A Functional MRI Study on the Brain Activation Associated with Mental Calculation

기능적 자기공명영상을 이용한 수리연산의 대뇌 활성화에 관한 연구

Purpose : In order to investigate the functional brain anatomy associated with mental calculation, functional magnetic resonance imaging was performed. Materials and Methods : In six normal right handed subjects, functional MR images were obtained using a 1.57 MR scanner and the EPI BOLD technique. The study included experiment I and experiment II. Each experiment consisted of five resting and four activation periods with each period of 30 seconds. During the activation period of both experiment I and II, calculation equations[an example: $(4+5)\times8=72$] were presented and the subjects were instructed to decide true or false of them. During the resting period of experiment I, the subjects were instructed to visually fixate on a crosshair. During the resting period of experiment II, two diagrams (an example: $(\bullet,\;\blacksquare)$)were presented and the subjects were instructed to decide they are same or not. For the post-processing of images, the SPM program was used, with the threshold of significance set at p<0.00001. The activated areas during the tasks were assessed. Results : In experiment 1, the inferior frontal gyrus, prefrontal cortex, promoter area, supplementary motor area, and intraparietal sulcus including superior parietal cortex were activated bilaterally. Although these areas were also activated in experiment II, the activated signals in the right frontal and parietal lobes were lessened. Conclusion : The left inferior frontal gyrus and prefrontal cortex and bilateral intraparietal sulci were activated during mental calculation. The right frontal and parietal lobes might be related to attention and decision making.

목적 : 기능적 자기공명영상(fMRI)을 이용하여 수리연산 과제를 수행하는 동안에 활성화되는 뇌영역을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 모두 오른손잡이인 6명의 정상 자원자를 대상으로 하였다. 1.5 T MR기기를 이용하여 EPI BOLD기법으로 fMRI영상을 얻었다. 실험과제의 특성에 따라 실험 1과 실험2로 구분하여 시행하였다. 각 실험은 5번의 휴식기와 4번의 활성기로 구성되었으며, 1회의 휴식기와 대조기는 각각 30초였다. 실험 1, 2 모두에서 활성기 자극과제로 연산식[예: $(4+5)\times8=72$]을 보여주고 맞는지 틀리는지를 판단하게 하였고, 휴식기 대조과제로 실험 1에서는 십자모양을 바라보고 있도록 하였으며, 실험2에서는 같거나 서로 다른 두 가지의 기호[예: $(\bullet,\;\blacksquare)$]를 보여주고 같은지 다른지 판단하도록 하여, 판단과정을 감산하였을 때 나타나는 활성화 영상이 실험 1에서 나타난 결과와 어떠한 차이가 있는지 알아보고자 하였다. 영상후처리는 SPM 분석 프로그램을 사용하였고 활성화 신호의 유의수준은 p<0.00001로 하였다. 결과 : 실험 1에서 양측 하전두회, 전전두영역, 전운동영역, 보조운동영역 및 상두정소엽을 포함한 두정엽내 뇌구를 중심으로 대칭적인 활성화 신호가 나타났다. 실험2에서도 실험 1과 동일한 부위에서 활성화 신호가 나타났으나 우반구 전두엽과 두정엽의 활성화는 실험 1에 비해 작았으며, 그 정도는 전두엽에서 보다 뚜렷하게 작았다. 결론 : 수리연산과 연관된 대뇌 부위는 좌반구 하전두회와 전전두영역 및 양측 두정엽이며, 우반구 전두엽과 두정엽의 일부는 주의집중 및 판단과 관련이 있는 부위로 추정된다.