Functional Mapping of the Neural Basis for the Encoding and Retrieval of Human Episodic Memory Using ${H_2}^{15}O$ PET

{H_2}^{15}O$ PET을 이용한 정상인의 삽화기억 부호화 및 인출 중추 뇌기능지도화

Purpose: Episodic memory is described as an 'autobiographical' memory responsible for storing a record of the events in our lives. We performed functional brain activation study using ${H_2}^{15}O$ PET to reveal the neural basis of the encoding and the retrieval of episodic memory in human normal volunteers. Materials and Methods: Four repeated ${H_2}^{15}O$ PET scans with two reference and two activation tasks were performed on 6 normal volunteers to activate brain areas engaged in encoding and retrieval with verbal materials. Images from the same subject were spatially registered and normalized using linear and nonlinear transformation. Using the means and variances for every condition which were adjusted with analysis of covariance, t-statistic analysis were performed voxel-wise. Results: Encoding of episodic memory activated the opercular and triangular parts of left inferior frontal gyrus, right prefrontal cortex, medial frontal area, cingulate gyrus, posterior middle and inferior temporal gyri, and cerebellum, and both primary visual and visual association areas. Retrieval of episodic memory activated the triangular part of left inferior frontal gyrus and inferior temporal gyrus, right prefrontal cortex and medial temporal area, and both cerebellum and primary visual and visual association areas. The activations in the opercular part of left inferior frontal gyrus and the right prefrontal cortex meant the essential role of these areas in the encoding and retrieval of episodic memory. Conclusion: We could localize the neural basis of the encoding and retrieval of episodic memory using ${H_2}^{15}O$ PET, which was partly consistent with the hypothesis of hemispheric encoding/retrieval asymmetry.

목적: 삽화기억은 어떠한 사실이나 정보에 관하여 기억해낼 때 그것들이 기억 구조 속으로 들어가던 순간의 개인적인 사건이나 과거의 사실들과 연관하여 기억하는 것으로 부호화 및 인출에 관여하는 중추가 서로 나뉘어져 존재한다고 알려져 있다. 이 연구에서는 O-15 $H_2O$ PET을 이용한 뇌활성화실험을 통해 삽화기억 부호화 및 인출 중추의 뇌기능지도를 구성하였다. 대상 및 방법: 정상 성인 남자 6명 ($30.0{\pm}1.4$세)에 대하여 두 번의 대조과제와 각 한번의 삽화기억 부호화 및 인출 자극과제를 시키면서 동시에 $H_2O$ PET을 시행하였다. 부호화 자극과제에 대한 대조과제에서는 화면 중앙에 나타난 십자 모양 고정점을 자극과제와 같은 시간동안 보게하여 시자극 효과를 포함하게 하였으며, 인출 자극과제에 대한 대조과제에서는 30개의 화살표를 보여주며 화살표가 위(총 15개)를 가리키면 버튼을 누르게 하여 시자극과 손가락 운동에 의한 효과도 포함되게 하였다. 부호화 자극과제에서는 특정 단어가 연상되는 사물 그림 30개를 4초 간격으로 보여주면서 기억하도록 하였으며, 30분 후에 시행한 인출 자극과제에서는 앞에서 보여주었던 15개의 영상과 새로운 15개의 영상을 섞어서 동일한 간격으로 보여주며 기억할 수 있는 그림이 나오면 버튼을 누르게 하였다. 모든 영상을 표준지도에 정규화하고 공분산분석으로 전체 혈류차이를 제거한 후 각 자극과제와 해당 대조과제 사이에 국소혈류량이 차이나는 영역을 찾아 뇌기능지도를 구성하였다. 결과: 인출 자극과제에서 올바르게 기억해낸 그림의 평균 개수는 9.3개(${\pm}3.3$)였으며 없던 그림을 있었다고 잘못 지적한 경우는 평균 3.0개(${\pm}2.8$)였다. 부호화시에 좌측 대뇌반구에서는 하측전두이랑의 판개부와 삼각부, 후두엽의 1차 시각 피질과 시각 연합 피질 등이 활성화되었고, 우측에서는 전전두엽, 내전두엽 및 대상회, 청각-시각 연합영역인 중측두회전과 하측측두회전의 후부, 1차 시각 피질과 시각 연함 피질, 소뇌 등이 확성화죄었다. 인출 시에 좌측대뇌반구에서는 삼각부, 1차 시각 피질과 시각 연합 피질, 하측두회전, 1차 시각 피질과 시각 연합피질, 소뇌 등이 활성화되었고, 우측에서는 전전두엽, 시각 연합 피질, 소뇌, 내측두엽 등이 활성화되었다. 주로 활성화된 전두엽에서 좌측 판개부늘 삽화기억 부호화의, 우측 전전두엽은 인출의 중추라 해석되며, 좌측 삼각부는 다른 인지기능에 의하여 활성화된 것으로 보인다. 결론: O-15 $H_2O$ PET을 이용한 뇌활성화실험을 통하여 삽화기억의 부호화 및 인출 중추를 국소화할 수 있었다.