인지신경과학
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1. 개요
인지신경과학은 신경과학과 심리학의 융합 학문으로, 뇌의 특정 영역이 인지 기능을 어떻게 지원하는지 연구한다. 철학적 기원을 거쳐 19세기 골상학, 국소주의와 전체장 이론, 신경심리학의 발달을 겪으며 다양한 관점이 등장했다. 20세기 초 행동주의의 한계를 극복하고 인지 혁명을 통해 발전했으며, 뇌 영상 기술의 발달과 함께 학문적 성장을 이루었다. 주요 연구 주제로는 주의, 의식, 의사 결정, 학습, 기억, 언어, 사회 인지 등이 있으며, 심리물리학, fMRI, EEG 등 다양한 연구 방법을 활용한다. 인공지능 분야에도 기여하여, 뇌의 정보 처리 방식을 모방한 AI 시스템 개발에 영향을 미쳤으며, 최근에는 다중 뇌 영역 간 상호작용 연구, 계산적 접근 방식 활용, 새로운 기술 등장 등 연구 동향이 확장되고 있다.
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공감은 타인의 감정을 이해하고 공유하는 심리적 과정으로, 정서적 공감(감정적 반응)과 인지적 공감(관점 이해)으로 나뉘며, 유전적, 환경적 요인과 뇌의 거울 뉴런 시스템에 영향을 받고, 사회적 상호작용, 도덕적 판단, 정신 질환과 관련되며, 다양한 방법으로 측정되고, 동물 연구 및 허구 매체에서도 중요한 요소로 다뤄진다.
| 인지신경과학 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 분야 | 신경과학, 인지심리학 |
| 연구 대상 | 신경 상관물, 정신 과정 |
| 주요 방법 | 뇌파, 뇌전도, 기능 자기 공명 영상, 경두개 자기 자극법, 뇌병변 연구 |
| 관련 분야 | 신경심리학, 인지신경유전학, 사회신경과학, 정동신경과학, 계산신경과학, 신경언어학, 신경경제학 |
| 세부 분야 | |
| 주의와 의식 | 주의 메커니즘, 의식의 신경 상관물 연구 |
| 의사 결정 | 가치 기반 의사 결정, 도덕적 의사 결정 연구 |
| 감정 | 정서 처리 과정, 정서 조절 연구 |
| 학습과 기억 | 기억, 학습, 신경 가소성 메커니즘 연구 |
| 언어 | 언어, 언어 처리 메커니즘 연구 |
| 지각 | 시각, 청각, 촉각 등 감각 정보 처리 연구 |
| 사회적 인지 | 공감, 마음 이론, 사회적 상호 작용의 신경 메커니즘 연구 |
| 운동 제어 | 운동 계획, 실행, 학습의 신경 메커니즘 연구 |
| 역사 및 발전 | |
| 초기 연구 | 폴 브로카, 칼 베르니케 등의 뇌 손상 환자 연구 |
| 현대적 발전 | 뇌 영상 기술 발전, 인지심리학과의 통합 |
| 주요 학자 | 마이클 가자니가, 마사 파라, 스티븐 코슬린 등 |
| 연구 방법 | |
| 뇌파 (EEG) | 두피에 전극을 부착하여 뇌의 전기적 활동 측정 |
| 뇌전도 (MEG) | 뇌의 자기장 변화 측정 |
| 기능 자기 공명 영상 (fMRI) | 뇌 혈류 변화를 측정하여 뇌 활동 부위 파악 |
| 경두개 자기 자극법 (TMS) | 자기장을 이용하여 특정 뇌 부위의 활동 억제 또는 활성화 |
| 뇌병변 연구 | 뇌 손상 환자의 인지 기능 결손 분석 |
| 이론적 접근 | |
| 정보 처리 이론 | 인지 과정을 정보 처리 시스템으로 간주 |
| 연결주의 | 신경망 모델을 이용하여 인지 과정 설명 |
| 계산 신경과학 | 수학적 모델을 이용하여 뇌 기능 연구 |
| 윤리적 고려 사항 | |
| 연구 참여자 보호 | 개인 정보 보호, 연구 동의 |
| 신경 윤리 | 뇌 연구 결과의 사회적, 윤리적 영향 고려 |
2. 역사적 기원
인지신경과학은 신경과학과 심리학에서 파생된 학제간 연구 분야이다.[4] 마음과 관련된 신경 메커니즘을 설명하는 것을 목표로 하며, 뇌의 특정 영역이 특정 정신 기능을 어떻게 지원하는지 연구하면서 발전해 왔다. 초기에는 뇌를 세분화하려는 노력이 있었으나, 골상학 운동은 과학적 근거 부족으로 거부되었고, 뇌 전체 영역이 모든 행동에 참여한다는 총체적 뇌 기능론[5] 역시 양전자 방출 단층 촬영술(PET) 및 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 같은 뇌 지도 작성 기술의 발전으로 거부되었다.[7] 게슈탈트 심리학, 신경심리학, 그리고 인지 혁명은 인지신경과학을 하나의 분야로 만드는 데 중요한 전환점이었으며, 행동과 신경 기질 사이의 연관성을 연구할 수 있게 해주었다.
