본 연구실에서 비침습적인 경두개 교류 뇌자극(tACS)을 통한, 인간의 인지 기능 중에 근간을 이루는 작업 기억(working memory) 기능을 효과적으로 제어하고, 빠르게 반응하는 사람들과 느리게 반응하는 사람들의 과제 수행의 정확도(performance accuracy)가 뇌자극에 의해서 기본 상태 네트워크(default mode network: DMN)와 현저 네트워크(salience network: SN) 사이의 기능적 연결성(functional connectivity)과 서로 반대의 상관 관계를 보인다는 것을 밝힌 연구가 Nature 자매지이며 저명한 국제학술지인 Scientific Reports에 출판되었다.
논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41598-025-91881-5
논문 PDF: https://rdcu.be/edUcp
특별히, 이번 연구에서는 민 교수팀에서 특화되어 연구 중인 교차 주파수 동조형(cross-frequency coupling: CFC) 뇌자극 신호를 사용하여, 뇌가 인지 처리를 할 때에 활성화되는 중앙 처리 네트워크(central executive network: CEN)와 기본 상태 네트워크(DMN) 사이의 길항(anti-correlation) 작용을 활용하여, 위상 차이(phase lag)를 둔 비침습적 교류 자극 신호를 사용하여 연구를 진행하였다(그림A).
흥미롭게도, 180도 위상차 뇌자극 대비, 45도 위상차 뇌자극에서, 과제 수행을 빠르게 하는 피험자에서 중앙 처리 네트워크와 기본 상태 네트워크 사이의 기능적 연결성이 유의하게 강화되는 현상을 발견하였고(그림B), 나아가 기본 상태 네트워크와 현저 네트워크 사이의 기능적 연결성이 빠르게 반응하는 피험자에서는 과제 수행의 정확도와 양의 상관관계를 보인 반면, 느리게 반응하는 피험자에서는 음의 상관관계를 보인다는 점도 발견하여 보고하였다(그림C).
이는 비침습적인 뇌자극을 통해서, 인지 과제 수행 능력에 따라 뇌 네트워크의 기능적 연결성을 선별적으로 변화시키고, 해당 인지 기능을 선택적으로 제어할 수 있는 가능성을 보여준 연구이며, 기존에 비침습적 뇌자극 기반의 인지기능 제어 연구 결과의 불일치 이유를 밝히는 하나의 실마리로 해석될 수 있다는 점에서 의미 있다.
민병경 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구는 서지혜 연구교수와 한국뇌연구원의 이동하 박사가 공동1저자로 참여하였다. 민 교수팀은 본 연구를 계속 진행하여, 궁극적으로 비침습적인 뇌자극을 통해서 인간의 인지 기능의 신경생리학적 원리를 밝히고, 인간의 주요 인지 기능을 더욱 신뢰성 있고 강건하게 증강하는 기술을 개발하고자 한다.
본 연구는 미국 MIT 맥거번 뇌 연구소와 한국뇌연구원과 공동으로 진행하였고, 한국연구재단 휴먼플러스 융합연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
(그림) A. 중앙 처리 네트워크(CEN)와 기본 상태 네트워크(DMN) 사이에 45도 혹은 180도 위상차 뇌자극 신호. B. 뇌자극에 의한, 중앙 처리 네트워크(CEN), 기본 상태 네트워크(DMN)와 현저 네트워크(salience network) 사이의 기능적 연결성의 변화. 빠르게 반응하는 그룹(Fast)과 느리게 반응하는 그룹(Slow) 사이에 180도 위상차 뇌자극 대비, 45도 위상차 뇌자극에서의 양(붉은선)과 음(파란선)의 기능적 연결성 변화의 차이를 보여줌(별 표시는 통계적 유의함을 나타냄). C. 180도 위상차 뇌자극 대비, 45도 위상차 뇌자극에서의 기본 상태 네트워크(DMN)와 현저 네트워크(SN) 사이의 기능적 연결성과 과제 수행 정확도 사이에, 과제를 빠르게 수행하는 그룹(Fast Group)에서는 양의 상관관계를 보여주고, 느리게 수행하는 그룹(Slow Group)에서는 음의 상관관계를 보여줌.
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