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논문KCI 등재

운동기능과 관련된 뇌지도화 연구 분야에서 기능적 근적외선분광영상 기법의 활용 가능성

Possibility of Practical Application of Functional Near-Infrared Spectroscopy in Neuroimaging Technique Related to Motor Performance

강종호|권용현
특수교육재활과학연구소 (The Research Institute for Special Education & Rehabilitation Science)|2012.09|특수교육재활과학연구|제51권 제3호|pp. 151-166

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운동기능기능적 자기공명영상대뇌피질Functional magnetic resonance imaging기능적 근적외선분광영상Cortical activationFunctional near-infrared spectroscopyMotor task
주제분류기타사회과학

초록

기능적 근적외선분광영상은 근적외선의 파장이 부위별 뇌 조직의 특성에 따라 투과성이 다른 물리적 특성을 이용하여 뇌 혈류량의 변화를 감지하는 뇌지도화 기법이다. 본 연구에서는 기능적 근적외선분광영상을 기능적 자기공명영상과 비교하여 재활영역에서의 활용 가능성에 대해 조사하였다. 정상 성인 20명을 대상으로 기능적 근적외선분광영상 촬영군(n=10)과 기능적 자기공명영상 촬영군(n=10)으로 무작위 할당하고 동일한 손 운동과제를 수행하는 동안 각각의 뇌영상을 촬영하여, 이　때 활성화되는 뇌 영역의 표준화된 좌표와 산소-헤모글로빈 및 부피소를 측정하였다. 두 영상의 분석 결과, 모두 일차운동감각영역에서 활성화가 나타났고 그 활성화된 표준화 좌표값도 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 기능적 분광영상에서 측정된 산소-헤모글로빈의 수치는 0.0060746를 보였고, 기능적 자기공명영상에서 측정된 부피소는 260.10로 측정되었다. 따라서 동일한 운동과제를 수행하는 동안 기능적 근적외선분광영상에서 활성화되는 뇌 좌표 영역이 우수한 시공간 해상도와 높은 신뢰도를 가진 기능적 자기공명영상과 같은 결과를 보여, 재활영역에서 많이 사용하고 있는 운동과제의 수행에 따른 뇌 영역의 신경생리학적 특성에 관한 연구의 활용에 많은 가능성이 있음을 확인하였다. 새로운 뇌지도화 기법으로 개발된 기능적 근적외선분광영상은 움직임에 대한artifact의 영향을 받지 않고 이동이 용이한 뇌지도화 영상장치로서, 기존의 기능적 자기공명영상에서 실험하기 불가능한 균형 및 보행 등의 움직임을 연구하는 재활영역에서 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

Abstract

Functional near-infrared spectroscopy(fNIRS) is newly highlighted-optical neuroimaging method that detects the hemodynamic response to cortical activation according to brain activities such as cognitive or motor performance. The purpose of this study is to investigate the possibility of practical application of fNIRS in the field of rehabilitation science, compared with functional MRI(fMRI). We recruited twenty healthy subjects, who were randomly allocated into fNIRS group(n=10) and fMRI group(n=10). fNIRS and fMRI were scanned, and standardized Talairach coordinates and hemodynamic response (oxy-hemoglobin/ voxel counts) were analyzed respectively, while subjects performed hand motor task with 1Hz of flexion-extension movement. As results of data analysis, primary sensorimotor cortex was focally activated in all of fNIRS and fMRI. However, no significant difference was observed in standardized Talairach coordinates with an x-y-z axis. Therefore, Talairach coordinates of fNIRS during hand motor performance was the same as that of fMRI, which had high reliability and excellent spatial resolution. fNIRS is non-invasive neuroimaging technique, which did not affect to motion artifact and take an advantage of easy to move. So, we expect that fNIRS have a great possibility of human movement study in terms of balance and gait performance, and so forth.

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