융합 사고와 화학문제풀이 과정에서의 두뇌 활성 양상과 기능적 연결성
Brain Activation Pattern and Functional Connectivity during Convergence Thinking and Chemistry Problem Solving
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초록
본 연구는 창의적 문제해결능력의 향상에 필수적인 융합 사고의 특성을 알아보기 위해 기능적 자기공명영상을 이 용하여 창의적 문제해결에 기반한 융합 사고와 화학문제풀이를 하는 동안의 두뇌 활성 영역과 기능적 연결성을 알아보았다. 이를 위하여 시각 기반의 융합 사고 유발 과제와 화학문제풀이 과제를 개발하고 고등학생 17명을 대상으로 적용하여 과제 수행 동안의 두뇌활성영상을 분석하였다. 연구 결과, 융합 사고 시에는 두뇌 좌측의 상전두이랑, 중전두이랑, 하전두이랑, 내 측전두이랑, 전대상이랑, 쐐기전소엽, 미상핵체에서 두뇌 우측의 쐐기소엽, 미상핵체에서 활성이 나타났다. 화학 문제풀이에 서는 두뇌 좌측의 중전두이랑, 내측전두이랑, 미상핵체, 미상핵꼬리에서 두뇌 우측의 중전두이랑, 혀이랑, 미상핵체, 미상핵 꼬리, 시상, 소뇌정상에서 활성이 나타났다. 기능적 연결성분석 결과 융합 사고 시에는 각 활성 영역들이 모두 기능적 연결 망을 형성하고 있는 것으로 나타났으며 이와 대조적으로 화학문제풀이 시에는 우측 중전두이랑, 좌우측미상핵꼬리, 소뇌정 상만이 기능적 연결망을 형성한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 고등학생들이 융합 사고 시에 논리적 사고, 작업기억활성, 계 획, 상상, 언어화, 학습동기 유발이 일어나며 이러한 기능들이 과제를 수행하는 동안 서로 밀접하게 동조하고 있음을 보여준다. 반 면 화학문제풀이 시에는 논리적 사고와 계획, 비교, 학습동기유발의 기능들을 수행하지만 각영역들이 동시에 활발히 작용하지 못하는 것을 보여준다. 이러한 결과는 융합 사고에 대한 구체적인 정보를 제공할 수 있을 것이다.
Abstract
The purpose of this study was to investigate brain activation pattern and functional connectivity during convergence thinking based creative problem solving and chemistry problem solving to identify characteristic convergence thinking that is backbone of creative problem solving using functional magnetic resonance imaging(fMRI). A fMRI paradaigm inducing convergence thinking and chemistry problem solving was developed and adjusted on 17 highschool students, and brain activation image during task was analyzed. According to the results, superior frontal gyrus, middle frontal gyrus, inferior frontal gyrus, medial frontal gyrus, cingulate gyrus, precuneus and caudate nucleus body in left hemisphere and cuneus and caudate nucleus body in right hemisphere were significantly activated during convergence thinking. The other hand, middle frontal gyrus, medial frontal gyrus and caudate nucleus in left hemisphere and middle frontal gyrus, lingual gyrus, caudate nucleus, thalamus and culmen of cerebellum in right hemisphere were significantly activated during chemistry problem solving. As results of analysis functional connectivity, all of areas activated during convergence thinking were functionaly connected, whereas scanty connectivity of chemistry problem solving between right middle frontal gyrus, bilateral nucleus caudate tail and culmen. The results show that logical thinking, working memory, planning, imaging, languge based thinking and learning motivation were induced during convergence thinking and these functions and regions were synchronized intimately. Whereas, logical thinking and inducing learning motivation functioning during chemistry problem solving were not synchronized. These results provide concrete information about convergence thinking.
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