뇌기능 자기공명영상 장치를 이용한 짠맛 자극에 따른 인간 뇌의 반응에 대한 기초 연구

Salty-taste Activation of Human Brain Disclosed by Gustatory fMRI Study

목적 : 본 논문은 뇌 기능 자기공명영상(Brain Functional Magnetic Resonance Imaging: Brain fMRI)을 이용하여 짠 맛 자극에 대한 인지활동으로 뇌 신경세포의 활성화에 따른 국소 대사 및 혈류역학적 변화가 일어나는 뇌 영역을 분석 및 가시화함으로써 맛에 대한 뇌 활성화 부위의 기초자료를 마련하고자 하였다. 대상 및 방법 : 건강한 비흡연 남자 12명을 대상으로 1.5T MRI 장치에서 혈액산소수준의존(Blood Oxygen Level Dependent, 이하 BOLD) 방법을 이용한 fMRI 실험을 수행하여 인간의 미각 중 짠맛에 대한 반응을 관찰하였다. 잔 맛의 자극은 $3\%$ 농도의 소금물(NaCl)을 미각 자극기를 이용하여 혀 전체에 자극을 주었다. 미각 자극기인 Auto Syringe Pump는 일정한 자극을 반복적으로 가할 수 있도록 마이크로프로세서를 이용하여 연구실에서 자체 제작되었다. 자극의 패러다임은 5회의 휴식기간과 4회의 자극기간으로 구성되었으며, 자극기간은 15초씩 진행되고 휴식기간은 30초로 하여 각 slice당 42 영상을 연속적으로 획득하였다. 자극에 대해 얻은 fMRI 영상은 SPM99'(Statistical Parametric Mapping, UCL)를 이용하여 분석하였다. 활성화 영상은 EPI 영상과 동일한 부위의 T1 강조영상에 registration 기법을 이용하여 overlapping시켜 활성화 부위의 해부학적 판별을 용이하도록 하였다. 결과 : 농도 $3\%$ 소금물의 짠맛 자극에 대해서 insula, amygdala, frontal opercular taste cortex (OFC), orbitofrontal cortex 영역에서 활성화 영역을 fMRI로 확인하였으며, dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) 영역에서도 유효한 신호를 관찰하였다. 결론 : 본 연구의 결과는 미각의 주요 신경이 뇌의 insula, OFC 그리고 DLPFC 영역에 주로 분포한다는 기존의 결과와 잘 일치하고 있다. 마이크로 프로세서로 동작하는 자동펌프를 미각 자극기로 사용함으로써 미각자극에 대한 뇌의 활성화 영역을 안정되게 관찰할 수 있었다. 본 연구의 결과는 fMRI를 이용한 고차원적 미각작용 과정 연구에 튼튼한 밑거름이 될 것으로 생각된다.

Purpose : The purpose of this study is to observe the blood oxygen level dependent (BOLD) contrast changes due to the reaction of human brain at a gustatory sense in response to a salty-taste stimulation. Materials and Methods : Twelve healthy, non-smoking, right-handed male subjects (mean age: 25.6, range: 23-28 years) participated in this salty-taste stimulus functional magnetic resonance (fMRI) study. MRI scans were performed with 1.57 GE Signa, using a multi-slice GE-EPI sequence according to a blood-oxy-gen-level dependent (BOLD) experiment paradigm. Scan parameters included matrix size $128\times128$, FOV 250 mm, TR 5000 msec, TE 60 msec, TH/GAP 5/2 mm. Sequential data acquisitions were carried out for 42 measurements with a repetition time of 5 sec for each taste-stimulus experiments. Analysis of fMRI data was carried out using SPM99 implemented in Matlab. NaCl solution $(3\%)$ was used as a salty stimulus. The task paradigm consisted of alternating rest-stimulus cycles (30-second rest, 15-second stimulus) for 210 seconds. During the stimulus period, NaCl-solution was presented to the subject's mouth through plastic tubes as a bolus of delivered every 5 sec using -processor controlled auto-syringe pump. Results : Insula, frontal opercular taste cortex, amygdala and orbitofrontal cortex (OFC) were activated by a salty-taste stimulation $(NaCl,\;3\%)$ in the fMRI experiments. And dosolateral prefrontal cortex (DLPFC) was also significantly responded to salty-taste stimuli. Activation areas of the right side hemisphere were more superior to the left side hemisphere. Conclusion : The results of this study well correspond to the fact that both insula, amygdala, OFC, DLPFC areas are established as taste cortical areas by neuronal recordings in primates. Authors found that laboratory-developed auto-syringe pump is suitable for gustatory fMRI study. Further research in this field will accelerate to inquire into the mechanism of higher order gustatory process.