[논문]의미론적인 단순화된 그림 및 표의문자를 인지하는 과정에 대한 fMRI 연구

김경환; 이성기; 송명성; 권민정; 정준영; 박현욱; 윤효운

[국내논문] 의미론적인 단순화된 그림 및 표의문자를 인지하는 과정에 대한 fMRI 연구
Functional MRI Study on Perceiving Orthographic Structure and Simplified Semantic Pictures 원문보기

대한자기공명의과학회지 = Journal of the Korean society of magnetic resonance in medicine, v.7 no.2, 2003년, pp.93 - 99

김경환 (한국과학기술원 전기전자공학과, 삼성종합기술원 HCI랩) , 이성기 (한국과학기술원 전기전자공학과) , 송명성 (한국과학기술원 뇌과학연구센터 fMRI 연구실) , 권민정 (한국과학기술원 전기전자공학과) , 정준영 (한국과학기술원 전기전자공학과) , 박현욱 (한국과학기술원 뇌과학연구센터 fMRI 연구실, 한국과학기술원 전기전자공학과) , 윤효운 (한국과학기술원 뇌과학연구센터 fMRI 연구실)

초록
AI-Helper

문자와 그림을 인식하는데 있어 인식패턴의 반구차이는 인지심리학적으로 널리 연구되어왔고 또 증명되어졌다. 일반적으로 그림을 인식하는 있어서는 우반구 우세를 문자를 인식하는 있어는 좌반구 우세를 이야기하는데 본 논문에서는 그 사실을 바탕으로 fMRI 연구를 진행하였다. 동양문화권에서 문자로 사용되고 있는 한자 역시 그림으로 인식한다는 견해가 있다는 것이다. 한자의 인지가 좌반구 또는 우반구 우세라는 엇갈린 견해들이 있다. 그래서 본 논문에서는 한자와 그림의 인식패턴에 대한 반구차이 및 활성화되는 두뇌의 영역을 규명하기 위해 비교 실험하였다. 자극으로 사용되어진 그림은 한자와 동일한 의미를 가진 단순화된 것이다. 실험 디자인은 일반적으로 사용되는 블록디자인을 사용하였고 SPM을 사용하여 분석하였다. 결론으로 한자와 그림 인식패턴 모두 반구우세성을 이야길 할 경우 시각영역인 후두엽 및 측두엽 부분에서는 우반구 우세가 보이지만 일반적으로 반구우세성을 이야기하기는 무리가 있는 것 같다.

Abstract ▼ AI-Helper

The different perceiving patterns of each picture, alphabetic words and Chinese characters, were widely investigated psychophysically. The more precise localisation can be done in terms of brain activity us-ing functional image technique such as PET and fMRI recently, Until now, there was no fMRI study to make direct comparison between perception of single Chinese character and simplified pictures (pictograph). We have made direct comparison of these two components using modern magnetic resonance techniques. We cannot confirm the right hemispheric dominance for perception of single Chinese character and pictographs. These two kinds of perceiving pattern can be underlying different mechanism.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

즉, 한자 등과 같은 문자의 처음 출발과 유사한 형태를 가진다고 보는 가설에서 출발한다. 그러므로 본 연구는 그에 대한 고찰에 기본을 두며 시작하고자 하는데, 만약 한자가 그림 등과 비슷한 인지 패턴을 보인다면 우뇌, 그렇지 않다면 좌뇌에 인지하는 패턴의 우세성이 보이게 될 것이다. 그와 더불어 시각중추가 위치하고 있는 후두엽 부분의 활성화와 여타 다른 부분의 활성화에 대한 비교도 흥미 있게 지켜볼 수 있는 부분일 것이다.

가설 설정

영역이라고 말한다. fMRI라는 기술이 산소변화량을 기준으로 하는 BOLD 효과를 바탕으로 활성화 영역을 측정하기에 지칭된 영역 내에서 자극들 각각에 대한 정체성 (identity)을 밝힐 수는 없지만 넓은 의미에서 본다면 본 실험의 결과에서도 나타난 것처럼 고차시 각령 활성화의 전반적인 패턴은 의미(semantic interference)를 내포한 문자 이외의 자극의 인지와 정보처리를 담당한다고 가설을 세울 수 있을 것이다 (9, 10). 또한 본 실험과는 직접적으로 관련은 없지만 BA 37은 기억즉, 어떠한 형태의 자극을 인지하고 난 이후 그것을 다시 retrieval할 때 한 역할을 담당하는 영역이다.
실험 전세웠던 가설은 픽토그램을 인지할 경우 후두엽 부분의 활성화나 parahippocampal area의 활성화를 기대했었는데 그러한 가설은 거절되어야 할 것 같다. 이미 널리 알려진 바와 같이 parahippocampal area는 기억과 크게 관련이 있는데 BA 37처럼 retrieval하는 것 뿐 아니라 encoding하는데도영향을 미친다는데 기인한다.

