일화기억은 어떤 사건에 관한 기억으로, 이 사건이 언제 어디서 일어났는지의 시공간 정보가 포함되어 있고, 사건으로부터 느끼는 정서나 개인적 의미 등 주관성에도 강하게 영향을 받는다. 일화기억에는 과거에 일어난 사건에 대한 기억뿐만 아니라 미래에 해야 할 일에 ...

일화기억은 어떤 사건에 관한 기억으로, 이 사건이 언제 어디서 일어났는지의 시공간 정보가 포함되어 있고, 사건으로부터 느끼는 정서나 개인적 의미 등 주관성에도 강하게 영향을 받는다. 일화기억에는 과거에 일어난 사건에 대한 기억뿐만 아니라 미래에 해야 할 일에 대한 기억도 포함된다. 이런 연유로 기억장애가 생기면 일화기억은 심각한 손상을 보인다.
그러나 기존의 일화기억 연구는 일화기억을 이루는 다양한 요소들을 충분히 고려하고 있지 못하다는 한계점을 지니고 있다. 최근 눈부시게 발전하고 있는 가상현실을 채택함으로써 기존 일화기억연구의 단점을 보완하고 일화기억이 가지는 고유의 특성에 본질적으로 접근할 수 있다. 가상현실을 일화기억 연구에 이용하면 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 일화기억의 구성요소인 시공간 정보를 연구자가 자유롭게 통제할 수 있다. 둘째, 자유롭게 가상공간을 돌아다닐 수 있다는 점은 자기참조효과를 극대화할 수 있다. 셋째, 이와 같이 현실감이 높은 가상현실을 이용하면 실험실 상황에서도 훨씬 실생활에 가까운 연구결과를 얻을 수 있게 된다. 따라서 가상현실을 이용하는 것은 정상인의 기억에 대한 연구뿐만 아니라 일화기억이 손상된 환자를 대상으로 하는 연구에서도 유용하다. 본 연구진은 정상인과 환자를 대상으로 가상현실을 체험하게 한 후 뇌파를 측정하고 다양한 분석기법을 적용하여 일화기억과 관련된 뇌의 활동을 입체적으로 이해하고자 하였다.
1차년도에는 3D 가상환경을 제공할 수 있는 실험실을 만들고 실험실의 시스템을 평가하였다. 그리고 기존에 사용하던 HMD(머리에 착용하여 사용자의 눈앞에 직접 영상을 제시해 주는 디스플레이 장치) 방식에 비해 새로 도입한 편광안경(양쪽 눈에 서로 다른 영상이 제시되도록 편광필터를 부착한 안경)방식의 3D 가상현실이 보다 높은 현실감과 몰입감을 제공하고 멀미감은 감소시켜준다는 것을 확인했다. 이어서, 가상현실에서의 감각과 지각 경험에 미치는 인적 특성에 대해 알아보기 위한 연구를 수행하였고, 가상현실 몰입 경향성과 최면 감수성이 가상현실에서 주어진 과제의 수행에 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 또한 가상현실 일화기억검사를 통해 대상에 대한 기억과 그 대상이 제시되었던 맥락 혹은 정보의 출처에 대한 기억의 처리가 다르다는 것을 뇌파의 차이를 통해 살펴보았다. 그 결과, 기억의 재인 과정에서 발생하는 뇌파가 처음 본 것에 대한 뇌파와 비교했을 때 진폭이 더 큰 old/new 효과를 확인할 수 있었고, 대상과 맥락에 따른 뇌파의 차이를 발견하였다. 또한 가상현실이 치료에 적용될 수 있는지 가능성을 확인하기 위해 우울증 환자를 대상으로 뉴로피드백 훈련(소리나 영상을 제시하여 사용자가 뇌파의 상태를 확인하며 그것을 조절할 수 있도록 하는 훈련)을 하였다. 훈련 이후 뇌파를 통해 좌측 전두엽에서의 활동이 우측 전두엽보다 활발해졌음을 알 수 있었고, 인지 기능도 향상된 것을 확인할 수 있었다. 이는 가상현실이 환자의 치료에 유용한 수단이 될 수 있음을 확인해 주었다. 또한 후속 연도 연구를 위해 정신분열병 환자의 뇌파 특성에 대한 기존 연구결과를 종합적으로 고찰했다. 뇌파를 통해 관찰할 수 있는 신경성 진동 중 감마대역(30~100Hz 이상)의 활동은 다양한 인지기능과 관련되어 있는데, 정신분열병의 경우 감마 진동의 이상이 나타나게 된다는 것을 다수의 연구에서 확인할 수 있었고, 추후 기억의 오류와 감마진동의 이상에 대해 살펴보아야 한다는 것을 알 수 있었다.
