연구배경 및 목적 : 시각 인지 과정은 영장류 실험을 통하여 다소 정보를 얻을 수 있었으나 인간에서는 아직 완전하게 이해되지 않고 있다. 이 연구의 목적은 뇌자극과 시가유발전위 검사를 토대로 인간의 시각피질의 기능적 분화와 시간 순으로 활성화되는 양상을 보고자 한 것이다. 연구방법 : 간질 수술을 위하여 후두엽과 인접 부위에 광범위하게 피질하전극을 넣은 22명의 환자를 대상으로 전기적 뇌자극과 시각유발전위 검사를 시행하였다. 뇌자극시 나타나는 반응은 형태, 색, 및 움직임의 세 가지로 크게 나누고 형태는 다시 단순, 중간 및 복잡한 형태로 세분하였다. 시각유발전위는 P1 혹은 IV파의 latency를 측정하였다. 결과 : 단순 혹은 중간 형태는 흔히 occipital pole과 striate cortex에서 발생하였다. 색반응은 후두엽의 기저부 즉, fusiform, lingual, inferior occipital gyri를 자극할 때 관찰되었다. 움직임 반응은 내측기저부 및 외측의 측후두엽 혹은 측두정후두부의 경계부에서 주로 나타났다. 결론 : 이러한 결과는 인간의 시각피질이 시각의 여러 가지 구성성분 즉, 형태, 색, 및 움직임에 대해서 각각 별도로 분화되어 있다는 것을 보여준다. 도한 시각자극이 전해지면 striate cortex와 occipital pole이 가장 먼저 활성화되고 이어서 내측 및 외측 후두엽 부위가 활성화된다는 것을 알 수 있다. 이러한 사실을 종합하여 보면 인간의 시각피질은 시각의 여러 구성성분별로 별도로 발달된 해부학적 경로를 통하여 각각의 기능에 대하여 특수하게 분화된 뇌세포에서 시각정보를 각각 분석하되 일정한 시간순서에 의한다는 것을 시사하는 것이다.
산화질소(NO)와 칼슘 결합 단백질은 중추신경계의 다양한 세포들에서 나타나며, 이들은 각각 중요 신호전달 분자와 칼슘 완충 분자이다. 본 연구는 햄스터의 시각피질에서 뇌산화질소 합성효소 (nNOS)와 parvalbumin을 포함하는 뉴런들의 분포와 이들의 co-localization 양상을 면역세포화학적 기법을 이용하여 알아보았다. 햄스터 시각피질에서 parvalbumin에 대한 면역 반응성을 나타내는 뉴런들의 전체 수는 nNOS에 대한 면역 반응성을 보이는 뉴런들의 수보다 17배나 많았다. 가장 큰 차이는 시각피질 제5충에서 발견되었으며, 이곳에서 parvalbumin-면역 반응성 뉴런이 nNOS-면역 반응성 뉴런들의 수보다 54.7배나 높았다. nNOS-또는 parvalbumin-면역 반응성 뉴런들은 크기와 형태, 분포 방식이 시각피질에서 유사하게 나타났다. 그러나 이색 면역형광 기법은 햄스터 시각피질에서 nNOS와 parvalbumin을 모두 발현하는 뉴런은 없음을 보여주었다. 본 연구의 결과는 nNOS와 칼슘 결합 단백질 사이의 co-localization양상이 종간에 차이가 존재함을 나타내며 또한 시각피질에 있는 nNOS-면역 반응성 뉴런들의 다양성과 이질성뿐만 아니라 동물 다양성 이해의 중요성을 함께 제시한다고 볼 수 있다.
인간의 시각정보처리는 망막에서 입력된 영상을 시각피질에 전달될 때 많은 특성을 가지고 있다. 그 중에서 확대성질과 방향성에 대한 민감도를 분석하여 영상인식에 미치는 영향을 분석하고자 한다. 확대성질은 중심와의 영역이 시각피질에서 확대영역으로 할당되는 사실을 확대배율이라고 부른다. 방향수직반응의 가중치와 수평 및 대각선반응의 가중치를 여러 가지로 변동하여 영상의 인식률을 비교함으로써 수직반응 정도에 매우 민감함을 보이며 차후 인간시각모델 구성에 적용하고자 한다.
인간의 시각피질의 특징은 특별한 방향성을 갖거나 시간적인 주파수 변화를 동반하는 자극에는 민감하게 반응하지만, 공간 위상의 선택적 자극에는 둔감하게 작용한다는 것이 고등 포유동물의 시각 피질에 대한 생리학적 실험으로 증명되었다. 이 결과는 위치에 민감한 단순 세포의 분포가 복잡 세포의 분포에 비하여 상대적으로 적은 생리학적 특징에 기인한 것으로 본 논문에서는 원시 시각 피질을 구성하는 단순 세포와 복잡 세포 가운데 더 넓은 분포의 복잡 세포 모델링을 가버 웨이블릿 변환을 이용한 영상추정 반복 알고리즘을 이용하여 구현하였다. 구현된 모델은 영상의 경계 및 모서리의 검출 평가와 함께 기존의 생리학적 실험논문과 구현한 모델의 결과 사이의 일관성을 확인하였다. 구현된 모델은 단순 세포와 복잡 세포가 함께 분포하는 망막의 수용 장을 완전한 형태를 구현할 수 없는 제한이 있지만, 시각 피질을 일부를 담당하는 복잡 세포를 알고리즘의 관점에서 구현하여 더 완전한 시각 피질 모델의 기초로 활용할 수 있다.
