• 제목/요약/키워드: 과학 관련 두뇌 영역

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과학 교수-학습 프로그램의 평가를 위한 두뇌기반 분석틀의 개발 (The Development of the Brain-based Analysis Framework for the Evaluation of Teaching-Learning Program in Science)

  • 이준기;이일선;권용주
    • 한국과학교육학회지
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    • 제30권5호
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    • pp.647-667
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    • 2010
  • 이 연구의 목적은 과학 교수-학습프로그램을 평가하기 위한 두뇌기반 분석틀을 개발하는 것이다. 분석틀의 개발을 위해, 이 연구는 과학 교수-학습과 관련된 선행연구들로부터 교수-학습 프로그램의 분석항목을 3가지로 범주화 하였다: 인지, 동기, 감성. 첫 번째로, 각 항목에 관련된 두뇌활성 영역을 파악하기위하여 과학수업과 관련된 두뇌 기능에 대한 93편의 뇌과학 문헌들을 분석하였다. 두 번째로, 두뇌의 해부학적 영역별로 범주화된 연구결과를 바탕으로 과학 교수-학습프로그램 분석을 위한 분석틀을 제작하였다. 분석틀의 제작은 R & D 방법을 따랐다. 그 결과, 두뇌활성 결과들은 대뇌 피질, 보상계, 변연계의 세 영역으로 범주화되어 나타났다. 이를 바탕으로 개발된 두뇌기반 과학 교수-학습 프로그램 분석틀인 'CORE Brain Map'은 양측 배외측전전두피질, 양측 복외측 전전두피질, 양측 안와전두피질, 전대상이랑, 양측 두정피질, 양측 측두피질, 양측 후두피질, 양측 해마, 양측 편도체, 양측 측좌핵, 양측 선조체 그리고 중뇌영역으로 구성된다. 두뇌기반 과학 교수-학습프로그램 분석틀은 다양한 과학 교수-학습프로그램의 분석 및 진단에 활용 가능할 것으로 전망된다.

분류 지식의 생성과 이해 형태 학습을 통한 학생들의 두뇌활성 변화 (Learning-Related Changes on the Brain Activation Patterns in Classification of Knowledge-Generation and -Understanding)

  • 권용주;이준기
    • 한국과학교육학회지
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    • 제30권4호
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    • pp.487-497
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    • 2010
  • 이 연구의 목적은 교사의 교수-학습 방식(범주생성형 vs. 범주이해형)이 학생의 분류능력에 어떤 영향을 미치는지를 두뇌 수준에서 규명하는 것이다. 이를 위해 대학교에 재학 중인 24명의 건강한 오른손잡이 학생들이 이 연구에 참여하였다. 이들은 생성 집단과 이해 집단의 두 집단으로 나뉘어 12주간의 서로 다른 학습프로그램을 체험하였다. 연구 참여자들의 과제수행 과정에서의 두뇌활성을 측정하기 위하여 학습프로그램 경험 전후에 fMRI 측정과 지필 검사를 실시했다. 연구결과에 따르면, 분류범주생성 과제의 수행에서 생성집단은 교수-학습 경험 후 대뇌피질 영역과 기저핵 영역이 함께 증가되었으며, 선택-갈등과 관련된 전두피질 영역과 해마옆이랑의 활성감소가 나타났다. 반면 이해집단은 의미 있는 활성변화가 나타나지 않았다. 분류범주이해 과제의 수행에서는 이해집단이 교수-학습 경험 후 대뇌피질 영역과 해마옆이랑의 활성증가가 있었으며, 우측 전두피질부와 소뇌의 활성감소가 있었다. 이와 같은 사실은 특정 교수-학습 양식에 의해 학생이 경험하는 학습양식은 이와 관련된 학생의 특정 두뇌 시스템의 발달을 강화 혹은 약화 시킬 수 있게 된다는 것을 보여준다. 아울러 이러한 연구결과는 두뇌 맞춤형 과학적 분류 학습프로그램 개발을 위한 근거자료로 활용될 수 있을 것이다.

