Temporal and Spatial Characteristics of Visual and Somatosensory Integration in Normal Adult Brain

정상성인의 시각 및 촉각 통합 작용 시 뇌신경세포의 전기생리적활동의 시간 및 공간적 특성: 예비실험

Objective : Multisensory integration (MSI) is the essential process to use diverse sensory information for cognitive task or execution of motor action. Especially, visual and somatosensory integration is critical for motor behavior and coordination. This study was designed to explain spatial and temporal characteristics of visual and somatosensory integration by neurophysiological research method that identifies the time course and brain location of the SI process. Methods : Electroencephalography (EEG) and event-related potential (ERP) is used in this study in order to observe neural activities when integrating visual and tactile input. We calculate the linear summation (SUM) of visual-related potentials (VEPs) and somatosensory-related potentials (SEPs), and compared the SUM with simultaneously presented visual-tactile ERPs(SIM) Results : There were significant differences between the SIM and SUM in later time epochs (about 200-300ms) at contralateral somatosensory areas (C4) and occipital cortices (O1&O2). The amplitude of the SIM was mathematically larger than the summed signals, implying that the integration made some extra neural activities. Conclusion : This study provides some empirical neural evidence of that multisensory integration is more powerful than just combing two unisensory inputs in the brain and ERP data reveals neural signature relating to multisensory integrative process. Since this study is preliminary pilot study, larger population and criteria are needed for level of the significance. Further study is recommended to consider issues including effect of internally-driven attention and laterality of interaction to make the evidence by this study solid.

목적 : 다감각 통합은 인지과제나 운동실행을 위해 다양한 감각정보를 사용하는 데 있어서 필수적인 처리과정이다. 특히 시각 및 체감각의 통합은 운동 행동의 주요한 요소이다. 본 연구는 감각통합 과정의 시간적 경로와 뇌의 담당 위치를 파악하기 위해 신경생리학적 연구방법을 사용하여 시각과 체감각의 통합과정과 관련된 뇌의 시간적 및 공간적 특성을 조사하였다. 연구 방법 : 실험실 상황에서 시각과 촉각 자극을 독립적으로 또는 동시에 제시하고 유발전위검사(ERP: Event-Related Potentials)를 통해 통합작용 시 뇌에서 일어나는 신경세포들의 전기생리적활동을 측정하였다. 이때 시각 과 촉각을 각각 제시하여 얻은 유발전위신호들의 선형합과 두 개의 자극을 동시에 제공하였을 시 발생되는 유발전 위신호를 측정하여 비교하였다. 결과 : 시각과 촉각을 독립적으로 각각 제시하여 얻은 유발전위신호(SUM)의 합과 두 개의 자극을 동시에 제공하여 얻은 유발전위신호(SIM)는 같지 않았다. 특히나 자극의 반대측인 오른쪽 일차체감각영역(C4)에서 SIM은 SUM 보다 특정시간대에 통계적으로 유의미한 차이를 보였으며, Bilateral parietal areas(P3, Pz, P4) 뿐만 아니라 일차 시각영역(O1,O2)에서도 두 조건간 추가적인 통합관련 신경활동전기신호에 의한 통계적으로 유의미한 차이를 나타내고 있다. 결론 : 뇌 속에서 2개 이상의 감각이 통합될 경우 이와 관련된 추가적인 신경세포활동이 일어나고 있으며, 이는 다 감각을 동시에 제공할 경우 뇌의 활동을 더욱 활발하게 촉진시키고 있음을 시사한다.