전전두피질
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1. 개요
전전두피질은 대뇌 피질의 일부로, 정의 방식에 따라 과립 전두피질, 시상의 내측 등쪽 핵 투사 영역, 전기 자극으로 운동을 유발하지 않는 전두피질 영역으로 나뉜다. 뇌의 다른 영역과 광범위하게 연결되어 있으며, 내측전전두피질과 외측 전전두피질로 구분된다. 전전두피질은 실행 기능, 언어 처리, 사회적 인지, 감정 조절 등 다양한 기능에 관여하며, 뇌 손상이나 정신 질환과도 관련이 깊다. 최근 연구에서는 전전두피질의 기능 향상을 위한 약물 개발과 만성 스트레스에 따른 전전두피질 위축에 대한 연구가 진행되고 있다.
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| 전전두피질 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 라틴어 | cortex praefrontalis |
| 영어 | prefrontal cortex |
| 구성 요소 | 위이마이랑(superior frontal gyrus) 중간이마이랑(middle frontal gyrus) 아래이마이랑(inferior frontal gyrus) |
| 위치 | 전두엽 |
| 혈액 공급 | 전대뇌동맥 중대뇌동맥 |
| 정맥 배수 | 위시상정맥굴 |
| 기능 | |
| 역할 | 성격, 의사 결정 및 사회적 행동 담당 |
| 주요 기능 | 범주화 개념 형성 인지 언어 및 기억 추상적 행동 규칙 발견 목표 기반 행동 계획 주의 집중 |
| 관련 연구 | |
| 연구 분야 | 뇌 영상 연구 (구조적, 기능적) |
| 연구 대상 | 반사회적, 폭력적, 정신병질적 개인 |
| 브로드만 영역 | |
| 해당 영역 | 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 24, 25, 32, 44, 45, 46, 47 |
2. 구조
전전두피질은 과립 전전두피질, 시상의 내측 등쪽 핵의 투사 영역, 전기 자극으로 운동을 유발하지 않는 전두피질의 부분이라는 세 가지 방식으로 정의될 수 있다.
세포건축학적 기준, 즉 대뇌 피질의 과립층 IV의 존재 유무를 기준으로 전전두피질을 정의하기도 한다. 그러나 이 정의는 영장류에게만 적용되며, 과립층 IV가 없는 비영장류에게는 적용되지 않는다는 문제점이 있다.[12]
시상의 내측 등쪽 핵의 투사 영역으로 전전두피질을 정의하는 방식은 오늘날에도 널리 받아들여지고 있지만,[15] 현대 추적 연구에 따르면 시상의 내측 등쪽 핵의 투사가 영장류의 과립 전전두피질에만 국한되지 않는다는 점 때문에 비판받기도 한다.[11][16] 그래서 전전두피질을 다른 어떤 시상 핵보다 내측 등쪽 핵과 더 강한 상호 연결을 갖는 피질 영역으로 정의하기도 한다.[12]
전기 자극이 관찰 가능한 움직임을 유발하지 않는 전두피질 영역으로 전전두피질을 정의할 수도 있다.[17] 그러나 이 정의는 전기적으로 "침묵"하는 전두피질이 과립 영역과 비과립 영역을 모두 포함한다는 점에서 복잡하다.[11]
Striedter에 따르면,[18] 인간의 전전두피질은 기능, 형태, 진화적으로 다른 두 영역으로 구분될 수 있다.
- 내측전전두피질 (vmPFC)
- * 모든 포유류에 존재하는 내측 전전두피질 (MPFC)
- * 복측 전전두피질 (VPFC)
- 외측 전전두피질 (LPFC)
- * 영장류에게만 존재하는 복외측 전전두피질 (VLPFC)
- * 배외측 전전두피질 (DLPFC)
LPFC는 BA8, BA9, BA10, BA45, BA46, BA47을 포함하며, 일부 연구자들은 BA44도 포함한다. vmPFC는 BA12, BA25, BA32, BA33, BA24, BA11, BA13, BA14를 포함한다.
