신경과학과 심리생리학

 

심리 생리학적 방법은 일반적으로 비침습적인 신경과학 방법의 하위 집합으로서 정신적 사건과 행동 모두에 대해 심리학에 대한 다양한 질문에 답하기 위해 다양한 분야에 걸쳐 사용됩니다. 심리 생리학은 다양한 기술로 분류됩니다. 각각의 기술에는 장단점이 있으며, 이를 아는 것은 연구자들이 특정 질문에 대해 각각 무엇을 제공하는지 결정할 수 있도록 합니다. 또한 이러한 지식은 연구 소비자가 특정 실험에서 결과의 의미를 평가할 수 있도록 합니다

 

심리 생리학은 종속 변수(연구자가 측정하는 것)가 생리학적 측정치이고, 독립 변수(연구자가 조작하는 것)가 행동적 또는 정신적인 모든 연구로 정의됩니다. 대부분의 경우 그 연구는 깨어있는 인간 참가자들을 대상으로 비침습적으로 이루어집니다. 생리학적 측정치는 혈류 또는 뇌의 신경 활동으로부터 심박수의 변동성과 눈의 움직임에 이르기까지 많은 형태와 범위를 취합니다. 이러한 측정치는 감정, 인지, 그리고 그들 사이의 상호 작용을 포함한 과정들에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. 이러한 방식으로, 생리학적 측정치는 연구자들이 행동, 인지, 그리고 건강에 대한 질문에 답할 수 있는 매우 유연한 도구 세트를 제공합니다.

 

심리 생리학적 방법은 신경 과학 방법의 매우 큰 영역의 하위 집합입니다. 신경 조직의 병변, 중성 활성 화학 물질의 주입 또는 전기 자극을 통한 신경 활동의 조작과 같은 많은 신경 과학 방법은 침습적입니다. 이번 조사는 인간 주제에 널리 사용되는 비침습적 방법을 강조합니다. 결정적으로 생리학과 명백한 행동 또는 정신적 사건 사이의 관계를 조사할 때 심리 생리학은 후자를 전자로 대체하려고 시도하지 않습니다. 예를 들어, 행복은 즐거운 만족감의 상태이고 다양한 생리학적 측정과 관련이 있지만 생리학적 측정이 행복이라고 말할 수는 없습니다. 우리는 자신의 보고서, 생리학 또는 명백한 행동을 기반으로 누군가의 인지 또는 감정 상태에 대한 추론을 할 수 있습니다. 때로는 우리의 관심은 주로 내부 사건에 대한 추론이고 때로는 주로 생리학 자체에 있습니다. 심리 생리학은 두 가지 종류의 목표를 다룹니다.

 

중추신경계

 

이 모듈은 완전한 것과는 거리가 멀지만 몇 가지 인기 있는 심리 생리학적 방법의 개요를 제공합니다. 각 방법은 광범위한 데이터 분석 전략을 통해 훨씬 더 확장적인 도구를 제공할 수 있습니다. 아래에서 설명하는 심리 생리학적 방법은 중추 신경계에 초점을 맞춥니다. 구조 자기 공명 영상(sMRI)은 연구원과 임상의가 사람의 해부학적 구조를 볼 수 있도록 하는 비침습적인 기술입니다. 참가자는 지구 자기장의 66,000배보다 더 큰 자기장 안에 놓이게 되는데, 이것은 그 또는 그녀의 몸에 있는 원자들의 작은 부분이 같은 방향으로 줄을 서게 합니다. 그리고 나서 몸은 몸 안에 있는 원자들에 의해 흡수된 저에너지 무선 주파수로 펄스화되어, 그들이 넘어지게 합니다. 이 원자들이 정렬된 상태로 돌아갈 때, 그들은 기계에 의해 측정된 무해한 전자기 방사선의 형태로 에너지를 발산합니다. 그리고 나서 기계는 측정된 에너지를 몸 안에 있는 조직의 3차원 사진으로 변환합니다. 심리 생리학 연구에서, 이 이미지는 다른 그룹의 사람들의 구조물의 크기를 비교하거나 (예를 들어, 우울증이 있는 개인들의 즐거움과 관련된 영역이 더 작습니까?)

 

 

기능 자기 공명 영상(fMRI)

생각하는 동안 뇌의 다른 영역에서 신경 활동의 변화를 측정하는 것과 같은 조직의 활동의 변화를 평가하는 데 사용되는 방법입니다. 이 기술은 sMRI의 원리를 기반으로 하며, 뉴런이 불을 붙일 때 에너지를 사용하여 보충하는 특성도 사용합니다. 에너지 생산을 위한 두 가지 주요 구성 요소인 포도당과 산소는 필요에 따라 혈류로부터 뇌로 공급됩니다. 산소는 산소의 결합 부위를 포함하는 헤모글로빈을 사용하여 혈액을 통해 운반됩니다. 이러한 부위가 산소로 포화되면, 이것은 산소화된 헤모글로빈이라고 불립니다. 헤모글로빈 분자에서 산소 분자가 모두 방출되면 탈산소화 헤모글로빈이라고 합니다. 뉴런 세트가 발사되기 시작하면 해당 뉴런을 둘러싸고 있는 혈액의 산소가 소모되어 산소화 헤모글로빈이 감소합니다. 그러면 신체는 활성화된 신경 조직을 둘러싸고 있는 혈액의 풍부한 산소화 헤모글로빈을 보상하고 공급합니다. 해당 신경 조직의 활동이 감소하면 산소화 헤모글로빈의 수준은 서서히 원래 수준으로 되돌아가는데, 보통 몇 초 정도 걸립니다.