2차년도에는 일화기억의 재인 과정에서 발생하는 뇌파의 old/new 효과에 주목해서 연구를 진행하였다. 정상 성인의 일화기억의 재인 과정에서 뇌파의 위상 동기화(뇌의 여러 영역들에서 관찰되는 뇌파의 진폭의 진행 패턴이 시간적으로 동일한지)를 살펴보았다. 정상인의 뇌파를 통해서 기억 재인 과정에서 뇌파의 쎄타 대역(4~8 Hz)의 위상 동기화가 강하다는 것과 오른쪽 전두엽과 왼쪽 두정엽의 연결이 가장 강하다는 것을 확인했다. 또한 경도인지장애에(같은 연령대나 학력수준의 집단에 비해 인지능력이 떨어졌지만, 일상생활에 큰 지장은 없는 상태) 대한 사전조사로 노인집단의 일화기억 재인 과정 연구를 하였다. 노인집단을 대상으로 신경심리검사(치매진단을 위해 기억력, 언어능력, 시공간능력, 집행기능 등을 두루 검사할 수 있는 도구)와 가상현실 일화기억검사를 모두 수행하였고, CERAD-K 신경심리검사의 단어목록 회상검사 점수와 가상현실 일화기억검사의 정답률 사이의 정적인 상관을 발견하였다. 이 결과는 가상현실 일화기억검사가 유용한 대안적 검사도구가 될 수 있음을 시사한다. 이어서 젊은 성인집단과 노인집단의 일화기억에 대한 비교연구를 수행하였다. 일화기억의 재인 과정에 대한 뇌파를 비교해 보았을 때 두 집단 모두 old/new 효과를 보였으나, 노인집단에서 이 효과의 크기가 더 작고 지속시간이 짧다는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 정신분열병 환자의 일화기억에 대해서도 뇌파를 이용해 살펴보았다. 정신분열병 환자에게서도 old/new 효과를 확인할 수 있었으나 시간-주파수 분석을 통해 여러 주파수 대역별로 두뇌 활동을 살펴보았을 때, 정신분열병 환자는 정상인에 비해 전두 영역의 쎄타 파워 감소를 보였고 이는 일화기억 재인의 실패와 연관이 있을 것으로 생각되었다. 후두 영역의 알파 파워 억제가 미약하고 금방 끝나며 대신 베타 파워가 과대하게 커지는 것은 일화기억 재인 실패 이외에도 정신분열병의 환청과 연관이 있을 것으로 생각되었다.
3차년도에는 전년도의 연구를 바탕으로 정신분열병 환자를 위한 사회인지 증진 프로그램을 제작했다. 사회인지는 우리가 사회활동을 하는 데 이용하는 사고 능력으로, 타인의 기분과 정서를 알아차리고(정서지각), 타인의 관점에서 생각해 볼 수 있는 능력(마음이론)을 포함하는 포괄적인 개념의 인지능력이다. 정신분열병 환자의 정서인지 능력 결손은 단일 감각 능력의 결손이 아니라, 시각, 청각 등의 여러 감각 정보를 통합해주는 다감각통합능력의 결손과 관련이 있음이 최근에 밝혀졌다. 본 연구진은 얼굴 표정과 목소리가 제시되는 다감각 통합과제를 이용한 정서인지 증진 프로그램을 발명하였고 정신분열병 환자를 대상으로 검사 및 훈련을 진행하였다. 훈련 결과 정서인지검사 수행 능력이 정상인 집단과 비슷한 수준으로 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한 경도인지장애와 알츠하이머병 치매를 확인할 수 있는 뇌파 지표를 추적하기 위해 최근의 연구 결과를 종합적으로 비교 분석하였고, 전위원 탐색, 뇌파 일관성, 위상 동기화, 뇌 영역간 연결성 등의 다양한 분석 기법을 통해서 이 질환의 지표를 찾아낼 수 있음을 확인하였다.
본 연구진의 3년간의 연구는 가상현실을 이용하여 더욱 효율적으로 정상인과 환자에게서 기억연구가 가능하다는 것을 보여주었다. 정상인 외에도 우울증, 경도인지장애, 정신분열병 환자를 대상으로 연구는 인지신경과학, 신경심리학, 생리심리학, 정신의학 분야에 걸쳐 의미있는 정보를 제공한다. 그리고 다감각 정보를 이용한 정서인지 능력 검사 및 훈련 시스템은 국내외에서 개발된 바 없는 새로운 유형의 검사 및 훈련 프로그램으로, 난이도 조절을 통해 정상인에게도 적용 가능할 뿐만 아니라, 컴퓨터 기반으로 병원과 시설에서 용이하게 사용될 수 있어 추후 광범위한 활용이 기대된다.