최근 시각 장애인을 위한 인공망막 모델 구현에 관한 연구 중 시피질 자극기 기술은 시각 자극 전달의 중간 단계를 생략하고 직접 뇌세포를 자극하는 것이다. 본 논문에서는 망막에서 시각 피질로 시각정보를 전달할 때 발생하는 시각 피질의 특성, 즉 방향성에 대한 반응 특성을 특징 데이터로 구성하여 인식함으로써 인간 시각 정보 처리와 유사한 영상 추출 및 인식 모델을 제안한다. 제안된 방법은 영상의 특징을 추출 한 후 Delta-bar-delta 기반 오류 역전파 알고리즘을 적용하여 영상의 특징들을 인식한다. 제시된 방법의 성능을 분석하기 위하여 다양한 숫자 패턴들을 대상으로 실험한 결과, 제안된 망막 세포로부터 전달된 정보를 방향성에 대한 민감성을 고려하여 영상의 특성을 추출하여 인식하는 모델이 기존의 영상 추출 및 인식 모델보다 인식률에 있어서는 별 차이가 없지만 다양한 실험에서 확인할 수 있듯이 인간 시각과 같이 인식 성능이 민감하지 않는 것을 알 수 있었다.
목적 : 뇌기능 영상을 이용하여 자극에 따른 시각영역, 운동영역 및 소뇌에서의 총활성화의 차이를 연구하고자 하였다. 대상 및 방법 : 건강한 5명의 피실험자를 대상으로 EP 기법을 이용하여 시각자극과 운동자극에 의한 피질활성화 검사를 시행하였다. 시각피질 활성화를 위해서는 LED 자극과 Checker-Board 자극을 각각 행하였고, 운동피질과 소뇌의 활성화를 위해서는 엄지손가락 운동과 네 손가락을 엄지 손가락과 순서대로 마주치게 하는 운동을 시행하였다. 각각의 자극은 60초의 휴식기, 120초의 자극기 및 운동기, 다시 60초의 휴식기로서 시행하였다. 데이터 처리는 cros-correlation 방법으로 통게처리 하였고, 적절한 문턱 값 이상을 가지는 화소를 활성화 화소로 정의하였다. 이 활성화 화소의 수와 신호변화율의 곱으로서 총활성화의 시간축 데이타를 완성하였다. 결과 : 시각피질에서의 총활성화는 Checker-Board 자극에 비해 LED 자극을 가했을 때 100% 이상 증가하였다. 엄지 손가락 운동에 비해 손가락 마주치기 운동을 시행했을 때 총활서와는 운동피질에서 100% 이상 증가하였고, 소뇌에서는 150% 이상 증가하였다. 결론 : 시각 및 운동자극의 변화에 따라 시각영역, 운동영역 및 소뇌에서의 총활성화가 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어의 급속한 발전에도 불구하고 인간의 정보처리능력에 뒤지는 경우도 있다. 이와 같이 인간의 정보처리체계가 어떻게 이런 문제를 해결할 수 있는지에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 논문에서는 인간의 시각 정보 처리의 특성에 의한 인지 정보 처리 모델링을 기반으로 학습 가능성을 보이고 일반적인 영상 인식 모델과의 차이를 비교 분석하고자 한다.
목적 : 이 실험의 목적은 경혈에 대한 침자극이 대뇌피질에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 체계적이고 객관적으로 증명하는 것이다. 방법 : 시각과 관련이 있는 광명(GB37), 청각과 관련이 있는 협계(GB43) 및 외관(SJ5)을 자극하고 fMRI를 통하여 대뇌피질의 활성정도를 관찰하였다. 결과 : 이들 경혈의 자극으로 시각과 청각과 관련된 피질의 활성이 나타났다. 자극에 의한 대뇌피질 활성을 fMRI를 통하여 고찰한 결과 특정한 경혈의 자극이 대뇌피질을 활성화시킨다는 사실을 알 수 있었다. 결론 : 치료 효과는 그 경혈의 자극에 의한 대뇌피질의 활성과 관련이 있음을 말하는 것으로, 경혈지극과 대뇌와의 상관성을 증명하는 것이다.
최근 선진 각국에서는 시각장애인을 위한 인공 망막 모델구현을 위한 연구가 매우 활발히 진행 중이다. 인공 망막의 여러 기법중 시각피질자극에 의한 방법은 망막손상과 시신경 손상 환자에게 적용할 수 있도록 시피질을 자극한다. 그러나 이 방법은 시각자극전달의 중간단계를 생략하고 직접 뇌세포를 자극하는 것이다. 따라서 본 논문에서는 시각피질자극방법에 기반하여 인간시각처리와 유사하게 영상의 압축방법을 부과함으로써 세포의 특성을 고려한 모델을 나타낸다. 실험 데이터로는 자동차 번호판 숫자들이며, 인식기는 SOM을 사용하였다. 실험결과, 제안된 인식모델과 일반적 인식모델과의 차이가 없음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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