가상 사회 상호 작용을 관찰의 신경 상호의 두뇌 이미징 조사

다음 실험의 전반적인 목표는 FMRI 기록과 함께 사회적 맥락에서 상호작용하는 가상 캐릭터를 사용하여 사회적 상호작용 관찰의 신경학적 상관 관계를 조사하는 것입니다. 이는 비즈니스 환경에서 호스트와 게스트로서 서로 상호작용하는 전신 애니메이션 캐릭터와 대조군 조건으로 사용되는 무생물 캐릭터를 생성함으로써 달성됩니다. 다음으로, 참가자가 가상 사회적 상호작용을 관찰하는 동안 뇌 영상 데이터를 기록하며, 이후 소위 사회 인지 네트워크의 일부인 뇌 영역을 식별하기 위해 데이터를 분석합니다. 사회적 상호작용을 관찰하고 평가하는 것에 민감한 전형적인 뇌 영역으로는 상측두구, 외측 및 내측 전두엽 피질, 그리고 편도체가 포함되며, 이는 사회 인지의 신경학적 상관 관계 조사를 가능하게 합니다.

이 연구는 사회 공포증 및 자폐증과 같은 임상 상태에서 관찰되는 사회적 행동 결핍의 잠재적 원인을 이해하는 데 기여할 수 있습니다. 얼굴 자극을 사용하는 기존 방법과 비교하여 이 기술의 주요 장점은 전신 애니메이션 캐릭터를 사용함으로써 공식적인 신체 접촉이나 악수와 같이 실제 생활의 사회적 상호작용과 더 유사한 조작을 통합할 수 있다는 점입니다. 이는 단순히 얼굴 자극만으로는 불가능한 부분입니다.

본 작업은 비언어적 게스트-호스트 상호작용을 담은 10초 분량의 애니메이션 비디오 시리즈로 구성됩니다. 비즈니스 환경에서 피험자는 호스트가 게스트를 맞이하는 장면(사회적 상호작용 조건) 또는 호스트의 판지로 된 입간내가 있는 장면(사회적 상호작용 없음 또는 대조군 조건)을 시청합니다. 호스트는 추가적인 사회적 상호작용을 유도하는 '접근' 조건의 행동을 보이거나, 추가 상호작용에 관심이 없음을 나타내는 '회피' 조건의 행동을 보일 수 있습니다.

호스트가 보여주는 기본 유형의 행동 외에도, 공식적인 신체 접촉이 행동에 미치는 영향에 대한 조사를 포함할 수 있습니다. 예를 들어, 시행의 절반에서는 등장인물들이 인사 프로토콜의 일부로 악수를 나누는 반면, 다른 절반에서는 아무런 행동도 하지 않을 수 있습니다. 이러한 조작은 시청자의 문화적 배경에 따라 서로 다른 의미를 가질 수 있습니다.

다른 조작으로는 관찰자의 관점을 개인적 관점에서 비개인적 관점으로 변경하는 것이 포함될 수 있습니다. '나' 또는 '타인'이라는 단어를 제시함으로써, 이러한 조작을 통해 개인적 관여에 의해 조절되는 반응을 식별할 수 있습니다. 이 두 관점 간의 교차는 각 시행의 시작 부분에서 설정될 수 있습니다.

비디오 재생 후에는 다양한 평가 화면이 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 피험자에게 진행자의 역량, 신뢰성, 그리고 비즈니스 수행 의향을 0점(전혀 그렇지 않음)부터 5점(매우 그러함)까지의 5점 척도로 평가하도록 요청하는 것입니다. 이러한 평가 항목들은 순서 효과를 방지하기 위해 시행마다 균형 설계(counterbalanced)되어야 합니다.

또한, 비디오에 등장하는 인물들은 표시되는 행동, 인종적 배경, 셔츠, 색상 및 헤어스타일에 대해 균형을 맞추어야 합니다. 매력도와 같이 사회적 상호작용에 영향을 미칠 수 있는 기본 요소들 또한 제어하여 시행 범주 간에 체계적인 차이가 없도록 해야 합니다. 각 런(run)은 MR 신호의 안정화를 위해 6초간의 고정(fixation)으로 시작해야 하며, 자극 예측 가능성 및 순서 효과를 방지하기 위해 블록 내에서 조건 또는 시행 순서를 무작위화하고 참가자 간에 균형을 맞추어야 합니다.

각 무비 트라이얼과 각 런의 종료 후에는 8초의 트라이얼 간 간격이 뒤따릅니다. 또한 데이터 손실로 인한 편향을 방지하기 위해, 이상적으로는 각 조작에 따라 각 블록에서 조건이 동일하게 표현되어야 합니다. 피험자가 도착하면, 반드시 서면으로 된 고지된 동의서를 받고 MRI 안전성 여부를 확인하십시오.

또한 스캔 전에 피험자로 하여금 성격 특성과 현재의 심리 상태를 평가하는 설문지를 작성하게 하십시오. 이는 연구 과정 중 참가자의 응답에 영향을 미칠 수 있습니다. 참가자에게 스캔 절차를 상세히 안내하고, 불편함을 방지하고 과제에 대한 친숙도를 높이기 위해 행동 과제에 대한 구체적인 지침을 제공하십시오. 또한, 참가자에게 요약된 연습 과정을 실시하게 하십시오.