Episodic memory refers to our memory of specific events in our lives, so it contains information about time and space, such as when and where the event occurred. Because of its various components, episodic memory is seriously impaired in the case of ...

Episodic memory refers to our memory of specific events in our lives, so it contains information about time and space, such as when and where the event occurred. Because of its various components, episodic memory is seriously impaired in the case of memory disorder. However, previous research on episodic memory has not sufficiently considered its various aspects, as mentioned above. Brilliant progress in the realm of virtual reality can enable us to substantially approach unique characteristics of episodic memory. There are three advantages to using virtual reality in research on episodic memory. First, researchers can easily control information about time and space. Second, the self-reference effect is maximized by active navigation in a freely explorable environment. Third, a high-quality virtual reality guarantees high validity of results owing to its close resemblance to real life. For these reasons, using virtual reality allows us to effectively study episodic memory. We sought to understand the brain mechanism related to episodic memory from multiple views, by measuring EEGs (electroencephalograms, the neural oscillation electrically recorded from the scalp) of both healthy people and patients with episodic memory deficits, and analyzing their biosignals through various methods.
In the first year, we set up a 3D virtual environment laboratory and assessed the new laboratory system. We compared user experiences from an existing HMD (head-mounted display, providing a large field of view by projecting images in front of the user’s eyes) method with those from a method utilizing newly introduced polarization glasses (using different polarizing filters so that each eye sees a different image). It was confirmed that the latter elicited a higher sense of reality and immersion from users, but lower cybersickness (i.e., symptoms similar to car sickness due to the virtual environment). Then, we conducted research on human factors affecting perception in virtual reality. The results revealed that immersion tendency and hypnotic susceptibility were important human factors in a given task. Additionally, we examined differences between memories about items (what) and memories about the context of those items (where). Results confirmed the old/new effect of ERPs (event-related potentials, analysis to identify the neural oscillation related to specific events, averaging a number of EEG epochs for same conditions), which meant that there was a larger positive voltage when participants recognized the old items than when they saw the new items. We also found a difference in brain activity between the memories about items and those about contexts. Then, we adopted neurofeedback training (system inducing trainees to control their neural activities) to depression patients. After the training, their cognitive function improved with changes in brain activity pattern. For the following research, we reviewed previous studies on the EEG characteristics of schizophrenia. We found abnormalities in gamma oscillations in patients with schizophrenia, and realized that we need to pay attention to the relationship between memory deficits and gamma oscillation.
In the second year, we focused on the old/new effect during episodic memory recognition. We examined the phase synchronization (temporal similarity of the EEG/ERP amplitude pattern from among the many electrode sites on the scalp) in healthy adults during memory recognition. It was found that the phase synchronization in the theta band was most powerful, and connectivity was strongest between the right frontal lobe and left parietal lobe. As preliminary research on mild cognitive impairment (MCI: a brain function syndrome involving the onset and evolution of cognitive impairments beyond those expected based on the age and education of the individual), we examined the memory recall of healthy elderly people by using a neuropsychological test (a battery of tests to diagnose dementia) and the virtual reality-based episodic memory test. We found a positive correlation between the word list recollection test scores of the CERAD-K neuropsychological test and the percentage of correct answers on the virtual reality-based episodic memory test. This result suggests that the virtual reality-based episodic memory test can be a useful alternative. Then, we examined the episodic memory of both young adults and elderly people. We observed the old/new effect in both the young adult and elderly groups; however, the magnitude of the effect was lower and its duration was shorter in the latter. Furthermore, we examined the episodic memory of patients with schizophrenia. Compared to healthy individuals, schizophrenia patients showed lower theta power on the frontal area, weaker alpha power suppression on the posterior area, and exaggerated beta power.
In the third year, we developed a social cognition training program for schizophrenia patients. Social cognition here refers to comprehensive cognitive ability for successful social interaction with other people. According to recent studies, emotion perception deficits of schizophrenia patients come from a deficit in multisensory integration ability combining various modalities of perception, not just a problem on a single modality. Therefore, we developed emotion recognition enhancement program using emotional faces and emotional vocalizations. After the training, the patients’ emotion recognition was improved to the levels shown by healthy individuals. We also reviewed numerous recent studies to identify EEG indices to facilitate diagnoses of MCI and Alzheimer's dementia. We confirmed that these diseases can be identified by various EEG analysis methods, such as source localization, coherence, phase synchronization, and brain connectivity.
Our three-year research demonstrated that research on memory using virtual reality was effective for both healthy people and patients. Our findings are meaningful to the fields of cognitive neuroscience, neuropsychology, physiological psychology, and psychiatry. Furthermore, our emotion recognition enhancement program is a new type of training program, which has not been developed before in our country or elsewhere.

