[연구의 필요성]
기존의 연구들은 주로 운동 순서 학습이나 운동 적응과 같이 단순한 운동 과제의 분석에만 초점을 맞췄으며, 실제 생활에서 경험하는 복잡한 시각-운동 상호작용을 연구하기에 제한적이고 감각운동 피질과 시각 피질의 하위 영역들(운동 피질, 체감각 피질, 초기 및 후기 시각 피질) 간의 상호작용에 대한 탐구가 미흡했다. 이러한 연구적 한계를 해결하기 위해 우리는 시각 피드백의 가시성 조작이 이러한 상호작용을 연구하는 유용한 방법이 될 수 있으리라 제안하고, 손의 고유수용 상태가 시각 피드백의 가시성에 의해 매개됨에 따라, 시각-운동 영역의 활동 패턴이 분리될 수 있을 것이라는 가설을 세웠으며, 감각운동 피질과 시각 피질의 하위 영역 간의 상호작용이 새로운 운동 기술 학습 성과에 어떻게 기여하는지를 조사하였다.
[연구의 의미]
본 연구는 기능적 자기공명영상(fMRI)에서 연속적인 시각-운동 과제를 새롭게 설계하여 참가자들이 손가락을 이용해 화면 속 커서를 제어하는 손가락-커서 맵핑을 학습하도록 하였다. 참가자들은 여기서 고차원적인 운동 공간인 손의 고유수용성 감각(즉, 손의 자세)에서 탐색을 실시하여 저차원 목표 공간(2-D 모니터)에 맵핑하는 과제를 수행해야 한다. 일반적인 운동 적응 및 순서 학습 과제와는 달리, 이 과제는 명확한 감각적 목표가 없는 상태에서 학습이 이루어지며, 시각 피드백의 가시성을 조작함으로써 운동 피질과 체감각 피질이 시각 피질과 어떻게 다르게 상호작용하는 지를 검토하며, 결과적으로 시각 피드백이 고유수용성 정보와 통합되는 방식에 따라 감각운동 피질과 시각 피질의 활동이 달라질 수 있음을 보였다.
[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]
본 연구는 시각-운동 학습이 감각운동 피질과 시각 피질 간의 상호작용에 의해 이루어진다는 점에 주목하고, 이러한 상호작용이 특히 후두정엽(PPC)이 시각적 및 고유수용성 정보를 통합하는 과정에서 중요한 역할을 한다는 기존 연구들에 기반하고 있다. 그리고 시각 피드백의 제시 방식을 조절하는 간단한 조작을 통해, 새로운 운동 기술 학습 과정에서 감각운동 피질과 시각 피질 하위 영역들이 상이하게 관여한다는 사실을 관찰했다. 시각 피드백이 연속적으로 제공될 때는 운동 피질과 후기 시각 피질이 더 활성화되었고, 이와 반대로 이진 피드백이 제공될 때는 체감각 피질과 초기 시각 피질의 활성화가 더 두드러졌다. 또한 체감각 피질과 초기 시각 피질 간의 연결성이 학습 중 감소했으며, 이는 성과 향상과 관련이 있었다. 이러한 발견은 운동 학습 시 시각적 피드백의 가시성이 감각운동 및 시각 피질 간의 상호작용을 조절하며, 특히 복잡한 운동 목표가 있는 과제에서 체감각 피질의 역할이 중요함을 시사한다. 연구는 장기적인 학습에 있어 체감각 피질의 역할에 대한 추가 연구의 필요성을 제기하며, 고해상도 fMRI 및 안구 추적 기술을 활용한 후속 연구가 신경 메커니즘을 더 명확히 밝힐 수 있을 것이라고 제안한다.
[성과와 관련된 실적]
국제 학회 논문:
Kim, Junghyun, Sungbeen Park, Kwangsun Yoo, and Sungshin Kim. "Double dissociation of visuomotor interaction mediated by visual feedback during continuous de novo motor learning." Communications Biology 7, no. 1 (2024): 1117.
*Communications Biology는 Nature Portfolio의 오픈 액세스 저널로, 생물학의 모든 분야에서 고품질 연구, 리뷰 및 논평을 출판한다.
그림 1. 감각운동 영역에서 연속 피드백과 이진 피드백 조건에 대한 GLM 결과. A: 연속 피드백 > 이진 피드백 대비의 대조를 나타내는 가쪽 시점에서의 단변량 활성 지도. B: (A)의 확대된 지도, 감각운동 영역을 강조. C: 28개의 서치라이트에 걸쳐 평균 활성(표준 오차)을 분석한 ROI 분석. 삽입된 그림은 로컬라이저 GLM 결과와 브로드만 영역 1, 2, 3, 4, 6에서 확인된 유의미한 군집의 교차점에 해당하는 감각운동 ROI (Region of interest)를 보여줌. t-검정 결과는 7개의 브로드만 영역을 기준으로 하였으며, 유의 수준은 다음과 같이 별표로 표시됨: *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 10−4 (Bonferroni 보정). (C)의 빨간색 및 파란색 점은 해당 조건에 대한 개별 데이터를 나타냄