기능성 신경영상화
Functional neuroimaging
기능적 신경영상화(functional neuroimizing)는 뇌 기능의 한 측면을 측정하기 위해 신경영상화 기술을 사용하는 것으로, 종종 특정 뇌 영역의 활동과 특정한 정신적 기능 사이의 관계를 이해하기 위한 목적으로 사용된다. 인지신경과학, 인지심리학, 신경심리학, 사회신경과학 등에서 주로 연구 도구로 쓰인다.
개요
기능적 신경 이미지 생성의 일반적인 방법은 다음과 같다.
- 양전자 방출 단층 촬영(PET)
- 기능성 자기공명영상(fMRI)
- 뇌파 사진(EEG)
- 자기 뇌파(MEG)
- 기능성 근적외선 스펙트럼 분석(fNIRS)
- 싱글 포토톤 방출 컴퓨터 단층 촬영(SPECT)
- 기능성 초음파 영상촬영(fUS)
PET, fMRI, fNIRS, fUS는 신경 활동과 관련된 뇌혈류에서 국지적인 변화를 측정할 수 있다. 이러한 변화를 활성화라고 한다. 대상자가 특정 작업을 수행할 때 활성화되는 뇌의 영역은 행동에 기여하는 신경 계산에 역할을 할 수 있다. 예를 들어 후두엽의 광범위한 활성화는 일반적으로 시각적 자극을 수반하는 작업에서 나타난다(그렇지 않은 작업과 비교). 뇌의 이 부분은 망막으로부터 신호를 받고 시각적 지각의 역할을 하는 것으로 여겨진다.
다른 신경영상화 방법에는 예를 들어 EEG와 MEG와 같은 전기장이나 자기장의 녹화가 포함된다. 예를 들어, MEG는 시간적 분해능이 높은 두뇌활동을 측정하지만(밀리초 이하) 그 활동을 국소화하는 능력이 제한되어 있다. fMRI는 mu를 한다.ch 공간 분해능을 위해 뇌 활동을 국소화하는 것이 더 좋지만, 기능 초음파(fUS)가 흥미로운 주피오-임시 분해능[1](임상 전 모델에서 100마이크로미터, 100밀리초)에 도달할 수 있지만, 신경혈관 커플링에 의해서도 제한된다.
최근에는 뇌혈량 증가에 따른 기능 신경영상 기능을 위한 시간적 분해능이 충분한 새로운 민감 영상 기법으로 자기입자영상촬영이 제안되고 있다. 첫 임상 전 실험은 설치류에서 기능적 영상을 성공적으로 입증했다.[2]
기능 신경영상화 항목
특정 연구에서 사용되는 측정치는 일반적으로 다루어지는 특정 문제와 관련이 있다. 측정 제한은 기법에 따라 다르다. 예를 들어, MEG와 EEG는 뉴런 집단이 활동할 때 발생하는 자기변동이나 전기변동을 기록한다. 이러한 방법은 신경 사건의 시간 코스를 측정하는 데는 훌륭하지만(밀리초 단위로), 일반적으로 이러한 사건이 발생하는 곳을 측정하는 데는 좋지 않다. PET와 fMRI는 신경작용에 가까운 혈액 구성의 변화를 측정한다. 측정 가능한 혈액의 변화가 느리기 때문에(초 순서에 따라), 이러한 방법은 신경 사건의 시간 코스를 측정하는 데는 훨씬 더 나쁘지만 일반적으로 위치를 측정하는 데는 더 좋다.
전통적인 "활성화 연구"는 특정 업무와 관련된 뇌 활동의 분산된 패턴을 결정하는 데 초점을 맞추고 있다. 그러나, 과학자들은 뇌의 여러 영역의 통합된 네트워크에 의해 많은 신경 처리가 수행되기 때문에 뚜렷한 뇌 영역의 상호작용을 연구함으로써 뇌의 기능을 보다 철저히 이해할 수 있다. 신경영상 연구의 활성 영역은 공간적으로 멀리 떨어진 뇌 영역의 기능적 연결성을 조사하는 것을 포함한다. 기능 연결 분석은 특정 인지 또는 운동 작업 중 또는 휴식 중 자발적 활동에서 발생하는 지역 간 신경 상호작용의 특성화를 허용한다. FMRI와 PET는 기능적 네트워크라고 불리는 일시적 상관관계가 있는 뇌 영역의 구별되는 공간적 분포의 기능적 연결 맵을 만들 수 있다. 신경영상화 기법을 이용한 여러 연구에서도 시각장애인의 후시시영역이 다른 청각 기능뿐만 아니라 점자 판독, 기억력 회복, 청각 국소화 등의 비시각적 과제 수행 시 활성화될 수 있다는 것이 입증되었다.[3]
기능적 연결성을 측정하는 직접적인 방법은 뇌의 한 부분의 자극이 다른 부위에 어떤 영향을 미치는지 관찰하는 것이다. 이것은 초전도 자기 자극과 PET, fMRI, EEG와 같은 신경 영상화 도구 중 하나를 결합함으로써 인간에게 비침습적으로 행해질 수 있다. 마시미니 외 연구진(Science, 2005년 9월 30일 ~ )은 EEG를 사용하여 자극된 부위에서 활동이 어떻게 확산되는지를 기록하였다. 그들은 REM이 아닌 수면에서는 자극에 대해 뇌가 격렬하게 반응하지만, 깨어있는 동안 기능적 연결성이 그 수준에서 많이 약화된다고 보고했다. 그러므로 깊은 수면 중에는 "뇌 부위가 서로 말을 하지 않는다"고 한다.
