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| 주관연구기관 | 국가수리과학연구소 |
|---|---|
| 연구책임자 | 황동욱 |
| 참여연구자 | 고태욱 , 김종호 , 김은연 , 강혁 , 이정민 , 손우식 , 백설희 , 경성현 |
| 보고서유형 | 최종보고서 |
| 발행국가 | 대한민국 |
| 언어 | 한국어 |
| 발행년월 | 2012-07 |
| 과제시작연도 | 2011 |
| 주관부처 | 미래창조과학부 KA |
| 사업 관리 기관 | 기초기술연구회 |
| 등록번호 | TRKO201300021661 |
| 과제고유번호 | 1345161016 |
| DB 구축일자 | 2013-12-21 |
| 키워드 | 뇌,커넥톰,뇌영상,영상분석,수리적분석brain,connectome,neuroimaging,neural modeling,mathematical analysis |
Ⅲ. 연구의 내용 및 범위
본 연구의 연구분야는 크게 네 부분으로 이루어진다. 먼저, 뇌의 정보처리 방식을 이해하기 위한 다양한 뇌영상 획득 및 분석 연구, 뇌 네트워크에 관한 연구, 그리고 수리적 뇌 모델링 연구와 뇌 모델을 적용한 정보처리 응용연구이다. 뇌영상 획득 및 분석 연구에서는 (1)융합 뇌영상 획득 연구, (2)질환관련 뇌영상 연구, (3)정보처리 관련 뇌영상 연구와 (4)뇌 영상처리 고도화에 관한 연구가 진행되었다. 뇌 네트워크 연구에서는 (1)뇌 네트워크 추출 방법 연구 (2)뇌의 정보처리와 관련된 뇌 네트워크
III. Contents
Our research is divided into four major parts: acquiring multimodal neuroimage, analyzing brain networks, modeling neural network unit of the brain, and applying the brain information processing mechanism for the development of information processing applications.
For the multimo
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![Dependence of the inverse phase synchronization index on the link weight: (a) the diagonal component ICkk and (b) the off diagonal component ICkl normalized by 2K/D versus the node strength Sk, Contour plot of (c) ICkl/Wkl normalized by 2K/D versus K and Wkl, and (d) ICkl/Wkl normalized by 2K/D versus D and Wkl, and (e) the mismatch error E versus K and D. The white bands in the colorbar of (c) and (d) denote the region of convergence where the ratio is in the interval [0.9,1.1] and with them is match error E<0.2 in (e). (f) Similarity measure SIC versus K together with the corresponding measures of the phase synchronization (SC) and the partial phase](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_53_image_34.jpg "Dependence of the inverse phase synchronization index on the link weight: (a) the diagonal component ICkk and (b) the off diagonal component ICkl normalized by 2K/D versus the node strength Sk, Contour plot of (c) ICkl/Wkl normalized by 2K/D versus K and Wkl, and (d) ICkl/Wkl normalized by 2K/D versus D and Wkl, and (e) the mismatch error E versus K and D. The white bands in the colorbar of (c) and (d) denote the region of convergence where the ratio is in the interval [0.9,1.1] and with them is match error E<0.2 in (e). (f) Similarity measure SIC versus K together with the corresponding measures of the phase synchronization (SC) and the partial phase")
![서로 다른 마취제를 투여했을 경우의 의식 상태 변화의 차이를 백본 그룹 구성의 변화의 관점에서 바라본 결과. 백본 그룹의 유사도 관점에서 해석할 때 프로포폴의 경우 마취로 진입하여 돌아오는 과정이 마취에 진입하는 과정과 확연한 차이를 보이는 반면, 세보플루레인의 경우 마취 전후 과정의 차이가 거의 없음을 볼 수 있다. 이는 마취제의 방식 (액체/기체) 및 작용 기작의 차이를 반영한다[Lee:2011].](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_105_image_96.jpg "서로 다른 마취제를 투여했을 경우의 의식 상태 변화의 차이를 백본 그룹 구성의 변화의 관점에서 바라본 결과. 백본 그룹의 유사도 관점에서 해석할 때 프로포폴의 경우 마취로 진입하여 돌아오는 과정이 마취에 진입하는 과정과 확연한 차이를 보이는 반면, 세보플루레인의 경우 마취 전후 과정의 차이가 거의 없음을 볼 수 있다. 이는 마취제의 방식 (액체/기체) 및 작용 기작의 차이를 반영한다[Lee:2011].")
