• 제목/요약/키워드: Blood oxygen level dependent (BOLD) MRI

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후취자극 제어장치를 이용한 후각 fMRI의 기초연구 (The Preliminary Study of Odorant Induced fMRI using an Apparatus of Smell Stimulation Controller)

  • 강원석;백문영;이현용;신운재;정순철;민병찬;김재형;은충기;문치웅
    • 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.

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뇌기능 자기공명영상 장치를 이용한 짠맛 자극에 따른 인간 뇌의 반응에 대한 기초 연구 (Salty-taste Activation of Human Brain Disclosed by Gustatory fMRI Study)

  • 김수현;최기승;이현용;신운재;은충기;문치웅
    • Investigative Magnetic Resonance Imaging
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    • 제9권1호
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    • pp.30-35
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    • 2005
  • 목적 : 본 논문은 뇌 기능 자기공명영상(Brain Functional Magnetic Resonance Imaging: Brain fMRI)을 이용하여 짠 맛 자극에 대한 인지활동으로 뇌 신경세포의 활성화에 따른 국소 대사 및 혈류역학적 변화가 일어나는 뇌 영역을 분석 및 가시화함으로써 맛에 대한 뇌 활성화 부위의 기초자료를 마련하고자 하였다. 대상 및 방법 : 건강한 비흡연 남자 12명을 대상으로 1.5T MRI 장치에서 혈액산소수준의존(Blood Oxygen Level Dependent, 이하 BOLD) 방법을 이용한 fMRI 실험을 수행하여 인간의 미각 중 짠맛에 대한 반응을 관찰하였다. 잔 맛의 자극은 $3\%$ 농도의 소금물(NaCl)을 미각 자극기를 이용하여 혀 전체에 자극을 주었다. 미각 자극기인 Auto Syringe Pump는 일정한 자극을 반복적으로 가할 수 있도록 마이크로프로세서를 이용하여 연구실에서 자체 제작되었다. 자극의 패러다임은 5회의 휴식기간과 4회의 자극기간으로 구성되었으며, 자극기간은 15초씩 진행되고 휴식기간은 30초로 하여 각 slice당 42 영상을 연속적으로 획득하였다. 자극에 대해 얻은 fMRI 영상은 SPM99'(Statistical Parametric Mapping, UCL)를 이용하여 분석하였다. 활성화 영상은 EPI 영상과 동일한 부위의 T1 강조영상에 registration 기법을 이용하여 overlapping시켜 활성화 부위의 해부학적 판별을 용이하도록 하였다. 결과 : 농도 $3\%$ 소금물의 짠맛 자극에 대해서 insula, amygdala, frontal opercular taste cortex (OFC), orbitofrontal cortex 영역에서 활성화 영역을 fMRI로 확인하였으며, dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) 영역에서도 유효한 신호를 관찰하였다. 결론 : 본 연구의 결과는 미각의 주요 신경이 뇌의 insula, OFC 그리고 DLPFC 영역에 주로 분포한다는 기존의 결과와 잘 일치하고 있다. 마이크로 프로세서로 동작하는 자동펌프를 미각 자극기로 사용함으로써 미각자극에 대한 뇌의 활성화 영역을 안정되게 관찰할 수 있었다. 본 연구의 결과는 fMRI를 이용한 고차원적 미각작용 과정 연구에 튼튼한 밑거름이 될 것으로 생각된다.

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b0 Dependent Neuronal Activation in the Diffusion-Based Functional MRI

