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논문KCI 등재

과학 분야 비유 생성 사고과정에서 나타나는 뇌활동성 분석

Brain Activation Associated with Generating Analogies in Science

권대용|조선희|최유용
한국영재학회 (The Korean Society For The Gifted)|2021.03|영재교육연구 (Journal of Gifted/Talented Education)|제31권 제1호|pp. 1-15|DOI 10.9722/JGTE.2021.31.1.1

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창의력Creativity비유AnalogyfMRI전두엽측두엽Prefrontal cortexBrain activation뇌활동성Temporal cortex
주제분류교육학

초록

비유는 과학 분야에서 창의적인 성취를 이루는데 주요하게 관여하는 사고과정이다. 본 연구에서는 과학 개념에 대한 비유를 생성할 때 나타나는 뇌활동성의 특징을 밝히고자 하였다. 연구대상은 생물학 과목에서 우수한 성적을 받았으며 과학에 흥미가 높은 이공계 학과 대학생 11명이었다. 연구대상자들이 비유과제와 읽기과제를 수행하는 동안 fMRI 촬영을 하였다. 비유과제를 수행할 때 읽기과제를 수행할 때보다 활동성이 높게 나타난 영역들은 단일집단 t-검정을 통해 분석하였다. 분석결과 비유과제를 수행할 때에는 읽기과제를 수행할 때보다 왼쪽 전두엽(BA 46, 44, 9, 6), 왼쪽 각이랑 부근의 측두엽(BA 39)과 두정엽(BA 40), 양쪽 전대상이랑(BA 24, 32) 등에서 활동성이 높게 나타났다. 왼쪽 전두엽은 정보의 통합과 선택, 왼쪽 측두엽과 두정엽은 기억의 저장과 인출, 전대상이랑은 주의집중에 관여한다. 따라서 본 연구의 결과는 과학 개념에 대한 비유를 생성할 때에는 지식을 읽을 때보다 주의집중, 기억의 인출, 정보의 통합과 선택 등이 활발히 이루어지고 있음을 시사한다.

Abstract

We investigated the neural bases of generating analogies in science. Participants consisted of 11 science and engineering undergraduate students. They good grade in biology class and in science. fMRI data were acquired while performed analogy and reading tasks. Brain areas which higher activation levels analogy tasks reading tasks were analyzed using one-sample t test. nalogy tasks produced greater activation in the left prefrontal cortex (PFC; BA 46, 44, 9, 6), left temporal (BA 39) and parietal cortex (BA 40), and bilateral anterior cingulate cortex (ACC; BA 24, 32). The left PFC integra and select information by reasoning and working memory, left temporal and parietal cortex stor and retriev, and ACC is executive control to maintain strategic search and selection. Thus, our results suggest that the processes of generating analogies involves successful executive attention, memory retrieval, relational integration, and selection.

참고문헌 (44)