2. 1. 철학적 기원
고대 그리스 시대부터 철학자들은 마음과 뇌의 관계에 대해 관심을 가졌다. 아리스토텔레스는 심장 중심 가설을 주장하여 지능이 심장에 위치한다고 생각한 반면, 2세기 로마 의사 갈레노스는 크로톤의 알크마이온과 더불어 뇌가 정신 활동의 근원이라고 주장했다.[9][10] 그러나 갈레노스는 성격과 감정이 뇌가 아닌 다른 장기에서 생성된다고 믿었다. 안드레아스 베살리우스는 뇌와 신경계가 정신과 감정의 중심이라고 처음으로 주장했다.[11]2. 2. 19세기: 다양한 관점의 등장
인지신경과학의 주요 과제는 마음과 관련된 신경 메커니즘을 설명하는 것이지만, 역사적으로는 뇌의 특정 영역이 특정 정신 기능을 어떻게 담당하는지 연구하면서 발전해 왔다. 그러나 초기에는 뇌를 세분화하려는 노력이 문제점으로 지적되기도 했다. 골상학 운동은 이론에 대한 과학적 근거를 제시하지 못해 결국 거부되었다. 뇌 전체 영역이 모든 행동에 참여한다는 총체적 뇌 기능론[5] 역시 히치히와 프리치의 실험[6]으로 시작되었으나, 양전자 방출 단층 촬영술(PET) 및 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 같은 방법을 통해 발전한 뇌 지도 작성 결과로 인해 받아들여지지 않았다.[7] 게슈탈트 심리학, 신경심리학, 그리고 인지 혁명은 인지신경과학을 하나의 분야로 만드는 데 중요한 전환점이었으며, 연구자들이 행동과 신경 기질 사이의 연관성을 더 많이 만들 수 있게 해주는 아이디어와 기술을 결합했다.
2. 2. 1. 골상학
프란츠 요제프 갈과 슈푸르츠하임은 두개골 모양으로 정신적 기질을 판단할 수 있다고 주장하며 뇌가 27개의 기관으로 구성되어 있다고 생각했다. 갈은 두개골에서 특정 영역이 더 크게 융기되어 있으면 해당 영역을 더 자주 사용한다는 것을 의미한다고 주장했다. 이러한 주장은 골상학 저널 출판과 골상계 제작으로 이어졌지만, 과학적 근거가 부족하여 과학계에서 널리 받아들여지지 않았다.2. 2. 2. 국소주의와 전체장 이론
존 휴링스 잭슨은 뇌 손상, 특히 간질 환자를 연구했다. 그는 간질 환자들이 발작 중에 종종 동일한 간대성 및 강직성 근육 운동을 한다는 것을 발견했고, 매번 뇌의 동일한 부위에서 발작이 발생한다고 생각했다.[13] 잭슨은 특정 기능이 뇌의 특정 영역에 국한된다고 제안했으며, 이는 대뇌엽에 대한 미래 이해에 매우 중요했다.피에르 플루랑스는 프랑스의 실험 심리학자로, 골상학에 도전한 과학자 중 한 명이었다. 그는 토끼와 비둘기 연구를 통해 뇌의 특정 영역을 절제해도 행동에 있어 인식 가능한 변화가 일어나지 않는다는 것을 보였다. 그는 뇌가 영역의 통합체, 즉 어떤 하나의 행동에 대해 서로 다른 여러 뇌 영역이 관여한다는 이론을 제창하며, 뇌 기능 국재설을 부정했다.