  • Kim, Hyug-Gi;Jahng, Geon-Ho
    • 한국의학물리학회지:의학물리
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    • 제30권1호
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    • pp.22-31
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    • 2019
  • Purpose: To develop a new diffusion-based functional MRI (fMRI) sequence to generate apparent diffusion coefficient (ADC) maps in single excitation and evaluate the contribution of b0 signal on neuronal changes. Materials and Methods: A diffusion-based fMRI sequence was designed with single measurement that can acquire images of three directions at a time, obtaining $b=0s/mm^2$ during the first baseline condition (b0_b), followed by 107 diffusion-weighted imaging (DWI) with $b=600s/mm^2$ during the baseline and visual stimulation conditions, and another $b=0s/mm^2$ during the last activation condition (b0_a). ADC was mapped in three different ways: 1) using b0_b (ADC_b) for all time points, 2) using b0_a (ADC_a) for all time points, and 3) using b0_b and b0_a (ADC_ba) for baseline and stimulation scans, respectively. The fMRI studies were conducted on the brains of 16 young healthy volunteers using visual stimulations in a 3T MRI system. In addition, the blood oxygen level dependent (BOLD) fMRI was also acquired to compare it with diffusion-based fMRI. A sample t-test was used to investigate the voxel-wise average between the subjects. Results: The BOLD data consisted of only activated voxels. However, ADC_ba data was observed in both deactivated and activated voxels. There were no statistically significant activated or deactivated voxels for DWI, ADC_b, and ADC_a. Conclusions: With the new sequence, neuronal activations can be mapped with visual stimulation as compared to the baseline condition in several areas in the brain. We showed that ADC should be mapped using both DWI and b0 images acquired with the same conditions.

족삼리 좌우측 자침에 대한 BOLD 반응 (BOLD Responses to Acupuncture on Each Side of ST36)

  • 여수정;배성인;최일환;장건호;임사비나
    • Korean Journal of Acupuncture
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    • 제31권1호
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    • pp.20-32
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    • 2014
  • 연구배경 : 침의 효과와 신경생리학적 기전에 관한 연구가 기능자기공명을 이용하여 활발히 이루어지고 있다. 좌우측 동일한 혈위에 대한 자침이 뇌 기능에 미치는 효과에 대하여 논란이 되고 있다. 그러나 동일한 혈위에 대한 좌측 또는 우측 자침이 뇌기능에 미치는 영향에 대한 연구는 부족한 점이 있다. 목적 : 본 연구의 목적은 좌우측 족삼리 자침에 의한 BOLD (blood oxygen level-dependent) 반응을 살펴보고 비교하는 것이다. 방법 : 14명의 건강한 남자를 대상으로 좌우측 족삼리에 가짜 침과 진짜 침 자극을 하였다. 좌우측 족삼리 자침이 뇌 기능에 미치는 영향을 알아보고 비교하기 위해 4가지 실험 디자인을 선택하였다. 첫째와 셋째 스캔은 우측 족삼리에, 둘째와 넷째 스캔은 좌측 족삼리에 가짜침과 진짜침 자극을 주었다. 또한, 자침은 자극기에 자침 및 자극을 주었으며, 자극기가 끝남과 동시에 발침하기를 반복하였다. 통계분석을 위해 SPM8을 이용하여 one sample T-test와 within-subject the analysis of variance (ANOVA) test 를 실시하였다. 통계 결과 좌측과 우측 족삼리 자침에 의해 BOLD 반응의 차이를 보이는 9개 영역의 ROI (regions of interest)에서 BOLD 신호를 추출하였다. 결과 : 좌측과 우측 족삼리의 자침에 의한 BOLD반응은 서로 다른 방식으로 나타났다. 좌우측 족삼리 자침에 의한 BOLD반응을 비교한 결과, 좌측 족삼리 자침은 우측 족삼리 자침에 비해 주로 해마옆 이랑 (브로드만 영역 28), 배외측 전전두 피질 (브로드만 영역 44), 시상, 소뇌정상과 기저핵의 전장에서 더 높은 활성반응이 나타났다. 좌우측 족삼리 자침에 의한 BOLD반응을 각각 조사한 결과, 우측 족삼리 자침은 주로 대뇌섬과 보조운동영역 그리고 전대상이랑 (브로드만 영역 24)에서 활성화가 나타났으며, 좌측 족삼리 자침은 주로 대뇌섬과 일차 체감각 피질 (브로드만 영역 2) 그리고 배외측 전전두 피질 (브로드만 영역 44)에서 활성화가 나타났다. 결론 : 본 연구는 기능적 자기공명영상을 이용하여 좌측과 우측의 족삼리 자침이 인간의 뇌에 미치는 영향을 알아보고 비교한 최초의 연구이다. 본 연구 결과는 좌측과 우측 족삼리 자침은 통증조절효과에 서로 다른 방식으로 영향을 미칠 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 연구 결과는 좌측과 우측 자침이 뇌 신경에 미치는 영향의 차이에 대한 증거가 된다.