![서로 다른 마취제를 투여했을 경우의 의식 상태 변화의 차이를 백본 그룹 구성의 변화의 관점에서 바라본 결과. 백본 그룹의 유사도 관점에서 해석할 때 프로포폴의 경우 마취로 진입하여 돌아오는 과정이 마취에 진입하는 과정과 확연한 차이를 보이는 반면, 세보플루레인의 경우 마취 전후 과정의 차이가 거의 없음을 볼 수 있다. 이는 마취제의 방식 (액체/기체) 및 작용 기작의 차이를 반영한다[Lee:2011].](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_107_image_98.jpg "서로 다른 마취제를 투여했을 경우의 의식 상태 변화의 차이를 백본 그룹 구성의 변화의 관점에서 바라본 결과. 백본 그룹의 유사도 관점에서 해석할 때 프로포폴의 경우 마취로 진입하여 돌아오는 과정이 마취에 진입하는 과정과 확연한 차이를 보이는 반면, 세보플루레인의 경우 마취 전후 과정의 차이가 거의 없음을 볼 수 있다. 이는 마취제의 방식 (액체/기체) 및 작용 기작의 차이를 반영한다[Lee:2011].")
![화학적 시냅스 전달 ([Bear:2006])](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_116_image_105.jpg "화학적 시냅스 전달 ([Bear:2006])")
![세 개의 시냅스 소낭 풀 ([Denker:2010])](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_117_image_106.jpg "세 개의 시냅스 소낭 풀 ([Denker:2010])")
![복잡한 복구과정 ([Södhof:2004])](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_117_image_107.jpg "복잡한 복구과정 ([Södhof:2004])")
![미니컬럼의 구성 (A)는 단일 피질 컬럼의 이 상적인 모습을 보여주고 있 으며, 생물학적인 미니컬럼 에 대응되는 구조를 나타낸 다. (B)는 (A)에 나타난 미 니컬럼 구조의 반복된 형태 로 실제 상호작용하며 동작 하는 구성을 나타낸다. [Hawkins:2009]](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_159_image_138.jpg "미니컬럼의 구성 (A)는 단일 피질 컬럼의 이 상적인 모습을 보여주고 있 으며, 생물학적인 미니컬럼 에 대응되는 구조를 나타낸 다. (B)는 (A)에 나타난 미 니컬럼 구조의 반복된 형태 로 실제 상호작용하며 동작 하는 구성을 나타낸다. [Hawkins:2009]")
![실제 ㄴ모양 이미 지에 대하여 학습하는 3개 계층 구조를 갖는 HTM의 모습을 보여주고 있다. 상위 계층의 한 미니컬럼 셀은 하위레벨의 4개의 미니컬럼 과 정보를 교환한다. [Perea:2009]](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_159_image_139.jpg "실제 ㄴ모양 이미 지에 대하여 학습하는 3개 계층 구조를 갖는 HTM의 모습을 보여주고 있다. 상위 계층의 한 미니컬럼 셀은 하위레벨의 4개의 미니컬럼 과 정보를 교환한다. [Perea:2009]")
![(A) 시공간 패턴은 마르코프 그래프(Markov graph)로 표 현 가능(매트릭스 C2,1) 하며, 이 그래프를 특정 확률분포로 그룹화 하여 g1 2,1, g2 2,1을 얻을 수 있다. (위첨자 2,1은 2번 계층 1번 미 니컬럼을 의미한다.) (B)는 Hierarchical Bayesian Network로 모델 링한 모습으로, Lambda는 하위 정보로부터 얻는 Likelihood을 바탕 으로 패턴을 그룹화하여 그룹 정보의 Likelihood를 상위 계층으로 올리고, 상위 계층에서 내려받은 Pi는 Prior로 현재 입력(y)에 대한 Prediction에 대한 믿음 정보 (Bel)로 재해석, 하위레벨에 Posterior 정보를 넘겨준다. [Hawkins:2009]](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_160_image_165.png "(A) 시공간 패턴은 마르코프 그래프(Markov graph)로 표 현 가능(매트릭스 C2,1) 하며, 이 그래프를 특정 확률분포로 그룹화 하여 g1 2,1, g2 2,1을 얻을 수 있다. (위첨자 2,1은 2번 계층 1번 미 니컬럼을 의미한다.) (B)는 Hierarchical Bayesian Network로 모델 링한 모습으로, Lambda는 하위 정보로부터 얻는 Likelihood을 바탕 으로 패턴을 그룹화하여 그룹 정보의 Likelihood를 상위 계층으로 올리고, 상위 계층에서 내려받은 Pi는 Prior로 현재 입력(y)에 대한 Prediction에 대한 믿음 정보 (Bel)로 재해석, 하위레벨에 Posterior 정보를 넘겨준다. [Hawkins:2009]")
![11개의 비글보드가 네트워크 되어있는 모습. 한 개의 임베디드 보드는 1GHz의 ARM Processor를 내장하고 있으며, 이들의 병렬처리는 최대 10GHz의 컴퓨팅 파워를 보일 수 있다. [Kaiser:2010]](https://nrms.kisti.re.kr/bitextimages/TRKO201300021661/TRKO201300021661_161_image_141.jpg "11개의 비글보드가 네트워크 되어있는 모습. 한 개의 임베디드 보드는 1GHz의 ARM Processor를 내장하고 있으며, 이들의 병렬처리는 최대 10GHz의 컴퓨팅 파워를 보일 수 있다. [Kaiser:2010]")
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