집중적인 언어적 기반 학습이 소뇌의 회질 밀도에 미치는 영향 : SUIT를 이용한 복셀기반 형태분석

Abstract

서론: 소뇌는 주요 기능으로 알려진 운동 협응의 역할 외에도 고차원적인 인지 기능 및 언어에 관여한다고 보고되고 있다. 성인에게도 경험이나 집중적 학습에 의해 뇌의 구조적 변화가 일어난다는 결과를 통해서 소뇌에서도 학습으로 인한 구조적 변화가 있을 것으로 유추할 수 있으며, 소뇌가 언어에 중요한 역할을 한다는 연구결과도 지속적으로 보고되고 있다. 그럼에도 불구하고 학습으로 인한 소뇌의 구조적 변화는 운동 훈련 기반의 학습에서만 이뤄져 왔고 언어적 학습이 소뇌 구조 변화에 미치는 영향에 대해서는 명확하게 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구에는 건강한 성인에서 집중적인 언어적 학습 후에 소뇌 회질 밀도 변화를 관찰하여, 학습 효과와 소뇌의 구조 변화의 관련성을 규명하고자 하였다.

방법: 총 48명의 건강한 성인에서 약 한 달간 GRE (Graduate Record Examinations) 언어논증 영역 준비를 위한 영어단어 암기 등의 학습을 수행하였다. 학습 전과 학습 후에 각각 1차례씩 GRE에 응시하게 하였으며, 학습 전후의 인구학적 정보 및 뇌 자기공명영상을 획득하였다. 본 연구에서는 소뇌 분석에 특화된 Spatially Unbiased Infra-tentorial Template (SUIT)을 이용한 복셀기반의 형태분석(voxel-based morphometry) 방법으로 언어적 학습 전과 후의 소뇌에서 회질 밀도의 변화를 분석하였다.

결과: 학습 전과 후에 획득한 고해상도의 T1-강조(T1-weighted) 영상에서 소뇌의 회질 밀도의 변화를 비교해본 결과, 학습 후에 소뇌의 우측 Crus I 소엽(크기 = 120 mm3, 최대 z 값 = 3.62

최대 z 값의 MNI 좌표 x = -32, y = -74, z = -35

corrected p < 0.01), 좌측 Crus I 소엽(크기 = 96 mm3, 최대 z 값 = 3.63

최대 z 값의 MNI 좌표 x = 14, y = -82, z = -25

corrected p < 0.01), 좌측 Crus II 소엽(크기 = 104 mm3, 최대 z 값 = 3.31

최대 z 값의 MNI 좌표 x = 30, y = -78, z = -45

corrected p < 0.01)에서 유의한 회질 밀도 증가가 관찰되었다. 학습 후에 유의한 변화를 보인 우측 Crus I 소엽(r = 0.35, p = 0.02)과 좌측 Crus I 소엽(r = 0.32, p = 0.04)은 각각 GRE 언어논증 영역 점수 증가 차이와 유의미한 양의 상관 관계가 나타났다. 좌측 Crus II 소엽의 회질 밀도 증가와 점수 증가 사이에는 유의한 상관 관계가 나타나지 않았다(r = -0.01, p = 0.93).

결론: 집중적인 언어적 학습 후의 소뇌 회질 밀도 변화가 나타나고, 이 회질 밀도 변화 정도와 언어논증 영역 점수 증가 사이에 양의 상관관계가 관찰된 Crus I 소엽은 언어적 기능과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있는 부위이다. 한편, 소뇌의 회질 밀도 변화는 관찰되었으나 언어논증 영역 점수 증가와는 상관관계가 나타나지 않은 좌측 Crus II 소엽은 선행 연구에서 언어 기능과의 연관성이 밝혀진 바 없었다. 이를 통해 본 연구에서 관찰된 소뇌에서의 구조적 변화 중 특히 Crus I에서의 변화가 언어적 학습에 의해 유발되었을 가능성이 높다고 해석할 수 있다. 본 연구는 언어적 학습으로 인한 소뇌 회질 밀도 변화를 처음으로 보고하였으며, 소뇌가 언어적 학습에 관련하여 의미 있는 역할을 한다는 근거를 제시하였다.