대상 데이터

열네 명의 건강한 대학생들(7명의 남학생과 7명의 여학생, 평균연령; 21세, 표준편차; 1.5세)이 피험자로서 본 연구에 참여하였다. 실험 시작 전 그들은 신경정신과적 질병을 앓았거나 치료를 받았는지에 대한 여부와 정기적으로 약물을 복용하고 있는지에 대한 여부를 조사받았고 실험 참여의 합당성이 인정되었을경우 피험자로서 참여하였고 수당도 지급되었다.
예를 들면, 개나 고양이 등과 같은 동물을 지칭하거나 집, 자동차 등과 같은 사물을 지칭하는 구체적인 명사들이 사용되었다. 실험에 사용된 패러다임 혹은 실험 디자인은 전형적으로 fMRI실험에 사용되는 블록 디자인, box car 디자인, ABAB패러다임이라고 표현되는 디자인으로 진행되었다. 한 개의 한자가 자극으로 2초 동안 제시되고 그 이후 1초 동안 검은 화면이 제시되는데 이러한 과정이 여덟 번 반복되고 제시되는 여덟 개의 한자는 서로 다른 한자이다.
전제실험 데이터는 3테슬라세기를 가진 MR 기기(Oxford magnet, Varian console, 국내 업체 ISOL 제작)를 통해 이루어졌고 Echo planar image sequence(EPI)가 사용되어졌고 각각 영상 슬라이스 두께는 4 mm이고 그 사이의 간격은 주어지지 않았다. 몇몇 다른 기술적인 데이터를 나열한다면 ; TR =3 sec, TE = 35 ms, flip angle = 80, Field of View = 220 x220 mm, acquisition matrix=64x64.
몇몇 다른 기술적인 데이터를 나열한다면 ; TR =3 sec, TE = 35 ms, flip angle = 80, Field of View = 220 x220 mm, acquisition matrix=64x64. 30장의 axial 방향(머리위에서 밑으로의)의 슬라이스가 얻어졌다. 얻어진 데이터는 SPM99(Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK)라는 소프트웨어를 이용하여 분석되었다.

데이터처리

30장의 axial 방향(머리위에서 밑으로의)의 슬라이스가 얻어졌다. 얻어진 데이터는 SPM99(Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK)라는 소프트웨어를 이용하여 분석되었다.
결과물로 얻어진 voxel들 의 값은 서로 통계적으로 비교되어져서 활성화된 영역을 결정하게 된다. 그룹 분석 시 각 개인의 통계 결과들은 random effect model을 통해 진행되었다. 통계적 계산에 사용된 contrast는 각각의 조건들에 대해 simple t-test를 이용하여 generate되었다.
그룹 분석 시 각 개인의 통계 결과들은 random effect model을 통해 진행되었다. 통계적 계산에 사용된 contrast는 각각의 조건들에 대해 simple t-test를 이용하여 generate되었다. 일반적으로 이에 사용되는 통계적인 방법은 t-test이다.

성능/효과

본 실험 결과를 보면 한자와 픽토그램의 인지 패턴 모두 우반구 보다는 좌반구, 특히 전두엽 부분의 경우, 우세 쪽에 무게가 실린다. 이 실험 결과는 또한 과거 행하여졌던 psychophysics실험결과(5)와는 상이함을 보여준다.
두 개의 실험 결과들을 정리하자면 먼저 픽토그램의 인지 과정에 대한 뇌 영역 활성화 데이터를 놓고 볼 때 좌반구보다 우반구가 그의 인지 과정에 우세하게 작용한 것에 대한 증명은 실패했다고 볼 수 있다. (14).

후속연구

다음으로 한 자의 인지에 대한 설명은 가설에서 픽토그램 의인지와 유사할 것이라고 출발했지만 본 실험의 결과를 놓고 보면 좀 다른 관점에서 접근해야 할 것 같다. 물론, 본 실험을 계획할 때의도적으로 추상 명사 등을 배제한 것은 한자가 가지는 고등 언어적인 성격을 배제하고자 하는 의도였는데 우반구이기는 하지만 전두엽 부분의 활성화(BA 9)는 그런 의도와는 조금 벗어난 결과라고 해석될 듯하다.
왜냐하면 전두엽 부분은 생각, 사고 등과 고등인지 기능을 담당한다고 여겨져 왔기 때문이다. 결국 이 이야기를 다시 한 번 풀어서 설명한다면 한국인을 대상으로 한자를 가지고 실험을 하였을 경우 모국어인 한글이나 쉬운 그림 문자 보다는 한자의 인지와 그에 대한 반응이 조금 더 생각 등의 복합적인 기능을 필요로 하였다고 결론지을 수 있을 것이다. 더구나 피험자 집단이 한국인들에 있어 한자에 익숙한 세대가 아니라 젊은 대학생들을 상대로 (비록 무척 쉬운 한자를 택하기는 했지만) 실험을 진행한 것이라 그에 따른 효과도 배제할 수 없는 부분이라고 여겨진다.
대부분 서양 언어의 인지에 관한 연구들이다. 앞으로 동양 언어의 주를 이루고 있는 한자와 한문의인지 , 그의 언어적 특성 , 그리고 현대사회로 이전되면서 서양 언어와 뒤섞인 언어의 인지 과정과 뇌활동의 상관관계를 밝히는 것은 아주 흥미 있는 향후의 연구 주제가 될 것이다.
그림의 인식 패턴은 우세성을 이야기할 수 없는 결과를 보여주었다. 향후의 연구들이 이에 대한 좀 더 명확한 기작들을설명할 수 있으리라 본다.

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