2015_2 Cognitive neuroscience lecture 5 서은현 eunhyun.seo@gmail.com
오늘의이야기 방법론 뇌에대한연구는어떻게할수있을까? Lesion study 손상법 Neuropsychological study 신경심리학연구 Nonhuman animal study 동물연구 Neuroimaging study 뇌영상연구
Lesion study 손상법 뇌의특정영역 특정행동적증상 ( 운동기능, 인지기능, 성격, 정서등등 ) Phineas Gage case (1848) H.M. case (1957)
Phineas Gage case (1848) bilateral frontal lobe damage - 철도노동자로, 폭약설치중사고로쇠봉이머리관통 - 왼쪽눈실명외에는신체적이상없음 - 성격과행동의극적인변화 -Severe Orbitofrontal damage https://en.wikipedia.org/wiki/phineas_gage Video clip
H.M. case
손상법 Double dissociation 이중해리 Behavioral abnormality A Behavioral abnormality B Brain lesion A O X Brain lesion B X O A 와 B system 은서로독립적이다 라고결론가능
손상법 이중해리의대표적인예브로카영역 Broca s area vs. 베르니케영역 Wernice s area : 언어산출대언어이해 기능의국재화
손상법의제한점 손상환자특징의다양성 ; 손상영역, 손상의깊이, 인구학적변인의다양성, 과거경험등 부정확한결론을내리게될가능성있음 ; all we can observe is how the rest of the brain performs without that particular area
Example of inaccurate conclusions 메뚜기다리의기능
뇌손상 -> 이상행동 : 필요조건입증 ( 충분조건은미진 ), 그기능에관여하는모든뇌영역을확인할수는없음. 연결성손상 -> Disconnection syndrome 뇌손상이후인지과제를수행하기위해대안적전략을사용하기도함
동물연구 환경적조건이나뇌손상의크기, 연구표본수등을연구자가더잘통제할수있음 원숭이, 쥐등 쥐의미로학습 cengage learning
단일 - 세포기록 동물연구
뇌영상연구법 - 뇌의구조를살펴보는방법 - 뇌의기능을살펴보는방법 - 뇌를자극하는방법
뇌의구조를살펴보는방법 Computerized axial tomography (CAT) x-rays를이용해뇌구조의밀도에대한정보로영상화함 뼈 ( 흰 ) > 혈액 > 뇌조직 > CSF ( 검 ) 값이싸다 그림 3.4
뇌의구조를살펴보는방법 Magnetic Resonance Imaging (MRI)
뇌의구조를살펴보는방법 https://nationalmaglab.org/education/magnet-academy/learn-thebasics/stories/mri-a-guided-tour
뇌의구조를살펴보는방법 MRI: high spatial resolution 공간적해상도높음 1.5T 는 15000 Gauss 지구자기장은 0.3 0.7 Gauss
뇌의구조를살펴보는방법 Diffusion tensor imaging 확산텐서영상 ( 그림 3.7)
뇌의기능을살펴보는방법 Functional MRI 기능적 MRI BOLD (blood-oxygenation level dependent) signal 어떤행동 -> neuronal activation -> cerebral blood flow 증가 (overcompensation) -> oxyhemoglobin은증가 ( 자성없음 ) -> deoxyhemoglobin은감소 ( 자성있음 ) -> T2* 신호증가 -> T2* 신호를연속적측정 -> 활성화된뇌부위그려짐 play
뇌기능영상의뺄셈법
뇌의기능을살펴보는방법 Functional MRI 장점 ) 제시된사건에의해유발되는 hemodynamic response 를측정하므로사건관련반응측정가능 -> brain-behaivor relationship 여러번스캔가능 ; 시간경과에따른뇌변화연구가능 공간적및시간적해상도가 PET 보다높음 MRI 기계에서간단한 upgrade 로사용가능 비침습적 단점 hemodynamic response index 를사용하므로 latency 존재 ; neural activity 후 2-4 초후에신호변화시작해서 8-10 초사이에최대신호변화 BOLD signal 은절대적인산소량알수없음 시간적해상도가 (s 단위 ) 이 EEG (ms 단위 ) 에비해낮음 억제적활동도활성화되는것으로보임.