3.0 T 혈중산소치의존 자기공명영상을 이용한 정상한국인에서의 신장 산소공급의 평가 (Evaluation of Renal Oxygenation in Normal Korean Volunteers Using 3.0 T Blood Oxygen Level-Dependent MRI)

  • 황성일;이학종;진호준;채동완;나기영
    • Investigative Magnetic Resonance Imaging
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    • 제17권1호
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    • pp.19-25
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    • 2013
  • 목적: 신장 혈중산소치의존 자기공명영상은 신장 산소공급의 평가로 사용되고 있다. 3T 자기공명영상에서 신장의 정상 $R2^*$ 값을 재고, 성별과 위치에 따른 $R2^*$ 값의 차이를 평가하고자 하였다. 대상과 방법: 24명의 건강한 자원자를 대상으로 3.0T 에서 혈중산소치의존 자기공명영상을 시행하였다. $T2^*$ 맵을 생성한 다음에 $R2^*$ 값을 계산하였고, 신피질과 신수질, 남녀 그리고 좌우 신장에 대한 $R2^*$값의 통계적 차이를 평가하였다. 양측 신장 내에서도 위치에 따른 $R2^*$값의 차이도 평가하였다. 결과: 모든 대상에서 혈중산소치의존 자기공명영상은 성공적이었으며, $R2^*$의 측정에 방해되는 인공물은 없었다. 3.0T에서의 평균 $R2^*$는 피질에서 $17.1{\pm}2.60s^{-1}$ 였으며 수질에서는 $27.7{\pm}4.83s^{-1}$ 였다 (p < 0.001). 남자의 수질의 $R2^*$ 값이 여자보다 통계적으로 유의하게 높았으나 (p=0.025), 좌우신이나 신장 내에서의 $R2^*$값의 통계적 차이는 없었다 (p=0.197). 결론: 3.0T에서 신장 혈중산소치의존 자기공명영상은 효과적으로 시행될 수 있었다. 정상인에서 상대적인 신수질의 저산소증이 존재하였고, 이 결과는 병리적인 환경에서 신장 평가에서의 기준치로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

A Comprasion of the Activation of Mirror Neurons Induced by Action Observation between Simple and Complex Hand Movement

  • Lee, Mi Young;Kim, Ju Sang
    • The Journal of Korean Physical Therapy
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    • 제31권3호
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    • pp.157-160
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    • 2019
  • Purpose: We compared the activation pattern of the mirror neurons (MN) between two types of hand movement according to action observation using functional MRI. Methods: Twelve right-handed healthy subjects (5 male and 7 female, mean age $21.92{\pm}2.02years$) participated in the experiment. During fMRI scanning, subjects underwent two different stimuli on the screen: 1) video clips showing repeated grasping and releasing of the ball via simple hand movement (SHM), and (2) video clips showing an actor performing a Purdue Pegboard test via complex hand movement (CHM). paired t-test in statistical parametric mapping (SPM) was used to compare the activation differences between the two types of hand movement. Results: CHM as compared with the SHM produced a higher blood oxygen level dependent (BOLD) signal response in the right superior frontal gyrus, left inferior and superior parietal lobules, and lingual gyrus. However, no greater BOLD signal response was found by SHM compared with CHM (FWE corrected, p<0.05). Conclusion: Our findings provided that the activation patterns for observation of SHM and CHM are different. CHM also elicited boarder or stronger activations in the brain, including inferior parietal lobule called the MN region.