전전두피질은 뇌의 많은 부분과 고도로 상호 연결되어 있으며, 다른 피질, 피질하 및 뇌간 부위와 광범위한 연결을 가지고 있다.[21] 배쪽 전전두피질은 주의, 인지 및 행동과 관련된 뇌 영역과,[22] 복측 전전두피질은 감정과 관련된 뇌 영역과 상호 연결되어 있다.[23] 전전두피질은 뇌간 각성 시스템으로부터 입력을 받으며, 신경화학적 환경에 따라 기능한다.[24]
내측 전전두피질은 서파 수면 (SWS) 생성에 관여하며, 전전두피질 위축은 SWS 감소와 관련이 있다.[26]
복외측 전전두피질(VLPFC)은 언어 생성 및 언어 이해의 다양한 측면에 관여하며, 측두엽 및 내측 측두엽, 상측두피질, 하측두피질, 내후각피질 및 해마방피질을 포함한 뇌의 다양한 영역과 연결되어 있다.[27]
2. 1. 정의
전전두피질을 정의하는 방법에는 세 가지가 있다.- 과립 전전두피질로서 정의
- 시상의 내측 등쪽 핵의 투사 영역으로 정의
- 전기 자극으로 운동을 유발하지 않는 전두피질의 부분으로 정의
전전두피질은 세포건축학적 기준, 즉 대뇌 피질의 과립층 IV의 존재 유무를 기준으로 정의되어 왔다. 누가 처음 이 기준을 사용했는지는 명확하지 않다. 초기 세포건축학 연구자들 중 다수는 전전두피질이라는 용어를 곧은다이랑과 이랑 부리쪽을 포함하는 훨씬 작은 피질 영역으로 제한했다. (알프레드 월터 캠벨, 1905; 그래프턴 엘리엇 스미스, 1907; 코르비니안 브로드만, 1909; 콘스탄틴 폰 에코노모와 게오르크 N. 코스키나스, 1925). 그러나 1935년에 칼라일 F. 야콥센은 과립 전전두피질 영역을 무과립 운동 및 전운동 영역과 구별하기 위해 전전두피질이라는 용어를 사용했다.[10] 브로드만 영역으로 보면, 전전두피질은 전통적으로 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 24, 25, 32, 44, 45, 46, 47 영역을 포함하지만,[2] 이 영역 모두가 엄격하게 과립질은 아니다. 44는 불규칙 과립질이고, 꼬리쪽 11과 안와 47은 무과립질이다.[11] 이 정의의 주요 문제점은 영장류에게만 잘 적용되고, 과립층 IV가 없는 비영장류에게는 적용되지 않는다는 것이다.[12]
전전두피질을 시상의 내측 등쪽 핵의 투사 영역으로 정의하는 것은 Rose와 Woolsey의 연구를 기반으로 한다.[13] Rose와 Woolsey는 이 핵이 영장류가 아닌 동물에서 뇌의 앞쪽과 복측 부분으로 투사한다는 것을 보여주었지만, 이 투사 영역을 "안와전두"라고 명명했다. 1964년에 Akert가 처음으로 이 기준을 사용하여 영장류와 비영장류에서 전전두피질의 상동성을 정의할 수 있다고 명시적으로 제안했다.[14] 이를 통해 비영장류에서 과립 전두피질이 없더라도 상동성을 확립할 수 있었다.
투사 영역 정의는 오늘날에도 널리 받아들여지고 있지만(예: 호아킨 푸스터[15]), 그 유용성에 대한 의문이 제기되기도 했다.[11][16] 현대 추적 연구에 따르면 시상의 내측 등쪽 핵의 투사는 영장류의 과립 전두피질에만 국한되지 않는다. 결과적으로, 전전두피질을 다른 어떤 시상 핵보다 내측 등쪽 핵과 더 강한 상호 연결을 갖는 피질 영역으로 정의하는 것이 제안되었다.[12]
전전두피질의 세 번째 정의는 전기 자극이 관찰 가능한 움직임을 유발하지 않는 전두피질 영역이다. 예를 들어, 1890년 데이비드 페리어[17]는 이 의미로 이 용어를 사용했다. 이 정의의 한 가지 복잡한 점은 전기적으로 "침묵"하는 전두피질이 과립 영역과 비과립 영역을 모두 포함한다는 것이다.[11]
2. 2. 하부 구조
Striedter에 따르면,[18] 인간의 전전두피질은 기능, 형태, 진화적으로 다른 두 영역으로 구분될 수 있다.
