뇌가포함되도록조정하였다. 자극과제는 2번의활성기와 3번의휴식기로구성되었으며, 각휴식기와활성기에 10회의체적영상을 3초간격으로얻었으며, 각휴식기와활성기의영상획득시간은 30초였다 (Fig. 1). EPI 영상이평형기 (equilibrium state) 를이루기전의높은신호를보정하기위해 12초간 (4회) 모조영상 (dummy scan) 을 fmri를얻기전에추가로얻었으며모조영상을포함한총영상획득은 162초가소요되었다 (Fig. 1). 모조영상은이후영상분석에서제외하였다. fmri를얻기전에동일한위치에서 T1-강조영상 (TR/TE 417/9 msec, 화소 , 절편두께 5 mm, FOV 24 cm) 을얻어해부학적영상으로사용하였다

3 유재욱외 3. 자극과제 fmri의활성기에언어의활성화를유도하기위해단어생성과제를사용하였다. 각과제는 2번의활성기와 3번의휴식기로구성하였으며활성기에는매 3초마다새로운음절을제시하고같은음절로시작하는명사를최대한많이생각해내어속으로말하게하였다 ( 예 : 기 --> 기차, 기린.). 실험을시작하기전대상자에게과제의수행방법에대하여미리설명하고연습하도록하였고, 대상중 4명은청각과제를먼저수행하고, 4명은시각과제를먼저수행하도록하여과제간선행효과를균형화하도록하였다. 시각과제의경우자극은 MRI 촬영실안에반투명화면의스크린을설치하고 MRI 조정실에서퍼스널컴퓨터와 LCD 프로젝터를이용하여촬영실안의스크린에제시하였고, 피험자는두부코일 (head coil) 내에부착된거울을통해스크린에제시된자극을볼수있도록하였다. 실험시작전에스크린이최대한보이도록거울의각도를조정하였고, 피험자의시력이문제되는경우금속성물질을제거한안경을사용하여시력을보정하였다. 청각과제는 MRI촬영실에서사용할수있게자체제작한스피커시스템에연결된헤드폰을사용하였고, 자극은 MRI 조정실내에위치한음향시설을이용하였다. 시각과제의휴식기에는화면의중앙에있는십자모양을주시하게하였고, 청각과제의경우스캐너의소음에집중하고가능한다른생각을배제하도록하여일차감각영역과연관된활성화의감산을시도하였다. 4. 영상후처리와분석 1) 영상후처리얻어진데이터의영상후처리는퍼스널컴퓨터로옮겨온뒤아날라이즈 (analyze) 파일형식으로변환한후 fmri 분석소프트웨어인 Statistical parametric mapping 프로그램 (SPM 99, MRC Cyclotron Unit, London, UK) 을이용하여분석하였다. 모조영상을제외한 50개의체적영상을 SPM 99에서제 공하는재정렬 (realignment) 기능을이용하여첫번째영상을기준으로하여움직임을보정하였고, 재정렬된 fmri data의평균체적영상과해부학적영상 (T1-강조영상) 을비교하여상관정립 (coregister) 을시행하였다. 상관정립이된 fmri data와해부학적영상은각개인의해부학적차이를교정하기위해 SPM 99에서제공하는표준영상을이용하여정상화 (normalization) 하였다. 보정되지않은뇌피질의차이를극복하기위하여 8 mm의 FWHM (full width at half maximum) 을갖는 3차원가우시안커널 (Gaussian kernel) 을중첩하여편평화 (smoothing) 하였다. 2) fmri의분석준비가된fmri 데이터의통계분석은 box-car 모델 (modified box-car model) 을이용하여디자인한후선형분석 (linear regression analysis) 을시행하였다. 화소단위의 t-test를시행하여활성화지도 (statistical parametric mapping) 를얻었고유의수준 0.05의 corrected p-value를사용하였다. 얻어진활성화지도는정상화 (normalization) 된 T1 강조영상또는 SPM 99에서제공하는 3차원모형에중첩하여최종활성화영상을얻었다. 각과제별로공간적정상화 (spatial normalization) 된데이터를이용하여그룹분석을시행하였고, 유의수준 0.05의 corrected p-value를기준으로활성화영상을얻었다. 얻어진활성화영상은 SPM 99에서제공하는 3차원모형에중첩하여과제별평균활성화영상을얻었다. 과제별차이를통계학적으로분석하기위해두과제간의통계학적감산을함께시행하였다. 평균활성화영상을기준으로과제별로나타난활성화영역을분석하였고, 활성화신호가나타난부위나활성화신호의편재화에차이가있는지를육안적으로분석하였다. Fig. 1. Diagram of fmri acquisition

