실험실 외부의 뇌 활동 조사

James E. Crum II
출처 : James E. Crum II

언젠가는 우리 모두가 공공연하게 어리석은 사람이나 훌륭한 사람을 만나는 사람을 목격했습니다. 그리고 그 사람의 머리에서 지금 무슨 일이 벌어지고 있는지 궁금해합니다. 또는 어떤 사람들에 관해서는, 우리는 그들의 두개골 밑에 전혀 어떤 것이 있는지를 고려할 것입니다. 예를 들어, 다른 사람들의 마음의 내면적 인 작용을 이해할 수 있다면 어떤 이점을 누릴 수있는 사회적 이점을 상상하기 란 확실히 어렵지 않지만, 우리는이 능력이 부족하다는 것이 분명합니다. 그러나 과학은 그렇게 할 필요가 없습니다.

일반 대중이 실험실에서 다양한 작업을 수행하는 동안 사람의 뇌에서 신경 활동을 관찰 할 수 있는지 여부를 묻는 질문을 받으면 이미 신경 과학자가이를 수행 할 수 있다는 의견이 제시됩니다. 실제로, 신경 과학자들은 기능적 신경 영상을 이용하여 30 년 이상 인간 뇌가 광범위한 자극에 어떻게 반응 하는지를 조사해 왔습니다.

Neuroimaging 방법은 일반적으로 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 기능적 자기 공명 영상 (fMRI), 뇌파 검사 (EEG), 뇌 자기 검사 (MEG) 및 기능적 근적외선 분광법 (fNIRS)을 포함하며, 독특한 공간적 및 시간적 장점과 단점을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 방법 중 하나를 제외한 모든 것은 자연적, 실생활의 상황에서인지 과정의 신경 기반을 조사 할 수있는 능력에 의해 제한됩니다. fNIRS는 예외이며 지나치게 그렇게되고 있습니다.

fNIRS는 안전하고 비 침습적 인 광학 이미징 기술입니다. PET와 같은 동위 원소, EEG와 같은 접촉 요원, 또는 fMRI와 같은 자기장을 사용하지 않습니다. 오히려, 그것은 상대적으로 작은 머리 장치로, 자전거 헬멧에 필적하는 것과 흡사합니다. 참가자는 머리에 착용합니다. fMRI와 마찬가지로 fNIRS는 혈액 산소 농도의 변화를 측정하여 뇌의 신경 활동을 색인합니다. 그러나 fNIRS는 이러한 변화를 관찰하기 위해 자기장 대신 근적외선을 사용합니다.

특히 인간의 조직과 뼈는 근적외선 빛에 크게 투과하므로이 형태의 빛은 광원을 통해 두뇌에 비춰지고 탐지기에서 수집됩니다. 소스와 검출기는 채널을 형성하고 fNIRS는 일반적으로 다중 채널 시스템입니다 (Bakker, Smith, Ainslie, & Smith, 2012). 이 빛이 뇌로 보내질 때, 그 중 일부는 흡수되고 흩어지며, 일부는 뇌를 통해 방해받지 않고 계속됩니다. 검출기로 되돌아 가게하는 빛의 강도는 산소 및 탈산 소화 된 헤모글로빈의 농도 변화를 계산하는 데 사용됩니다. 그러나 fNIRS는이 빛이 뇌에 약 4cm 이상 침투 할 수 없다는 점에서 제한적이라는 사실은 주목할 가치가 있습니다. 따라서 fNIRS는 대뇌 피질의 영역에서 활성화를 조사 할 수 없습니다 (Lloyd-Fox, Blasi, Elwell, 2010).

근적외선 분광기를 사용하여 인간의 두뇌에서 기능적 활성화를 평가 한 것은 25 년 전이었으며,이 초기부터 fNIRS 시스템에 상당한 기술적 진보가있었습니다 (Ferrari & Quaresima, 2012). 특히 중요한 것은 파이버리스, 배터리 구동 fNIRS 장치의 최근 개발입니다. 이 시스템은 참가자가 다른 neuroimaging 방법과 공통된 제약없이 자유롭게 작업을 수행 할 수있게하여 실험실 밖에서 더욱 생태 학적으로 유효한 방식으로인지를 연구 할 수있는 전례없는 기회를 제공합니다.