# 내측전전두피질 (vmPFC)
## 복측 전전두피질 (VPFC)
## 모든 포유류에 존재하는 내측 전전두피질 (MPFC)
# 외측 전전두피질 (LPFC)
## 배외측 전전두피질 (DLPFC)
## 영장류에게만 존재하는 복외측 전전두피질 (VLPFC)
LPFC는 BA8, BA9, BA10, BA45, BA46, BA47을 포함한다. 일부 연구자들은 BA44도 포함한다. vmPFC는 BA12, BA25, BA32, BA33, BA24, BA11, BA13, BA14를 포함한다.
- 배외측 전전두피질은 BA8, BA9, BA10, BA46으로 구성된다.[2]
- 복외측 전전두피질은 BA45, BA47, BA44로 구성된다.[2]
- '''내측 전전두피질''' (mPFC)은 BA12, BA25, 전대상피질(BA32, BA33, BA24)로 구성된다.[2] 이 영역 내에는 뇌의 여러 부분을 연결하는 등쪽 연결점이 있다.[19]
- '''복측 전전두피질'''은 BA11, BA13, BA14로 구성된다.[2] (안와전두피질의 정의도 참조.)
- 배외측 전전두피질은 전두안야를 포함하는 BA8을 포함한다.[2]
- 복외측 전전두피질은 브로카 영역의 일부인 BA45를 포함한다.[20] 일부 연구자들은 브로카 영역의 다른 부분인 BA44도 포함한다.
2. 3. 신경 연결
전전두피질은 뇌의 많은 부분과 고도로 상호 연결되어 있으며, 다른 피질, 피질하 및 뇌간 부위와 광범위한 연결을 가지고 있다.[21] 특히 배쪽 전전두피질은 주의, 인지 및 행동과 관련된 뇌 영역과 상호 연결되어 있으며,[22] 복측 전전두피질은 감정과 관련된 뇌 영역과 상호 연결되어 있다.[23] 전전두피질은 또한 뇌간 각성 시스템으로부터 입력을 받으며, 그 기능은 신경화학적 환경에 특히 의존적이다.[24] 따라서 각성 상태와 정신 상태 사이에는 조정이 이루어진다.[25] 전전두피질과 뇌의 사회정서적 시스템 간의 상호 작용은 이중 시스템 모델이 제안한 대로 청소년 발달과 관련이 있다.내측 전전두피질은 서파 수면 (SWS) 생성에 관여하며, 전전두피질 위축은 SWS 감소와 관련이 있다.[26] 전전두피질 위축은 개인이 나이가 들면서 자연스럽게 발생하며, 고령자는 내측 전전두피질이 저하되면서 기억 공고화에 장애를 경험한다는 것이 입증되었다.[26] 고령자의 경우, SWS 동안 기억이 신피질로 옮겨져 저장되는 대신, 학습된 단어 연상을 기억하고, 잠을 자고, 학습된 단어를 기억하도록 요청받았을 때, 젊은 성인에 비해 회상 과제 동안 해마 활성이 증가하는 것으로 나타나듯이, 기억은 해마에 남아 부호화되었다.[26]
복외측 전전두피질(VLPFC)은 언어 생성 및 언어 이해의 다양한 측면에 관여한다. VLPFC는 측두엽 및 내측 측두엽, 상측두피질, 하측두피질, 내후각피질 및 해마방피질을 포함한 뇌의 다양한 영역과 풍부하게 연결되어 있다.[27] 이러한 뇌 영역은 기억 회상 및 공고화, 언어 처리, 감정 연관에 관여한다. 이러한 연결을 통해 VLPFC는 명시적 및 암묵적 기억 회상을 중재하고 이를 언어 자극과 통합하여 일관성 있는 언어 계획을 돕는다.[28] 즉, 대화 중 올바른 단어를 선택하고 "주제를 벗어나지 않는" 것은 VLPFC에서 비롯된다.