4 언어의기능적자기공명영상 결과 1. 시각과제에서나타난활성화영역 (Fig. 2) 시각과제를이용한 fmri에서양측반구의여러부위에서활성화신호가나타났으며활성화신호는좌측이우세하였다. 전두엽에서는하전두회 (Brodmann s area, BA 44, 45), 중전두회 (BA 46), 운동영역, 전운동영역과보조운동영역 (Supplementary motor area; BA 4, 6) 에서활성화신호가나타났다. Broca 영역으로알려진하전두회의활성화는좌우반구에차이가있었다. 덮개부 (opercular part, BA 44) 의활성화는양측에서나타났으나세모부분 (triangular part, BA 45) 의활성화는좌측에서만나타났고앞쪽으로중전두회의전전두피질 (BA 46) 과연결되었다. 두정엽에서는하두정엽 (inferior parietal lobule) 과각회 (BA 39), 상연회 (BA 40) 에서활성화신호가나타났고, 상연회의활성화는좌반구에서만나타났다. 측두엽에서는좌측후중측두회 (BA 21) 에서활성화가나타났다. 후두엽 (BA 17, 18, 19) 에양측성으로활성화신호가나타났으며우측이우세하였다. 2. 청각과제에서나타난활성화영역 (Fig. 3) 청각과제를이용한 fmri에서도양측반구의여러부위에서활성화신호가나타났으며좌반구의활성화가우세하였다. 전두 Fig. 2. Average activation maps of visual word generation task rendered on template brain (8 data were group). Left dominant activation is seen in the inferior frontal gyrus, premotor, supplementary motor areas, both angular gyri, and both occipital lobes. Temporal activation is demonstrated in the middle temporal gyrus. Fig. 3. Average activation maps of auditory word generation task rendered on template brain (8 data were group). Frontal activations are similar to those of the visual task (Fig. 2). Extensive temporal activations encompass superior, posterior middle and inferior temporal gyri are noted. Left dominance is less prominent than visual task

유재욱외 엽에서는하전두회 (BA 44, 45), 중전두회 (BA 46), 운동영역, 전운동영역과보조운동영역 (BA 4, 6) 에서활성화신호가나타났다. 청각과제에서도시각과제와비슷하게양측성으로 Broca 영역의활성화가나타났으며, 덮개부의활성화는양측성으로나타났지만세모부분 (triangular part, BA 45) 의활성화는좌측에서만나타났다.

5 유재욱외 엽에서는하전두회 (BA 44, 45), 중전두회 (BA 46), 운동영역, 전운동영역과보조운동영역 (BA 4, 6) 에서활성화신호가나타났다. 청각과제에서도시각과제와비슷하게양측성으로 Broca 영역의활성화가나타났으며, 덮개부의활성화는양측성으로나타났지만세모부분 (triangular part, BA 45) 의활성화는좌측에서만나타났다. 양측측두엽에광범위한활성화가나타났으며좌측이우측에비해우세하였다. 활성화신호는상측두회 (BA 41, 42) 에서, 중축두회 (BA 21, 22), 하측두회 (BA 37) 까지연장되었다. 두정엽과후두엽에서는의미있는활성화신호가없었다. 3. 시각과제와청각과제의비교전두엽과좌측중측두회의활성화는두과제에서공통적으로나타났다. 전두엽에서공통적인활성화는하전두회, 중전두회, 운동영역, 전운동영역과보조운동영역에서나타났고, 활성화가나타난부위는두과제사이에큰차이가없었으나시각과제가청각과제에비해좌측으로편재화되어나타났다. 청각과제에서는광범위한양측측두엽활성화가특징적으로나타났으며, 시각과제에서는좌측후중측두회에서만활성화신호가나타났다. Fig. 4. Activation maps of task difference for the visual and auditory task. Red indicates significantly more activation in the visual task. 양측후두엽, 두정엽구, 각회, 좌측상연회의활성화는시각적과제에서만나타났다. 통계학적으로시각과제에서청각과제를감산한영상이나청각과제에서시각과제를감산하여얻은활성화영상 (Fig. 4) 에서도육안비교와비슷한결과를나타내었다. 고찰본연구에서두가지자극과제를이용하여 fmri를시행하였을때자극을제시하는방법에따라다른패턴의활성화가나타났고, 주어진자극의종류에따라다른부위의대뇌가관여함을확인할수있었다. 청각과제와시각과제에서활성화의차이를나타낸부위 (modality dependent area) 는주어진자극의인식이나처리와연관된뇌영역으로판단된다. 과제별로특징적으로나타난측두엽, 후두엽, 두정엽의활성화는주어진음절이나소리의처리와연관된 1차및 2차감각영역의활성화로생각된다. 본연구에서는휴식기에스크린의중앙에있는십자모양이나스캐너의소음에집중하도록하여 1차적인자극의인식에따른활성화의감산을시도하였는데, 활성기에사용한자극에비하여단순하며, 변화가없고, 집중을요구하는정도에차이가많아감각기능에의한활성화를효과적으로감산하지못한것으로생각된다. 하지만이들영역이손상을받을경우에도언어기능의손실이동반되기때문에임상적으로는언어기능의핵심영역못지않게중요한부위로생각된다. 