2. 2. 3. 신경심리학의 등장
브로카와 베르니케는 뇌의 다른 부위 손상이 심리적 기능에 미치는 영향을 연구하여 정신 기능을 뇌의 특정 위치에 국소화하려는 시도를 했다.[9] 1861년, 프랑스 신경학자 폴 브로카는 말을 이해할 수는 있지만 "탄"이라는 소리밖에 내지 못하는 환자를 만났다. 이후 이 환자는 왼쪽 전두엽의 브로카 영역에 손상을 입은 것으로 밝혀졌다. 같은 시기 독일의 신경학자 카를 베르니케는 유창하게 말은 하지만 의미가 통하지 않는 환자를 발견했다. 이 환자는 뇌졸중을 겪었고, 음성 언어와 문자 언어를 이해할 수 없었다. 베르니케는 환자의 왼쪽 두정엽과 측두엽이 만나는 지점( 베르니케 영역)에 병변이 있음을 확인했다. 이러한 사례들은 뇌의 특정 영역 손상이 특정 행동 변화를 일으킨다는 것을 보여주며 국소주의적 관점을 강력하게 지지했다.[15][16]
2. 2. 4. 뇌 지도 작성
에두아르트 히치히와 구스타프 프리치는 동물의 대뇌 피질을 전기적으로 자극하여 특정 행동을 유발하는 것을 관찰했다.[6] 이들은 개의 대뇌 피질에 전류를 흘려보냈고, 뇌의 어떤 부위를 자극하느냐에 따라 다른 근육이 수축하는 것을 확인했다. 이는 기능이 뇌의 특정 영역에 국한된다는 주장을 뒷받침했다.[6]코르비니안 브로드만은 프란츠 니스가 개발한 조직 염색 기술을 바탕으로 뇌의 세포 구조를 연구하여 뇌 지도를 작성했다. 그는 이 염색법을 사용하여 1909년에 인간의 뇌를 52개의 다른 영역으로 나누는 브로드만의 뇌 지도를 만들었다. 그가 만든 구분은 시각 영역에서의 17번 영역과 18번 영역의 구분 등 많은 뇌 영역에 대해 매우 정확했다.