일화기억은 특정 사건에 관련된 기억으로, 시간과 장소에 대한 정보 및 경험한 사건으로부터 느끼는 정서나 개인적 의미 등과 같은 요소들을 포함한다. 하지만 기존의 일화기억 연구는 일화기억을 이루는 다양한 요소들을 충분히 고려하고 있지 못하다는 한계점을 지니고 ...

일화기억은 특정 사건에 관련된 기억으로, 시간과 장소에 대한 정보 및 경험한 사건으로부터 느끼는 정서나 개인적 의미 등과 같은 요소들을 포함한다. 하지만 기존의 일화기억 연구는 일화기억을 이루는 다양한 요소들을 충분히 고려하고 있지 못하다는 한계점을 지니고 있다. 본 연구팀은 시간과 공간 요소를 적극적으로 통제할 수 있고, 정서 및 자기참조 효과를 극대화 시킬 수 있으며, 생태학적 타당성이 높은 가상현실시스템을 채택하여 정상인 뿐 아니라 일화기억에서 손상을 가진 환자군을 대상으로 뇌파를 측정하고 다양한 분석기법을 적용하여 일화기억과 관련된 뇌기전을 입체적으로 이해하고자 하였다.

1차년도에는 3D 가상환경을 제공할 수 있는 실험실을 만들고 실험실의 시스템을 평가하였다. 기존에 사용하던 HMD 방식에 비해 새로 도입한 편광안경 방식의 가상현실이 보다 높은 현실감과 몰입감을 제공하고 멀미감은 감소시켜준다는 것을 확인했다. 가상현실시스템 이용 시 몰입경향과 최면감수성과 같은 인적특성이 가상현실에서 주어진 과제의 수행에 영향을 미침을 밝혔다. 또한 본 연구진은 가상현실 일화기억검사를 통해 아이템 기억(무엇)과 맥락 기억(어디서)의 뇌파 특성이 다름을 밝혔다. 마지막으로, 후속 년도에 진행될 노인군 및 환자군 연구를 위한 사전지식의 확보를 위해 정신분열병 환자들의 인지기능의 결손과 감마밴드의 동기화된 진동 이상과의 관련성에 대하여 리뷰하였다. 우울증 환자군에게 가상환경형 생체신호 조절 훈련 프로그램을 진행하여 가상현실을 이용한 훈련 프로그램이 환자군에게 유용하게 사용할 수 있음을 밝혔다.