전전두피질은 뇌간의 망상활성화계와 대뇌변연계 모두와 강력한 상호 연결이 존재한다. 그 결과, 전전두피질의 중추는 높은 수준의 각성에 크게 의존하며, 기쁨, 고통, 분노, 격정, 공황, 투쟁 반응 (투쟁-도피-경직 반응) 및 기본적인 성적 반응을 담당하는 뇌의 심부 구조와의 정동에 관한 경로에도 크게 의존한다.
3. 기능
전전두피질은 실행 기능, 언어 처리, 감정 조절 등 다양한 기능을 수행한다.
실행 기능푸스터와 골드만-라키치는 전전두피질이 현재 환경에 없는 정보를 나타내는 능력을 가지고 있으며, "정신적 스케치 패드"를 만드는 데 핵심적인 역할을 한다고 강조했다. 골드만-라키치는 이 표상적 지식이 생각, 행동, 감정을 지적으로 이끄는 데 사용되며, 특히 부적절한 생각, 주의 산만, 행동, 감정 억제 등에 관여한다고 설명했다.[29] 푸스터는 전전두피질의 이러한 능력이 과거와 미래를 연결하여 목표 지향적인 지각-행동 주기를 생성하고 시간적, 양식 간의 연관성을 가능하게 한다고 주장한다.[30]
시마무라는 집행 기능에서 전전두피질의 역할을 설명하기 위해 동적 필터링 이론을 제안했다. 이 이론에 따르면 전전두피질은 목표 지향적 활성화를 강화하고 관련 없는 활성화를 억제하는 고차원적 게이트 또는 필터링 메커니즘으로 작동한다.[31]
밀러와 코헨은 전전두피질 기능의 통합 이론을 제시했다. 이들은 인지 제어가 목표와 그 달성 수단을 나타내는 전전두피질 활동 패턴의 활성 유지에서 비롯된다고 주장한다. 이러한 활동 패턴은 다른 뇌 구조에 바이어스 신호를 제공하여, 주어진 작업을 수행하는 데 필요한 신경 경로를 따라 활동 흐름을 안내한다.[32] 전전두피질은 상향식 처리가 필요할 때, 즉 행동이 내부 상태나 의도에 의해 안내될 때 매우 중요하다.
실험 데이터는 정상적인 수면 생리, 꿈, 수면 박탈 현상을 조절하는 데 전전두피질의 역할을 보여준다.[33] 다른 개인의 속성을 분석하고 생각할 때는 내측 전전두피질이 활성화되지만, 무생물의 특성을 고려할 때는 활성화되지 않는다.[34]
fMRI 연구에 따르면, 내측 전전두피질(mPFC), 특히 전내측 전전두피질(amPFC)은 모방 행동을 조절할 수 있다.[35] 최근 연구자들은 기저핵과 함께 전전두피질이 개별 사례 학습에 관여한다는 것을 발견했다. 이는 ''사례 이론''의 일부로, 우리가 저장된 기억 내에서 유사한 과거 경험과 비교하여 판단을 범주화한다는 것을 설명한다.[36] 2014년 메타 분석에 따르면, 더 큰 전전두피질 부피와 더 큰 PFC 피질 두께는 더 나은 집행 성과와 관련이 있다.[37]
언어 처리복외측 전전두피질의 BA45는 브로카 영역으로, 언어 처리를 담당한다.[72] BA45는 BA44와 함께 브로카 영역을 구성한다.[20] 브로카 영역은 뇌의 언어 생성 경로의 출력 영역으로 널리 알려져 있다. BA45는 대화나 발화에 사용될 관련 의미론적 지식 검색과 관련되어 있다.[7] 우측 외측 전전두피질(RLPFC)은 복잡한 행동 계획과 관련이 있으며, 양측 BA45와 함께 발화 중 초점과 일관성을 유지하는 역할을 한다.[28] 좌측 BA45는 젊은이들의 발화 일관성을 유지하는 동안 유의하게 활성화되는 반면, 노년층은 우측 BA45를 더 많이 활용하는 것으로 나타났다.[28]
고령 환자에서 BA45 및 RLPFC 활동의 증가는 BA47과의 조합으로 "주제 이탈 발화"에 기여하는 것으로 나타났다. 전전두피질의 BA47 영역은 대화에 기여하는 데 필요한 것보다 덜 두드러진 지식의 "자극 주도" 검색과 관련이 있다.[28]
우측 전전두피질은 발화에 사용할 명시적 기억을 검색하는 역할을 하며, 좌측의 비활성화는 동사 생성에 사용될 암묵적 기억 검색을 중재하는 역할을 한다.[7] 인지 신경과학은 좌측 배외측 전전두피질이 단어와 문장 처리에 필수적임을 보여주었다.
