인지신경과학 연구 요약

 

 

The time course of action and action-word comprehension in the human brain as revealed by neurophysiology

 

O. Hauk, Y. Shtyrov, F. Pulvermüller. 2008

 

 

많은 이전의 신경영상 연구들은 행위실행에서 뿐 만 아니라 행위재인과 이해에서도 피질 운동 영역을 포함한다고 제안하고 있다. 인간 뇌의 운동영역은 행위 관련 단어와 문장을 쓰고 말하는 처리 동안에도 역시 활성하는 것으로 알려져 오고 있다. 한층 더 두드러진 것은 다양한 신체 반응과 관련된 자극은 운동영역에서 특정한 체위상적 활성패턴을 만들었다. 그러나 대사성 신경영상연구 결과는 그들을 반영하는 처리단계에 대해서 애매한 구석이 있다. 이것은 언어 처리과정들에 대한 가설을 검증할 때 심각한 제한을 가진다. 왜냐하면 이런 경우 전략적 영향으로부터 초기 어휘-의미 처리 인지 어휘-의미 정보접속에 따르는 mental imagery인지를 식별하는 것에 있어서 중요하기 때문이다. 따라서 시간적인 정보는 행위 재인과 행위-단어 이해에 있어서 운동영역의 기능적 의미를 결정하는 것에 있어서 중요하다. 여기서 우리는 시각적 청각적 영역(부분)에서 신경생리학적 방법을 사용하여 이들 처리에 대한 시간과정을 나타낸 시도들을 검토해본다. 우리는 시간적 정보를 추출하는 해당 방법과 조합한 적절한 패러다임의 선택에 대한 중요성을 드러내 보일 것이다. 그 결과는 단어나 물체 재인의 뇌 기전으로 추정되는 일반적인 상황에서 논의 되어질 것이다.

 

 대사뇌영상 연구(fMRI)는 그들이 반영하는 처리단계와 관련해서 애매한 구석이 있다. 초기 의미처리 단계 인지-어휘-의미 정보 접속에 따른 mental imagering or 전략적 단계 인지 식별이 어렵다.

 

 시간적 고해상도의 방법을 사용해서 초기 의미처리 단계인지 후기의 개념적 재 처리과정인 확인 될 수 있을 것이다.

 

 동작관련 자극 도구는 운동 피질에서 활성을 유발할 수 있다. 적절한 전류원 제건 기술은 시간적 정보와 공간적 추정을 같이 제공해 줄 수 있다.

 

 고유명사와 행위 지시어를 자극 제시시점과 자극제시 이전에 제시한 운동 집행에 관한 행위관련 자극의 간섭효과를 실험한 연구에서(행동 실험 반응) 단어 제시 후 초기 200ms에서 운동 역학적 효과를 보였다. 매우 짧은 주기에서 운동프로그램과 간섭할 수 있다. 행위 관련 단어가 처리되어질 때 행위관련 정보는 빨리 이용되어진다.

 

 행위지시어와 시각-명사 간의 차이는 ERP 연구에서 단어제시 후 200ms 근처에서 발생되어진다.

gamma-band반응은 500-800ms 사이에서 발생

 

 

Brain mechanism linking language and action

 

Friedmann Pulvermüller. 2005

 

오랫동안 언어와 동작의 대뇌피질 시스템은 독립적인 모듈로 이루어졌다고 믿어왔다. 그러나 이들 시스템이 서로가 상호적으로 연결되어 있음으로 언어와 동작에 대한 정보는 분산되어있는 신경집합체로 상호작용할 것이다. 그 대표적인 사례가 몸의 일부와 의미적으로 연결된 동작 단어이다: 체성위상적 방식에서 운동 시스템을 특정적으로, 빠르게, 자동적으로 활성화 할 것인가? 그리고 그것을 이해하는 것은 동작 시스템에 달려있는가?

 

전통적으로 피질에서 언어와 동작은 서로 다른 영역에서 각기 모듈로서 작용하는 것으로 여겨졌다. 10여년 전부터 이들은 각기 떨어진 위치에서 서로 다른 기능만 하는 것이 아니라 필요에 따라 서로 네트워크를 형성하여 같이 활성된다는 결과들이 나오고 있다.

 

동작단어(action word)는 언어요소와 운동 프로그램 사이에 추상적 의미로 연결되어 있는 것이라 정의 된다.

 

Inferior Frontal area가 동작, 지각, 언어관련 정보의 의미적 연결에서 핵심적 역할을 한다(Rizzolatti, G & Craighero, L. 2004).

 

 

동작단어를 이해하는 것은 동작과 관련된 것에서 행위를 자동적이고 즉각적으로 이끌어낸다.

