[논문]한국어-영어 그림 명명 시 나타나는 대뇌 영역: fMRI 연구

최원일; 조경덕; 남기춘

문제 정의

본 연구는 그림을 보고 그 이름을 명명하는 과제에서 한국어와 영어에서 어떤 차이가 있는지를 알아보았고, 방해어가제시되었을 때의 뇌 활성화 영역이 어떻게 다른지를 알아보았다. 그림 명명과제를 사용할 경우 그림을 보고 의미 체계에 접근하지 않을 경우 그 그림의 이름을 말할 수 없으므로, 결국 의미 체계의 활성화가 언어에 따라서 어떤 공통점과 차이점을 나타내는지를 알 수 있을 것이다.
본 연구는 모국어와 외국어(영어)의 의미 체계가 공통적이냐, 분리되어 있느냐를 알아보기 위해 실시되었고, 의미 관련성을 통제하는 대뇌의 영역이 어디인가를 확인하기 위해 이루어졌다.
본 연구에서는 위의 선행연구들에서처럼 모국어와 외국어를 산출할 때 활성화되는 대뇌영역이 어떠한 차이가 있는가와, 의미 관련성을 통제하는 영역이 어떤 부분인가를 알아보기 위해 fMRI 연구를 실시하였다.

제안 방법

3.0T forte를 사용하였으며, 실험 참가자가 헤드코일에 부착된 거울을 통해 제시되는 시각적 자극을 보며 과제를 수행하는 동안 EPI-BOLD(Echo Planner Imaging Blood Oxygen Level Dependent)기법을 사용하여 영상을 획득하였다(TR/TE 3000/35msec, 5mm no gap 20 slices, 64><64Matrix, FOV 24cm x 24cm, flip angle 80°).각 하위 실험 당 총체적(volume) 영상은 342초 동안 모조 영상 4개를 포함하여 114개(phases)를 얻었다.
이러한 모수 추정을 통해서 일정한 유의 수준을 역치로 하여 얻은 최종 활성화 영상을 SPM에서 제공하는 MNI 동 위상 좌표에 적용하여 활성화 위치를 확인하였다. 뇌기능 지도에 서 확인된 영역 좌표는 MNI 좌표에서 Talairach- Toumoux system을 사용하여 뇌 영역을 확인하였다.
첫 번째 실험은 아무런 방해 어도 있지 않은 순수한 그림 명명과제 였고, 두 번째 실험은 그림과 의미적 관련성이 짙은 방해어가 그림과 함께 제시된 조건이고, 세 번째 실험은 그림과 의미적으로 전혀 관련이 없는 단어가 방해어로 쓰인 조건이고, 마지막 실험은 그림과 일치하는 단어가 방해어로 사용된 조건이었다. 실험 참가자는 각 조건에 따른 네 가지하위 실험을 수행해야 하고, 연습에 의한 효과를 최소화시키기 위해 각하위 실험의 순서는 실험 참가자에 따라 무선화 시켰다.
실험 참가자는 그림을 보고 그 그림의 이름을 한국어로 명명하는 과제를 수행하였다. 일반적인 명명과제에서는 그림의 이름을 빠르고 정확하게 말해야 하지만, fMRI 실험에서는 실험 시 머리의 움직임이 결과에 큰 영향을 주므로 움직임을 최소화시키기 위해서 속으로 말하도록 하였다.
다만 실험1 에서는 한국어로 명명과제를 실시하였으나, 실험2에서는 영어로 과제를 수행하였다. 실험이 끝난 뒤에는 그림에 대해서 정말로 실험 참가자가 알고 있는가를 조사하였고, 그림에 대해서 모두 영어로 명명할 수 있었 다.
5), normalization을 통하여 각 실험 참가자의 체적 영상(image)을 얻고, 이 영상에 대한 통계분석은 실험 시 자극을 주었던 패턴을 대상으로 일반 선형 모형에 기초한 모수 추정을 수행하였다. 이러한 모수 추정을 통해서 일정한 유의 수준을 역치로 하여 얻은 최종 활성화 영상을 SPM에서 제공하는 MNI 동 위상 좌표에 적용하여 활성화 위치를 확인하였다. 뇌기능 지도에 서 확인된 영역 좌표는 MNI 좌표에서 Talairach- Toumoux system을 사용하여 뇌 영역을 확인하였다.
방해어의 조건에 따라서 실험 은 총 4개의 하위 실험으로 구성되었다. 첫 번째 실험은 아무런 방해 어도 있지 않은 순수한 그림 명명과제 였고, 두 번째 실험은 그림과 의미적 관련성이 짙은 방해어가 그림과 함께 제시된 조건이고, 세 번째 실험은 그림과 의미적으로 전혀 관련이 없는 단어가 방해어로 쓰인 조건이고, 마지막 실험은 그림과 일치하는 단어가 방해어로 사용된 조건이었다. 실험 참가자는 각 조건에 따른 네 가지하위 실험을 수행해야 하고, 연습에 의한 효과를 최소화시키기 위해 각하위 실험의 순서는 실험 참가자에 따라 무선화 시켰다.

