초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
['판단오류관련 뇌신경회로'의 정의] 우리는 문헌조사와 현장방문을 통해, (1) 주의정보처리회로의 기능저하로 나타난 부주의, (2) 맥락정보처리회로의 기능저하로 나타난 착각, (3) 정서정보처리회로의 오기능으로 나타난 패닉이 실제 운전/운항/관제 상황에서 크고 잦은 사고를 일으키는 핵심적 '판단오류의 뇌신경회로'라고 판단함.
[1단계: ACE회로 모니터링, 기능항진, 순간회복 기초기술 개발] 위 판단에 근거하여 우리는 1단계에서 '주의-맥락-정서 회로(ACE회로)'의 조절요인과 관련된 뇌신호를 직

□ 연구의 목적 및 내용
['판단오류관련 뇌신경회로'의 정의] 우리는 문헌조사와 현장방문을 통해, (1) 주의정보처리회로의 기능저하로 나타난 부주의, (2) 맥락정보처리회로의 기능저하로 나타난 착각, (3) 정서정보처리회로의 오기능으로 나타난 패닉이 실제 운전/운항/관제 상황에서 크고 잦은 사고를 일으키는 핵심적 '판단오류의 뇌신경회로'라고 판단함.
[1단계: ACE회로 모니터링, 기능항진, 순간회복 기초기술 개발] 위 판단에 근거하여 우리는 1단계에서 '주의-맥락-정서 회로(ACE회로)'의 조절요인과 관련된 뇌신호를 직간접적으로 모니터하는 기술, ACE회로의 기능저하 방지 및 기능항진을 유도하는 인지적 훈련 기술, 그리고 ACE회로의 순간적 회복을 유도하는 뇌자극 기술을 개발하였음. 구체적으로, (1) 안구운동, 생체신호, EEG를 포함한 다차원 신호 기반 주의저하 예측 기초기술을 확립, (2) 상황맥락적 인지통제의 조절요인을 발굴, (3) 정서맥락적 인지통제의 조절요인을 발굴, (4) 인지통제 신경회로의 뇌가소성 변화측정 기초기술을 확립, (5) 다중전극 이용한 고정밀-피질심부 뇌자극 기초기술을 확립하였음.
[2단계: 선택과 집중전략으로 1단계 기초기술을 선별, 융합, 응용하여 시스템기술 개발] 우리는 1단계 연구결과를 면밀히 분석하여, ACE회로를 모니터링, 기능항진, 순간회복하는데 효과적인 요소기술들을 선별하였고, 이를 중심으로 2단계 연구개발계획을 마련하였음. 우리는 1단계로부터 발굴한 주의저하 예측 및 뇌자극 기초기술을 융합하여 (1) ACE회로의 기능저하를 탐지·예측('고신뢰' 실시간 뇌모니터링 모듈 구축), (2) ACE회로의 기능을 즉각적으로 회복하고('고정밀' 맞춤형 뇌자극 모듈 구축), (3) ACE회로의 기능을 지속 가능한 수준으로 강화('고효율' 뇌가소성-기반 뇌훈련 모듈 구축)할 수 있는 ACE회로 조절 시스템을 개발할 것임. 이를 위해 우리는 시스템의 뇌활성 및 가소성 변화에 초점을 둔 개발은 실험실에서 계속 진행하되, 공군항공우주의료원 등 실제 기술수요처와 협력하여 ACE 조절 시스템을 현장에 적용될 수 있도록 실용화하는데 주력할 것임. ACE 회로 조절 시스템의 모듈이 확립되면 인체적용을 통해 효능을 검증하고 기술이전을 추진할 것임.