2. 3. 20세기: 인지 혁명과 신경 세포설
20세기 초, 미국에서는 실용주의가 지배적인 경향을 보였으며, 이는 행동주의를 심리학의 주요 접근 방식으로 선호하는 결과로 이어졌다. 존 B. 왓슨은 자극-반응 접근 방식을 통해 중요한 인물로 부상했다. 그는 동물을 대상으로 실험을 수행하여 행동을 예측하고 제어하는 것을 목표로 했다. 행동주의는 궁극적으로 실패했는데, 이는 인간의 행동과 사고에 대한 현실적인 심리학을 제공하지 못했기 때문이다. 행동주의는 사고와 상상력과 같은 현상을 설명하는 데 소홀히 하면서 주로 자극-반응 연관성에 초점을 맞추었다. 이는 종종 "인지 혁명"으로 불리는 현상으로 이어졌다.[4]20세기 초, 산티아고 라몬 이 카할과 카밀로 골지는 뉴런의 구조에 대한 연구를 시작했다. 골지는 특정 영역의 여러 세포를 완전히 염색할 수 있는 은 염색 방법을 개발했는데, 이를 통해 뉴런이 하나의 세포질 안에서 서로 직접 연결되어 있다고 믿게 되었다. 카할은 수초가 적은 뇌 영역을 염색하여 뉴런이 개별적인 세포라는 것을 발견한 후 이 견해에 반박했다. 카할은 또한 세포가 전기 신호를 한 방향으로만 뉴런을 따라 전달한다는 것을 발견했다. 골지와 카할은 뉴런설에 대한 이 연구로 1906년 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.[4]
2. 4. 20세기 후반 ~ 현재: 뇌 영상 기술의 발전과 학문의 성장
20세기 후반, 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 양전자 방출 단층 촬영(PET)과 같은 새로운 뇌 영상 기술의 발전은 연구자들이 인지 심리학의 실험 전략을 통해 뇌 기능을 관찰할 수 있게 해주었다. 이러한 기술들은 1878년 뇌 기능과 혈류가 처음 연관된 이후 발전해왔다. 19세기 이탈리아 심리학자 안젤로 모소는 뇌 혈류가 기능에 따른다는 결론을 내리기도 했다.[7]1980년대 이전에는 신경과학과 인지과학 간의 교류가 거의 없었다.[28] 인지신경과학은 1950년대와 1960년대 사이에 등장한 인지과학의 이론적 토대를 실험 심리학, 신경심리학 및 신경과학의 접근 방식과 통합하기 시작했다.[29] 1970년대 후반, 신경과학자 마이클 가자니가와 인지 심리학자 조지 아미티지 밀러가 처음으로 "인지신경과학"이라는 용어를 만들었다.[30]
20세기 말에는 TMS(1985)와 fMRI(1991)을 포함하여 인지신경과학 방법론의 주류를 이루는 새로운 기술들이 발전했다. 인지신경과학에서 사용된 초기 방법으로는 EEG(인간 EEG 1920)와 MEG(1968)가 있다. 가끔 인지신경과학자들은 PET 및 SPECT와 같은 다른 뇌 영상 방법을 사용한다. 신경과학의 새로운 기술은 NIRS로, 빛 흡수를 사용하여 피질 영역의 옥시헤모글로빈과 디옥시헤모글로빈의 변화를 계산한다.
3. 주요 연구 주제
인지신경과학은 다음과 같은 다양한 인지 기능을 연구한다.
이러한 연구 주제들은 뇌의 특정 영역 및 신경망과 관련되어 있으며, 인지신경과학은 이러한 뇌 영역과 신경망이 어떻게 상호작용하여 인지 기능을 수행하는지 연구한다. 1956년 9월 11일, 매사추세츠 공과대학교에서 열린 인지주의자들의 대규모 회의는 인지신경과학 발전에 중요한 계기가 되었다.[26] 조지 밀러는 "마법의 숫자 7±2"를 발표했고, 노엄 촘스키, 앨런 뉴웰, 허버트 사이먼은 컴퓨터 과학에 대한 연구 결과를 발표했다.[26]