좌·우뇌 비대칭 뇌파와 성격특성요인의 관계에 대한 연구 (Study on the Relationship Between EEG of Brain Laterality and Personality Traits)

  • 허미라;이아라
    • 감성과학
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    • 제19권1호
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    • pp.83-94
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    • 2016
  • 본 연구는 상담심리학의 성격특성이론에 근거하여 좌 우뇌의 신경학적 비대칭성 및 두뇌 각 영역에서의 활성뇌파와 성격의 요인별 특성과의 관련성을 EEG측정을 통해 알아보고자 하였다. 이에 96명의 대학생들을 대상으로 8채널 EEG 장비를 이용하여 뇌파를 측정한 후 컴퓨터로 분석한 자료와 성격 5요인 질문지를 사용하여 조사한 자료를 통계 분석하였다. 그 결과 전전두엽의 쎄타파 좌 우뇌비대칭이 클수록 성격요인 중 신경증이 높은 것으로 나타났고, 각 두뇌영역별로는 전전두엽좌측의 쎄타파 활성이 클수록 신경증은 높고, 성실성은 낮아지는 것으로 나타났으며, 전두엽좌측의 베타파 활성이 클수록 외향성과 개방성이 낮아지는 것으로 나타났다. 이러한 연구결과는 두뇌영역별 특정뇌파리듬의 활성이 개인의 성격 및 심리적 특성에 유의미한 관련이 있음을 알 수 있게 한다. 기존의 연구들 대부분이 주로 알파파, 베타파 영역에서 성격과의 관련성에 대해 언급했던 것과 달리, 본 연구결과는 세타파가 성격특성과 관련이 있을 수 있음을 시사한다. 이러한 연구 결과를 토대로 두뇌관련 상담전략과 후속연구에 대해 제언하였다.

그림의 부호화 과정과 신경기제 : fMRI 연구 (Neural Substrates of Picture Encoding: An fMRI Study)

  • 강은주;김희정;김성일;나동규;이경민;나덕렬;이정모
    • 인지과학
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    • 제13권1호
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    • pp.23-40
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    • 2002
  • 본 연구는 fMRI를 이용하여 정상인에 있어서 자극 유형, 특히 그림 자극의 부호화와 관련된 두뇌영역을 확인하고자 하였다. Scan 1에서는 그림 자극의 부호화 과정에 관여하는 두뇌 영역을 화인하기 위하여 어의범주 판단 과정 중에 그림과 단어에 대하여 비교 관찰하였으며 Scan 2에서는 그림자극에 대하여 그림 명명과제와 어의범주 판단과제를 비교하여 과제 유형에 따른 그림의 부호화에 관여하는 두뇌 활성화 영역을 연구하였다. 피험자는 어의범주(인공물/자연물)에 따라 마우스를 눌러 반응하거나(Scan 1) 그림명명이나 범주 소속 여부를 속으로 말하도록(subvocal response)(Scan 2) 요구되었다. 자극의 유형과 무관하게 부호화 중에 좌측 전전두 영역 양측의 두정엽, 그리고 양측의 고차시각 피질 등이 공통적으로 활성화 되었다. 그림보다 단어의 부호화에는 좌측 하 전전두엽, 우측 전측 전전두 영역, 양측의 도(insula), 좌측 두정-측두엽 등 광범위한 언어/개념관련 두뇌 영역에서 더 높은 활성화가 발견되는 반면, 그림의 부호화에는 양측의 고차 시각 영역과 해마방화(parahippocampal gyrus) 영역에서 더 높은 활성화가 관찰되었다. 이는 동일한 어의판단 과제를 수행하는 과정에도 단어는 어의적/언어적 처리가 그림은 지각적 정보처리 및 novelty 관련 정보처리가 서로 다른 해부학적인 영역에 의하여 매개됨을 의미한다. 그림 명명과제나 어의범주 판단과제 모두를 속으로 말하는 수행(Scan 2)은 배측 하 전전두 영역, 즉 Broca영역의 활동 증가를 야기시켰으며, 특히 명명과제 수행에는 어의범주 판단과제를 수행할 때에 비하여 양측의 시각영역에서 더 많은 활성화가 발견되었는데, 이는 대상의 명칭을 인출하는 과정에 고차 시각정보 처리가 더 많이 관여하였을 가능성을 시사한다.