편두통의 기능적 뇌영상 (Functional Neuroimaging in Migraine)

  • 김지현
    • Annals of Clinical Neurophysiology
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    • 제10권1호
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    • pp.13-24
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    • 2008
  • Functional neuroimaging, especially positron emission tomography (PET) and functional magnetic resonance imaging (MRI), is the main tool that allows the unveiling of the neurovascular events during a migraine attack. In migraine with aura, functional neuroimaging has contributed greatly to the understanding of the fundamental pathophysiology of the visual aura, whereas in migraine without aura, the PET findings of brainstem activation suggest a pivotal role of brainstem in the generation of migraine headache. In addition, voxel-based morphometry (VBM) method has provided an insight into the morphometric changes of the brain, which might be considered as a consequence of repeated migraine attacks. In this article, I will briefly discuss the main neuroimaging findings pertaining to the pathophysiology of migraine.

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두침과 상하지 침자극이 뇌와 뇌의 체성감각피질에 미치는 영향에 대한 fMRI Study (Effects of Head Acupuncture Versus Upper and Lower Limbs Acupuncture on Signal Activation of Blood Oxygen Level Dependent(BOLD) fMRI on the Brain and Somatosensory Cortex)

  • 박정미;곽자영;조승연;박성욱;정우상;문상관;고창남;조기호;김영석;배형섭;장건호;방재승
    • Journal of Acupuncture Research
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    • 제25권5호
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    • pp.151-165
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    • 2008
  • Objectives : To evaluate the effects of Head Acupuncture versus Upper and Lower Limbs Acupuncture on signal activation of Blood Oxygen Level Dependent(BOLD) fMRI on the Brain and Somatosensory Cortex. Subjects and Methods : 10 healthy normal right-handed female volunteer were recruited. The average age of the 10 subjects was 30 years old. The BOLD functional MRI(fMRI) signal characteristics were determined during tactile stimulation was conducted by rubbing 4 acu-points in the right upper and lower limbs($LI_1$, $LI_{10}$, $LV_3$, $ST_{36}$). After stimulation of Head Acupuncture in Sishencong($HN_1$), $GB_{18}$, $GB_9$, $TH_{20}$ of Left versus Upper and Lower Limbs Acupuncture($LI_1$, $LI_{10}$, $LV_3$, $ST_{36}$ of Right) and took off needles. Then the BOLD fMRI signal characteristics were determined at the same manner. Results : 1. When touched with cotton buds(sensory stimulation), left Parietal Lobe, Post-central Gyrus, primary somatosensory cortex(BA 1, 2, 3), and primary motor cortex(BA 4) were mainly activated. When $ST_{36}$ was stimulated, Frontal Lobe, Parietal Lobe, Cerebellum, and Posterior Lobe as well as Inter-Hemispheric displaying a variety of regions. 2. In signal activation before and after Head Acupuncture reaction, it showed signal activation after removing the acupuncture needle and right Somatosensory Association Cortex, Postcentral Gyrus, and Parietal Lobe were more activated. 3. In reactions of before and after Upper and Lower Limb Acupuncture, it also showed signal activation after removing the acupuncture needle and bilateral Occipital Lobe, Lingual Gyrus, visual association cortex, and Cerebellum were activated. 4. After acupuncture stimulation, In Upper and Lower Limb Acupuncture Group, left frontal Lobe, Precentral Gyrus and Bilateral parietal lobe, Postcentral Gyrus and Primary Somatosensory Cortex(BA 2) were activated. In Head Acupuncture Group, which has most similar activation regions, but especially right Pre-Post central Gyrus, Primary Somatosensory Cortex(BA 3), Primary Motor Cortex, frontal Lobe and Parietal Lobe were activated. Conclusions : When sensory stimulation was done with cotton buds on four acup-points($LI_1$, $LI_{10}4, $LV_3$, $ST_{36}$), while bilaterally activated, contralateral sense was more dominant. It showed consistency with cerebral cortex function. When $ST_{36}$ was stimulated Frontal Lobe, Parietal Lobe, Cerebellum, Posterior Lobe as well as Inter-Hemispheric were stimulated. In Head Acupuncture, it showed more contralateral activation after acupuncture. In Upper and Lower Limb Acupuncture, it showed typically contralateral activation and deactivation of limbic system after acupuncture stimulation. Therefore, there were different fMRI BOLD signal activation reaction before and after Head Acupuncture vs Upper and Lower Limb Acupuncture which might be thought to be caused by acu-points' sensitivity and different sensory receptor to response acupuncture stimulation.

