• 인지과학
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• 제33권1호
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• pp.51-75
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• 2022

경두개 직류전기자극(transcranial Direct Current Stimulation; tDCS)은 지각, 인지, 운동 등의 뇌기능 향상 및 발달 효과가 입증되며, 다양한 분야에서 활용 및 응용되는 비침습적 뇌자극술이다. tDCS 효과는 뇌의 해부학적 구조, 뇌의 노화 정도 등의 뇌신경활성화 특징에 따라 다르게 나타난다는 연구결과들이 보고되고 있다. 일주기 리듬(circadian rhythm)은 대략 하루 주기의 수면과 각성의 생리적 변화패턴을 의미하며 뇌신경활성화 상태는 일주기 리듬에 따라 다르게 나타난다. 일주기 유형(chronotype)은 하루 중에 발현되는 각성도의 크기에 따라 아침의 각성도가 큰 유형은 아침형으로 저녁의 각성도가 큰 유형은 저녁형으로 나누어진다. 본 연구는 일주기 리듬에 의해 변하는 뇌기능 특징이 tDCS 효과에 미치는 영향을 알아보고자 한다. 총 20명의 건강한 성인 대상으로 실험을 진행하였고, 참가자들은 일주기 유형을 분류하기 위해 아침형-저녁형 설문지에 의해 주간형(아침형, 중간형)과 야간형(저녁형)으로 분류했다. 본 실험은 Zoom 프로그램을 이용하여 참가자와 실험자가 온라인으로 만나서 실험을 진행했다. 실험이 확정된 참가자는 실험자로부터 뇌파 기기, 뇌파 데이터를 획득하는 앱이 있는 핸드폰, 핸드폰 거치대, 뇌자극 기기의 사용방법에 대한 설명을 듣고 기기를 테스트해보고 기기를 전달받았다. 기기사용의 어려움을 가진 2명의 참가자는 대면 실험을 진행하여, 실험자가 기기작동을 하여 실험에 참여했다. 일주기 리듬의 상태에 따른 뇌자극 효과를 알아보기 위해 1주일 간격으로 아침과 저녁에 실험했으며, tDCS 자극 전과 후의 신경활성화 반응의 차이를 뇌파를 이용하여 측정하였다. 뇌자극에 의한 뇌기능 변화를 확인하기 위해 자극 전의 뇌파와 자극 후 뇌파가 다른 패턴을 보이며 분류가 잘되는 지를 예측 정확도로 분석했으며, 뇌기능 특징 변화가 일주기 리듬과 일주기 유형에 따라 다르게 나타나는지 확인하기 위해 각 조건의 분류조건(아침/저녁, 주간형/야간형)에서 추출된 주요 EEG 특성을 비교했다. 54개의 뇌파 특성값을 추출하여 SVM(Support Vector Machine) 기계학습 알고리즘으로 분류 모델을 구축하였고, 구축된 모델을 Leave-One-Out 교차검증(Leave-One-Out Cross-Validation)을 사용하여 자극 전과 후의 뇌파 반응을 예측하는지 평가하였고, 분류예측모델의 주요 예측 인자를 확인하는 주요 특성 분석을 진행하였다. 아침과 저녁의 tDCS에 따른 뇌파 특징을 분류하는 예측 정확도는 모두 98%로 나타났으며, 주간형의 아침 자극 조건과 저녁 자극 조건의 예측 정확도는 92%와 96%이며, 야간형의 아침자극 조건과 저녁 자극 조건의 예측 정확도는 모두 94%로 나타났다. 아침 자극 전과 후의 뇌파를 분류하는 상위 3개의 주요 EEG 특성결과는 주간형과 야간형에 따라 다르게 나타났다. 주간형은 좌측 측두 두정엽과 전전두엽의 뇌파 특성값이 나타났으며, 야간형은 측두 두정엽의 뇌파 특성값들만 나타났다. 저녁 자극전과 후의 뇌파를 분류하는 상위 3개의 주요 EEG 특성 결과 또한 주간형과 야간형에 따라 다르게 나타났다. 주간형은 우측 측두 두정엽과 좌측 전두엽의 뇌파 특성값이 나타났으며, 야간형은 측두 두정엽과 전두엽의 뇌파 특성값이 나타났다. 이와 같은 연구결과는 일주기 리듬과 유형에 따라 아침과 저녁의 뇌기능 특징이 다르게 나타나서 뇌자극 효과가 다르게 나타날 수 있음을 확인한 결과이다. 본 연구의 결과는 효과적인 뇌자극을 위해 개인의 뇌신경 활성화 상태 및 특징에 따라서 뇌자극 프로토콜을 조정할 필요성을 제시한다는 데에 의의를 찾을 수 있다.