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제주지역 초등 정보영재 선발 및 교육 프로그램 운영에 관한 연구 (A Study on Elementary Gifted Children of Information Selection and Educational Program Operation in Jeju)

  • 변선희;김종훈
    • 한국정보교육학회:학술대회논문집
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    • 한국정보교육학회 2006년도 동계학술대회
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    • pp.164-169
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    • 2006
  • 각 나라의 경쟁력은 기존의 자원이나 자본이 아닌 뛰어난 인재들의 두뇌에서 나올것이라는 앨빈 토플러의 말이 이미 현실이 되어 우수한 두뇌를 갖기 위한 치열한 전쟁의 시대가 전개되고 있다. 이에 우리나라가 21세기 첨단지식기반의 정보화 세계화 사회에서 국가 경쟁력을 확보하려면, 고급 인적자원을 조기에 발굴하여 체계적으로 교육하는 프로그램이 필요하다. 따라서 고도의 지식정보 사회에 적응하고 국가간 경쟁력에서 앞서나가려면 정보과학영역에서의 영재교육의 중요성이 커지고 있다. 이에 국가적인 차원에서 고도의 정보사회에 부응할 수 있게 17개 대학부설 과학영재교육원 및 여러 영재교육기관에서 정보과학 영재를 선발하여 교육하고 있다. 그런 의미에서 본 논문에서는 제주지역 대학부설 과학영재교육원과 다른 영재교육기관에서의 정보 영재 선발에 관련된 제반 사항 및 교육과정과 교육내용에 대하여 연구하여 보았다.

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학습피드백으로서 보상과 처벌 관련 두뇌 활성화 연구 (Learning-associated Reward and Penalty in Feedback Learning: an fMRI activation study)

  • 김진희;강은주
    • 인지과학
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    • 제28권1호
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    • pp.65-90
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    • 2017
  • 본 연구의 목적은 학습상황에서 피드백으로 주어지는 금전적 획득/손실(학습 피드백)과 비학습적 상황에서 우연히 제시되는 의사 피드백(무선 피드백)을 비교하는 방법을 사용하여, 금전적 보상과 처벌의 학습 피드백으로서만 가지는 정보처리에 어느 두뇌 영역이 관여하는지를 규명하는 데 있다. 이를 위해 정상 성인(n = 22)을 대상으로 fMRI scan 동안 단서 자극에 대한 범주 버튼 반응(좌/우)의 정확 여부에 따라 피드백이 제시되는 시행(학습시행)과 단서 자극의 위치판단 반응과 무관하게 피드백이 제시되는 시행(무선시행)을 사건 관련 fMRI 방략으로 제시하였다. 두 시행 간 보상과 처벌과 같은 동기적 사건에 대한 두뇌 반응이 변별적으로 나타나는지를 알아보기 위해 시행 유형(학습 vs. 무선)과 피드백 유형(보상 vs, 처벌)을 두 독립변인으로 한 반복측정 이원분산분석을 하였다(voxel-wise FWE p < .001). 그 결과, 좌측 배외측 전두피질(dorsolateral prefrontal cortex), 좌측 전측 도(anterior insular), 배내측 전두피질(dorsomedial prefrontal cortex) 등의 영역에서 유의한 상호작용 효과가 관찰되었는데, 이들 영역은 모두 학습-보상 피드백 및 무선-처벌 피드백보다 학습-처벌 피드백에 대해 증가한 두뇌 활성을 보였다. 본 연구 결과는 학습상황에서 주어지는 처벌 피드백에 대한 기존 전략의 변경이나 재평가를 위한 집행적 처리, 적절하지 못하거나 틀린 행동에 대한 오류처리 과정 그리고 실패 경험에 대한 부정적 정서처리가 위에서 언급한 피질신경망을 중심으로 이루어질 가능성을 보여준다. 따라서 학습의 처벌 피드백은 보상과 달리 위와 같은 추가적 정보처리 과정이 존재할 가능성을 시사한다.