또한, 기존의연구에서자극과연관된과제를수행할경우자극과관계없는과제를수행하는경우와비교하여1차또는 2차감각영역의활성화가증가한다는보고가있으며 (20), 감각영역과중첩되어시각적또는청각적언어정보가저장된다는보고가있어 (18), 과제별로활성화신호가달리나타난영역에도언어기능의핵심영역이있을수있겠다. 청각과제에서나타난측두엽의활성화는좌측이우세하였고 Wernicke영역으로알려진상측두회의활성화를포함하고있어언어의중요중추가포함되었을가능성이있겠으나감각영역의활성화와구분은어려웠다. 각회가시각적언어기능에중요한역할을함은잘알려진사실이다 (2). 본연구에서도각회의활성화는시각과제에서만나타나시각적언어기능과보다밀접한관련이있음을확인할수있었다. 하지만본연구에서나타난각회의활성화는뒤쪽으로두정엽구의활성화와접하여있으며양측성으로나타나고있어언어중추활성화의가능성과시각정보의 2차처리과정에따른활성화의가능성이모두있겠다. 두과제에서공통적으로활성화된부위는자극의처리와는관련이적은부위 (modality independent area) 로언어기능의보다핵심적인영역으로생각되며기존의연구에서언어의핵심영역으로알려진 Broca영역과중측두엽이포함되어있었다. 두과제에서공통적으로활성화가나타난부위는전두엽이대부분이었다. 전두엽은언어의기능영상에서가장많은활성화를보이는부분이며, 전두엽의활성화는언어의출력기능이

6 언어의기능적자기공명영상 외에도집중, 단기기억, 적절한단어의기억및재생을위한계획등자극과제의수행또는언어의사용에필요한여러기능과연관된것으로해석되고있다 (12, 21-23). 두과제모두에서외측에서는 Broca영역으로알려진하전두회, 좌측전전두피질과전운동영역 (BA 46, 6) 의활성화가있었으며이들영역은기존의영상연구에서자발적인언어생성 (willed action) 또는작업기억 (working memory) 과연관이있는부위로보고되어있다 (23, 24). 하전두회의활성화는양측성으로나타났으며운동성언어중추로알려진 Broca영역과일치하였다. 덮개부 (BA 44) 의활성화는양측에서나타났으나삼각부의활성화는좌측에서만나타났고앞쪽으로전전두피질 (BA 46) 과연결되어나타났는데, 시각과제와청각과제모두에서비슷한경향을나타내었다. 최근기능적영상에서 Broca 영역은언어의출력기능외에도단어의연관관계나의미와도밀접한관련이있으며, Broca영역내에위치에따라다른기능을가지고있음이보고된바있다. 뒤쪽에위치하며운동영역과인접한덮개부는기본적인언어출력과연관이있는것으로설명되고있으며, 들려준단어를따라말하거나 (repetition) 보여준단어를읽는과제 (reading) 를수행한기능영상연구에서덮개부의양측성활성화가나타나지만삼각부의활성화는없다는것이보고되어있다 (25, 26). 덮개부의앞쪽에위치하는삼각부는주어진단어와연관이있는단어목록을만들거나단어를조합해문장을만드는것과연관이있다는보고가있다 (27-29). 본연구에서좌측에나타난덮개부의활성화는주어진음절과관련된단어를찾아내는검색과정, 특히어휘판단과정과연관된활성화로생각할수있겠으며기존의연구와일치된결과로생각된다. Carpentier 등 (29) 은문장과제를이용한시각자극과청각자극을비교한연구에서삼각부는청각과시각과제모두에서덮개부는시각과제에서만나타남을보고하면서덮개부는주어진시각자극을음운화하는데관여하는것으로설명하였는데본연구에서두과제간에덮개부활성화의차이는없었다. 내측전두엽에서는두과제모두에서 SMA에서활성화가나타났는데 SMA의활성화는자발적인언어생성의시작과연관이있다고알려져있다 (30, 31). 좌측 SMA의활성화는대상회전까지연장되었는데이부위는조건의선택과연관이있는것으로알려져있으며연상과관계있는언어의기능영상에서도활성화가보고된바있다 (27). 시각과제에서측두엽의활성화는좌측중측두회에서만나타났고, 청각과제에서두정엽의활성화가없어, 측두정엽에서공통적으로활성화가나타난영역은예상보다적었다. 최근의병소결손연구는기존의이해중추로알려진 Wernicke 영역에비해넓은부위의측두정엽이언어의이해기능과연관되어있음을주장하고있으나 (32-34), 기능영상을통한연구에서는사용한과제나방법에따라다양한정도의측두정엽활성화가보고되고있다 (35, 36). fmri 연구에서 Wernicke영역으로생각하는측두엽의활성화는신경학적모델에서도출된상측두회보다는 상측두구와인접한중측두회의활성화가많은데 (12, 13, 21) 본연구에서공통적인활성화를나타냈던중측두회의활성화부위는기존의연구와일치하는부위로생각된다. 측두정엽의활성화가적은것은사용한과제의특성과연관이있는것으로생각된다. fmri에서측두정엽의활성화는단어간의연관성이나특정범주의기억을검색해야하는경우증가하는것으로보고되어있다. 단어생성과제의사용하는경우단어간의연관성이높은단어를검색해야하는동사생성과제 (verb generation task) 가명사생성과제 (noun generation task) 에비해측두정엽의활성화가많이나타남이보고되었고 (21), 검색하는기억의범주별 ( 도구, 얼굴 ) 로전측두엽의다른부위의활성화를유도함이보고된바있다 (37). 본연구에서사용한단어생성과제는같은음절로시작하는단어를생각하게한과제로, 단어간의연관성이적고여러범주의단어를번갈아접근하였기때문에측두정엽의활성화가잘나타나지않는원인일수있겠다. 추후범주별단어를사용하는과제나문장과제, 판단과제등의다른과제를이용한추가연구가필요할것으로생각된다. 