8. Linking functional connectivity to cognition
최근에 많은 연구들은 인지(cognition)와 resting-state functional connectivity 패턴 간 직접적인 연결을 시도함.
대부분 연구들은 인지적 행동과 default mode network와 관계를 확인하였고, 이 네트워크의 활성화와 연결성은 인지적,정서적 처리과정의 통합과 우리 주변 세상을 감시하는 것과 관련이 있는 것으로 나타남.
또한 높은 수준의 default mode network의 활성화는 자극(또는 환경) 무관련한 생각이 나타날 때 증가하였고, 이는 개인적 경험과 미래 사건에 대한 생각을 연결하고, 현재 상황의 대안적 관점을 평가하는 것과 관련됨.
최근에는 그래프 이론 접근을 이용하여, 또 다른 기능적 네트워크와 인지적 능력 간 관계를 알아보고 있음. 네트워크의 구조는 효율성(efficiency)과 직접적으로 관계가 있는데, 이는 topology를 견교성 수준, 정보 통합 능력 및 커뮤니케이션 용량으로 정의하기 때문임.
기능적 네트워크 중 dorsolateral prefrontal cortex의 기능적 연결성 수준은 지적 능력을 나타내는 것으로 알려져있음. 또한, 기능적 네트워크의 효율성 수준과 IQ 간 정적 상관이 나타났고, 이는 높은 지능을 가진 사람들은 가장 효율적으로 구성된 뇌 네트워크를 가지는 것으로 나타남.
뇌 구조 연구들에서도 연합 영역들(associative brain regions) 간 white matter tracts의 퀄리티가 지능 수행 능력과 관련이 있는 것으로 나타남.
지금까지 연구들은 인간 뇌에서 기능적/구조적 연결성 패턴의 효율성이 인지적 수행과 관련이 있을 것이라는 주장을 지지함.
종합하면, rs-fMRI 데이터의 그래프 이론 기반 연구들은 뇌가 높은 수준의 정보처리와 뇌 네트워크의 다른 하위 시스템에 걸친 정보 통합을 가진 높은 효율성 small-world topoloy에 따라 조직되어 있다고 강조함.
9. Functional connectivity and neurological and psychiatric brain disorders
오늘날 많은 연구들이 rs-fMRI 기술을 이용하여 알츠하이머, 우울증, 치매 및 조현병을 포함한 신경/정신과적 뇌 장애를 기능적 disconnectivity 효과를 통하 검사하고자 노력하고 있음.
대부분의 연구들은 default mode network에 초점을 두고 있지만, 최근에는 그래픽 분석 기술을 이용하여 기능적 네트워크의 전체 구조를 확안하고자 시도하고 있음. 또한, 변화된 기능성 연결성(default mode network & 다른 resting-state networks)에서 다발성 경화증(multiple sclerosis)와 근 위축성 측삭 경화증(amyotrophic lateral sclerosis)와 같은 다른 신경 퇴행성 뇌 질환이 보고됨.
알츠하이머는 default mode network의 기능적 연결성이 감소하는 것과 관련이 있음. ICA를 이용한 연구에서 PPC(posterior cingulate cortex)와 해마에서 resting-state 활성화 감소가 관찰됨. 알츠하이머 환자들에서 주의 정보 처리 동안에 default mode network의 deactivation이 감소한 것을 보고함(※ default mode network의 deactivation의 감소가 의미하는 바는, 일반인의 경우 주의 과제 동안에는 이 네트워크의 활성화가 감소지만, 알츠하이머 환자의 경우 활성화가 나타났다는 의미임). 또한, resting-state fMRI 그래픽 분석 연구에서 건강한 통제 집단 보다 알츠하이머 집단의 뇌 네트워크의 전반적인 클러스터가 감소한 것을 보고하였고, 이는 알츠하이머가 국소적 정보처리 효율성의 감소하는 것을 의미함.
조현병은 잠재적인 disconnection 질병으로 표기되고, 망상과 환각, 정서 상실(loss of emotion)과 사고 장애가 나타남. 이전 연구들에서 뇌 영역들 간 넓은 기능적 disconnectivity가 이러한 증상들의 기초가 되는 것으로 제안됨. 조현병은 전두와 두정 영역에서 회백질(gray matter)과 white matter(회질)에 비정상적인 효과가 있는 것으로 알려있고, 이러한 영역들은 default mode network와 겹치는 것으로 나타남. 따라서, 조현병 환자의 default mode 상태와 기능적 네트워크의 구조에 대한 연구는 조현병의 뇌 커뮤니케이션과 기능적 연결성 장애에 대한 새로운 시각을 제공할 수 있음.
최근 연구에서 조현병 환자들에서 비정상적인 default mode의 기능적 연결성이 나타났고, 이 네트워크의 핵심 영역인 내측 전두 피질(medial frontal cortex)와 precuneus 간 기능적 연결성 감소를 보고함.
또한, cingulum track에서 미세구조의 감소와 같은 변화된 백질이 조현병에서 보고됨. 특히, cingulum track은 default mode network의 MFC(medial frontal cortex)와 PCC(posterior cingulate cortex) 서로 연결되어 있어, default mode의 기능적 연결성 변화와 cingulum의 구조적 변화는 조현병에 서로 상요작용적인 영향을 미칠 수 있음.
종합하면, 조현병의 기능적 disconnectivity는 특정 기능적 연결성의 변화와 기능적 네트워크의 구조적 변화와 관련이 있을 수 있음. 또한, 조현병 환자들은 전체적인 뇌 네트워크 효율성 수준이 감소하는 것을 보여주었는데, 이는 네트워크의 뇌 영역들 간 비정상적인 정보 통합을 나타냄.
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