3. 1. 주의
주의집중은 특정 정보에 집중하고 다른 정보를 무시하는 능력이다. 실험 심리학의 주요 연구 결과 중 하나는 일부 과제가 개별 처리 단계를 거쳐 수행된다는 것과 주의력 연구가 정신 과정을 설명하는 데 중요한 역할을 한다는 것이다.[19][20]시각적 주의를 처리하는 메커니즘에는 상향식 주의와 하향식 주의 두 가지가 있다.[25] 상향식 주의는 뇌가 먼저 눈에 띄는 이미지를 시각적으로 처리한 다음 주변 정보를 처리하는 것이고, 하향식 주의는 먼저 작업 관련 객체에 초점을 맞추는 것이다. 연구자들은 복측 흐름이 시각적 인지에 초점을 맞추고, 배측 흐름은 객체와 관련된 공간 정보와 관련이 있다는 것을 발견했다.[25]
3. 2. 의식
인지신경과학에서 의식은 주관적인 경험과 자각의 신경학적 기반을 연구하는 분야이다.3. 3. 의사 결정
인지신경과학은 선택과 판단 과정에 관여하는 뇌 메커니즘을 연구한다. 인지신경과학의 여러 실험들은 연구자들이 우리가 볼 수 있는 활동이나 행동을 측정하고, 그 기능의 신경학적 기반과 뇌의 어떤 부분이 관여하는지를 밝혀내고자 한다.3. 4. 학습과 기억
학습과 기억은 새로운 정보를 얻고 저장하는 과정으로, 뇌의 여러 영역과 신경 회로가 관여한다. 인지신경과학은 이러한 과정에 대한 뇌의 작동 방식을 연구한다.3. 5. 언어
인지신경과학에서 언어는 언어 이해와 생성에 관여하는 뇌 영역과 신경망을 연구하는 분야이다. 조지 밀러와 같은 학자들은 일반적인 행동보다는 언어 표현에 초점을 맞추기 시작했다.[27]3. 6. 사회 인지
사회 인지는 타인의 마음을 이해하고 사회적 상호작용을 하는 데 필요한 뇌 메커니즘을 연구하는 인지신경과학의 한 분야이다.[33]4. 연구 방법
인지신경과학은 뇌 기능과 인지 과정 간의 관계를 밝히기 위해 다양한 연구 방법을 사용한다. 1980년대 이전에는 신경과학과 인지과학 간의 교류가 거의 없었지만, 1950년대와 1960년대 사이에 등장한 인지과학의 이론적 토대를 바탕으로 실험 심리학, 신경심리학 및 신경과학의 접근 방식을 통합하기 시작했다.[28]
기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 양전자 방출 단층 촬영(PET)과 같은 새로운 뇌 지도 기술은 연구자들이 뇌 기능을 관찰하여 인지 심리학의 실험 전략을 연구할 수 있도록 해주었다. 이러한 기술의 기본적인 원리는 1878년 뇌 기능과 혈류가 처음 연관되었을 때로 거슬러 올라간다.[7] 20세기 말에는 TMS(1985)와 fMRI(1991)를 포함하여 인지신경과학 방법론의 주류를 이루는 새로운 기술들이 발전했다. 인지신경과학에서 사용된 초기 방법으로는 EEG(인간 EEG 1920)와 MEG(1968)가 있다.
최근 연구는 단일 기술을 사용하여 성인 뇌에서 특정 기능에 대한 뇌 영역의 위치를 파악하는 것에서 확장되어, 여러 뇌 영역 간의 상호 작용을 탐구하고, 뇌 기능을 이해하기 위해 여러 기술과 접근 방식을 사용하며, 계산적 접근 방식을 사용하는 등 다양한 방향으로 분산되고 있다.[37] 또한, 광유전학과 같이 회로 기능과 그 행동적 결과를 탐구하기 위한 새로운 기술도 등장하고 있다.[40]
인지 신경 과학 연구에서는 다음과 같은 실험 방법들을 사용한다.
