[논문]20대와 40대의 공간 인지 능력, 대뇌 활성화 및 대뇌 편측화의 차이

정순철; 김윤성; 유지혜; 탁계래; 이봉수; 이정한; 손진훈

[국내논문] 20대와 40대의 공간 인지 능력, 대뇌 활성화 및 대뇌 편측화의 차이
The Differences of Visuospatial Cognitive Performance and Cerebral Activation and Lateralization between 20s and 40s 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.23 no.1 = no.178, 2006년, pp.209 - 215

정순철 (건국대학교 의학공학부) , 김윤성 (건국대학교 의학공학부) , 유지혜 (건국대학교 의학공학부) , 탁계래 (건국대학교 의학공학부) , 이봉수 (건국대학교 의학공학부) , 이정한 (건국대학교 의학공학부) , 손진훈 (충남대학교 심리학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The present study purposed to examine differences between 20s and 40s in visuospatial performance, the number of activated yokels and cerebral lateralization using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). For this study, eight college students in their twenties (21.5 years on the average) and six adults in their forties (45.7 years on the average) participated in the experiment. Functional brain images were taken from 37 MRI using the single-shot EPI method. Compared to the twenties the forties showed lower visuospatial performance and longer reaction time. In addition, compared to the twenties the forties had a smaller number of activated yokels and less cerebral lateralization. The results of this study show that people's visuospatial performance and number of activated yokels decrease with aging. In addition, they also suggest that cerebral lateralization decreases in order to supplement the lowering of visuospatial performance, which in turn symmetrizes the activation of the left and right hemisphere.

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문제 정의

또한 노화에 따른 신경 활성화양이나 영역 변화 등에 관한 다양한 연구 결과들이보고 되고 있으나 인지 과제의 종류, 난이도, 피험자 비교 그룹 간의 연령 차이 등으로 선행 연구들로부터 일치된 결과를 추론하기가 힘든 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 두 연령 그룹을 대상으로 다양한 인지 기능 중 특히 공간 인지 과제를수행하면서 뇌기능 영상을 획득하여, 노화가 공간인지 처리 능력과 관련 신경 활성화에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 즉, 본 연구는 두 연령에 따른공간 인지 처리 능력 (정답율, 반응 시간)의 차이, 신경 활성화 양 (면적)의 차이, 신경 활성화 편측화의 차이에 대해 규명하고자 한다.
그러므로 본 연구에서는 두 연령 그룹을 대상으로 다양한 인지 기능 중 특히 공간 인지 과제를수행하면서 뇌기능 영상을 획득하여, 노화가 공간인지 처리 능력과 관련 신경 활성화에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 즉, 본 연구는 두 연령에 따른공간 인지 처리 능력 (정답율, 반응 시간)의 차이, 신경 활성화 양 (면적)의 차이, 신경 활성화 편측화의 차이에 대해 규명하고자 한다.
본 연구는 fMRI 기법을 이용하여 20대와 40대의 두 연령 사이에 공간 인지 처리 능력의 차이, 이에 따른 신경 활성화 양과 신경 활성화 편측화의차이에 대해 규명하고자 하였다.

제안 방법

한 실험은 4개의 블록으로 구성되었으며, 각 블록은 통제 과제 (1분) 와 공간 과제 (1분)를 포함하도록 하였다. 한 실험 당 소요 시간은 블록당 총2 분씩, 총 8분이었다.
한 실험 당 소요 시간은 블록당 총2 분씩, 총 8분이었다. 선정된 통제 과제와 공간 과제는 뇌기능 영상 실험을 위한 자극 제시 S/W인 SuperLab 1.07 (Cedrus Co. USA)을 사용하여 제작하였고, 컴퓨터와 빔프로젝터를 이용하여 MRI 내부의 피검자에게 거울을 통하여 제시하였다. 피검자는 제시된 문제에 대해 반응 버튼을 누르도록 하여 해답을 결정하도록 하였다.
USA)을 사용하여 제작하였고, 컴퓨터와 빔프로젝터를 이용하여 MRI 내부의 피검자에게 거울을 통하여 제시하였다. 피검자는 제시된 문제에 대해 반응 버튼을 누르도록 하여 해답을 결정하도록 하였다. 통제 과제에서는 1, 2, 3, 4의 4개 숫자 중 화면에 제시되는 번호에 해당하는 버튼을 누르게 하여 본 실험에 집중하게 하였다 (블록당 8회 시행).
피검자는 제시된 문제에 대해 반응 버튼을 누르도록 하여 해답을 결정하도록 하였다. 통제 과제에서는 1, 2, 3, 4의 4개 숫자 중 화면에 제시되는 번호에 해당하는 버튼을 누르게 하여 본 실험에 집중하게 하였다 (블록당 8회 시행). 공간 과제에서는 문제들을 제시하고 각 문제의 정답에 해당하는 버튼을 눌러 반응하게 하였다 (블록당 5회 시행).
통제 과제에서는 1, 2, 3, 4의 4개 숫자 중 화면에 제시되는 번호에 해당하는 버튼을 누르게 하여 본 실험에 집중하게 하였다 (블록당 8회 시행). 공간 과제에서는 문제들을 제시하고 각 문제의 정답에 해당하는 버튼을 눌러 반응하게 하였다 (블록당 5회 시행).
뇌 기능 영상을 획득하면서 각 실험 참여자는 공간 지각 과제를 수행하였고, 과제 수행 결과로부터 정답률 ((정답 수 / 총 문항 수) X100)을 산출하였다. 또한 문제가 제시된 후 정답 버튼을 누를 때까지의 반응 시간을 계산하였다.
또한 문제가 제시된 후 정답 버튼을 누를 때까지의 반응 시간을 계산하였다.
재배열 (realignment) 과정으로 머리의움직임을 교정하고, 기능적 영상과 해부학적 영상을 상관정립 (coregister)하여 공통 좌표로 합성해주었다. 각 개인별 뇌의 형태적 차이를 교정하기위하여 표준화된 뇌 공간에 template image (Montreal Neurologic Institute) 를 사용하여 nomalization 하였다저 감산법 (Visuospatial tasks - Control tasks)을 사용하여 공간 과제를 풀 때 신경망의 활성화가 발생하는 뇌 영역을 개인별로 t score에 따라 색채 부호화(color coding)하여 추줄하였다.
각 개인별 뇌의 형태적 차이를 교정하기위하여 표준화된 뇌 공간에 template image (Montreal Neurologic Institute) 를 사용하여 nomalization 하였다저 감산법 (Visuospatial tasks - Control tasks)을 사용하여 공간 과제를 풀 때 신경망의 활성화가 발생하는 뇌 영역을 개인별로 t score에 따라 색채 부호화(color coding)하여 추줄하였다. 이로부터 각 개인별로 좌, 우반구로 구분하여 활성화 된 voxel 수 (활성화 면적)를 계산하였다.
대뇌 편즉 화는 편즉 화 지수 (lateralization index) 를 결정하여 판단하였다. 편측 화 지수의 계산은 (left-right) / (left+right)의 공식을 통해 수행되고, 이때 left와 right는 각각 좌, 우반구의 활성화 voxel 수이다.
공간 인지 과제를 수행한 후 모든 실험 참여자의 정답률과 반응 시간을 계산하였다. 평균 정답률은 20대와 40대에서 각각 63.