생물전공 대학생과 비전공 대학생의 생명과학 학습에서 자기조절 과정의 두뇌 활성 분석 (Analysis of Brain Activation on the Self-Regulation Process in College Life Science Learning between Biology Major and Non-Major Students)

  • 이수민;박상희;권승혁;권용주
    • 과학교육연구지
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    • 제46권3호
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    • pp.255-265
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    • 2022
  • 본 연구의 목적은 생명과학 학습에서 생물학 전공자와 비전공 대학생의 자기조절 과정에서 나타나는 뇌 활성을 분석하고 비교하는 것이다. 자기조절과제는 생물분류 개념으로 생명과학 학습상황을 구현하였다. 대학생들의 뇌 활성은 fNIRS에 의해 측정되고 분석되었다. 동화 과정에서 양측 FP와 좌 DLPFC는 유의미한 활성이 나타났으며, 두 그룹은 동기부여 및 보상과 관련된 좌측 OFC 활성에서 차이를 보였다. 갈등 과정에서 왼쪽 DLPFC는 공통적으로 활성이 현저히 낮았으며, 두 그룹은 최근 메모리와 관련된 BA46과 장기 메모리와 관련된 BA47의 활성에서 차이를 보였다. 동화 과정에서 우측 DLPFC에서 유의하게 높은 활성이 공통적으로 발견되었으며, 두 그룹은 우측 DLPFC와 우측 FP의 활성의 차이를 보였다. 이 영역들은 오른쪽 전두엽 영역에 있으며 생명과학 지식의 이해와 관련이 있다. 본 연구 결과 생물학 전공 대학생과 비전공 대학생의 뇌 활성 패턴은 자기조절 과정에서 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한 자기조절에 대한 신경학적 연구를 추가로 제안하고 학교 환경에서 구성할 수 있는 시스템과 학습전략을 제시할 수 있을 것이다.

공간능력에 대한 신경과학적 모델 개발 및 빛과 그림자 문제 해결 과정에의 적용 (Development of Neuropsychological Model for Spatial Ability and Application to Light & Shadow Problem Solving Process)