| 연구 방법 | 설명 |
|---|---|
| 심리물리학 | 물리적 자극과 주관적 감각 간의 관계를 측정한다. |
| 인지심리학 | 행동 실험을 통해 인지 과정을 추론한다. |
| 생리심리학 | 심박수, 피부 전도도와 같은 생리적 지표를 측정하여 인지 과정과 관련된 생리적 반응을 연구한다. |
| 인지신경심리학 | 뇌 손상 환자의 인지 기능 변화를 연구하여 뇌 영역과 인지 기능 간의 관계를 밝힌다. |
| 뇌파(EEG) | 두피에 부착된 전극을 사용하여 뇌의 전기적 활동을 측정한다. |
| 뇌자도(MEG) | 뇌의 전기적 활동으로 인해 발생하는 자기장을 측정한다. |
| 기능적 자기 공명 영상(fMRI) | 뇌 혈류 변화를 측정하여 뇌 활동을 간접적으로 측정한다. |
| 양전자 방출 단층 촬영(PET) | 방사성 동위원소를 사용하여 뇌의 대사 활동을 측정한다. |
| 단일 광자 방출 단층 촬영(SPECT) | PET와 유사하지만, 다른 종류의 방사성 동위원소를 사용한다. |
| 경두개 자기 자극(TMS) | 자기장을 이용하여 특정 뇌 영역을 자극하거나 억제하여 뇌 기능과의 인과 관계를 연구한다. |
| 단일 신경 세포 활동 기록 | 주로 동물 실험에서 개별 뉴런의 전기적 활동을 직접 측정한다. |
| 계산 모델링 | 수학적 모델을 사용하여 인지 과정과 뇌 기능을 시뮬레이션한다. |
4. 1. 심리물리학
심리물리학은 물리적 자극과 주관적 감각 간의 관계를 측정하는 실험 방법이다.[28][29][30][31]4. 2. 인지심리학
인지심리학은 행동 실험을 통해 인지 과정을 추론하는 학문이다. 인지신경과학은 1950년대와 1960년대 사이에 등장한 인지과학의 새롭게 마련된 이론적 토대를 실험 심리학, 신경심리학 및 신경과학의 접근 방식과 통합하기 시작했다.[28] 1970년대 후반, 신경과학자 마이클 S. 가자니가와 인지 심리학자 조지 A. 밀러가 처음으로 "인지신경과학"이라는 용어를 만들었다.[30] 인지신경과학의 실험 방법에는 인지심리학이 포함된다.4. 3. 생리심리학
생리심리학은 심박수, 피부 전도도와 같은 생리적 지표를 측정하여 인지 과정과 관련된 생리적 반응을 연구하는 학문이다.[31] 미세신경조영술, 안면 EMG, 시선 추적 등의 실험 방법을 사용한다.[31]4. 4. 인지신경심리학
인지신경과학은 1950년대와 1960년대 사이에 등장한 인지과학의 새롭게 마련된 이론적 토대를 실험 심리학, 신경심리학 및 신경과학의 접근 방식과 통합하기 시작했다.[28] 인지신경심리학은 뇌 손상 환자의 인지 기능 변화를 연구하여 뇌 영역과 인지 기능 간의 관계를 밝힌다.4. 5. 뇌파(EEG)
뇌파(EEG)는 인지신경과학에서 사용된 초기 방법 중 하나이다. 뇌파는 두피에 부착된 전극을 사용하여 뇌의 전기적 활동을 측정한다.[31]4. 6. 뇌자도(MEG)
MEG(1968)는 뇌의 전기적 활동으로 인해 발생하는 자기장을 측정하는 방법이다.[31] 뇌자도는 인지신경과학에서 사용된 초기 방법 중 하나이다.[31]4. 7. 기능적 자기 공명 영상(fMRI)
기능적 자기 공명 영상(fMRI)은 뇌 혈류 변화를 측정하여 뇌 활동을 간접적으로 측정하는 기술이다.[7] 19세기 이탈리아 심리학자 안젤로 모소는 피험자들이 수학 계산과 같은 과제를 수행할 때 뇌 혈류가 국소적으로 증가한다는 것을 관찰했고, 이를 통해 뇌 혈류가 뇌 기능과 관련이 있다는 결론을 내렸다.[7] 1991년에 개발된 fMRI는 인지신경과학 연구에 널리 사용되고 있다.4. 8. 양전자 방출 단층 촬영(PET)