뇌의기능을살펴보는방법 Brain damage > abnormal behavior : 필요조건입증 ( 충분조건은미진 ) Neuroimaging study ; behavior -> brain activity 충분조건 ( 필요조건입증못함, 어떤영역이그특정행동을일으켰나?)
뇌의기능을살펴보는방법 Positron emission tomography (PET 양전자방출단층촬영 ) 그림 3.8
뇌의기능을살펴보는방법 Positron emission tomography (PET) 장점 ) 다양한 molecules 이뇌에서어떻게사용되는지알수있어서약의효능분석과같은약물실험에용이 rcbf 는산소와포도당소비와직접관련이있는데, 이 rcbf 의절대적양을알수있어비교가능함 fmri 에비해서, Headmovement 와같은특정오염변인에덜취약, 신호처리방식도더간단함 단점 ) 방사선물질에대한노출로스캔회수제한 시간적해상도낮음 ; 방사선동위원소의반감기 (2 분정도 ) 가인지활동시간보다길다. 공간적해상도낮음 한개인의정보만으로신뢰로운뇌활동에대한충분한정보제공못함 ->normalization ( 집단의평균적정보가필요함 )
뇌의기능을살펴보는방법 electromagnetic recording EEG (Electroencephalography 뇌전도 )
뇌의기능을살펴보는방법 EEG (Electroencephalography)
뇌의기능을살펴보는방법 ERPs (Event-related potentials 사건관련전위 ) 사건 ( 자극 ) 과관련된뇌활동 (post-synaptic potential) 을기록 시간적해상도가높음 play
뇌의기능을살펴보는방법 MEG (magnetoencephalography 뇌자도 ) 신경세포의전기적활동에서발생하는미세한생체자기를초전도코일을이용하여측정하고영상화 시공간적해상도가높음 전기신호는매개체성질에따라달라질수있는반면자기장은일관성유지함 정확한간질위치파악
뇌를자극하는방법 TMS (Transcranial Magnetic Stimulation 경두개자기자극 ) 두부가까이에전도전자기코일을놓고강력한전류파를흘려서생긴자기장으로두개골을통과시켜피질의신경세포를활성화시키도록자극 100~200ms 지속되는 2T 정도자기장생성 ->1.5~2cm 아래에신경세포의 depolarization 유도 운동피질의지도화 시지각, 언어, 정서조절.. 슬픈생각 : 좌반구 TMS? 기쁜생각 : 우반구 TMS? 우울증치료 그림 3.21
뇌를자극하는방법 TMS (Transcranial Magnetic Stimulation) 경련유발에대한위험 ( 주의깊게사용해야함 ) 피질에만국한되어있음 (medial, subcortical area 는자극못함 ) 자극효과의 focality 가여전히논란의여지있음 travelling of current; low spatial resolution 신경해부학적으로연결된영역간의상호작용으로인해자극하고있는영역이외의먼영역에까지영향미칠수있음 -> 결과해석시주의해야함
표 3.3 인지신경과학에서사용되는여러방법의장단점
행동분석기법들 - 신경심리평가 Neuropsychological assessmnet Neuropsychological test battery Halstead-Reitan battery ( 표 3.4) Luria-Nebraska battery SNSB WAIS/ BNT/ WAB/ MAS
Intelligence test-iq Wechsler WAIS ( 성인 ), WISC( 아동 ), WPPSI ( 유아 ) fourth edition of the test (WAIS-IV) was released in 2008 by Pearson.
K-WAIS 언어성 : 기본지식, 숫자외우기, 어휘, 산수, 이해, 공통성 동작성 : 빠진곳찾기, 차례맞추기, 토막짜기, 모양맞추기, 바꿔쓰기 언어이해지수 VCI, 지각추론지수 PRI, 작업기억지수 WMI, 처리속도지수 PSI
Nondeclarative (implicit) memory Skill learning Star Mirror Tracing Task Mirror reading task Gollin incomplete picture task
Spatial attention task
수고하셨습니다