cognitive neuroscience lecture 5 -...

2015_2

Cognitive neuroscience lecture 5

서은현 eunhyun.seo@gmail.com

• 방법론 – 뇌에 대한 연구는 어떻게 할 수 있을까?

– Lesion study 손상법 – Neuropsychological study 신경심리학 연구 – Nonhuman animal study 동물연구 – Neuroimaging study 뇌영상 연구

오늘의 이야기

Lesion study 손상법

• 뇌의 특정 영역 – 특정 행동적 증상 ( 운동기능, 인지기능, 성격, 정서 등등)

• Phineas Gage case (1848) • H.M. case (1957)

Phineas Gage case (1848)

bilateral frontal lobe damage -철도 노동자로, 폭약 설치 중 사고로 쇠봉이 머리 관통 -왼쪽 눈 실명 외에는 신체적 이상 없음 -성격과 행동의 극적인 변화 -Severe Orbitofrontal damage

Video clip https://en.wikipedia.org/wiki/Phineas_Gage

H.M. case

• Double dissociation 이중해리

– “A와 B system은 서로 독립적이다”라고 결론 가능

손상법

Brain lesion A Brain lesion B

Behavioral abnormality A

O X

Behavioral abnormality B

X O

이중 해리의 대표적인 예 브로카 영역 Broca’s area vs. 베르니케 영역Wernice’s area : 언어 산출 대 언어 이해

손상법

기능의 국재화

– 손상 환자 특징의 다양성; 손상 영역, 손상의 깊이, 인구학적 변인의 다양성, 과거 경험 등

– 부정확한 결론을 내리게 될 가능성 있음; all we can observe is how the rest of the brain performs without that particular area

손상법의 제한점

Example of inaccurate conclusions 메뚜기 다리의 기능

• 뇌손상 -> 이상행동: 필요조건 입증 (충분조건은 미진), 그 기능에 관여하는 모든 뇌영역을 확인할 수는 없음.

• 연결성 손상 -> Disconnection syndrome

• 뇌손상 이후 인지과제를 수행하기 위해 대안적 전략을 사용하기도 함

동물 연구 • 환경적 조건이나 뇌손상의 크기, 연구 표본 수 등을 연구자가 더 잘 통제할 수 있음

• 원숭이, 쥐 등

• 쥐의 미로학습

© cengage learning

동물 연구 • 단일-세포 기록

뇌영상 연구법

- 뇌의 구조를 살펴보는 방법 - 뇌의 기능을 살펴보는 방법

- 뇌를 자극하는 방법

뇌의 구조를 살펴보는 방법

• Computerized axial tomography (CAT) – x-rays를 이용해 뇌 구조의 밀도에 대한 정보로 영상화 함 – 뼈 (흰) > 혈액> 뇌조직> CSF (검) – 값이 싸다

– 그림 3.4

• Magnetic Resonance Imaging (MRI)

뇌의 구조를 살펴보는 방법

뇌의 구조를 살펴보는 방법

https://nationalmaglab.org/education/magnet-academy/learn-the-basics/stories/mri-a-guided-tour

• MRI: high spatial resolution 공간적 해상도 높음

뇌의 구조를 살펴보는 방법

1.5T는 15000 Gauss

지구 자기장은 0.3 – 0.7 Gauss

• Diffusion tensor imaging 확산텐서영상 (그림 3.7)

뇌의 구조를 살펴보는 방법

• Functional MRI 기능적 MRI – BOLD (blood-oxygenation level dependent) signal – 어떤 행동 -> neuronal activation -> cerebral blood flow 증가 (overcompensation) -> oxyhemoglobin은 증가 (자성없음) -> deoxyhemoglobin은 감소 (자성 있음) -> T2* 신호 증가 -> T2* 신호를 연속적 측정 -> 활성화된 뇌부위 그려짐

뇌의 기능을 살펴보는 방법

play

뇌기능영상의 뺄셈법

• Functional MRI • 장점)

– 제시된 사건에 의해 유발되는 hemodynamic response를 측정하므로 사건관련 반응 측정 가능-> brain-behaivor relationship

– 여러 번 스캔가능; 시간경과에 따른 뇌변화 연구 가능 – 공간적 및 시간적 해상도가 PET 보다 높음 – MRI기계에서 간단한 upgrade로 사용가능 – 비침습적

• 단점 – hemodynamic response index를 사용하므로 latency존재;

neural activity후 2-4초 후에 신호변화시작해서 8-10초 사이에 최대신호변화

– BOLD signal은 절대적인 산소량 알 수 없음 – 시간적 해상도가 (s단위)이 EEG (ms단위) 에 비해 낮음 – 억제적 활동도 활성화되는 것으로 보임.

