[위즈뉴스] 국내 연구진이 뇌파 모양의 비침습적 뇌자극이 작업 기억을 증진시킨다는 연구결과를 발표했다.
고려대(총장 정진택)는 4일, 뇌공학과 민병경 교수 연구팀이 뇌파 모양의 뇌자극 신호로 비침습적인 뇌자극을 가할 경우 작업 기억(working memory)이 증진되는 효과가 나타난다는 사실을 규명했다고 밝혔다. 이번 연구는 서울과학기술대학교 인공지능응용학과 김성은 교수 연구팀과 아산병원 의공학연구소 김현석 박사, 한림대의대 안민희 박사 등의 공동 연구로 진행됐다.
이번 연구결과를 담은 논문은 신경과학분야의 SCI급 국제학술지 '프론티어스인뉴로사이언스(Frontiers in Neuroscience, IF=5.152)' 10월 3일자에 온라인 게재됐다.
논문명은 'Neurodynamic correlates for the cross-frequency coupled transcranial alternating current stimulation during working memory performance'이다.
연구팀의 민병경 고려대 교수는 “비침습적인 뇌자극을 통한 인지 기능 증강 연구가 최근들어 전자약(electroceutical) 개념의 일환으로 미래 뇌공학 분야의 핵심 원천 기술로서 주목 받고 있다"며 "더욱이, 인지신경과학적 원리에 근거한 뇌자극 기술 개발의 고도화와 정밀화로 해당 기술이 실제 유효한 기술이 될 수 있는 다양한 접근법이 최근에 시도되고 있는 등 해당 기술의 실용화가 먼 미래의 이야기만은 아니다”고 말했다.
[그림_1] A. 뇌자극 전극 위치: 자극 전극 (F3: 빨강), 리턴 전극 (Fp1, Fz, C3, F7: 파랑). B. 교차 주파수 동조형 (cross-frequency coupled) 뇌자극 신호. C. 뇌자극 시뮬레이션 그림 및 해당 지역의 전기장 크기
연구팀은 위 그림_1에서 보이는 것처럼, 고주파 신호의 크기(amplitude)가 저주파 위상(phase)에 동조되는 모양의 경두개 교류 뇌자극(tACS: transcranial alternating current stimulation) 신호를 피험자의 뇌에 비침습적으로 주어서, 대표적인 작업 기억 과제인 스턴버그(Sternberg) 과제를 수행하는 동안에 피험자의 반응 시간(reaction time)이 유의하게 빨라지는 현상을 발견했다(그림2A).
[그림_2] A. 표준화된 반응 시간 (tACS, 뇌자극 집단; sham, 위약 대조 집단, *, p < 0.001). B. 델타파 뇌파의 뇌지역간 연결성 분석 결과. C. 알파파 뇌파의 뇌 영역간 유의한 활동성 결과.
과제 수행 정확도(accuracy)의 변화가 유의하게 없는 상황에서 반응 시간이 유의하게 빨라졌다는 이야기는 동일한 작업 기억 과제를 뇌자극을 받은 경우에 더 빠르게 수행했다는 의미여서 작업 기억 능력이 증진되었다는 결과로 해석된다.
또한, 이 작업 기억 수행 능력 증강의 내용을 담고 있는 뇌파 신호의 연결성에서 뇌 안에서의 해당 영역 간에 유의한 변화를 보고했다.
기억을 머리 속에 담고 있는 동안(retention period)에, 뇌자극을 받은 피험자 집단에서 저주파의 연결성이 뇌지역 간에 강해지는 현상을 발견했고(그림 2B), 뇌자극을 통해서 뇌기능을 억제하는 알파파가 약해지는 현상을 발견했다(그림2C). 연구팀은 이번 연구를 심화한 내용의 후속 연구로 추가 논문을 준비 중에 있고, 추가 연구에서는 fMRI 뇌영상 결과 등의 더 흥미로운 내용이 담겨서 기대가 된다.
이번 연구과제의 최종 목표는 비침습적인 뇌자극을 통해 인간의 인지 기능(기억, 억제, 판단 등)을 증진시키는 것이며, 이번 연구는 한국연구재단 휴먼플러스 융합연구개발 과제로 진행됐다.