기능성 신경영상촬영은 다른 생물학(신경내과 및 신경생리학), 물리학, 수학 등 인지신경과학과 사회신경과학 이외의 많은 영역에서 데이터를 끌어와 기술을 더욱 발전시키고 다듬는다.
비평과 세심한 해석
기능적 신경영상 연구는 주의 깊게 설계하고 해석해야 한다. (흔히 통계적 파라메트릭 맵핑이라고 하는 기법을 사용) 통계적 분석은 뇌 내의 다른 활성화 원천이 서로 구별될 수 있도록 종종 필요하다. 이는 개념화하기 어렵거나 쉽게 정의될 수 있는 작업(예: 믿음과 의식)이 없는 프로세스를 고려할 때 특히 어려울 수 있다.
흥미로운 현상의 기능적 신경영상화는 종종 언론에 인용된다. 한 경우, 저명한 기능적 신경영상학 연구자들은 소위 신경중심주의 연구에 관한 오피드 기사에 대해 뉴욕 타임즈에 편지를 써야 한다고 느꼈다.[4] 그들은 이 연구의 일부 해석은 "과학적으로 근거가 없다"[5]고 주장했다.
헤이스팅스 센터는 2014년 3월 '신경 이미지 상호작용을 위한 연구: 선도적인 신경과학자와 생명윤리학자들의 기사와 함께 "기술과 그 한계에 대한 소개"[6]를 소개한다. 이 보고서는 신경 영상화 기술과 대부분 비판에 대해 간략하게 설명하지만, 또한 그들의 현재 상태, 수입 및 전망을 다소 방어한다.
참고 항목
- 기능성 신경영상 분석
- 자동 해부학적 라벨링
- 동적 인과 모델링
- 뇌파학
- 이벤트 관련 잠재력
- FMRIB 소프트웨어 라이브러리
- 프리서퍼
- 기능적 통합(신경생물학)
- 자석뇌술
- 멘탈 이벤트
- 근적외선 분광법
- 관류 스캔
- 싱글 포토톤 방출 컴퓨터 단층 촬영
- 통계 매개변수 매핑
참조
- ^ Poldrack, R. A.; Sandak, R. (2004). "Introduction to This Special Issue: The Cognitive Neuroscience of Reading". Scientific Studies of Reading. 8 (3): 199. doi:10.1207/s1532799xssr0803_1. S2CID 143368316.
- ^ Herb, Konstantin; Mason, Erica; Mattingly, Eli; Mandeville, Joseph; Mandeville, Emiri; Cooley, Clarissa; Wald, Lawrence (2020). "Functional MPI (fMPI) of hypercapnia in rodent brain with MPI time-series imaging". International Journal on Magnetic Particle Imaging. 6 (2/1). doi:10.18416/IJMPI.2020.2009009.
- ^ Gougoux, F. D. R.; Zatorre, R. J.; Lassonde, M.; Voss, P.; Lepore, F. (2005). "A Functional Neuroimaging Study of Sound Localization: Visual Cortex Activity Predicts Performance in Early-Blind Individuals". PLOS Biology. 3 (2): e27. doi:10.1371/journal.pbio.0030027. PMC 544927. PMID 15678166.
- ^ 마르코 이아코보니 외 (2007). "이것은 정치에 대한 당신의 두뇌다" 인: 2007년 11월 11일 뉴욕타임즈.
- ^ 크리스 프리스 외 (2007). "정치와 뇌" 인: 2007년 11월 14일 뉴욕타임즈.
- ^ 존스턴, J, & 파렌스, E. (2014)"신경 이미지 상호작용을 하는 중: 기술과 그 한계에 대한 소개" 헤이스팅스 센터 보고서, 제44권, 2014년 3월-4월 발행 s2.
추가 읽기
- 카베자, R, & 킹스톤, K. (eds.) (2006). 인식의 기능적 신경영상화 핸드북. MIT 프레스.
- 카시오포, J.T., Tassinary, L.G., & Berntson, G. G. G. (2007) 정신생리학 안내서. 케임브리지 대학 출판부.
- 힐러리, F.G. & DeLuca, J. (2007) 임상 모집단의 기능적 신경 이미지 생성.
- Kanwisher, N, & Duncan, J. (2004). 시각적 인식의 기능적 신경영상화.
- Silversweig, D, & Stern, E. (2001) 기능적 신경영상학 및 신경심리학 기초학 및 실습.
- 대처, R, W. (1994년). 기능적 신경 이미지 생성: 기술 기반.