  • 신정윤;양일호;박상우
    • 한국과학교육학회지
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    • 제41권5호
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    • pp.371-390
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    • 2021
  • 이 연구의 목적은 공간능력 구성요소에 대한 신경과학적 모델을 개발하고, 빛과 그림자 관련 과학 과제를 해결하는 과정에서의 두뇌 활성 영역을 신경과학적 모델에 기반하여 영역 일반적 능력과 영역특수적 능력으로 구분하여 설명하는 것이다. 이를 위해 남자 대학생 24명이 공간능력 검사지 문항과 빛과 그림자 과제를 해결하는 동안의 시선이동과 EEG를 동기화하여 측정하였으며, 과제 해결 전략에 대한 사후면담과 RVP를 실시하였다. 시선 이동, 두뇌 활성 영역, 참여자의 사고 과정과 전략을 통합하여 공간능력 구성요소에 대한 신경과학적 모델을 개발하고, 빛과 그림자 관련 과제 해결 과정을 분석하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 공간 시각화와 심적 회전 요소는 주로 두정엽의 활성을 필요로 했으며, 공간 방향화 요소는 전두엽의 활성을 필요로 했다. 구체적으로, 공간 시각화 요소는 문제를 탐색하는 과정에서 전두엽이 활성화되었고, 문제와 답지를 비교하는 과정에서 측두엽과 두정엽이 활성화되었다. 심적 회전 요소는 회전된 정보를 탐색하는 구간에서는 전두엽이, 심적 회전을 할 때에는 두정엽이, 문제와 답지를 비교하는 구간에서는 측두엽이 활성화되었다. 공간 방향화 요소는 문제를 탐색하는 과정과 문제와 답지를 비교하는 과정 모두 전두엽이 활성화되었다. 둘째, 빛과 그림자 과제를 해결 할 때에는 영역 일반적 기능인 공간 능력과 과학적 원리를 적용하는 영역 특수적 사고가 함께 필요하였다. 평행광의 그림자 모양 추론과 빛의 방향이 바뀔 때의 그림자 모양을 추론에서의 두뇌 활성 패턴은 공간 시각화 요소에 대한 신경과학적 모델과 유사하였다. 여러 방향에서의 그림자를 통해 원래 물체를 추론할 때에는 공간 방향화 요소, 점광원의 그림자 모양을 추론할 때에는 공간 시각화 요소에 대한 신경과학적 모델과 두뇌 활성 패턴이 유사하였다. 빛과 그림자 과제를 해결할 때 추가적으로 활성화 된 부위는 주로 연역적 추론, 작업 기억, 행동에 대한 계획 기능을 담당하는 중측두이랑, 중심앞이랑, 하전두이랑, 중전두이랑이었다. 따라서 빛과 그림자 과제를 해결하는 과정에서는 공간능력 외에도 그림자 생성 원리를 기반으로 한 연역적 추론, 빛의 진행 방향을 작업 기억에 유지시키는 것, 광원의 특징에 따른 과제 해결 과정 계획, 빛-물체-스크린의 공간적 관계 인지 등이 추가적으로 필요하다.

맹시와 현상적 의식 (Blindsight and Phenomenal Consciousness)

  • 김효은
    • 한국인지과학회:학술대회논문집
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    • 한국인지과학회 2002년도 춘계학술대회
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    • pp.189-193
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    • 2002
  • 의식에 관한 가장 흥미 있는 최근의 과학적 작업들 중 철학적으로 문제가 되는 다수는 시각으로부터 나왔으며 그 중 특히 맹시 현상은 심리철학에 있어서 의식, 지각, 그리고 지향성의 개념에 문제를 제기한다. 맹시 환자들은 후두엽 피질의 두뇌 손상으로 인하여 생긴 암점(Scotoma) 때문에 현상적으로 의식적인 과정을 경험할 수 없으면서도 그들의 보이지 않는시야 영역에 대하여 보통 시각을 가진 사람들과 상당히 비슷하게 기능을 발휘한다. 이러한현상은 의식이 행동을 제어하는 데에 과연 인과적 역할을 하는지에 대한 문제들, 심리철학에서 뿌리깊게 논의되어왔던 의식의 기능과 부현상론에 대한 문제를 제기한다. 즉, 맹시 현상은 현상적 의식이 실재하지 않는 것이거나, 존재하더라도 어떤 인과적 효력을 가지지 않는 부수현상적인 것이라는 견해를 강하게 지지하는 것 같다. 이와 함께 인간과 동일한 물리적 구성과 행동을 가지지만 의식적 경험을 결여하는 피조물인 좀비(zombie)의 이론적 가능성이 제기된다. 이를 지지하기 위해서 초맹시(super-blindsight)의 개념과 사례가 제안된다. 이 논문은 맹시 현상을 통해서 현상적 의식의 실재성을 부정하려는 논변들을 반박하고, 의식은 행위의 수행에 관련될 뿐만 아니라 인지에 있어서 중요한 역할을 한다고 논한다. 따라서, 역설적으로 맹시 사례가 오히려 현상적 의식이 인과적 역할을 가진다는 감각질 실재론의 견해를 지지할 수 있다고 논증할 것이다.