감정 조절전전두피질은 뇌간의 망상활성화계와 대뇌변연계 모두와 강력한 상호 연결을 가지고 있다. 전전두피질 중추는 높은 수준의 각성에 크게 의존하며, 기쁨, 고통, 분노, 격정, 공황, 투쟁 반응(투쟁-도피-경직 반응) 및 기본적인 성적 반응을 담당하는 뇌의 심부 구조와의 정동에 관한 경로에도 크게 의존한다.
3. 1. 실행 기능
푸스터와 골드만-라키치의 초기 연구는 전전두피질이 현재 환경에 없는 정보를 나타내는 기본적인 능력을 가지고 있으며, 이 기능이 "정신적 스케치 패드"를 만드는 데 핵심적인 역할을 한다는 점을 강조했다. 골드만-라키치는 이 표상적 지식이 생각, 행동, 감정을 지적으로 이끄는 데 어떻게 사용되는지, 특히 부적절한 생각, 주의 산만, 행동, 감정 억제 등에 대해 설명했다.[29] 이러한 방식으로, 작업 기억은 주의력과 행동 억제에 필수적인 것으로 간주될 수 있다. 푸스터는 전전두피질의 이러한 능력이 과거와 미래를 연결하여, 목표 지향적인 지각-행동 주기를 생성하고 시간적, 양식 간의 연관성을 가능하게 한다고 주장한다.[30] 이러한 표상 능력은 다른 모든 고위 실행 기능의 기초가 된다.시마무라는 집행 기능에서 전전두피질의 역할을 설명하기 위해 동적 필터링 이론을 제안했다. 이 이론에 따르면, 전전두피질은 목표 지향적 활성화를 강화하고 관련 없는 활성화를 억제하는 고차원적 게이트 또는 필터링 메커니즘으로 작동한다. 이 필터링 메커니즘은 선택, 유지, 업데이트 및 경로 재지정을 포함한 다양한 처리 수준에서 집행 제어를 가능하게 하며, 정서 조절에도 사용되어 왔다.[31]
밀러와 코헨은 골드만-라키치와 푸스터의 초기 연구를 바탕으로 전전두피질 기능의 통합 이론을 제시했다. 이들은 인지 제어가 목표와 그 달성 수단을 나타내는 전전두피질 활동 패턴의 활성 유지에서 비롯된다고 주장한다. 이러한 활동 패턴은 다른 뇌 구조에 바이어스 신호를 제공하여, 주어진 작업을 수행하는 데 필요한 입력, 내부 상태 및 출력 간의 적절한 매핑을 설정하는 신경 경로를 따라 활동 흐름을 안내한다.[32] 즉, 전전두피질은 입력과 연결을 안내하여 행동에 대한 인지 제어를 가능하게 한다.
전전두피질은 상향식 처리가 필요할 때, 즉 행동이 내부 상태나 의도에 의해 안내될 때 매우 중요하다. 밀러와 코헨은 "PFC는 감각 입력, 생각, 행동 간의 매핑이 기존 매핑에 비해 약하게 설정되거나 빠르게 변화하는 상황에서 중요하다"고 설명한다.[32] 위스콘신 카드 분류 검사(WCST)는 이러한 상황의 예시이다. 이 검사에서 피험자는 모양, 색상, 기호의 숫자에 따라 카드를 분류해야 한다. 주어진 카드는 여러 행동과 연관될 수 있으므로, 단일 자극-반응 매핑은 작동하지 않는다. PFC 손상 환자는 초기에는 카드를 분류할 수 있지만, 분류 규칙이 변경되면 어려움을 겪는다.