대상 데이터

대전대학교와 배재대학교에 재학 중인 9명의 학부생이 실험에 참여하였다. 이 학생들은 모두 남학생이었으며, 오른손잡이 학생들이었다.
실험 1과 매우 유사한 조건의 12명의 대학생이 실험에 참가하였다.
그림은 구체어를 나타내는 자극이었고, 각 그림은 조건별로 방해어(distractor)와 짝지어졌다. 실험에 사용된 방해어(distractor)는 한국어였고, 조건에 따라 그림과 의미가 관련된 조건, 의 미 무 관련 조건, 일치 조건 이었고, 방해어가 사용되지 않은 그림도 있었다. 방해어는 그림 속에 포함된 채 제시되었고, 방해 어의 위치는 편향을 막기 위해 무선화시켰다.
실험에 사용된 자극은 총 50개의 그림자극이었다. 그림은 구체어를 나타내는 자극이었고, 각 그림은 조건별로 방해어(distractor)와 짝지어졌다.
영상 데이터 분석은 SPM99(Statistical Parametive Measure 99)를 off-line으로 이용하였다. SPM99를 이용하여 realignment, coregrster, smoothing(FWHM7.
방해어는 그림 속에 포함된 채 제시되었고, 방해 어의 위치는 편향을 막기 위해 무선화시켰다. 통제 자극으로는 무의미한 선 그림(line drawing)이 사용되었고, 실험설계상 실험자극 그림보다 10개가 많은 60개가 사용 되었다.

데이터처리

영상 데이터 분석은 SPM99(Statistical Parametive Measure 99)를 off-line으로 이용하였다. SPM99를 이용하여 realignment, coregrster, smoothing(FWHM7.5), normalization을 통하여 각 실험 참가자의 체적 영상(image)을 얻고, 이 영상에 대한 통계분석은 실험 시 자극을 주었던 패턴을 대상으로 일반 선형 모형에 기초한 모수 추정을 수행하였다. 이러한 모수 추정을 통해서 일정한 유의 수준을 역치로 하여 얻은 최종 활성화 영상을 SPM에서 제공하는 MNI 동 위상 좌표에 적용하여 활성화 위치를 확인하였다.

성능/효과

또한 (2), (3)에서 볼 수 있듯이, 의미적으로 관련되어 있는 단어나 관련되어 있지 않은 비단 어가 방해어로 제시된 경우 우중전두회 (right middle frontal gyrus)에서의 활성화가 나타났다. 또한 일치조건에서는 우반 구 각회(right angular gyrus)에서의 활성화가 나타났다.
일단 가장 주목할 점은 고전적으로 언어 산출 영역이라고 보고되고 있으며, 흔히 broca 영역이라고 알려져 있는 좌하 전두회 (left inferior frontal gyrus)에서 강한 활성화가 나타나는 것을 볼 수 있다. 또한 좌반구의 두정엽(left parietal lobe)에서 각 조건에서 모두 강한 활성화가 나타났다. 반면 한국어 명명시 방해어의 의미 관련성 여부에 따른 조건에서 많이 활성화되었던 우반구 각회에서의 활성화는 거의 나타나지 않은 것을 볼 수 있다.
물론 본 연구만을 가지고 한국어와 영어에서 다른 의미 체계를 가지고 있다거나 의미체계에서 어휘체계로의 진행 경로를 단언할 수는 없을 것이다. 하지만 본 연구를 통해서 한국어 산출시보다는 영어 산출 시에 훨씬 더 큰 대뇌 영역의 활성화를 나타내었고, 이 활성화와 관련된 대뇌영역이 좌하전두회와 두정엽 부분이라는 것을 알 수 있었다. 기존의 많은 연구들이 모국어와 외국어를 말할 때 대뇌표상의 차이가 거의 없다는 결과를 보인 것과는 다른 결과라 할 수 있다.

후속연구

또한 영어 산출 조건에서는 이러한 영역이 활성화되지 않았는데, 이는 영어 산출 시 과제 자체가 어려웠기 때문에 미쳐 두 가지 정보를 통합하는 정보처리까지는 일어나지 않았다고 말할 수 있을 것이다. 정확히 우중전두회가 언어연구에서 어떤 기능을 담당하는지는 추후 연구를 통해서 더 밝혀내야 할 문제이다.

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