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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10012029&local_id=10012970
뇌자도와 기능자기공명 영상법의 통합 활용을 이용한 기억과 언어의 두뇌 신경회로 연구
Reports NRF is supported by Research Projects( 뇌자도와 기능자기공명 영상법의 통합 활용을 이용한 기억과 언어의 두뇌 신경회로 연구 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 강은주(강원대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number H00026
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2007년 05월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2007년
Research Summary
  • Korean
  • 연구 I> 시각공간의 주의 탐색에 대한 두뇌 신경망의 fMRI와 MEG 동시 연구

    -시각 주의 paradigm을 이용하여, 시각 탐색의 난이도와 과제 요구에 따른 피질 및 피질 하 시각 영역의 mapping을 fMRI와 MEG로 동일한 개인에게서 연구하여, 빠른 시간 해상도를 가진 MEG와 높은 공간 해상도를 가진 fMRI결과가 일치하는 지를 알아보고자 하였다.
    -방해 자극의 물리적 배열 속성을 달리 하여, 목표 자극과 방해자극의 간섭경로를 조작한 세가지 실험 조건(Open, Close, Random )과 기초 비교 조건(Low control)을 사용하였으며 배열의 크기를 변화시켜 탐지 행동에 차이를 야기 시킬 수 있음을 확인한 후, 23명의 정상인에서 fMRI를, 이중 6명에게서 MEG를 실시하였다.
    -MEG의 시간별 분석방법을 달리 하여 fMRI결과와 일치하는 activation pattern을 확인하였으며, 시각 관련 network의 시간적 속성을 비교하였다.
    -주의 연구와 같은 빠른 정신활동을 연구할 경우 기존의 연구기법인 ERP등으로는 이런 주의 처리의 신경 network에 대한 기능 신경 해부학적인 정보를 제공할 수 없는 단점이 있었으나, 최근 개발된 MEG는 공간의 source localization방법의 탁월성과 더불어 ms단위의 시간 해상도를 가지고 있기에 주의와 같은 빠른 속도의 인지과정을 연구하기에 적절함이 규명되었으며, 특히 fMRI결과와 동시에 해석할 경우 더 풍요로운 functional neuroanatomy 에 대한 정보를 얻을 수 있음을 보여 주었다.

    연구 II. MEG 신호 위치 추적 개선 방법 연구

    -상대적으로 긴 정보처리 과정을 요구하는 고등인지 과정 연구에 사용되는 fMRI와 달리 MEG연구는 국재화(localization)을 위해 source의 위치를 결정하는 기법이 특히 중요함으로 이를 높이는 새로운 방법이 요구되어 왔다.
    -기존의 MEG분석 방법과 달리 oscillatory activity의 source를 국재화 하기 위해서 MEG과 EMG(electromyography)의 synchronization하는 방법을 사용하였다.
    -이렇게 하여 향상된 SNR은 다시 각 epoch마다 time-frequency analysis방법을 사용하여 MEG화 EMG의 coherence를 최대화 하여 상호 교차 상관을 30명의 피험자로부터 얻은 data에 적용하여 결과를 관찰하였다.
    -그 결과 이런 방법의 분석 기법은 source localization을 향상시키고 SNR을 증가시키는 기술적 성과를 이룰 수 있음을 motor cortex의 활동을 이용하여 증명하였다.

    연구 III. MEG를 이용한 언어 및 기억의 localization연구

    -시각 단어 기억연구에 이어서 청각언어 처리를 동일 session에서 동일 피험자에게 연구하였다.
    - 청각언어로의 교차 인출과 passive speech area의 mapping을 동일한 참여자의 두뇌에서 완성하였으며, 특히 간질 병소가 언어 활동에 미치는 지수를 기존에 계산하는 Wada결과가 있는 환자의 결과와 언어 결과를 비교하여 일치됨을 확인하였다.
    - 이때 MEG결과를 어떻게 계산하는 것이 환자의 두뇌피질 절제 수술의 presurgical mapping의 paradigm에 활용할 수 있게 할 것인가를 고려하여 최적의 방법을 산출하였으며, 이 경우 Wada결과와 MEG 측정의 특정 속성이 일치함을 보고할 수 있었다.
  • English
  • Study I. fMRI and MEG study for brain network underlying visual attentional search

    -Using visual attention paradigm, both fMRI and MEG studies were conducted on the same participants to elucidate the cortical and sub-cortical visual attentional networks which vary depending on the task difficulty of visual search across three different conditions.
    -Varying the physical properties of distractors and size of array, interference between the target and the distractors were manipulated in the three different experimental conditions (Open, Close, Random) and those attentional conditions were compared with a control condition (Low level control). fMRI data were obtained from the total of 23 normal adults and MEG data were also obtained from the six of them to compare two different modalities.
    -Consistency was observed between the fMRI and the MEG results but only on some specific time points. This allowed us to observe the temporal properties of network associated with visual attention.
    -Functional method such as ERP was used to study the mental processes such as attention which requires fast information processing. However this method doesn’t provide enough functional anatomical bases for brain activations. The MEG, a newly developed technique can overcome the disadvantage of ERP and has great time resolution by the factor of ms when source localization method is properly used.
    -The results showed that fruitful information can be obtained for functional neuroanatomical information if fMRI results were taken into account with MEG.

    Study II. Development of source localization method on MEG.

