기능적 신경영상

기능적 신경영상(functional neuroimaging)은 종종 특정 뇌 영역의 활동과 특정 정신 기능 간의 관계를 이해하려는 목적으로 뇌 기능의 한 측면을 측정하기 위해 신경영상 기술을 사용하는 것이다. 주로 인지신경과학, 인지심리학, 신경심리학, 사회신경과학 분야의 연구 도구로 사용된다.

 개요 

기능적 신경영상의 일반적인 방법은 다음과 같다.
 양전자 방출 단층촬영 (PET)
 기능자기공명영상법 (fMRI)
 뇌전도 (EEG)
 뇌자도 (MEG)
 근적외선 분광법 (fNIRS)
 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영 (SPECT)
 기능적 초음파 영상 (fUS)

PET, fMRI, fNIRS 및 fUS는 신경 활동과 관련된 뇌 혈류의 국소적인 변화를 측정할 수 있다. 이러한 변화를 활성화라고 한다. 피험자가 특정 작업을 수행할 때 활성화되는 뇌 영역은 행동에 기여하는 신경 계산에서 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 시각 자극이 포함된 작업(포함되지 않은 작업과 비교하여)에서는 후두엽의 광범위한 활성화가 일반적으로 관찰된다. 이 뇌 부분은 망막에서 신호를 받아 시각에 역할을 하는 것으로 여겨진다.

다른 신경영상 방법에는 EEG 및 MEG와 같이 전류 또는 자기장 기록이 포함된다. 서로 다른 방법은 연구에 다른 장점을 제공한다. 예를 들어, MEG는 높은 시간 해상도(밀리초 수준까지)로 뇌 활동을 측정하지만, 해당 활동의 위치를 파악하는 능력에는 한계가 있다. fMRI는 공간 해상도를 위한 뇌 활동 위치 파악에 훨씬 더 좋지만, 시간 해상도는 훨씬 낮다 반면 기능적 초음파 (fUS)는 흥미로운 시공간 해상도(전임상 모델에서 15 MHz로 100 마이크로미터, 100 밀리초까지)에 도달할 수 있지만, 신경혈관 결합에 의해 제한되기도 한다.

최근 자기 입자 이미징(Magnetic particle imaging)은 뇌 혈액량 증가를 기반으로 기능적 신경영상을 위한 충분한 시간 해상도를 가진 새로운 민감한 영상 기술로 제안되었다. 첫 전임상 시험에서 설치류의 기능적 영상이 성공적으로 입증되었다.

 기능적 신경영상 주제 
특정 연구에서 사용되는 측정은 일반적으로 다루는 특정 질문과 관련된다. 측정 한계는 기술마다 다르다. 예를 들어, MEG와 EEG는 뉴런 집단이 활동할 때 발생하는 자기 또는 전기 변동을 기록한다. 이 방법들은 신경 사건의 시간 경과(밀리초 단위)를 측정하는 데 탁월하지만, 일반적으로 해당 사건이 발생하는 위치를 측정하는 데는 좋지 않다. PET와 fMRI는 신경 사건 근처의 혈액 구성 변화를 측정한다. 측정 가능한 혈액 변화는 느리기 때문에(초 단위) 이 방법들은 신경 사건의 시간 경과를 측정하는 데 훨씬 좋지 않지만, 일반적으로 위치를 측정하는 데 더 좋다.

전통적인 "활성화 연구"는 특정 작업과 관련된 뇌 활동의 분산된 패턴을 결정하는 데 중점을 둔다. 그러나 과학자들은 뇌의 여러 영역의 통합된 네트워크에 의해 많은 신경 처리가 수행되므로, 뚜렷한 뇌 영역 간의 상호 작용을 연구함으로써 뇌 기능을 보다 철저히 이해할 수 있다. 신경영상 연구의 활발한 분야는 공간적으로 멀리 떨어진 뇌 영역의 기능적 연결성을 조사하는 것을 포함한다. 기능적 연결성 분석은 특정 인지 또는 운동 작업 중 또는 단순히 휴식 중의 자발적 활동으로부터 지역 간 신경 상호 작용의 특성화를 가능하게 한다. fMRI와 PET는 기능적 네트워크라고 불리는 시간적으로 상관된 뇌 영역의 뚜렷한 공간 분포의 기능적 연결성 지도를 생성할 수 있다. 신경영상 기술을 사용한 여러 연구는 맹인 개개인의 후방 시각 영역이 점자 읽기, 기억 회상, 청각 위치 파악과 같은 비시각적 작업 및 기타 청각 기능 수행 중에도 활성화될 수 있음을 확립했다. 