2차년도에는 가상현실 시스템을 이용하여 정상 성인군, 정상 노인군, 정신분열병 환자군의 일화기억 특성을 밝히고자 하였다. 그 결과, 정상 성인군을 대상으로 한 뇌파연구에서 일화기억 재인과정동안 뇌파의 쎄타 대역의 위상 동기화가 증가함을 관찰하였다. 정상 노인군에게 가상현실 일화기억검사와 CERAD-K 신경심리 검사를 동시에 수행하여 가상현실 일화기억검사가 신경심리 검사의 대안이 될 수 있음을 확인하였다. 또한 정상 성인군과 정상 노인군의 뇌파 특성을 비교하는 연구를 통해 정상 성인군에서 old/new 효과가 더 크고 오래 지속됨을 관찰하였다. 마지막으로 정신분열병 환청군과 비환청군, 그리고 정상군의 일화기억 회상 시 뇌파 특성을 비교하기 위하여 사건관련전위와 사건관련파워스펙트럼분석을 적용하였다. 그 결과, 정상군, 비환청군과 달리 환청군의 old/new 효과가 유의하게 작았다. 정신분열병 환자는 정상인에 비해 전두 영역의 쎄타 파워 감소를 보였고 이는 일화기억 재인의 실패와 연관이 있다. 환청군에서는 특히 후두 영역의 알파 파워 억제가 미약하고 금방 끝나며 대신 베타 파워가 과대하게 커졌는데, 이는 환청군이 일화기억 재인에 더 큰 결손을 보이는 것을 설명하는 뇌기전이라고 생각되었다.

3차년도에는 정신분열병 환자를 위한 사회인지 증진 프로그램을 제작했다. 본 연구진은 정신분열병 환자군이 감각통합에 결손을 보이며 이것이 사회인지능력의 결손과 관련이 있다는 연구 결과들을 바탕으로, 다감각 통합과제를 이용한 정서인지 훈련 프로그램을 개발하였다. 본 연구진이 개발한 정서인지 증진 프로그램(KEEP)을 6회기에 걸쳐 실시한 결과, 프로그램 종료 후 환자군의 수행이 훈련 전보다 유의하게 개선되었다. 또한 경도인지장애 생물학적 표지자로서 뇌파의 지표 및 사건유발전위의 지표들에 대한 리뷰를 하였다.

종합적으로, 본 연구진은 3년간 가상현실의 장점을 이용하여 정상인과 환자군의 일화기억 특성에 대하여 연구하였다. 정상인 외에도 우울증, 경도인지장애, 정신분열병 환자를 대상으로 행동연구, 신경심리검사, 뇌파연구, 재활 프로그램의 개발 및 훈련 등 다양한 연구방법을 적용하였으며, 특히 뇌파 연구에서는 최신의 분석 기법을 적용하였다. 본 연구진의 연구 결과는 인지신경과학, 임상심리학, 생리심리학, 정신의학과 같은 여러 학문 분야에 유용한 정보를 제공하고, 임상 장면에서 실용적으로 활용될 것으로 기대된다.

본 연구진은 ‘다감각 정보를 이용한 정서인지 능력 검사 및 훈련 시스템’이라는 국내외에서 개발된 바 없는 새로운 유형의 정서인지 능력검사 및 훈련프로그램을 특허출원하였다. 본 시스템은 정서인지에 결손을 보이는 다양한 신경정신과적 장애에 광범위하게 적용될 ...

본 연구진은 ‘다감각 정보를 이용한 정서인지 능력 검사 및 훈련 시스템’이라는 국내외에서 개발된 바 없는 새로운 유형의 정서인지 능력검사 및 훈련프로그램을 특허출원하였다. 본 시스템은 정서인지에 결손을 보이는 다양한 신경정신과적 장애에 광범위하게 적용될 수 있을 뿐 아니라 훈련 난이도를 조절할 수 있어 정상인을 대상으로 훈련할 수 있다. 컴퓨터 기반으로 병원이나 시설에서 용이하게 사용될 수 있어, 현재 약물치료 이외의 대안치료가 매우 부족한 현장에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대된다. 또한 인터넷으로 일반 사용자에게 데이터를 제공하고 어플리케이션으로 개발가능하여 사회생활에서 타인의 정서에 대한 지각능력을 증진시키고자 하는 일반인에게도 광범위하게 활용될 것으로 기대한다.

본 연구진은 국내외 유수의 저널에 연구결과를 게재하였다. 연구의 대상이 정상성인, 정상노인, 정신분열병, 경도인지장애를 포함하며, 연구 내용 및 결과가 인지신경과학, 신경심리학, 생리심리학, 정신의학에 걸쳐 광범위하게 적용되어, 관련 분야의 지식확장에 기여한다.