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경쟁과 비경쟁 상황에서 공감의 신경학적 기제 (Neural Bases of Empathy in Competitive vs. non-Competitive situation)

  • 황수영;윤미선
    • 인지과학
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    • 제27권3호
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    • pp.441-467
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    • 2016
  • 본 연구에서는 fMRI 기법을 이용하여 경쟁 상황 노출 여부에 따라 개인이 타인의 상황을 이해하고 인지적 공감을 유발하는 신경학적 기제의 차이를 조사하였다. 공감은 타인에 대한 이해를 바탕으로 적절한 반응을 보이는 심리적 반응이며, 인간의 생존에 있어서 적응적 요소로 알려져 있다. 연구의 목적은 Preston과 de Waal(2002)에 기초하여 거의 자동적인 반응인 공감이 타인을 이겨야 하고 본인의 수행에 따라 보상이 달라지는 경쟁 상황에서도 1) 타인이 처한 상황을 인지할 수 있는지, 2) 인지한다면 인지적 공감이 유발되는지를 확인해 보는 것이다. 대학생 21명(남:여=9:12)을 대상으로, 일상생활에서 경험할 수 있는 6가지 정서가 제시된 그림자극을 보고 '나'의 관점에서 유발되는 정서가 긍정정서인지 부정정서인지 평정하는 과제 수행동안 뇌 활성화를 촬영하였다. 경쟁 유무에 따라 공감과정에서 두뇌 활동의 차이를 비교하기 위해 실험보조자 1인이 경쟁자 역할을 수행하고, 수행 결과의 정확도와 반응 시간을 기준으로 피험자가 경쟁자(실험보조자)를 이길 경우 보상(돈)을 제공하는 조건으로 경쟁심을 유발하여 경쟁 조건을 조작하였다. 연구결과, 피험자들의 판단 반응시간은 비경쟁 상황보다 경쟁에 노출되었을 때 통계적으로 유의하게 빠름을 확인하였고, 경쟁 상황에서는 전대상회(ACC, BA 32), 내측전두엽(mPFC, BA 6), 측두두정연합부의 한 부분인 연상회(SMG, BA 40), 시상(thalamus), 중전두엽(middle frontal gyrus, BA 10) 등이 활성화 된 반면, 비경쟁 상황에서는 인접대상회(paracingulate, BA 32), 측두엽극(temporal pole, BA 38), 복내측전전두엽(vmPFC, BA 11), 상후두엽/쐐기소엽(superior occipital gyrus/cuneus, BA 19) 등의 영역에서 활성화가 관찰되었다. 또한 경쟁상황에서 개인의 공감 수준에 따라 두뇌 영역과의 상관을 알아보기 위해 공감에 대한 자기 보고식 반응 점수를 공변량으로 이용하여 중다회귀분석을 실시한 결과, 경쟁 상황에서는 우측 연상회(rSMG, BA 40), 하전두엽(inferior frontal gyrus, BA 47/45), 내측전두엽(mPFC, BA 10/6), 시상(thalamus), 피각(putamen), 방추형회(fusiform gyrus, BA 20/21)영역과의 상관이 높은 반면, 비경쟁 상황에서는 공감 수준이 높을수록 측두두정연합부/상측두엽(temporoparietal junction/superior temporal gyrus) 영역이 높은 상관을 보였다. 이 연구의 결과를 통해 경쟁 노출 여부에 따라서 타인에 대한 공감적 인지과정에 서로 다른 두뇌영역이 사용되며, 특히 개인의 공감 수준이 높을수록 경쟁 상황에서도 타인의 상황에 대해 이해하는 인지적 공감과 관련한 두뇌 영역이 높은 상관을 보여 개인차에 따라 경쟁 지각이 다르게 반응함을 알 수 있었다.