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새로운 환경에 대처하여 빠르게 적응할 수 있는 능력은 인간의 생존에 있어서 필수 불가결한 요소 중의 하나이다. 전통적으로 이러한 '적응'에 대한 논의는 보다 인식론적인 '학습'이라는 테두리 안에서 논의되어 왔으며, 신경과학계에서는 이러한 인식론적 학습에 관여하는 두뇌활동 연구에 주로 관심을 가져왔다. 한편, 1960년대 이후의 신경-생리학계에서는 인간의 움직임이 환경에 어떻게 적응하는 가에 관한 질문을 던지기 시작했다. 일례로, 컴퓨터의 마우스를 움직임으로서 화면의 커서를 조종하는 동작의 감각-운동 적응을 보면, 보통은 매우 초기의 다소 어색한 단계를 거친 후에는 거의 무의식적인 손-마우스-커서 협응에 대한 반자동적 적응성을 보여준다. 감각-운동 제어에 있어서의 이러한 적응능력은 피험자들로 하여금 분광(프리즘) 안경을 쓰고 목표점을 향해 손을 내밀어 지적(指摘)하게 하는 방법으로써 그 행위적 특징들이 연구되어왔다. 이 프리즘 안경의 영향 아래에서 피험자는 초기에 일시적으로 감각 상호간의 불일치를 경험하게된다. 이러한 경우 적절한 피드백이 제공된다면 피험자는 고유체위감각(固有體位感覺)이나 시각(視覺) 정보를 재 정렬해나가는 '적응성'을 보여준다. 본 논문의 목적은, 첫째로, 다양한 시각적 피드백을 제공하는 환경들에 기인하여 발생하는 특징적인 프리즘 적응 발생 과정들을 정리, 분석하는데 있다. 둘째는 이러한 다양한 프리즘 적응 발생 과정 기저의 두뇌활동을 확인하는 것이다. 이는 건강한 피험자의 두뇌 여러 곳에 두개(頭蓋) 자기(磁氣) 자극(Transcranial Magnetic stimulation; ...