자극방법도측두엽의활성화에영향을미치는것으로알려져있다. 읽기나반복하기과제를이용한기존의보고에서청각을이용한경우 Wernicke 영역의활성화가항상나타나지만시각과제의경우불규칙적으로나타남이보고되어있다 (38). 본연구의결과에서청각과제를사용한경우측두엽에광범위한활성화가나타났고, Wernicke영역을포함하고있어기존의보고와일치하는소견이지만, 양측성으로상측두회에서하측두회에걸친커다란활성화로감각영역의활성화와구분이되지않았다. 감각영역의활성화와의구분을위해서는휴식기에보다엄격한감산을할수있는대조과제를수행하게하는새로운자극과제를이용한추가연구가필요할것으로생각한다. 각회와상연회를포함한하두정엽 (inferior parietal lobule) 은병소결손연구에서시각적또는청각적단어형태의정보와연관되어있으며, 손상을받을경우시각과청각을통한언어이해의기능에장애가일어남이보고되어있다 (34). 각회는시각적언어기능에중요중추로알려져있으며 (1), 본연구에서도시각과제에서만나타나시각적언어기능과보다밀접한관련이있음을확인할수있었다. 하지만, 각회의손상이있는경우시각뿐만아니라청각을통한언어이해의기능에장애가일어날수있음이보고되어있고, 기능영상연구에서는문장수준의요구가있거나연관된단어의기억을검색하는과제에서청각적자극으로도활성화가유도된다는보고가있으며 (36, 39, 40), 글자와연관이적은그림이나얼굴인식과제를사용한연구 (39) 에서도활성화가유도됨이보고되어있어시각적언어기능외에도전반적인연상이나이해와도연관이있다고해석되고있다. 상연회는청각적언어기능, 특히본연구의과제에서요구하는음운에대한정보와밀접한연관이있다고알려져있는데 (38), 본연구에서청각과제에서는활성화가나타나지않았고시각과제에서만활성화가나타났는데정확한이유는알수

7 유재욱외 없었다. 시각과제와청각과제의편재화를비교하였을때시각과제가청각과제에비해좌측으로편재화된활성화를나타내었고, 청각과제에서나타난양측측두엽의활성화를제외하여도시각과제의편재화가약간우세하였다. 이는문장과제를이용한기존의보고 (29) 와일치하는결과이다. fmri의임상적용으로대표적인것은간질환자를대상으로시행하는 Wada 검사를대신하여언어의우세반구를판정하고자하는연구인데 (41-44), 단일과제를사용할경우시각과제가보다편재화된활성화를유도할수있어청각과제에비해임상적용에유리할것으로생각된다. MRI의특성상시각과제를제시하기위한스크린의설치가 MRI에적합한스피커나트랜스듀서의설치에비해간편하며, 스캐너의소음에영향을받지않아자극이좀더명확하게전달될수있다는것도시각과제의장점으로생각된다 (15,17). 본연구에서소음의감소와청각자극의보다명확한전달을위해자체제작한스피커시스템과헤드폰을사용하였음에도대상자들은잡음으로인해소리를듣는데어려움이있었거나소리의전달에모호한부분이있었다고호소하였다. 또한대조과제를설정하여감각영역의감산을시도할경우청각과제의 fmri에서나타난광범위한양측측두엽의활성화가감산되며, 언어의중요영역으로알려진측두엽의활성화를감산할가능성이시각과제에비해높아보인다. 하지만, 본연구의결과와같이시각과제와청각과제에서활성화부위가다르게나타날수있고, 측두정엽의경우사용하는과제에따라활성화를충분히얻지못할가능성이있어기능적수술 (functional surgery) 의수술전지도작성을목적으로 fmri를시행하는경우에는병변의위치에따라과제를선택하여적용하는것이좋을것으로생각한다. 본연구의제한점으로는대상으로하였던수가적어활성화영역이나편재화의차이에통계적유의성을검증하기어렵다는점과자극과제의특성상과제를얼마나성실히수행하는가는대상자의의지에의존할수밖에없어 fmri에서활성화신호가적은경우어떤이유로활성화가적어졌는지정확한판단을할수없다는것이있겠다. 예상과는달리측두정엽의활성화는많이나타나지않았는데이는사용한과제가주어진음절로시작하는단어를생각해내는과제로단어의의미나단어간의관련에대한정보보다는음운과관련된정보를많이사용하였기때문으로생각된다. 추후문장과제나판단과제등의다른과제를이용한추가연구가필요할것으로생각된다. 요약하면저자들은본연구를통하여시각과청각을통한단어생성과제를이용하여대뇌의여러부위가언어기능과연관되어있으며, 주어진자극의종류에따라다른부위의대뇌가관여함을확인할수있었다. 시각과제와청각과제에서공통적으로활성화된 Broca영역을포함한전두엽과중측두회는언어의핵심적기능을담당하는영역으로생각할수있겠다. 후두엽과측두정엽의활성화는시각자극에서만관찰되었는데주어진자극의인식과처리등에연관된활성화로생각된다. 시각과제는청각과제에비해편재화된활성화를유도하였으며, 단일과제를사 용하여언어기능에대한연구를수행하거나우세반구를판정하고자하는임상적용의경우청각과제에비해유용한방법으로생각된다. 