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초등 과학 교육에서 두뇌 연구 방법의 고찰 - fMRI 활용법을 중심으로 - (A Review on Brain Study Methods in Elementary Science Education - A Focus on the fMRl Method -)

  • 신동훈;권용주
    • 한국초등과학교육학회지:초등과학교육
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    • 제26권1호
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    • pp.49-62
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    • 2007
  • The higher cognitive functions of the human brain including teaming are hypothesized to be selectively distributed across large-scale neural networks interconnected to the cortical and subcortical areas. Recently, advances in functional imaging have made it possible to visualize the brain areas activated by certain cognitive activities in vivo. Neural substrates for teaming and motivation have also begun to be revealed. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides a non-invasive indirect mapping of cerebral activity, based on the blood- oxygen level dependent (BOLD) contrast which is based on the localized hemodynamic changes following neural activities in certain areas of the brain. The fMRI method is now becoming an essential tool used to define the neuro-functional mechanisms of higher brain functions such as memory, language, attention, learning, plasticity and emotion. Further research in the field of education will accelerate the verification of the effects on loaming or help in the selection of model teaching strategies. Thus, the purpose of this study was to review brain study methods using fMRI in science education. In conclusion, a number of possible strategies using fMRI for the study of elementary science education were suggested.

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기능적 자기공명영상법과 양성자 가지공명분광법을 이용한 시각자극에 의한 후두염 피질의 대사물질 변화 (Metabolic Changes on Occipital Cortex during Visual Stimulation with Functional MR Imaging and H MR Spectroscopy)

  • 김태;서태석;최보영;김성은;이흥규;신경섭
    • Investigative Magnetic Resonance Imaging
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    • 제3권1호
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    • pp.47-52
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    • 1999
  • 목적 : 시각자극을 이용하여 대뇌 후두엽에서 BOLD(blood oxygen level dependent)효과에 의한 기능적 자기공명영상과 양성자 자기공명분광법을 이용한 대사물질영상( metabolic i image)을 얻어 그 결과를 평가하고자 하였다. 대상 및 방법 : 24세에서 30세 사이의 8명의 남자와 2명의 여자를 포함하는 10명의 정상 성인 남녀를 대상으로 1.5T MRI에서 시각 지극을 이용하여 echo planar imaging펠스시퀀스를 사용하여 BOLD효과에 의한 영상들을 대뇌 후두엽에서 얻었다. 시각자극은 8Hz의 red flicker를 이용한 광 자극을 주였다. MR에서 얻어진 영상들을 workstation으로 전송한 뒤 자체 개발한 분석프로그램을 사용하여 상관계수방법을 이용하여 기능적 영상을 구하였다. 그리고 얻어진 영상의 활성화 부위를 선정한 뒤 양성자 자기공명 분광법을 사용하여 시각 자극에 의한 뇌 활성화시 대사물질의 변화를 분석했다. 그 후 자가공명분광영상법(magnetic resonance spectro-scopic imaging)를 실행하여 젖산(lactate)의 대사물질 영상을 얻었다. 결과 : 시각 자극에 따른 BOLD효과에 의한 뚜렷한 활성화 부위가 후두염 대뇌피질에 나타났다. 또한 이들 활성화 부위에서 자기공명분광법을 시행한 결과 휴식상태와 시각자극상태에서 NAA(N-acetyle aspartate)/Cr(creatine)이 $1.79{\pm}0.28$에서 $1.88{\pm}O.20$으로 거의 변화가 없는 것에 반해 lactate는 자극 전후 $9.48{\pm}4.38$배로 증가하였으며 이를 바탕으로 lactate에 대한 대사물질영상을 얻을 수 있었다. 결론 : 시각자극에 의한 뇌 활성화시 BOLD효과를 이용한 자기공명영상볍으로 활성화 부위를 확인할 수 있었고, 같은 부위에서 자기공명분광법을 이용하여 lactate의 증가를 확인하였다. 또한 lactate의 증가를 대사물질영상으로 표현함으로써 두 결과에 대한 상관관계 및 뇌 기능적영상에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 되었다.

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