새로운 환경에 대처하여 빠르게 적응할 수 있는 능력은 인간의 생존에 있어서 필수 불가결한 요소 중의 하나이다. 전통적으로 이러한 '적응'에 대한 논의는 보다 인식론적인 '학습'이라는 테두리 안에서 논의되어 왔으며, 신경과학계에서는 이러한 인식론적 학습에 관여하는 두뇌활동 연구에 주로 관심을 가져왔다. 한편, 1960년대 이후의 신경-생리학계에서는 인간의 움직임이 환경에 어떻게 적응하는 가에 관한 질문을 던지기 시작했다. 일례로, 컴퓨터의 마우스를 움직임으로서 화면의 커서를 조종하는 동작의 감각-운동 적응을 보면, 보통은 매우 초기의 다소 어색한 단계를 거친 후에는 거의 무의식적인 손-마우스-커서 협응에 대한 반자동적 적응성을 보여준다. 감각-운동 제어에 있어서의 이러한 적응능력은 피험자들로 하여금 분광(프리즘) 안경을 쓰고 목표점을 향해 손을 내밀어 지적(指摘)하게 하는 방법으로써 그 행위적 특징들이 연구되어왔다. 이 프리즘 안경의 영향 아래에서 피험자는 초기에 일시적으로 감각 상호간의 불일치를 경험하게된다. 이러한 경우 적절한 피드백이 제공된다면 피험자는 고유체위감각(固有體位感覺)이나 시각(視覺) 정보를 재 정렬해나가는 '적응성'을 보여준다. 본 논문의 목적은, 첫째로, 다양한 시각적 피드백을 제공하는 환경들에 기인하여 발생하는 특징적인 프리즘 적응 발생 과정들을 정리, 분석하는데 있다. 둘째는 이러한 다양한 프리즘 적응 발생 과정 기저의 두뇌활동을 확인하는 것이다. 이는 건강한 피험자의 두뇌 여러 곳에 두개(頭蓋) 자기(磁氣) 자극(Transcranial Magnetic stimulation; TMS)을 적용함으로 가능하였다. 대조 표본과 상이한 프리즘 적응 형태가 한 두뇌영역에 가해진 TMS에 의한 것임을 보임으로써, 그 두뇌 영역이 프리즘 적응에 끼치는 영향을 유추할 수 있는 것이다. 모든 시각 피드백이 허용되는 환경에서 TMS가 ventral Premotor(PMC) 영역이 적용되었을 때, 피험자들은 표본그룹이 보여주는 지적(指摘) 움직임 초기의 전형적인 적응 형태를 상실하였으며, 감소된 정도의 고유체위감각(固有體位感覺) 재정렬을 보였다. 또한 이는 긍극적으로 전체적 프리즘 적응 감소에 영향을 끼쳤다. 반면, 후두정부(後頭頂部; Posterior parietal cortex, PPC)에의 TMS는 PMC와는 반대적인 성격을 보였다. 전형적인 적응 형태의 상실은 피험자들이 움직임에 대한 시각적 피드백이 없이 오직 지적(指摘)의 결과만 시각적으로 확인하였을 때만 발생하였으며 이는 시각(視覺)의 재정렬을 감소시키는 결과를 초래하였다. 이 역시 궁극적으로 전체적 프리즘 적응의 감소에 기인하였다. 동작 분석결과 역시 프리즘의 영향 중의 움직임의 특성들이 각 감각의 재 정렬에 연관이 있음을 재확인 시켰다. 소뇌 (小腦; Cerebellum)에의 TMS 적용 결과는 조금 다른 양상을 띄었다. PPC나 PMC에의 TMS 적용 시와는 달리, 고유체위감각(固有體位感覺)이나 시각 (視覺), 어느 감각에도 유의한 재 정렬은 발견되지 않았다. 하지만 프리즘 영향 중의 동작 분석결과는 감소된 정도 '동작 수정(on-line correction)'을 보여 주었다. 이 결과는 PMC의 그것과 동일한 양식을 보여 주는 것 이였다. 종합 해볼 때, 이상의 결과는 PMC가 프리즘 영향 아래에서의 동작 중에 고유체위감각(固有體位感覺)의 기준틀(frame of reference)을 재 정렬하는데 기여하는 반면 PPC는 프리즘 영향 내내 시각의 기준틀을 옮기는 데에 기여함을 보여준다. 또한 소뇌는 감각의 재 정렬에는 직접적으로 참여하지 않는 반면 오차수정에 관여함이 시사된다. 이 같은 결과는 왜 과거의 연구들이 모두 PPC와 PMC가 궁극적으로 프리즘 적응에 연관이 있음을 보고하면서도 각각의 특성적인 기능을 구분하는데 실패하였는가를 설명해준다. 더욱이 본 연구결과가 현 신경-생리학 분야의 가장 큰 연구 주제 중의 하나인 frames of reference의 변환이라는 관점에서 보았을 때, 시각적인 특질을 가진 PPC와 신체적 특질을 가진 PMC라는 최근의 연구 결과들을 이상적으로 보완하고 있다는 데에 이론적 가치를 둘 수 있다. 마지막으로, 뇌졸중 등으로 인한 두뇌 각 부분의 장애를 겪고있는 환자들의 재활 및 그들의 생활환경 조성에 본 연구결과가 도움 가능한 정보를 제공할 수 있다는 데에 본 연구의 실제적 유의성을 찾을 수 있겠다.

Abstract ▼ AI-Helper

Humans display a remarkable ability to adapt to new situations. With respect to sensory motor control, one way these adaptive capabilities have been quantified is by requiring subjects to attempt to point at a target while wearing prism goggles. During the exposure, the perturbation caused by the pr...

Humans display a remarkable ability to adapt to new situations. With respect to sensory motor control, one way these adaptive capabilities have been quantified is by requiring subjects to attempt to point at a target while wearing prism goggles. During the exposure, the perturbation caused by the prism can be compensated for and the visual mapping of external space is realigned with the proprioceptive mapping of the felt position of the arm. The purpose of this study was, first, to categorize different aspects of prism adaptation taking place in various visual conditions. Then the brain mechanisms underlying these different aspects of the adaptation were identified. Through an examination of the degree to which adaptation is disrupted in normal, healthy human subjects when transcranial magnetic stimulation (TMS) is applied over different brain areas, it was possible to make strong inferences about the function of the stimulated site in the given task. Compared to a control condition without TMS, decreased amounts of the prism aftereffects as well as the proprioceptive realignment were observed when TMS was applied over the premotor cortex (PMC) at the beginning of reaching with the full visual feedback of the hand. Posterior parietal cortex (PPC) stimulation at the end of the movement caused decreased amounts of the aftereffects and the visual realignment only when the visual feedback of final performance was available. Kinematic analyses confirmed that the behavioral characteristics of reaching movements during the prism exposure correlated with the changes in the visual or proprioceptive representation. On the other hand, there was no change in these representations when the cerebellum was stimulated. However, decreased amount of on-line correction was observed. Taken together, this evidence shows that the PMC contributes to the modification of the proprioceptive frame of reference during prism reaching movements, while the PPC is more involved with the shift of the visual frame of reference throughout the adaptation period. The cerebellum is not directly involved in these coordinate shifting mechanisms but is involved in the error correction function.

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