이제 피험자를 스캔실로 안내하고 스캔 베드 위에 바로 누운 자세(supine)로 눕도록 안내합니다. 공기 보호 장치와 의사소통을 위한 격리형 헤드폰을 제공하십시오. 스캔 중에는 머리 부분에 추가적인 쿠션을 제공하여 편안함을 유지하고 움직임을 최소화하십시오.

또한, 감정과 중립 사진에 대한 자동적인 암시적 정신생리학적 반응을 평가하기 위해 머리의 움직임을 더욱 최소화하고자 테이프의 비접착면을 피험자의 이마에 가볍게 감을 수 있습니다. 명시적 평가 외에도, fMRI 스캔 중에 피부 전도 반응을 기록할 수 있습니다. 마지막으로, 피험자의 오른손을 응답 박스 위에 편안하게 놓이게 하고 버튼이 제대로 작동하는지 확인하십시오. 데이터 수집을 시작하기 전, 피험자가 스캐너 중단의 긴급한 필요성을 알릴 수 있도록 비상 정지 버튼을 가까이에 배치하십시오.

피험자가 자극 제시를 위한 화면 투사 영상을 명확하게 볼 수 있는지 확인하십시오. 먼저, SPGR 또는 MP rage와 같은 고해상도 T1 강조 구조 영상을 획득합니다. 다음으로, 전체 뇌 영역이 포함되도록 기능적 런(functional runs)을 설정하십시오.

본 연구에서는 4×4×4 mm 복셀 크기로 축 방향(axially)으로 획득한 28장의 기능적 슬라이스 시리즈를 수집합니다. TR 2000 ms, TE 40 ms, 256×256 mm의 시야(field of view)를 가진 에코 플래너(echo planar) 펄스 시퀀스를 사용하여, 피험자에게 기능적 영상 촬영이 곧 시작됨을 알리고 수행할 과제에 대해 상기시킵니다. 이때 스캐너가 자극 제시와 동시에 동기화되어 시작되도록 확인하십시오.

스캐닝이 완료되면 참가자가 스캐너에서 나올 수 있도록 도와주고, 실험에 참여해 준 것에 대해 반드시 감사를 표하십시오. 수집된 데이터는 통계적 파라미터 매핑(statistical parametric mapping), 흔히 SPM으로 알려진 소프트웨어를 포함하여 모든 fMRI 처리 소프트웨어 패키지를 사용하여 분석할 수 있습니다. 본 연구실에서는 이를 자체 제작한 맵과 결합하여 사용합니다.

저희 연구 그룹의 실험실 기반 도구 전처리는 전형적인 단계인 품질 보증, 이미지 정렬, 움직임 보정, 공동 등록, 정규화 및 8 mm 커널을 이용한 공간 평활화를 포함합니다. SPM을 사용할 때는 일반 선형 모델을 구현하여, 관심 있는 각 조건에 대해 기록된 데이터가 미리 정의된 혈류역학적 반응 함수에 얼마나 부합하는지 평가합니다. 또는, 혈류역학적 반응 함수의 형태에 대한 사전 가정 없이 각 조건과 관련된 원시 fMRI 신호를 확인하기 위해 각 조건의 데이터를 선택적으로 평균낼 수 있습니다.

이 경우, 반응의 차이를 시간 및 시점별로 평가할 수 있으며, 관심 있는 대비를 통해 자극 전 기저선(baseline)과 비교한 변화 및 한 조건과 다른 조건 간의 차이를 확인할 수 있습니다. 이러한 분석들은 개별적으로 또는 상호 보완적으로 사용될 수 있습니다. 데이터 분석 시 복셀 단위(voxel wise) 방식과 관심 영역(region of interest) 방식을 결합하여, 사회적 상호작용 유무와 같이 관심 조건과 관련된 뇌 활동을 비교할 수 있습니다.

전뇌 복셀 단위 분석을 통해 과제와 관련된 더 넓은 뇌 영역 네트워크를 식별하는 통계 지도를 생성하며, 관심 영역(ROI) 분석을 통해 사전에 사회 인지 네트워크의 일부로 식별된 특정 뇌 영역에서의 반응을 표적 조사할 수 있습니다. 또한 관심 영역 분석은 시각적 예시를 위해 fMRI 신호를 추출하는 데 사용될 수 있습니다. 사회적 상호작용 시행과 상호작용이 없는 대조군 시행을 비교한 결과, 전형적인 사회 인지 뇌 영역에서 활성도가 나타났습니다.

여기 상측두구와 외측 전전두엽 피질의 활성화를 보여주는 기능 지도가 있습니다. 컬러 바는 활성 지도의 TValue 구배를 나타냅니다. 꺾은선 그래프는 각 시행 유형 및 시점별로 각 뇌 영역의 ROI에서 추출한 fMRI 신호의 시간 경과를 보여줍니다.

여기에서는 다시 ROI 시간 경과와 함께 편도체의 활성화를 볼 수 있으며, 마지막으로 내측 전전두엽 피질의 반응을 확인합니다. 모든 데이터는 접근 및 회피 행동의 시작점에 시간적으로 고정된 뇌 활동을 반영하는 15명의 참가자로부터 얻은 데이터에 기반합니다. 이 절차를 수행할 때, 적절하게 균형을 맞추고 시간을 조절한 생태학적 타당성이 있는 자극을 사용하는 것이 중요합니다. 이 비디오를 시청한 후면, 전신 애니메이션 가상 캐릭터를 사용하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

건강한 참여자와 임상 참여자 모두에서 사회적 상호작용 관찰의 신경 상관관계를 조사하기 위해 fMRI 기록과 병행하여 수행되었습니다.