양전자 방출 단층 촬영(PET)은 기능적 자기 공명 영상(fMRI)과 함께 뇌 기능을 관찰하여 인지 심리학의 실험 전략을 연구할 수 있게 해주는 뇌 지도 기술이다.[7] 인지신경과학자들은 PET 외에도 SPECT와 같은 뇌 영상 방법을 사용하기도 한다.4. 9. 단일 광자 방출 단층 촬영(SPECT)
PET와 유사하지만, 다른 종류의 방사성 동위원소를 사용한다.[31]4. 10. 경두개 자기 자극(TMS)
TMS는 1985년에 개발되어 인지신경과학 방법론의 주류를 이루는 기술 중 하나이다.[30] TMS는 자기장을 이용하여 특정 뇌 영역을 자극하거나 억제하여 뇌 기능과의 인과 관계를 연구하는 방법이다.4. 11. 단일 신경 세포 활동 기록
단일 신경 세포 활동 기록은 일부 동물에서 사용 가능한 실험 방법이다.[31] 이는 주로 동물 실험에서 개별 뉴런의 전기적 활동을 직접 측정하는 방법이다.4. 12. 계산 모델링
계산 모델링은 수학적 모델을 사용하여 인지 과정과 뇌 기능을 시뮬레이션하는 방법이다.[31] 게일 카펜터와 스티븐 그로스버그가 1970년대 후반 개발한 적응 공명 이론(ART)은 뇌의 정보 처리 방식을 설명하는 인지신경과학 이론 중 하나이다.[32] ART는 감독 학습 및 비감독 학습 방법을 사용하고, 패턴 인식 및 예측과 같은 문제를 다루는 여러 인공 신경망 모델을 설명한다.[32]5. 인지신경과학과 인공지능
인지신경과학은 인공 지능(AI)을 형성하는 데 중요한 역할을 해왔다. 연구자들은 인간의 뇌가 정보를 처리하는 방식을 연구하여 학습, 패턴 인식, 의사 결정과 같은 인지 기능을 시뮬레이션하는 AI 시스템을 개발했다. 뇌의 뉴런 간의 연결에서 영감을 얻은 인공 신경망은 좋은 예시이다.[43] 이러한 네트워크는 많은 AI 응용 프로그램의 기반을 형성한다.
AI의 하위 분야인 딥 러닝은 신경망을 사용하여 인간의 뇌에서 일어나는 과정과 유사한 과정을 복제한다. 예를 들어, 합성곱 신경망(CNN)은 시각 시스템을 모델로 하여 이미지 인식 및 음성 분석과 같은 작업을 변화시켰다. AI는 또한 fMRI 및 EEG와 같은 뇌 영상 기술의 발전으로부터 혜택을 받는다. 이러한 도구는 신경 활동에 대한 귀중한 통찰력을 제공하여 인간의 사고 과정을 모방하도록 설계된 AI 시스템을 개선하는 데 도움이 된다.[44]
이러한 발전에도 불구하고 인간 인지의 복잡성을 복제하는 것은 여전히 과제로 남아 있다. 연구자들은 현재 인간이 생각하고 문제를 해결하는 방식을 더 잘 모방하기 위해 신경망과 기호 추론을 결합하는 하이브리드 모델을 탐구하고 있다. 이러한 접근 방식은 현재 AI 시스템의 몇 가지 제한 사항을 해결하는 데 유망하다는 것을 보여준다.[45]
6. 최근 연구 동향 및 발전
인지신경과학은 뇌 영상 기술의 발전과 함께 지속적으로 발전하고 있다. 2014년 스타니슬라스 드헤인, 지아코모 리졸라티, 트레버 로빈스는 복잡한 인간 기능을 뒷받침하는 뇌 메커니즘 연구와 인지 및 행동 장애 이해에 기여한 공로로 뇌상을 수상했다.[33] 같은 해, 브렌다 밀너, 마커스 라이클, 존 오키프는 기억과 인지를 위한 특화된 뇌 네트워크를 발견하여 카블리상 신경과학 부문을 수상했으며, 오키프는 메이-브리트 모저, 에드바르드 모저와 함께 뇌의 위치 시스템을 구성하는 세포를 발견하여 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.[35]
2017년 볼프람 슐츠, 피터 데이언, 레이 돌란은 학습과 보상을 연결하는 뇌 메커니즘을 분석하여 뇌상을 수상했다. 이들의 연구는 도박, 약물 중독, 강박 행동, 정신 분열증 등에서의 의사 결정 장애를 이해하는 데 큰 영향을 미쳤다.[36]