  1. 강훈식, "포화 용액 개념에 대해 초등학교 교사와 일반 학생 및 과학영재 학생들이 만든 비유의 특성 비교", 초등과학교육, 30(3), pp.305~314 (2011), 한국초등과학교육학회
  2. "표준국어대사전" (2021)[URL]
  3. 권용주, "생물학자와 고등학생의 생물학 가설 생성에서 나타나는 두뇌 활성 : fMRI 연구", 생물교육, 35(4), pp.601~610 (2007), 한국생물교육학회[DOI]
  4. 김동렬, "유전 관련 개념에 대한 고등학생들의 비유 만들기 수업의 적용 효과", 한국과학교육학회지, 28(5), pp.424~437 (2008), 한국과학교육학회
  5. 김민환, "과학적 창의성, 장독립성·장의존성, 학습접근양식에 따른 중학생이 생성한 비유의 특징 비교", 대한화학회지, 62(1), pp.36~42 (2018), 대한화학회[DOI]
  6. 김원숙, "창의적 과학자 토마스 영(T. Young)의 빛의 간섭 이론 형성과정에서의 비유추론을 통한 문제해결과 과학창의성 교육적 함의", 영재교육연구, 23(5), pp.817~833 (2013), 한국영재학회
  7. 김희정, "초등학생의 광합성 개념학습에서 TWA 비유 수업모형의 효과", 한국과학교육학회지, 21(2), pp.444~458 (2001)
  8. 노태희, "포화 용액 개념에 대해 초등 과학 영재와 일반 학생들이 만든 비유의 특성과 대응 관계 이해도 및 대응 오류", 초등과학교육, 28(3), pp.292~303 (2009), 한국초등과학교육학회
  9. 변춘수, "학생 중심 비유 활용 수업이 중학생의 광합성 개념 이해에 미치는 영향", 한국과학교육학회지, 30(2), pp.304~322 (2010), 한국과학교육학회
  10. 손지연, "비유 만들기 활동을 통한 초등 과학 영재의 과학 창의성 및 창의적 성향 변화에관한 연구", 석사, pp.2018
  11. 심민준, "영재교육기관별 초등과학영재학생들이 만든 비유의 특성 비교", 석사, pp.2016
  12. 유승식, "기능 자기공명영상 실험" (2001), 도서출판 의학문화사
  13. 장재욱, "비유를 활용한 과학글쓰기 활동을 통한 과학고등학교 학생들의 과학개념 이해도분석 및 창의성 평가", 석사, pp.2019
  14. 조선희, "과학 우수 학생들의 과학 문제해결 과정에서 나타나는 발산적 사고과정에 대한 뇌영상 연구", 영재교육연구, 30(1), pp.25~37 (2020), 한국영재학회[DOI]
  15. Ashburner, J., "Nonlinear spatial normalization using basis functions", Human Brain Mapping, 7(4), pp.254~266 (1999)
  16. Badre, D., "Dissociable controlled retrieval and generalized selection mechanisms in ventrolateral prefrontal cortex", Neuron, 47(6), pp.907~918 (2005)
  17. Binder, J. R., "The neurobiology of semantic memory", Trends in Cognitive Sciences, 15(11), pp.527~536 (2011)
  18. Braver, T. S., "A parametric study of prefrontal cortex involvement in human working memory", Neuroimage, 5(1), pp.49~62 (1997)
  19. Bunge, S. A., "Analogical reasoning and prefrontal cortex : evidence for separable retrieval and integration mechanisms", Cerebral Cortex, 15(3), pp.239~249 (2005)
  20. Cho, S., "Common and dissociable prefrontal loci associated with component mechanisms of analogical reasoning", Cerebral Cortex, 20(3), pp.524~533 (2010)
  21. Cohen, J. D., "Temporal dynamics of brain activation during a working memory task", Nature, 386(6625), pp.604~608 (1997)
  22. Dandan, T., "Brain activity in using heuristic prototype to solve insightful problems", Behavioural Brain Research, 253, pp.139~144 (2013)
  23. Friston, K. J., "Spatial registration and normalization of images", Human Brain Mapping, 2, pp.165~189 (1995)
  24. Fu, S., "Effects of word form on brain processing of written Chinese", Neuroimage, 17(3), pp.1538~1548 (2002)
  25. Gazzaniga, M. S., "Cognitive neuroscience" (2002), Norton
  26. Geake, J. G., "Neural correlates of intelligence as revealed by fMRI of fluid analogies", Neuroimage, 26(2), pp.555~564 (2005)
  27. Geake, J. G., "Functional neural correlates of fluid and crystallized analogizing", Neuroimage, 49(4), pp.3489~3497 (2010)
  28. Green, A. E., "Frontopolar cortex mediates abstract integration in analogy", Brain Research, 1096(1), pp.125~137 (2006)
  29. Green, A. E., "Connecting long distance : semantic distance in analogical reasoning modulates frontopolar cortex activity", Cerebral Cortex, 20(1), pp.70~76 (2010)
  30. Green, A. E., "Neural correlates of creativity in analogical reasoning", Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition, 38(2), pp.264~272 (2012)
  31. Hammer, R., "Individual differences in analogical reasoning revealed by multivariate task-based functional brain imaging", Neuroimage, 184, pp.993~1004 (2019)
  32. Hampshire, A., "Lateral prefrontal cortex subregions make dissociable contributions during fluid reasoning", Cerebral Cortex, 21(1), pp.1~10 (2011)
  33. Hobeika, L., "General and specialized brain correlates for analogical reasoning : A meta-analysis of functional imaging studies", Human Brain Mapping, 37(5), pp.1953~1969 (2016)
  34. Krawczyk, D. C., "An fMRI investigation of cognitive stages in reasoning by analogy", Brain Research, 1342, pp.63~73 (2010)
  35. Ogawa, S., "Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, pp.9868~9872 (1990)
  36. Ramanan, S., "A domain-general role for the angular gyrus in retrieving internal representations of the external world", The Journal of Neuroscience, 39(16), pp.2978~2980 (2019)
  37. Ramanan, S., "Rethinking the role of the angular gyrus in remembering the past and imaging the future : The contextual integration model", Neuroscientist, 24(4), pp.342~352 (2018)
  38. Shuster, L. I., "An fMRI investigation of covertly and overtly produced monoand multisyllabic words", Brain and Langeage, 93, pp.20~31 (2005)
  39. Vartanian, O., "Dissociable neural systems for analogy and metaphor : implications for the neuroscience of creativity", British Journal of Psychology, 103(3), pp.302~316 (2012)
  40. Volle, E., "Specialization of the rostral prefrontal cortex for distinct analogy processes", Cerebral Cortex, 20(11), pp.2647~2659 (2010)
  41. Wharton, C. M., "Toward neuroanatomical models of analogy : a positron emission tomography study of analogical mapping", Cognitive Psychology, 40, pp.173~197 (2000)
  42. Wendelken, C., "Rostrolateral prefrontal cortex : domain-general or domain-sensitive", Hum Brain Mapping, 33(8), pp.1952~1963 (2012)
  43. Wendelken, C., ""Brain is to thought as stomach is to ??" : investigating the role of rostrolateral prefrontal cortex in relational reasoning", Journal of Cognitive Neuroscience, 20(4), pp.682~693 (2008)
  44. Zhu, Z., "Involvement of left inferior frontal gyrus in sentence-level semantic integration", Neuroimage, 47(2), pp.756~763 (2009)

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