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우리 연구실에서 "Non-invasive electrical brain stimulation modulates human mental representation"이라는 제목으로 진행한 연구가, 뇌영상분야 1위 국제 학술지인 NeuroImage에 게재되었습니다.

논문 URL: https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120647

본 연구는 뇌를 비침습적으로 전류 자극하여, 정신적 표상의 의식적 지각을 제어하는 연구입니다. 비침습적인 뇌 전류 자극을 통해서 색깔 표상을 의도적으로 바꾸고, 해당 기능을 담당하는 뇌 영역의 활동성 변화를 밝혔습니다. 민병경 교수가 개발한 의식적 지각 실험은 아래와 같이 단순합니다. 즉, 빨간색과 녹색을 아주 빠르게 깜박이면 어느 순간에 물리적으로 보여주지 않은 합성색인 주황색으로 보이게 되는데, 이 새로운 색은 정신 세계에서만 만들어진 새로운 표상(mental representation)으로, 물리 세계의 인지(cognition)와 정신 세계의 인지를 구분하는 단순하면서도 결정적인 실험 패러다임으로 사용되었습니다.

민 교수는 정신 표상(mental representation)의 의식적 지각(conscious perception)에 대한 연구를 그동안 지속하여, 2010년에 뇌 속의 뇌인 시상(thalamus)과 뇌의 겉 껍질인 피질(cortex) 사이의 억제 제어(inhibitory control)를 담당하는 시상망핵(TRN)이 의식의 생물학적 중심이라는 이론 논문을 발표하고(Min, Theoretical Biology & Medical Modelling, 2010), 2020년에는 인간의 뇌파(MEG 뇌자도 신호)를 통해서 시상의 억제 작용이 의식적 지각에서 중요한 역할을 한다는 것을 실험적으로 처음 보고했고(Min et. al. NeuroImage, 2020), 2022년에는 일관적인 현상을 인간의 뇌영상(fMRI) 신호를 통해 검출하여 보고하였고(Seo et. al. NeuroImage, 2022), 이번 뇌자극 연구를 통해서 시상-피질 억제 작용과 관련된 능동적이고 더욱 견고한 증거를 발견하는 결과를 얻었습니다(Seo & Min, NeuroImage, 2024). 즉, 의식적 지각의 내적 표상을 담당한다고 알려진 뇌의 기본-모드 네트워크(default-mode network)에 비침습적으로 전류 자극을 주었더니, 정신 세계에서 합성된 주황색의 인식이 유의하게 증가되었고, 관련된 뇌의 고차원적인 정보 처리를 담당하는 시상-피질 네트워크의 활동성이 억제가 되었음 보고하였습니다. 본 연구는 서지혜 연구교수가 1저자, 민병경 교수가 교신저자로 참여하여, 뇌영상 분야 1위 국제학술지인 NeuroImage에 게재되었습니다.

Abstract

Mental representation is a key concept in cognitive science; nevertheless, its neural foundations remain elusive. We employed non-invasive electrical brain stimulation and functional magnetic resonance imaging to address this. During this process, participants perceived flickering red and green visual stimuli, discerning them either as distinct, non-fused colours or as a mentally generated, fused colour (orange). The application of transcranial alternating current stimulation to the medial prefrontal region (a key node of the default-mode network) suppressed hemodynamic activation in higher-order subthalamic and central executive networks associated with the perception of fused colours. This implies that higher-order thalamocortical and default-mode networks are crucial in humans’ conscious perception of mental representation.