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• Brain damage –> abnormal behavior : 필요조건 입증 (충분조건은 미진)

• Neuroimaging study ; behavior -> brain activity 충분조건 (필요조건 입증 못함, 어떤 영역이 그 특정행동을 일으켰나?)

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• Positron emission tomography (PET 양전자방출단층촬영) • 그림 3.8

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• Positron emission tomography (PET) • 장점)

– 다양한 molecules이 뇌에서 어떻게 사용되는지 알 수 있어서 약의 효능분석과 같은 약물실험에 용이

– rCBF는 산소와 포도당 소비와 직접 관련이 있는데, 이 rCBF의 절대적 양을 알수 있어 비교 가능함

– fMRI에 비해서, Headmovement와 같은 특정오염변인에 덜 취약, 신호처리방식도 더 간단함

• 단점) – 방사선 물질에 대한 노출로 스캔회수 제한 – 시간적 해상도낮음; 방사선동위원소의 반감기(2분정도)가 인지활동시간보다 길다.

– 공간적 해상도낮음 – 한개인의 정보만으로 신뢰로운 뇌활동에 대한 충분한 정보제공 못함->normalization (집단의 평균적 정보가 필요함)

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• EEG (Electroencephalography 뇌전도)

뇌의 기능을 살펴보는 방법 electromagnetic recording

• EEG (Electroencephalography)

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• ERPs (Event-related potentials 사건관련 전위) – 사건(자극)과 관련된 뇌활동(post-synaptic potential) 을 기록 – 시간적 해상도가 높음

뇌의 기능을 살펴보는 방법

play

• MEG (magnetoencephalography 뇌자도) – 신경세포의 전기적 활동에서 발생하는 미세한 생체자기를 초전도 코일을 이용하여 측정하고 영상화

– 시공간적 해상도가 높음 – 전기신호는 매개체 성질에 따라 달라질 수 있는 반면 자기장은 일관성 유지함

– 정확한 간질 위치 파악

뇌의 기능을 살펴보는 방법

• TMS (Transcranial Magnetic Stimulation 경두개자기자극) – 두부 가까이에 전도 전자기 코일을 놓고 강력한 전류파를 흘려서 생긴 자기장으로 두개골을 통과시켜 피질의 신경세포를 활성화시키도록 자극

– 100~200ms 지속되는 2T정도 자기장 생성->1.5~2cm아래에 신경세포의 depolarization유도

– 운동피질의 지도화 – 시지각, 언어, 정서조절.. – 슬픈생각: 좌반구TMS? – 기쁜생각:우반구TMS? – 우울증 치료

뇌를 자극하는 방법

그림 3.21

• TMS (Transcranial Magnetic Stimulation) – 경련유발에 대한 위험 (주의깊게 사용해야 함) – 피질에만 국한되어 있음 (medial, subcortical area는 자극못함) – 자극효과의 focality가 여전히 논란의 여지있음 –travelling of

current; low spatial resolution – 신경해부학적으로 연결된 영역간의 상호작용으로 인해 자극하고 있는 영역이외의 먼 영역에까지 영향 미칠 수 있음->결과해석시 주의해야 함

뇌를 자극하는 방법

표 3.3 인지신경과학에서 사용되는 여러 방법의 장단점

행동 분석 기법들 -신경심리평가 Neuropsychological assessmnet

• Neuropsychological test battery – Halstead-Reitan battery (표 3.4) – Luria-Nebraska battery – SNSB – WAIS/ BNT/ WAB/ MAS

• Wechsler • WAIS (성인), WISC(아동), WPPSI (유아)

• fourth edition of the test (WAIS-IV) was released in

2008 by Pearson.

Intelligence test-IQ

K-WAIS • 언어성: 기본지식, 숫자외우기, 어휘, 산수, 이해, 공통성 • 동작성: 빠진곳찾기, 차례맞추기, 토막짜기, 모양맞추기, 바꿔쓰기 • 언어이해지수 VCI, 지각추론지수 PRI, 작업기억지수 WMI, 처리속도지수 PSI

• Skill learning

Nondeclarative (implicit) memory

Star Mirror Tracing Task Mirror reading task

Gollin incomplete picture task

Spatial attention task

수고하셨습니다