• 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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• 한국퍼지및지능시스템학회 2006년도 춘계학술대회 학술발표 논문집 제16권 제1호
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• pp.351-354
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• 2006

시청각 동영상을 이용하여 정서의 뇌 활성화 영역을 규명하는 뇌 영상 연구들은 심상이나 슬라이드와 같은 정서유발도구를 사용한 연구들이 가지지 못한 장점을 가지고 있다. 그러나 시청각 동영상을 이용하여 정서와 관련된 뇌 활성화 영역을 밝히는 연구들은 미미한 실정이다. 본 연구는 시청각 동영상 자극을 이용하여 부적정서에 해당하는 공포, 분노, 혐오정서의 뇌 활성화 영역을 밝히도록 하겠다. 실험참가자로 11명의 오른손잡이 여대생이 선정되었다. fMRI 실험을 위한 패러다임은 block design으로, 각 정서당 통제자극 30초와 정서자극 1분 30초로 구성되었다. 개발된 공포자극에 의해 유발된 공포정서를 경험하는 동안, 공포자극에서는 우측 Amygdala와 양측 Fusiform Gyrus, 좌측 Middle Occipital Gyrus, 우측 Superior Temporal Gyrus가, 분노자극에서는 좌측 Thalamus와 양측 Anterior Cingulate Gyrus, 혐오자극에서는 좌측 Insula, 우측 Putamen, 우측 Fusiform Gyrus, 우측 Middle Occipital Gyrus, 우측Superior Temporal Gyrus 가 활성화되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에서는 시청각 자극을 사용하여 부적 정서에 따른 뇌 활성화 영역을 규명할 수 있었다.

• 대한자기공명의과학회:학술대회논문집
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• 대한자기공명의과학회 2002년도 제7차 학술대회 초록집
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• pp.131-131
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• 2002

목적： 인간의 뇌는 감각기관이 지속적으로 시각적, 청각적 자극을 받음으로 인해 영향을 받는다. 현재 이러한 이론을 실용화하여 몇 가지 상업적인 뇌 자극장치가 개발되어 시판 중이다 본 실험에서는 시중에 판매 중인 뇌 자극장치를 이용하여 실험을 하여 실제 인간의 뇌에 영향을 주는 지를 확인한다.

• 대한자기공명의과학회:학술대회논문집
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• 대한자기공명의과학회 2003년도 제8차 학술대회 초록집
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• pp.26-26
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• 2003

목적： 본 연구의 목적은 미각자극에 대한 인간 뇌의 활성화 영역을 측정하고 가시화하여 미각의 뇌 활성화 부위에 대한 기초자료를 마련하는데 있다. 대상 및 방법： 5명의 남자 대학생 (평균 24.8세)을 뇌기능 연구의 실험 대상자로 선정하였고, 대상자들은 미각에 이상이 없고 구강수술 경험이 없는 오른손잡이를 대상으로 3번에 걸쳐 EPI 혈액산 소농도의존(blood oxygen level dependent)법을 이용하여 미각자극에 의한 기능적 자기공명영상 실험을 수행하였다. 미각 자극을 위하여 5％의 saline을 사용하였으며 자체적으로 제작한 Stimulator를 사용하여 자극하였다. 자극은 3회의 휴식기간과 2회의 자극기간에 걸쳐 시행하였으며, 각 자극기간은 30초씩 5초 간격으로 이스 당 42개의 영상을 획득했다. Post-processing은 SPM99 (Statistical Parametric Mapping 99, The Wellcome Department of Cognitive Neurology, Oxford 1999)의 correlation법을 사용하여 threshold 0.4∼0.7의 범위에서 통계처리 하였으며, 활성화 영상은 EPI영상과 같은 부위의 T1 강조영상에 overlapping시켰다. 이렇게 얻어진 fMRI 영상으로 활성 영역의 위치를 분석하였다.