6. 1. 다중 뇌 영역 간 상호작용 연구
최근 연구는 단일 뇌 영역의 기능을 파악하는 것에서 더 나아가, 여러 뇌 영역 간의 상호작용을 탐구하는 방향으로 확장되고 있다.[37] 비침습적 기능적 신경 영상 기술의 발달과 데이터 분석 방법의 발전은 사회적 상호작용을 묘사하는 영화와 같이 매우 자연스러운 자극과 과제를 인지 신경 과학 연구에 사용하는 것을 가능하게 했다.[38]6. 2. 다양한 기술 및 접근 방식의 융합
1980년대 이전에는 신경과학과 인지과학 간의 교류가 거의 없었다.[28] 인지신경과학은 1950년대와 1960년대 사이에 등장한 인지과학의 이론적 토대를 실험 심리학, 신경심리학 및 신경과학의 접근 방식과 통합하기 시작했다. 20세기 말에는 TMS(1985)와 fMRI(1991)을 포함하여 인지신경과학 방법론의 주류를 이루는 새로운 기술들이 발전했다. 인지신경과학에서 사용된 초기 방법으로는 EEG(인간 EEG 1920)와 MEG(1968)가 있다. 인지신경과학자들은 PET 및 SPECT와 같은 다른 뇌 영상 방법도 사용한다. NIRS은 빛 흡수를 사용하여 피질 영역의 옥시헤모글로빈과 디옥시헤모글로빈의 변화를 계산하는 신경과학의 새로운 기술이다.[31]최근 연구는 단일 기술을 사용하여 성인 뇌에서 특정 기능에 대한 뇌 영역을 파악하는 것에서 확장되었다. 연구는 여러 방향으로 분산되었는데, 이는 다양한 뇌 영역 간의 상호 작용을 탐구하고, 뇌 기능을 이해하기 위해 여러 기술과 접근 방식을 사용하며, 계산적 접근 방식을 사용하는 것이다.[37]
6. 3. 계산적 접근 방식의 활용
최근 연구는 단일 기술을 사용하여 성인 뇌에서 특정 기능에 대한 뇌 영역의 위치를 파악하는 것에서 확장되었다. 연구는 여러 방향으로 분산되어 왔는데, 이는 다양한 뇌 영역 간의 상호 작용을 탐구하고, 뇌 기능을 이해하기 위한 여러 기술과 접근 방식을 사용하며, 계산적 접근 방식을 사용하는 것이다.[37]6. 4. 새로운 기술의 등장
최근 인지신경과학 분야에서는 뇌 기능 연구의 가능성을 넓히는 여러 새로운 기술이 등장하고 있다. 그중 하나는 그림자 영상이다.[39] 이 방법은 다양한 신경 영상 기술의 여러 측면을 결합하여 더욱 다재다능한 기술을 만든다. 표준 광학 현미경을 사용하여 뇌의 세포외 공간 내 간질액의 형광 표지를 결합하며, 연구자들이 뇌 조직을 더 크고 자세하게 볼 수 있도록 돕는다. 이를 통해 뉴런, 미세 아교 세포, 종양 세포 및 혈관을 더 가까이에서 관찰할 수 있다.[39]광유전학은 회로 기능과 그 행동적 결과를 탐구하는 데 사용되는 또 다른 최신 기술이다.[40] 이 기술은 특정 뉴런의 유전자 표적화와 영상 기술을 결합하여 살아있는 뉴런에서 표적을 관찰한다. 과학자들은 동물의 뉴런을 온전한 상태에서 관찰하고 해당 세포에서 일어나는 전기적 현상을 추적할 수 있다.[41]
또한, 연구자들은 fMRI를 수정하여 DIANA (direct imaging of neuronal activity, 뉴런 활동의 직접 영상)라는 기술로 더욱 효율적으로 만들었다. 이 기술은 일반적인 fMRI보다 8배 더 빠른, 5밀리 초마다 데이터를 수집한다. 수집된 이미지는 뇌의 전체 단면을 보여주도록 연결된다.[42]
7. 주요 인물
- 예스퍼 모겐센: 덴마크의 신경과학자이자 전 대학교수이다.
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