대상 데이터

20대와 40대 2개의 실험 집단을 모집하였다. 8 명의 남자 대학생 (21.
8 명의 남자 대학생 (21.5±2.3세) 집단과 6명의 남자 대졸 성인 (45.7±2.6세) 집단이 본 연구에 참여하였다. 모든 실험 참여자는 뇌 손상의 경험이 없고, 인지 처리가 정상이었다.

데이터처리

통계분석은 SPSS (ver. 10.0, SPSS Inc. USA)를이용하였고, independent paired t-test를 사용하여 두 연령 사이에 정답률, 반응 시간, 활성화 된 voxel 수 그리고 대뇌 편측 화 지수에서 통계적으로 유의한 차이가 있는지 검증하였다.

이론/모형

뇌 기능 영상 획득은 KAIST 뇌과학 연구 센터에 있는 3T ISOL Technology FORTE를 사용하였으며, single-shot Echo Planar Imaging (EPI) 방법 (TR/TE: 3OOO/35msec, FOV 240mm, matrix 64x64, slices thickness 4mm)으로 각 볼륨 당 35장의 뇌 절편 영상을 획득하였다. T1 강조영상법인 3-D FLAIR 방법 (TR/TE: 280/14msec, FOV 240mm, matrix 256x256, slice thickness 4mm)으로 해부학적 뇌 영상을 획득하였다.
획득하였다. T1 강조영상법인 3-D FLAIR 방법 (TR/TE: 280/14msec, FOV 240mm, matrix 256x256, slice thickness 4mm)으로 해부학적 뇌 영상을 획득하였다.
뇌 기능 영상 데이터는 SPM-99 (Statistical Parametric Mapping-99, Wellcome Department of Cognitive Neurology, Oxford, 1999) S/W를 사용하여분석하였다. 재배열 (realignment) 과정으로 머리의움직임을 교정하고, 기능적 영상과 해부학적 영상을 상관정립 (coregister)하여 공통 좌표로 합성해주었다.
재배열 (realignment) 과정으로 머리의움직임을 교정하고, 기능적 영상과 해부학적 영상을 상관정립 (coregister)하여 공통 좌표로 합성해주었다. 각 개인별 뇌의 형태적 차이를 교정하기위하여 표준화된 뇌 공간에 template image (Montreal Neurologic Institute) 를 사용하여 nomalization 하였다저 감산법 (Visuospatial tasks - Control tasks)을 사용하여 공간 과제를 풀 때 신경망의 활성화가 발생하는 뇌 영역을 개인별로 t score에 따라 색채 부호화(color coding)하여 추줄하였다. 이로부터 각 개인별로 좌, 우반구로 구분하여 활성화 된 voxel 수 (활성화 면적)를 계산하였다.

성능/효과

보고가 있었다.5 운동 과제 수행 시 연령 이 증가함에 따라 반응 시간이 느렸고, 신 경 활성화 양도 감소하였다.6 그러나 덧셈, 뺄셈, 곱셈과 같은 간단한 산술 계산은 연령에 따라 뇌 활성화 양이나 영역에 큰 차이가 없었다.
000). 두 연령대 모두에서 편측 화 지수가 음이 나와공간 과제 수행 시 우반구가 보다 활성화 된다는사실을 확인 할 수 있었다. Fig.
결론적으로 공간 인지 수행 시 20대에 비해 40 대는 수행 능력의 감소와 함께 신경 활성화 양도감소하였고, 대뇌 편측 화도 감소하는 양상을 나타내었다.

후속연구

향후 피험자 수를 증가 시켜 신호 대 잡음비의감소를 보상하고, 60-70대와 같은 다양한 연령대의피험자 결과를 포함한다면, 공간 과제 수행 시 연령에 따른 신경 활성화 양과 편측 화의 차이를 보다정확하게 규명할 수 있을 것으로 판단되어 진다.

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