• 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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• 한국퍼지및지능시스템학회 2000년도 춘계학술대회 학술발표 논문집
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• pp.81-85
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• 2000

EEG(electroencephalogram)는 주로 전문가의 판독에 따른 주관적 판단에 의존하여 임상에서 사용되어져 왔다. 그러나 비선형 동역학 분석을 이용한 해석학적인 정량화 연구가 진행 되어짐에 따라 특이 패턴을 이용한 환자의 질병진단 이외에도 정상인의 뇌 활동 및 인지기능 둥을 이해하기 위한 도구로써 그 활용범위가 넓어지고 있다. 본 논문에서는 정상인에게 다양한 자극을 준 후 측정한 EEG를 상관차원 분석법을 이용하여 다양한 자극에 대한 뇌파의 특징을 분석하였다. 그 결과 각 자극에 따른 뇌 활동도의 차이를 정량적으로 분석할 수 있었으며, 뇌 활동 부위와 자극과의 관계도 정량적으로 분석할 수 있었다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제22권2호
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• pp.157-163
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• 2001

본 논문에서는 후취자극 제어장치를 이용하여 후각자극에 대한 인간의 뇌의 활성화 영역을 뇌기능자기공명영상(functional magnetic resonance imaging : fMRI)장치로 측정 또는 가시화하고 이의 임상적용에 대한 기초자료를 마련하고자 하였다. 우선 후각에 이상이 없고 코 수술 경험이 없는 오른손잡이 피험자 4명을 대상으로 5번에 걸쳐 Echo Plannar Imaging(EPI)에 의한 혈액산소농도의존(blood oxygen level dependent : BOLD)법을 이용하여 후각자극에 의한 뇌기능자기공명영상 실험을 수행하였다. 후각자극은 MRI 장치에서 사용할 수 있도록 제작된 후취제어장치를 사용하였으며, 제시된 향은 천연 향의 일종인 lavender-like fragrance를 사용하였다. 향의 제시는 후각의 피로도를 감안하여 3회의 휴식기관과 2회의 자극기간을 각 30초씩 번갈아 시행하였으며, 동시에 5초 간격으로 각 절편 당 30 영상을 연속적으로 획득하였다. Correlation법으로 0.4∼0.7의 문턱치(threshold)범위에서 통계 처리된 뇌의 활성화 영상은 EPI영상과 같은 부위의 T1 강조영상에 overlapping 시켰다. 호흡에 의한 artifact를 제거하기 위해 실험실에 만든 장치로 호흡을 측정하여 post-processing 할 때 반영하였다. 이렇게 얻어진 fMRI 영상의 신호변화를 관찰하여 활성 영역의 위치를 분석하였다. 그 결과 후각자극에 의해 뇌의 전두엽 피질(frontal cortex), 소뇌(cerebellum), 그리고 뇌교(pons)에서 활성화된 신호를 발견할 수 있었다. 또한, 측두엽(temporal lobe)과 뇌섬(insula)에서도 의미 있는 신호가 관찰되었다. 그러나, 일차 후각영역인 piriform cortex와 entorhinal cortex, amygdaloid complex, 그리고 이차후각영역인 orbitofrontal cotex에서는 그다지 많은 빈도로 신호가 발견되지 않았다. 결론적으로 BOLD법을 이용한 fMRI에 의하여 후각자극에 대한 뇌의 활성화영역을 관찰할 수 있었으며, 후각자극에 대한 뇌의 기능을 연구하는데 있어서 중요한 정량적 자료를 제공할 수 있다는 점을 확인할 수 있었다.

• 대한자기공명의과학회:학술대회논문집
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• 대한자기공명의과학회 2003년도 제8차 학술대회 초록집
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• pp.82-82
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• 2003

목적： 인간은 시각적 자극에 뇌가 반응함으로써 대상을 파악한다. 그리고 대상의 종류에 따라 뇌가 시각적인 정보를 판단하는 영역은 서로 다를 수 있다는 것을 예상할 수 있다. 본 연구에서는 시각적 자극의 대상을 크게 인간의 안면과 사물로 나누고 그 대상에 따라 인지하는 뇌의 영역을 확인하고자 한다.