밀러와 코헨은 자신들의 이론이 PFC가 인지적 행동 제어에 얼마나 큰 역할을 하는지 설명할 수 있다고 결론 내린다. 이들은 "PFC의 표상은 영향의 대상에 따라 주의 템플릿, 규칙 또는 목표로 다양하게 기능하며, 뇌의 다른 부분에 상향식 바이어스 신호를 제공하여 작업을 수행하는 데 필요한 경로를 따라 활동 흐름을 안내한다"고 주장한다.[32]
실험 데이터는 정상적인 수면 생리, 꿈, 수면 박탈 현상을 조절하는 데 전전두피질의 역할을 보여준다.[33]
다른 개인의 속성을 분석하고 생각할 때는 내측 전전두피질이 활성화되지만, 무생물의 특성을 고려할 때는 활성화되지 않는다.[34]
fMRI 연구에 따르면, 내측 전전두피질(mPFC), 특히 전내측 전전두피질(amPFC)은 모방 행동을 조절할 수 있다. 신경 과학자들은 사회적 프라이밍이 amPFC의 활동과 처리에 영향을 미치며, 이 영역이 모방 반응과 행동을 조절한다고 제안한다.[35]
최근 연구자들은 신경 영상 기술을 사용하여 기저핵과 함께 전전두피질이 개별 사례 학습에 관여한다는 것을 발견했다. 이는 우리 마음이 사물을 범주화하는 세 가지 주요 방법 중 하나인 ''사례 이론''의 일부이다. 사례 이론은 우리가 저장된 기억 내에서 유사한 과거 경험과 비교하여 판단을 범주화한다고 설명한다.[36]
애리조나 대학교의 니콜 P. 위안(Nicole P.Yuan) 교수의 2014년 메타 분석에 따르면, 더 큰 전전두피질 부피와 더 큰 PFC 피질 두께는 더 나은 집행 성과와 관련이 있다.[37]
3. 2. 언어 처리
복외측 전전두피질의 BA45는 브로카 영역으로, 언어 처리를 담당한다.[72] BA45는 BA44와 함께 브로카 영역이라고 불리는 전두엽의 영역을 구성하기 때문에 많은 연구자들이 전전두피질에 포함시킨다.[20] 브로카 영역은 뇌의 언어 생성 경로의 출력 영역으로 널리 알려져 있다(언어 입력 영역으로 간주되는 내측 측두엽의 베르니케 영역과 반대). BA45는 대화나 발화에 사용될 관련 의미론적 지식 검색과 관련되어 있다.[7] 우측 외측 전전두피질(RLPFC)은 복잡한 행동 계획과 관련이 있으며, 양측 BA45와 함께 발화 중 초점과 일관성을 유지하는 역할을 한다.[28] 그러나 좌측 BA45는 젊은이들의 발화 일관성을 유지하는 동안 유의하게 활성화되는 것으로 나타났다. 노년층은 젊은층보다 우측 BA45를 더 많이 활용하는 것으로 나타났는데,[28] 이는 노화 과정에서 다른 뇌 시스템의 측면화 감소에 대한 증거와 일치한다.또한, 고령 환자에서 BA45 및 RLPFC 활동의 증가는 BA47과의 조합으로 "주제 이탈 발화"에 기여하는 것으로 나타났다. 전전두피질의 BA47 영역은 대화에 기여하는 데 필요한 것보다 덜 두드러진 지식의 "자극 주도" 검색과 관련이 있다.[28] 즉, BA45 및 더 광범위한 RLPFC의 활동 변화와 함께 BA47의 활성 증가가 노년층에서 덜 관련된 정보와 무관한 접선적 대화 패턴의 포함에 기여하는 것으로 나타났다.
우측 전전두피질은 발화에 사용할 명시적 기억을 검색하는 역할을 하는 것으로 밝혀졌으며, 좌측의 비활성화는 동사 생성에 사용될 암묵적 기억 검색을 중재하는 역할을 한다.[7] 명사(명시적 기억) 회상은 우측 전전두피질 손상이 있는 일부 기억 상실 환자에게서 손상되지만, 동사 생성은 좌측 전전두피질 비활성화에 의존하기 때문에 온전하게 유지된다.[28] 인지 신경과학은 좌측 배외측 전전두피질이 단어와 문장 처리에 필수적임을 보여주었다.