 

 

Somatotopic Representation of action words in human Motor and Premotor Cortex

 

Olaf Hauk et al. 2004

 

언어와 뇌연구 초기에는 단어의 의미는 왼쪽 측두엽의 특정한 영역에서 처리된다고 여겨졌다. 사건 관련 fMRI 연구에서 motor strip 근처에서 겹치는 위치에서 활성이 보였다. 본 연구에서 우리는 얼굴, 팔 또는 다리 동작(예, 핥다, 집다 또는 차다)과 관련된 동작 단어를 수동 읽기 과제로 주었을 때 혀, 손, 또는 발의 실제적 움직임에 의해서 활성 되는 영역과 motor strip과 같이 다양하게 활성 된 영역들이 바로 맞닿아 있거나 겹쳐지는지 보기 위해서 사건관련 fMRI를 이용하였다. 결과는 동작 동사의 참조적 의미가 운동과 관련된 피질의 활성과 관련 있다는 것을 증명하였다. 이것은 ‘의미처리 중추’로 통합되었던 것을 배제시킨다. 그리고 단어가 단어 의미를 반영하는 피질 전압위상을 가지는 분산된 신경 집합에 의해서 처리된다는 역동적인 관점을 제시한다.

 

 

Lisening to Action-related Sentences Activates Fronto-parietal Motor Circuits

 

Marco Tettamanti, et al. 2005

 

동작을 관찰하는 것은 다른 사람과 같은 동작을 계획하고 실행하는 것의 원인이 되는 피질 회로의 활성을 이끌어낸다. 이런 관찰-실행 매칭 시스템(거울 신경 시스템)은 다른 사람이 하는 동작을 이해하는 것에 있어서 중요한 역할을 한다고 생각되어져 왔다. 본 fMRI 실험에서 우리는 동작관련 문장을 처리하는 동안 이들 시스템이 활성 되는지를 검증하였다. 대상자에게 입, 손, 또는 발을 가지고 수행된 동작을 묘사한 문장을 들려주었다. 비슷한 문법 구조의 추상적 문장을 조작 자극으로 사용했다. 결과는 동작관련 문장을 들려주는 것이 설명된 동작이 근육활동으로 코딩되는 전운동 피질의 부분인 브로카 영역을 포함하는 왼쪽 fronto-parieto-tomporal 네트워크를 활성 시킨 것을 보여주었다. 뿐만 아니라 아래 두정엽, intraparietal sulcus, posterior middle temporal gyrus. 이들 데이터는 동작으로 설명하는 문장을 들려주는 것이 동작 실행과 관찰을 보조하는 시각운동 회로와 연결된다는 첫 번째 직접적인 증거를 제시한다.

 

Lt. Ant. intraparietal sulcus는 손과 다리 문장에 의해 활성되어졌다.

 

행위관련 구문에 의해서 활성된 Lt. fronto-parieto-temporal 시스템에서 브로카 영역이 신체 일부의 독립적 활성된 유일한 뇌영역으로서 중요한 역할을 한다.

 

브로카 영역의 pars opercularis는 문법적 처리과정에서 보다 추상적 동작 표상을 접속하는 역할을 한다.

 

 

 

Seeing voice: High-density electrical mapping and source-analysis of the multisensory mismatch negativity evoked during the McGurk illusion

 

Dave Saint-Amour et al. 2007

 

화자의 입모양을 보는 것은 음향학적 잡음 환경을 극복 할 수 있게 도와주어 말소리 지각에 강력한 영향을 준다. 일치하지 않는 조음 운동(입모양)의 비디오에 음성 더빙을 하는 것이 청각적 지각에 착각을 이를 킬 수 있을 때 말소리 자각자에 입장에서 시각적 영향의 특정한 드라마틱한 착각의 하나를 ‘McGurk illusion'이라고 한다.

 

mismatch negativity는 표준 자극 중 드물게 제시되는 편향 청각자극의 사전 주의 검출을 반영한다.

 

‘McGurk illusion'는 청각자극 후 200-300ms에서 최대가 된다.

 

추가적 조건 1) ‘McGurk-MMN 이 파생된 청각-시각 반응으로부터 유발된 시각반응을 빼기 2) 시각이 청각 반응의 반응 범위에서 활성에 기여하는 것을 평하기 위해 시각만의 자극에서 시각 활성을 특징짓기

 

음성자극에 의해서 추가적으로 베르니케 영역이 포함된다.

 

‘McGurk illusion'에서 MMN의 존재는 청각기억 처리 과정이 시각적 입력에 의해서 수정되어질 수 없다는 것을 알려준다. 말소리에서 청각, 시각적 정보는 부정할 수 없을 만큼 가깝게 연결되어있다.

 

이런 시각입력에 의한 청각영역의 영향은 STS 와 같은 고차원의 다중감각영역으로부터 하향식 입력에 의해 조절된다.

 

‘McGurk-MMN을 기반으로 하는 청각표상에서 시각 입력의 영향은 높은 수준의 감각영역에서 처리되는 피드백을 포함하고 감각처리의 매우 초기 단계에서 처리한다는 가정은 타당하다.