□ 연구개발성과
우리는 1단계에서 개발한 요소 기술 들 중 최종목표인 판단오류 방지 ACE조절 시스템 개발에 핵심적인 기반기술들을 선택하여 실용화에 근접한 핵심 기술로 개발하는 2단계 연구개발목표의 로드맵에 따라 새로 기획된 3가지 모듈별로 성실하게 연구개발의 과정을 이행하였음. 총 2년으로 계획된 2단계 연구에서는 다음과 같이 3개 세부분야에서 우수하고 창의적인 기술을 개발함. (1) "고신뢰 실시간 뇌모니터링" 모듈에서는 동공기반 각성게이지 모니터링을 위한 교란신호 교정 툴박스에 기반하여 추출된 동공신호로부터 환경의 변화에 대한 놀람(surprise)반응, 작업기억 부하, 정서적 기억 등을 예측하고, 환경변화요인(Hazard rate)을 추가하여 주의 및 각성 상태의 변화에 따른 감각피질활동 변화를 더욱 신뢰롭게 모니터링 하는 기술을 개발하였으며, (2) "고효율 뇌가소성-기반 뇌훈련" 모듈에서는 전년도에 개발된 정서맥락에 따른 억제통제 훈련과제의 행동결과의 ERP 신경신호 및 신경회로 connectivity변화지표를 발견하였고, 정서맥락에 따른 보상기반 주의조절 학습 및 훈련법을 개발하고, 고효율 뇌가소성 판단강화 훈련 모듈을 실험실에서 추가 검증하였으며, (3) "고정밀 맞춤형 뇌자극" 모듈에서는 다채널 tACS를 이용하여 피질심부뇌자극의 신경활동에 미치는 기제 해석법을 개발 및 무선 다채널 tCS 시스템 최적화 및 구동하는 소프트웨어를 개발하였고, 맥놀이 현상을 이용한 경두개 교류자극 기법을 더욱 정교화 하였고, tCS전계해석 및 전류 최적화 소프트웨어를 개발하였고, 고정밀 맞춤형 판단강화 뇌자극 모듈을 실험실에서 검증하였음.
이러한 기술적 성과는 각성상태의 변화를 탐지하여 즉각적 인지기능의 효율성을 높이고, PTSD 임상 집단 에서 관찰된 잘못된 주의 편향을 교정하고, 전기자극 예측의 정밀성을 증가시키고 개인차를 반영한 뇌자극 기술을 개발하는 데에 기여하는 등 공학적, 과학적 활용도가 매우 높고 큰 파급 효과가 기대됨.
본 연구진은 논문의 경우 SCI급 논문 33편을 출판하였으며, 특허의 경우 국내 특허를 2건 등록 및 해외 특허 1건을 출원하였고 인력양성은 20명 석박사 학위자(석사 14, 박사 6)를 배출하는 등, 당초 계획에 준하는 우수한 연구개발 및 인력양성 성과를 거두었음. 또한 계획하지는 않았지만 대한 민국공군과 MOU를 체결하고 기술이전을 2건 달성하고 소프트웨어 1건을 등록하는 등 실용화를 준비하는 성과를 거둠. 또한 출판된 논문 중 상당수의 논문이 JCR분야별 상위 30%이내 17편, 10%이내 5편, 5% 이내 4편 포함되는 등 질적으로는 우수한 성과를 거두었음.

□ 연구개발성과의 활용계획(기대효과)
우리가 1단계에서 개발한 다차원신호 기반 판단저하 예측기술, 다중전극이용 고정밀 전계포밍 및 피질심부 뇌전기자극 기술, 신경회로의 뇌가소성 변화 측정 기술은 해당분야 이전기술의 한계점을 극복하는 기술들로서 학문, 기술, 경제적으로 큰 파급효과를 가져올 것임. 우리가 2단계에서 개발한 ACE 조절 시스템의 고신뢰 실시간 뇌모니터링 모듈과 고정밀 맞춤형 뇌자극 모듈은 일반 승용차의 안전성 뿐만아니라 항공운항관제 등 특수상황의 안전성 향상에도 크게 기여할 것이며, 고효율 뇌가소성기반 뇌훈련 모듈은 사고유발 인지통제 능력을 향상하는 컴퓨터 모바일 게임 개발로 이어질 수 있을 것으로 기대됨. 나아가 전 세계적으로 도입기 단계인 재난재해안전 분야 기술선점 효과, 사회문제해결형 첨단고급 과학인력 일자리 및 뇌과학 기반 신산업 창출 뿐 아니라 대형 안전사고를 미연에 방지하여 국민 삶의 질 향상이 기대됨.

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 7
• 2-1. 연구수행내용 및 성과 ... 7
• 2-2. 대표적 성과 ... 40
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 41
• 3-1. 목표 ... 41
• 3-2. 목표 달성여부 ... 43
• 3-3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 52
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 53
• 붙임. 참고문헌 ... 55
• 끝페이지 ... 55