3. 3. 감정 조절
뇌간의 망상활성화계와 대뇌변연계 모두와 강력한 상호 연결이 존재한다. 그 결과, 전전두피질 중추는 높은 수준의 각성에 크게 의존하며, 기쁨, 고통, 분노, 격정, 공황, 투쟁 반응(투쟁-도피-경직 반응) 및 기본적인 성적 반응을 담당하는 뇌의 심부 구조와의 정동에 관한 경로에도 크게 의존한다.4. 임상적 의의
지난 수십 년 동안, 뇌 영상 시스템은 뇌 영역의 부피와 신경 연결을 결정하는 데 사용되어 왔다. 여러 연구에 따르면, 정신 질환으로 진단받은 환자, 반복적인 스트레스 요인에 노출된 환자,[44] 성적으로 노골적인 자료를 과도하게 소비하는 환자,[45] 자살자,[46] 범죄자, 소시오패스, 납 중독의 영향을 받는 사람들에게서 전두엽의 부피와 다른 뇌 영역과의 상호 연결이 감소하는 것으로 나타났다.[47] 죄책감이나 후회를 느끼고 현실을 해석하는 인간의 능력 중 적어도 일부는 잘 기능하는 전전두피질에 달려 있다고 여겨진다.[48]
인간 전전두피질의 진화된 신경 회로와 자기 조절 기능은 인간의 더 높은 지각력 및 지혜와 관련이 있으며,[49] 인간의 전전두피질은 다른 어떤 동물보다 뇌의 훨씬 더 큰 비율을 차지한다. 뇌가 500만 년의 인간 진화 동안 크기가 세 배로 증가하면서,[50] 전전두피질은 여섯 배로 커졌다는 이론이 있다.[51]
내측 세로 고랑에 의해 나누어진 전전두피질의 좌반구와 우반구는 지속적인 유산소 운동에 반응하여 더 상호 연결되는 것으로 보이며[52], 중간 강도 운동을 몇 달 동안 하는 건강한 성인에게서 전두엽 및 해마 회백질 부피의 현저한 개선이 발생한다.[53][54]
알코올 남용의 만성적인 섭취는 의사 결정 능력의 변화를 포함하여 뇌 기능의 지속적인 변화를 초래한다. 만성 알코올 중독자의 전전두피질은 DNA 산화 및 신경 세포 세포 사멸에 취약한 것으로 나타났다.[55]
4. 1. 뇌 손상
피니어스 게이지의 사례는 전전두피질 손상으로 인한 영향이 큰 임상 사례로 꼽힌다. 1848년 사고로 인해 한쪽 또는 양쪽 전두엽이 파괴된 후, 게이지는 정상적인 기억, 언어, 운동 능력을 유지했음에도 불구하고 성격이 크게 변했다고 알려져 있다.[61]。 그는 이전에는 보이지 않던 성마름, 변덕스러움, 조급함을 보였으며, 그의 친구들은 그를 "더 이상 게이지가 아니다"라고 표현할 정도였다. 이전에는 우수한 노동자였지만, 사고 후에는 여러 작업을 수행하는 데 어려움을 겪었다. 그러나 1차 자료를 면밀히 조사한 결과, 게이지의 심리적 변화에 대한 묘사는 과장된 경우가 많았으며, 특히 사망 후 몇 년 뒤에 기술된 그의 성격 변화는 생전에 보고된 것보다 훨씬 더 극적으로 묘사되었다.[62]。이후 전전두피질 손상 환자들에 대한 연구 결과, 환자들은 특정 상황에서 가장 적절한 사회적 반응을 말로는 표현할 수 있지만, 실제 행동에서는 장기적으로 자신에게 불이익이 된다는 것을 알면서도 단기적인 만족을 추구하는 경향을 보였다.
이러한 연구 결과는 전전두피질이 최종 결과를 비교하고 이해하는 능력뿐만 아니라, 장기적으로 더 큰 보상을 얻기 위해 단기적인 만족을 미루는 선택을 제어하는 능력과 관련이 있음을 시사한다. 이러한 보상 지연 능력은 인간 뇌의 최적 실행 기능을 정의하는 중요한 요소 중 하나이다.
