Oddball 작업 시 주의 부하에 따른 뇌파의 교차주파수 결합 변화

Abstract

주의과정은 대뇌 정보처리 과정의 중요한 과정 중 하나로 꾸준히 연구되어오고 있다. 특히 뇌전도를 통한 주의과정에 대한 연구는 사건관련전위 분석과 뇌파의 주파수 특성을 확인하기 위한 시간-주파수 분석방법 등이 널리 사용되어 왔다. 최근에는 서로 다른 주파수 사이의 상호작용을 의미하는 교차 주파수 결합이 대뇌의 정보처리 과정을 밝히기 위한 새로운 방법으로 주목 받고 있다. 이에 본 연구에서는 사건관련 전위 분석, 시간-주파수 분석과 더불어 교차 주파수 결합에 분석을 통하여 청각적 oddball 작업 시 주의 부하에 따른 서로 다른 주파수 사이의 결합패턴을 비교함으로써 주의부하가 대뇌의 정보처리과정에 어떠한 영향을 미치는지 관찰해 보고자 하였다.신경과적, 정신과적 질환이 없는 14명의 대학생들에게 서로 다른 주파수를 갖는 세 개의 순음(standard: 1000Hz, easy target: 1500Hz, difficult target: 1050Hz)을 정해진 비율에 따라(standard: 80%, easy target: 10%, difficult target: 10%) 제시한 후, 낮은 주의 부하(low attention load) 실험에서는 easy target, 높은 주의 부하(high attention load) 실험에서는 difficult target에 대하여 버튼을 누르도록 지시하였다. 사건관련 전위 분석을 위하여 저대역 필터링 후 기준점 보정을 수행하였으며, 각 단일시행 파형 중 ±100 μV 이상의 크기가 관찰된 경우 아티팩트가 포함된 것으로 간주하여 제외한 후 앙상블평균과 전체평균을 수행하여 사건관련전위를 얻었다. 주파수특성의 시간적 변화를 관찰하기 위하여 웨이블릿 변환을 통하여 시간-주파수 분석을 수행하였다. 다음으로 교차 주파수 결합 분석을 위하여

0.5Hz 분해능으로 대역통과 필터링을 수행하였다. 이후 힐버트 변환을 통하여 각 주파수대역의 위상을 획득하고 동기화 지수(SI)를 계산하여 교차 주파수 결합 패턴을 비교하였다.사건관련전위 분석 결과, 높은 주의 부하에서 P300 성분이 유의하게 감소하고 지연되었다(p<0.05). 시간-주파수 분석에서는 감마대역(30-60Hz)의 차이를 확인하였다. 두 조건에서 모두 자극제시 후 100ms 에서 활성화 되는 것을 확인하였으며, 높은 주의부하에서 유의하게 감소하고 지연되었다(p<0.05). 자극 제시 후 400ms 에서 높은 주의부하에서 응답시간의 지연을 발견하였다(p<0.05). 교차 주파수 결합 분석결과 100-400ms 시간 대에서 세타(4-8Hz)와 감마대역 간의 결합이 강하게 발생하는 것을 확인할 수 있었다(p<0.05). 이러한 경향은 낮은 주의부하 조건에서 보다 강하게 나타났으며, 높은 주의부하 조건에서는 보다 약하게 나타났다.사건관련 전위에서 P300 성분의 진폭은 주의 자원의 할당량을, 반응시간은 제시 자극의 평가시간을 반영한다고 알려져 있다. 이러한 배경에서 주의부하의 증가에 의하여 P300 성분이 약화되고 지연된 것은 과제를 수행하는데 필요한 주의 자원과 제시 자극에 대한 평가시간이 주의 부하의 영향을 받는다는 것을 의미한다. 시간-주파수 분석에서 발견된 감마대역 활동의 차이는 초기 하향 주의 과정과 연관된 것으로 알려져 있다. 과제의 목표자극과 외부 입력자극 간의 비교과정에서 주의부하 조건에 따라 감마대역 활동의 차이가 발생하는 본 연구결과는 기존의 연구결과를 뒷받침한다. 교차 주파수 분석결과 또한 높은 주의 부하 조건에서 보다 약한 결합 강도를 보여 주의 부하에 따라 차이를 보였다. 특히 전두엽에서의 세타와 감마대역의 결합은 작업 기억과 관련되어 강하게 발생하는 것으로 알려져 있으며 초기 감마대역의 차이와 유사한 시간에 발생한다는 점에서 작업 기억이 초기 자극비교 과정에 관여하며 주의 부하의 영향을 받는다고 예상할 수 있다. 결과적으로 본 연구는 주의 부하에 따라 사건관련전위, 감마대역 활동, 교차 주파수 결합의 차이를 확인하였으며, 이는 하향 주의 과정에 있어 주의부하가 영향을 준다는 중요한 근거를 제공한다.