 

fMRI는 혈액-산소 수준 의존적(BOLD) 신호로 알려진 산소 헤모글로빈의 농도 변화를 측정합니다. 이것은 fMRI에 대한 두 가지 중요한 사실로 이어집니다. 첫째, fMRI는 혈액량과 혈류를 측정하고, 이로부터 신경 활동을 추론합니다. 둘째, fMRI 데이터는 일반적으로 시간 해상도(시간에 대한 측정 정밀도)가 좋지 않지만, sMRI와 결합하면 fMRI는 우수한 공간 해상도(공간의 한 물체와 다른 물체를 구별하는 능력)를 제공합니다. fMRI의 시간 해상도는 일반적으로 초 단위인 반면, 공간 해상도는 밀리미터 단위입니다. 대부분의 조건에서 시간 해상도와 공간 해상도 사이에는 역의 관계가 있습니다. 하나는 공간 해상도를 희생시키면서 시간 해상도를 높일 수 있고, 그 반대도 마찬가지입니다.

 

이 방법은 다양한 신체적 또는 심리적 작업과 관련된 뇌의 특정 영역을 식별하는 데 유용합니다. 임상적으로, 의사가 수술 중에 해당 영역을 피할 수 있도록 언어와 관련된 영역을 식별하기 위해 신경외과 수술 전에 fMRI를 사용할 수 있습니다. fMRI를 사용하면 연구자가 작업과 관련된 활성화의 차등 또는 수렴 패턴을 식별할 수 있습니다. 예를 들어, 참가자가 화면에 단어를 보여주고 글자의 색상을 표시할 것으로 예상되는 경우 단어가 감정적인 내용을 가지고 있는지 여부에 따라 동일한 뇌 영역이 이 작업에 모집됩니까? 불안이나 우울증과 같은 심리적 장애에서 이러한 관계가 변경됩니까? 명백한 성능 차이가 없는 경우에도 다른 활성화 패턴이 있습니까? fMRI는 다른 작업 및/또는 모집단에서 뇌 활성화를 비교하는 데 탁월한 도구입니다. 그림 1은 sMRI 이미지에 겹쳐진 fMRI 분석 결과의 예를 제공합니다. 파란색과 주황색 모양은 BOLD 신호에 상당한 변화가 있는 영역을 나타내며, 따라서 신경 활성화의 변화가 있습니다.

 

뇌전도(EEG)

뇌 활성화를 연구하는 또 다른 기술입니다. 이 기술은 머리 위에 있는 한 쌍의 점들 사이의 전하(전압)의 차이를 측정하기 위해 최소한 두 개의 전극과 때때로 최대 256개의 전극을 사용합니다. 이 전극들은 일반적으로 참가자의 머리 위에 있는 유연한 캡(수영 모자와 유사한)에 고정됩니다. 두피에서 전극은 뇌 내에서 자연적으로 발생하는 전기 활동을 측정합니다. 그들은 어떤 새로운 전기 활동도 도입하지 않습니다. fMRI와 대조적으로, 뇌파는 그 활동의 상관관계가 아니라 직접적으로 신경 활동을 측정합니다. 뇌파에 사용되는 전극은 뇌 자체에 직접적으로 놓이면서 두개골 내에 배치될 수도 있습니다. 전기피질촬영(ECOG)이라고 불리는 이 응용 프로그램은 전형적으로 간질 발작의 기원과 같은 활동의 국소화를 위한 의료 절차 이전에 사용됩니다. 이 침습적인 절차는 의료 응용 분야에서 필수적인 신경 활동의 더 정확한 국소화를 허용합니다. 그러나 연구 목적으로만 사람의 두개골을 여는 것은 일반적으로 정당하지 않으며, 대신 전극이 참가자의 두피에 배치되어 신경 활동을 측정하는 비침습적인 기술이 만들어집니다. 이 전기 활동이 전극에 도달하기 전에 두개골과 두피를 통과해야 한다는 점을 고려할 때, 활동의 국소화는 두피에서 측정할 때 덜 정확하지만 두피 근처에 있는 활동을 국소화할 때는 여전히 수 밀리미터 이내일 수 있습니다. 뇌파의 주요 장점 중 하나는 시간적 해상도입니다. 데이터는 초당 수천 번 기록될 수 있으며, 이를 통해 연구자들은 1밀리초 미만에 발생하는 사건을 문서화할 수 있습니다. 뇌파 분석은 일반적으로 진행 중인 기준으로 기록된 뇌파의 진폭 또는 주파수 성분의 변화를 조사하거나 수십 번의 시도에 걸쳐 평균을 내었습니다.

 

신경 활동을 비침습적으로 측정하는 또 다른 방법은 MEG입니다. 신경 활동과 관련된 전하(전류)의 흐름은 참가자의 두피 근처에 있는 센서로 감지할 수 있는 매우 약한 자기장을 만듭니다. 사용되는 센서의 수는 몇 개에서 몇 백 개까지 다양합니다. 관심 있는 자기장은 매우 작기 때문에 측정되는 신호가 오염되지 않도록 주변의 자기장으로부터 보호되는 특별한 방이 필요합니다. MEG는 뇌파만큼 시간 분해능이 뛰어납니다. 또한 MEG는 두개골과 두피의 왜곡에 잘 걸리지 않습니다. 단단하고 부드러운 조직을 비교적 변화 없이 통과할 수 있어 뇌파보다 더 나은 공간 분해능을 제공합니다. MEG 분석 방법은 뇌파에 사용되는 방법과 거의 비슷합니다. 그러나 MEG 기록 장치는 뇌파보다 훨씬 더 비싸서 MEG는 훨씬 덜 널리 사용됩니다