참고문헌 1.Lichtheim L. On aphasia. Brain 1885;7: Geshwind N. Disconnexion syndromes in animals and man. I. Brain 1965;88: Rothwell JC, Day BF, Thompson PD. Some experiences of techniques for stimulation of human cerebral motor cortex through the scalp. Neurosurgery 1987;20: Toga and Mazziota. Brain mapping: the system. Academic press. Chapter : Schaffler L, Luders HO, Dinner DS, Lesser RP, Chelune GJ. Comprehension deficits elicited by electrical stimulation of Broca s area. Brain 1993;116: Ojemann GA. Cortical organization of language. J Neurosci 1991;11: McClelland JL, Rumelhart DE. An interactive action model of context effects in letter perception: an account of basic findings. Psychol Rev 1981;88: Levelt WJM. Speaking: from intention to articulation. Cambridge: MIT press, Seidenberg MS, McClelland JL. A distributed, developmental model of word recognition and naming. Psychol Rev 1989;96: Marshall JC, Newcombe F. Patterns of paralexia: a psycholinguistic approach. J Psycholinguist Res 1973;2: McCarthy G, Blamire AM, Rothman DL, Gruetter R, Shulman RG. Echo-planar magnetic resonance imaging studies of frontal cortex activation during word generation in humans. Proc Natl Acad Sci 1993;90: Binder JR. Functional magnetic resonance imaging: language mapping. Neurosurgery Clin North Am 1997;8: Binder JR, Frost JA, Hammeke TA, Cox RW, Rao SM, Prieto T. Human brain language areas identified by functional magnetic resonance imaging. J Neurosci 1997;17: 정희영, 김재형, 신태민등. 1.5 T 자기공명영상을이용한사람뇌의언어관련기능의 Mapping: 운동성언어기능을중심으로. 대한방사선의학회지 1998;38: 유인규, 장기현, 송인찬등. EPI 기법을이용한운동성뇌언어중추의기능적자기공명영상. 대한방사선의학회지 1998;38: 유재욱, 나동규, 변홍식등. 언어영역의기능적자기공명영상. 대한자기공명의과학회지 1999;3: 유이령, 안국진, 김태, 이재문. 기능적자기공명영상을이용한뇌의우세운동성언어중추의결정 : 시각과청각적자극방법의비교. 대한방사선의학회지 1999;41: Petersen SE, Fox PT, Posner MI, Mintun M, Raichle ME. Positron emission tomographic studies for the cortical anatomy of single word processing. Nature 1988;331: Oldfield RC. The assessment and analysis of handedness: the edinburgh inventory. Neuropsychologia 1971;9:

8 언어의기능적자기공명영상 20.Frost JA, Binder JR, Possing ET, Bellgowan TA, Hammeke TA. Stimulus novelty affects superior temporal gyrus activation. Neuroimage 1998;7:S Warburton E, Wise RJS, Price CJ, et al. Noun and verb retrieval by normal subjects studies with PET. Brain 1996;119: Frith CD, Friston KJ, Liddle PF, Frackowiak RSJ. A PET study of word finding. Neuropsychologia 1991;29: Frith CD, Friston KJ, Liddle PF, Frackowiak RSJ. Willed action and the prefrontal cortex in man: a study with PET. Proc R Soc Lond B Biol Sci 1991;244: Paulesu E, Frith CD, Frackowiak RS. The neural correlates of the verbal component of working memory. Nature 1993;362: Price CJ, Wise RJ, Frackowiak RS. Demonstrating the implicit