• 감성과학
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• 제15권4호
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• pp.585-592
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• 2012

음식물 섭취는 영양상태의 유지와 생존을 위해 필요하며, 미각은 가장 기본적인 감각 중의 하나이다. 맛을 느끼는 미각세포는 다섯 가지 기본 맛(단맛, 쓴맛, 짠맛, 신맛, 감칠맛)에 대해 반응한다. 그러나 뇌에서 맛감각의 처리과정과 미각피질의 조직화된 원리에 대한 이해는 여전히 부족한 실정이다. 최근 기능적 자기공명영상(fMRI), 뇌자도(MEG), 광영상(optical imaging)을 이용하여 미각 자극에 대한 뇌의 반응들을 영상화하는 연구들이 진행되고 있다. 뇌 활성 변화를 관찰할 수 있는 이들 뇌 영상 기법들은 서로 직접적인 비교 데이터를 제공하지는 못하지만, 이러한 기법들은 상호 보완적이다. 따라서 이러한 기법들을 이용한 데이터들의 상호비교는 미각 자극에 대해 반응하는 뇌의 시간-공간적인 활성 패턴 변화를 이해하는데 많은 도움을 준다. 본 연구는 감각 및 감성적 측면에서의 미각 자극에 따른 뇌의 정보처리에 있어서 미각영역의 활성화에 관한 영상매핑에 대해 최근까지 밝혀진 결과들과 연구동향을 소개하고자 한다. 미각 자극에 따른 뇌의 영상 변화를 관찰하여 구조해부학적 지도를 만드는 것은 매우 복잡한 미각의 신경회로망을 이해하는데 도움이 될 것으로 사료된다.

• 한국음향학회지
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• 제42권5호
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• pp.412-421
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• 2023

초음파 뇌 자극술을 통하여 뇌 심부의 국소 지역에 있는 뇌 세포의 활성화를 유도할 수 있으며, 이를 통하여 저하된 뇌 기능을 치료하는데 효과가 있음이 보고되어 왔다. 반면, 초음파 자극의 종류에 따라 신경 변조의 효율과 방향이 달라질 수 있음이 알려져 있어, 적절한 초음파 자극의 종류를 확립하는 연구가 중요하다. 따라서, 본 논문에서는 이를 효과적으로 최적화 하기 위해 세포 배양시 사용되는 커버슬립 기반의 초음파 변환자를 제안하고자 한다. 균일한 초음파 자극을 전도하기 위해서 폴리머 압전소자(Poly-vinylidene fluoride-trifluorethylene, PVDF-TrFE)를 스핀 코팅하고 패를린 절연층을 상단에 적층시켜 음압 출력을 극대화 시켰다. 개발된 초음파 변환자 융합 커버슬립은 초음파자극기 표면에 배양된 수십개의 신경세포에 균일하고 정확한 초음파 자극을 전달 할 수 있고, 자극에 따른 세포의 반응을 형광 현미경으로 실시간 관찰 가능하다. 따라서, 동일한 초음파 자극에 대한 세포의 반응 신호를 최대 수십개 세포로부터 동시에 획득 가능하므로, 반응 신호를 평균 한다면 낮은 강도의 초음파 자극에 따른 뇌 세포의 미세한 반응을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 초음파 변환자와 물의 표면 등에서 발생하는 정현파에 의한 자극의 왜곡 현상을 줄일 수 있어서 사용자가 원하는 초음파 자극을 정확하게 세포로 전달 가능하다. 이렇게 개발된 초음파 변환자를 통해 변환자 표면에 배양된 별세포에서 6 MHz, 0.2 MPa의 저강도 초음파 자극에 의해 유도된 칼슘 반응을 성공적으로 관찰할 수 있었다.

• 한국컴퓨터정보학회:학술대회논문집
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• 한국컴퓨터정보학회 2016년도 제54차 하계학술대회논문집 24권2호
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• pp.295-296
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• 2016

본 연구에서는 LED 광 자극이 뇌의 어느 영역을 자극하여 신경신호를 전달하는지에 관해서 관찰하고자 연구를 진행하였다. 광 자극에 의한 뇌 영역의 활성변화를 관찰하기 위하여 실험용 소동물과 영상장비인 9.4T MRI를 이용하여 연구를 수행 하였다. 실험용 소동물은 Balb/c 마우스를 이용하였으며 기능적 자기공명영상 획득 방법 중 하나인 에코평면영상 기법을 이용하여 뇌 영상을 획득 하였다. 획득한 영상을 바탕으로 뇌 영역의 자극 정도를 확인해보기 위해 영상처리기법인 재편성(realignment), 일치(co-registration), 표준화(normalization), 평활화(smoothing) 방법으로 영상을 전처리 하고, statistical parametric map (SPM12)을 사용하여 분석하였다. 본 연구에서는 광자극이 소동물 뇌 영역 중 하나인 상구(Superior colliculus)영역과 대뇌의 시각피질 (visual cortex, V1) 영역에서 자극을 일으키는 것을 확인할 수 있었다.