    -A new method for determining synchronization of MEG was investigated in order to increase a reliability of source analysis of the oscillatory cortical activity.
    -Activity of motor cortex was investigated since the localization can be easily confirmed with anatomical landmarks.
    -Improvement of source localization was achieved when time-frequency analysis was conducted with EMG peak as a mean of rejecting weak oscillatory activity and artefact.
    -With EMG signal, MEG signal was shifted to increase the corresponding/coherence between MEG and EMG. This results enhanced synchronization and low signal-to-nose ratio of MEG signal.
    -As results, this new analysis method resulted in strong source localization in averaging and localization of rhythmic activity of cortical activity.


    Study III. Localization study for language and memory

    -Both visual word memory and auditory language were investigated in the same population.
    -In particular, epileptic patients whose pathological location was identified with traditional Wada-test were investigated with MEG in order to compare two methods as pre-surgical evaluation means.
    -We reported the degree of correspondence between the MEG and Wada-test in determining the location of language associated sources and the limitation of this method as well as the advantage.

Research result report
  • Abstract
  • 연구 1에서는 fMRI와 MEG를 이용하여 주의통제 과제의 종류에 따른 주의 조절 양상의 차이에 따른 신경망을 규명하고자 하였다. 동일 정보 처리(주의)를 fMRI와 MEG로 연구하여 두 새로운 modality의 activation mapping 의 공통점과 차이점을 알아보았으며 특히 시각 주의 paradigm을 이용하여, 시각 탐색의 난이도와 과제 요구에 따른 피질 및 피질 하 시각 영역의 mapping을 동일한 개인에게서 연구하여, fMRI activation map이 MEG 분석의 constrain으로 source localization에 활용하는 기법을 확립하였다. 연구2에서는 MEG 분석의 새로운 기법으로 source localization을 높이기 위한 방법을 연구하고자 하였다. 따라서 MEG가 가지고 있는 공간 해부학적 단점을 개선하기 위하여 MEG신호와 EMG신호의 synchronization을 이용하였으며, 또한 time-frequency analysis를 사용하여 MEG신호의 source localization power가 증가함을 관찰하였다. 연구 III에서는 MEG를 이용하여 언어 및 기억의 localization을 연구하여 임상적 활용성 여부를 규명하고자 기억, 언어, 주의 등의 행동 paradigm과 자극 paradigm을 개발하여 시각 단어 기억연구에 이어서 청각언어 처리를 동일 session에서 동일 피험자에게 연구하였으며 특히 간질 환자의 Wada-test 결과와 본 연구에서 언어 결과가 일치됨을 확인하였다
  • Research result and Utilization method
  • 연구 I> 시각공간의 주의 탐색에 대한 두뇌 신경망의 fMRI와 MEG 동시 연구 -시공간에서 target 자극을 선택하는데 distractor와 target의 종류, size를 달리 한 fMRI연구를 정상인에게서 실시하여 (N=18), 각 주의 조건에 따른 행동 탐지율의 차이를 규명하였다.-fMRI를 이용하여 개개 참여자의 두뇌에서 주의 조건별 활성화 pattern을 확인하고 집단 분석을 통하여 주의의 공간상 이동 시 superior colliculus나 pulvinar와 같은 주의 관련 thalamic area에서 활성화가 증가하는 것을 피질 영역의 network과 더불어 확인하였다.-이 중 일부 fMRI참여자는 동일한 실험 paradigm하에서 MEG로 측정한 결과 다양한 시간대에서 fMRI와 유사한 활성화가 나타남을 확인하였다.-fMRI와 MEG를 동일 피험자에게서 분석할 경우 적절한 분석 방안을 탐색하여 이 방안이 추후 두 modality의 교차 신뢰도를 확인하고, 신경망 속성 규명의 서로 다른 공간적 시간적 해상도의 문제를 절충할 수 있는 방법적 기초를 마련하여 새로운 기능 영상의 활용도를 증가시켰다. 연구 II> MEG 신호 위치 추적 개선 방법 연구-MEG가 가지고 있는 공간 해부학적 단점을 개선하기 위하여 MEG기기의 두가지 신호 체계를 동시에 활용하고 (MEG와 EMG), 파형의 주파수 분석을 활용한 기법을 사용할 경우 MEG신호의 새로운 신호 측면을 분석하여 MEG신호의 source localization power가 증가함을 관찰하였다.-이런 방법은 최첨단 장비인 MEG와 fMRI를 동시에 이용하여, 두뇌 수술 환자들의 기능 매핑 기술, 신경과적 치료의 평가 도구로 의료기관에서 활용하게 될 것이다.연구 III> MEG를 이용한 언어 및 기억의 localization연구-국내에서 유일하게 한 곳에 최초로 MEG가 설치되어 새로운 다양한 검사 기법을사용하여 기억, 언어, 주의 등의 행동 paradigm과 자극 paradigm을 개발하였다.-특히 언어 연구는 이미 간질환자의 간질 병소가 알려진 환자 결과와 비교하여 MEG로 할 수 있는 좌우 반구의 비대칭성을 조사하여 MEG의 localization 확인 하였다.-이런 분석 기법들은 추후에 환자 집단의 언어 주 반구의 병소 위치를 확인하는 데 fMRI나 다른 기능영상법과 더불어 변별력을 높이는 기법으로 사용될 수 있다.-고등 인지과정을 연구하는 기반으로 국내 인지 신경과학의 발전에 기여하고, 이런 연구에 관여한 연구 infra의 축적을 이룩하였다
  • Index terms
  • Magnetoencephalography (MEG), source analysis, attention, language, fMRI
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