processing of visually presented words and pseudowords. Cereb Cortex 1996;6: Price CJ. The anatomy of language: contributions from functional neuroimaging. J Anat 2000;197: Chee MW, O Craven KM, Bergida R, Rosen BR, Savoy RL. Auditory and visual word processing studied with fmri. Hum Brain Mapp 1999;7(1): Costello AL, Warrington EK. Dynamic aphasia: the selective impairment of verbal planning. Cortex 1989;25: Carpentier A, Pugh KR, Westerveld M, et al. Functional MRI of language processing: dependence on input modality and temporal lobe epilepsy. Epilepsia 2001;42: Damasio AR, Geschwind N. The neural basis of language. Annu Rev Neurosci 1984;7: Mesulam MM. Large-scale neurocognitive networks and distributed processing for attention, language, and memory. Ann Neurol 1990;28: Kertesz A, Sheppard A, MacKenzie R. Localization in transcortical sensory aphasia. Arch Neurol 1982;39: Alexander MP, Hiltbrunner B, Fischer RS. Distributed anatomy of transcortical sensory aphasia. Arch Neurol 1989;46: Hart J Jr, Gordon B. Delineation of single-word semantic comprehension deficits in aphasia, with anatomical correlation. Ann Neurol 1990;27: Wise R, Chollet F, Hadar U, Friston K, Hoffner E, Frackowiak R. Distribution of cortical neural networks involved in word comprehension and word retrieval. Brain 1991;114: Demonet JF, Chollet F, Ramsay S, et al. The anatomy of phonological and semantic processing in normal subjects. Brain 1992;15: Damasio H, Grabowski TJ, Tranel D, Hichwa RD, Damasio AR. A neural basis for lexical retrieval. Nature 1996;380: Moore CJ, Price CJ. Three distinct ventral occipitotemporal regions for reading and object naming. Neuroimage 1999;10: Gorno-Tempini ML, Price CJ, Josephs O, et al. The neural systems sustaining face and proper-name processing. Brain 1998; 121: Mummery CJ, Patterson K, Hodges JR, Price CJ. Functional neuroanatomy of the semantic system: divisible by what? J Cogn Neurosci 1998;10: Desmond JE, Sum JM, Wagner AD, et al. Functional MRI measurement of language lateralization in Wada-tested patients. Brain 1995;118: Binder JR, Swanson SJ, Hammeke TA, et al. Determination of language dominance using functional MRI: a comparison with the Wada test. Neurology 1996;46: van der Kallen BFW, Morris GL, Yetkin FZ, van Erning LJTO, Thijssen HOM, Haughton VM. Hemispheric language dominance studied with functional MR: preliminary study in healthy volunteers and patients with epilepsy. AJNR Am J Neuroradiol 1998;19: 유재욱, 나동규, 변홍식등. 기능적자기공명영상을이용한언어기능의편재화 : Wada 검사와의비교에관한예비연구. 대한방사선의학회지 1999;40:

9 유재욱외 J. Korean Soc. Magn. Reson. Med. 15: (2011) Functional MRI of Language: Difference of its Activated Areas and Lateralization according to the Input Modality Jae Wook Ryoo 2, Jae Min Cho 1, Ho Chul Choi 1, Mi Jung Park 1, Hye-Young Choi 1, Ji Eun Kim 1, Heon Han 3, Sam Soo Kim 3, Yong Hwan Jeon 3, Hyun-Soo Khang 4 1 Department of Radiology, Gyeongsang National University School of Medicine 2 Department of Radiology, Samsung Medical Center 3 Department of Radiology, Kangwon National University College of Medicine 4 Department of Radiology Technology, Eulji University College of Health Sciences Purpose : To compare fmris of visual and auditory word generation tasks, and to evaluate the difference of its activated areas and lateralization according to the mode of stimuli. Materials and Methods : Eight male normal volunteers were included and all were right handed. Functional maps were obtained during auditory and visual word generation tasks in all. Normalized group analysis were performed in each task and the threshold for significance was set at p<0.05. Activated areas in each task were compared visually and statistically. Results : In both tasks, left dominant activations were demonstrated and were more lateralized in visual task. Both frontal lobes (Broca s area, premotor area, and SMA) and left posterior middle temporal gyrus were activated in both tasks. Extensive bilateral temporal activations were noted in auditory task. Both occipital and parietal activations were demonstrated in visual task. Conclusion : Modality independent areas could be interpreted as a core area of language function. Modality specific areas may be associated with processing of stimuli. Visual task induced more lateralized activation and could be a more useful in language study than auditory task. Index words : Brain Magnetic resonance (MR) Functional Language Address reprint requests to : Jae Min Cho, M.D., Department of Radiology, Gyeongsang National University Hospital, 90 Chilam-dong, Jinju , Korea. Tel Fax jmcho@gnu.ac.kr

( )Kju098.hwp

( )Kju098.hwp 건강한젊은남성과중년남성에서성적자극에의한뇌의활성화비교 Difference of Brain Activation by Visual Erotic Stimuli in Young and Middle-aged Healthy Males Dong Wan Sohn, Kang June Cho, Hyo Sin Kim, Choong Bum Lee, Sung Hak Kang, Yong-Hyun