무선 fNIRS는 실험실 환경에서 고안하기 어려운 상황, 즉 소극적이고 자유로운 작업을 조사 할 수 있으므로 이러한 상황에서 채용 한인지 프로세스를 탐색하는 데 적합한 기술입니다. University College London (UCL)의 연구원은 최근 무선 fNIRS가 일상 생활에서의 작업의 신경 기반을 평가할 수 있다는 것을 보여 주려고 시도했습니다. 예를 들어 "섬유가없고 착용 할 수있는 fNIRS를 사용하여 실제인지 과정에서 뇌 활동을 모니터링"한 연구는 자연 환경 (런던의 Queen Square Gardens)에서 실시되었으며 참가자들이 특정 상황에서 특정 방법으로 반응하는 것을 기억하도록 요구했습니다 사회 및 비 사회적인 단서가 발생했다 (Pinti et al., 2015). 특히 동맹국 (여러 위치에있는 또 다른 실험자)과 만났을 때, 그들은 주먹으로 범인을 맞이할 것을 기억해야했다. 그들은 비 사회적인 조건을 위해 우체통을 부딪쳤다.

예비 기억이란 미래의 특정 시간에 또는 특정 사건이 발생할 때 의도를 수행하는 것을 기억하는 능력을 의미합니다 (McDaniel & Einstein, 2007). 따라서, 만남시 누군가 또는 편지함을 인사하는 것을 기억할 때 장래의 기억이 모집됩니다. 또한 미래의 의도를 찾아내는 것은 의도를 실현하기 위해 현재의 활동을 중단하는 것이 적절한시기를 결정해야하기 때문에 주로 시작됩니다.

현실 세계에서 이것을 포착하기 위해이 연구는 참가자들에게 인사하기위한 의도를 형성하고 그 의도를 실현하는 사이에 진행중인 과제에 참여할 것을 요청했습니다. 예를 들어, 참가자들은 걸을 때 Queen Square 건물의 장애물이없는 계단의 수를 계산해야했습니다. 무선 fNIRS 시스템은 사회 및 비 사회적인 조건 사이의 전두엽 활성화의 차이를 관찰하는데 성공적이었다. 특히, 의도가 검색되었을 때뿐만 아니라 진행중인 작업 중에 유지되는 경우에도 차이점이 발견되었습니다. 이러한 연구 결과는 미래 기억과 같은인지 과정이 실험실의 범위 밖에서 연구 될 수 있으며 섬유없는 fNIRS가 실용적인 신경 영상 방법임을 시사한다.

그렇다면 섬유없는 fNIRS가인지 신경 과학의 미래인가? 어떤 측면에서는 아니지만 다른 분야에서는 그렇습니다. 이러한 시스템은 문제의 과학적 문제로 인해 제한됩니다. 예를 들어 뇌 하부 뇌 영역에 관한 질문에는 적합하지 않습니다. 그러나 섬유없는 fNIRS는 실제 환경에서 일상 생활 활동을 지원하는 프로세스를 조사하는 독창적이고 더 민감한 접근 방식을 제시합니다. 앞서 언급 한 UCL 연구의 수석 수사관 인 폴 버지 스 (Paul Burgess) 교수는 2017 년 3 월 17 일 영국 신경 심리 학회 (British Neuropsychological Society) 연례회의에서 이렇게 설명했다. "이러한 종류의 과정을 연구한다면 [fNIRS] 맞춤형. "

광섬유 fNIRS의 향후 적용은 광범위합니다. 엔지니어는 fNIRS 장비를 지속적으로 개선하고 개선 할 것이며 이러한 기술 발전으로 연구자는 자연계의 다양한 상황에서 두뇌를 연구 할 수 있습니다. 뇌 수술을하는 동안 뇌 외과 의사의 뇌에서 무슨 일이 벌어지고 있는지를 상상해보십시오. 여러 fNIRS 장치가 참가자에게 사용되는 상황에서 사람들 집단 간의 사회적 상호 작용을 탐구 할 수 있습니다. 운동 선수, 조종사, 우주 비행사 등에서 신경 활동을 조사 할 가능성도 있습니다. 더 나아가 임상 과학은 참가자들이 fNIRS로부터 최대한 이익을 얻는 분야 일 수도 있습니다. 즉, 신경 심리학자는 신경 재활 치료의 효과를 연구하기 위해이 방법을 사용할 수 있습니다.

따라서 장래의 연구는 자연 세계에서 복잡한인지 과정을 탐색하기위한 유효한 방법으로 무선 fNIRS를 구축하는 데 도움이 될 것입니다. 우리는 실제로 사람들의 머리 속에서 일어나고있는 일을 이해하는 데 한 걸음 더 가까워지고 있으며, 마침내 더 생태 심리에 대한 요구에 대한 답이 될 것 같습니다 (Neisser, 1976).

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