현재 전전두피질의 역할을 이해하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 조현병, 양극성 장애, ADHD 등 많은 장애 및 질병이 전전두피질의 기능 장애와 관련이 있는 것으로 여겨지며, 이는 새로운 치료법 개발의 가능성을 열고 있다. α2A 아드레날린 수용체를 통해 작용하는 구안파신을 포함하여, 전전두피질의 기능을 향상시키는 약물의 임상 시험이 시작되었다. 만성적인 스트레스는 학습을 제어하는 전전두피질의 위축을 초래할 수 있으므로, 복식 호흡, 긍정적 자기 대화와 같은 방법이 도움이 될 수 있다.[63]。
4. 2. 정신 질환
피니어스 게이지의 사례는 전전두피질 기능에 대한 중요한 임상 사례이다. 1848년 사고로 그의 한쪽 또는 양쪽 전두엽이 파괴되었고, 이로 인해 그의 인격은 크게 변화했다.[61] 그는 정상적인 기억, 언어, 운동 능력은 유지했지만, 성마르고, 변덕스럽고, 조급한 성격으로 변했다. 그의 친구들은 그를 "더 이상 게이지가 아니다"라고 표현할 정도였다. 사고 이전에는 유능한 노동자였지만, 사고 이후에는 여러 작업을 수행하는 데 어려움을 겪었다. 그러나 1차 자료를 면밀히 조사한 결과, 게이지의 심리적 변화에 대한 묘사는 과장된 경우가 많았으며, 그의 사망 후 몇 년 뒤에 기술된 인격 변화는 생전에 보고된 것보다 훨씬 더 극적이었다.[62]이후 전전두피질 손상 환자들에 대한 연구를 통해, 환자들은 특정 상황에서 가장 적절한 사회적 반응을 말로는 표현할 수 있지만, 실제 행동에서는 단기적인 만족감을 추구하는 경향을 보인다는 것이 밝혀졌다. 이는 장기적으로 자신에게 불이익이 된다는 것을 알고 있음에도 불구하고 나타나는 현상이다. 이러한 데이터는 전전두피질이 최종 결과를 비교하고 이해하는 능력뿐만 아니라, 장기적으로 더 큰 보상을 얻기 위해 단기적인 만족감을 미루는 선택을 제어하는 능력을 가지고 있음을 시사한다. 이러한 보상을 기다리는 능력은 인간 뇌의 최적 실행 기능을 정의하는 핵심 요소 중 하나이다.
현재 신경학적 장애에서 전전두피질의 역할을 이해하기 위한 많은 연구가 진행 중이다. 조현병, 양극성 장애, ADHD 등 많은 장애 및 질병이 전전두피질의 기능 장애와 관련이 있는 것으로 알려져 있으며, 이는 이러한 질병의 새로운 치료법 개발 가능성을 열어주고 있다. α2A 아드레날린 수용체를 통해 작용하는 구안파신을 포함하여, 전전두피질의 기능을 향상시키는 작용을 가진 몇몇 약품의 임상 시험이 시작되었다. 만성적인 스트레스는 학습을 제어하는 전전두피질의 위축을 초래할 수 있으므로, 복식 호흡으로 심호흡을 하고, 일이 잘 풀리지 않더라도 적어도 지금은 괜찮고 다른 접근법이 잘 될 수도 있다고 스스로에게 말하는 것이 좋다.[63]
최근 수십 년 동안 뇌 기능 영상 기법을 통해 뇌 영역의 크기와 신경 연결을 파악하는 연구가 진행되고 있다. 일부 연구에서는 우울증 환자, 지속적인 스트레스에 노출된 사람[64], 자살한 사람[65], 투옥된 범죄자, 반사회적 인격 장애자, 약물 중독자 등에서 전두엽의 부피와 다른 뇌 영역과의 상호 연결이 감소하는 것으로 나타났다.
또한, 인간의 전전두피질이 뇌에서 차지하는 비율이 다른 동물에 비해 훨씬 크기 때문에 전전두피질의 크기와 연결 강도가 직관(sentience)과 직접적인 관련이 있다고 널리 알려져 있다. 인류의 진화 과정에서 뇌 크기가 3배 증가했을 때, 전전두피질의 크기는 6배로 증가했다.
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