기능적 연결성을 측정하는 직접적인 방법은 뇌의 한 부분에 대한 자극이 다른 영역에 어떻게 영향을 미치는지 관찰하는 것이다. 이것은 PET, fMRI 또는 EEG와 같은 신경영상 도구 중 하나와 경두개자기자극술을 결합하여 인간에게 비침습적으로 수행할 수 있다. Massimini 등 (Science, 2005년 9월 30일)은 EEG를 사용하여 자극된 부위에서 활동이 어떻게 퍼지는지 기록했다. 그들은 비렘수면 동안 뇌가 자극에 활발하게 반응하지만, 기능적 연결성은 각성 상태보다 훨씬 약화된다고 보고했다. 따라서 깊은 수면 중에는 "뇌 영역들이 서로 소통하지 않는다"고 한다.

기능적 신경영상은 기술을 더욱 발전시키고 정교화하기 위해 인지신경과학 및 사회신경과학 외에도 신경해부학 및 신경생리학과 같은 다른 생물학 분야, 물리학 및 수학을 포함한 많은 분야의 데이터를 활용한다.

 비판 및 신중한 해석 
기능적 신경영상 연구는 신중하게 설계되고 신중하게 해석되어야 한다.
통계적 매개변수 사상이라는 기술을 사용하여 통계적 분석이 종종 필요하여 뇌 내의 다양한 활성화 원천을 서로 구별할 수 있다.
이것은 개념화하기 어렵거나 쉽게 정의할 수 있는 작업이 없는 과정(예: 믿음 및 의식 (심리철학))을 고려할 때 특히 어려울 수 있다.

흥미로운 현상의 기능적 신경영상은 종종 언론에 인용된다.
한 경우에는 저명한 기능적 신경영상 연구자 그룹이 소위 신경정치학(neuropolitics) 연구에 대한 기명 논평 기사에 대한 응답으로 뉴욕 타임스에 편지를 쓰지 않을 수 없었다.Marco Iacoboni et al. (2007). "This Is Your Brain on Politics". In: The New York Times 11 November 2007. 그들은 연구의 일부 해석이 "과학적으로 근거가 없다"고 주장했다.크리스 프리드 외. (2007). "Politics and the Brain". In: The New York Times, 14 November 2007.

해스팅스 센터는 2014년 3월 "신경영상 해석: 기술 및 그 한계에 대한 소개"라는 제목의 보고서를 발표했으며,Johnston, J., & Parens, E. (2014)."Interpreting Neuroimages: An Introduction to the Technology and Its Limits", The Hastings Center Report, Volume 44, Issue s2, March-April 2014. 주요 신경과학자 및 생명윤리학자의 기사가 포함되었다. 이 보고서는 신경영상 기술을 간략하게 설명하고 주로 비판하지만, 현재 상태, 중요성 및 전망을 다소 옹호하기도 한다.

 각주 

 더 읽어보기 
 Cabeza, R., & Kingstone, K. (eds.) (2006). Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition. MIT Press.
 Cacioppo, J.T., Tassinary, L.G., & Berntson, G. G. (2007). Handbook of Psychophysiology. Cambridge University Press.
 Hillary, F.G., & DeLuca, J. (2007). Functional Neuroimaging in Clinical Populations.
 Kanwisher, N., & Duncan, J. (2004). Functional Neuroimaging of Visual Cognition.
 Silbersweig, D., & Stern, E. (2001). Functional Neuroimaging and Neuropsychology Fundamentals and Practice.
 Thatcher, R, W. (1994). Functional Neuroimaging: Technical Foundations.

 외부 링크 
 미국 신경영상 학회 (ASN).
 UCLA 신경영상 교육 프로그램.
 BrainMapping.org, 무료 뇌 매핑 커뮤니티 정보 포털
 하버드 전체 뇌 지도

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