Kim, J.E.;Gohel, Bakul;Kim, K.;Kwon, H.;An, Kyung-min
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제17권4호
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pp.34-37
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2015
Developing Magnetoencephalography (MEG) based on Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) facilitates to observe the human brain functions in non-invasively and high temporal and high spatial resolution. By using this MEG, we studied alpha rhythm (8-13 Hz) that is one of the most predominant spontaneous rhythm in human brain. The 8-13 Hz rhythm is observed in several sensory region in the brain. In visual related region of occipital, we call to alpha rhythm, and auditory related region of temporal call to tau rhythm, sensorimotor related region of parietal call to mu rhythm. These rhythms are decreased in task related region and increased in task irrelevant regions. This means that these rhythms play a pivotal role of inhibition in task irrelevant region. It may be helpful to attention to the task. In several literature about the alpha-band inhibition in multi-sensory modality experiment, they observed this effect in the occipital and somatosensory region. In this study, we hypothesized that we can also observe the alpha-band inhibition in the auditory cortex, mediated by the tau rhythm. Before that, we first investigated the existence of the alpha and tau rhythm in occipital and temporal region, respectively. To see these rhythms, we applied the visual and auditory stimulation, in turns, suppressed in task relevant regions, respectively.
이 연구는 노년기 인지기능 및 생리적 건강상태와 관련 있는 정량화 뇌파의 Alpha 고유리듬 피크 위치 및 진폭의 출현 유무가 정신적·육체적 스트레스, 주의집중 등의 뇌파 지표들과 심박변이도 지표 간에 어떠한 관련성과 임상적 의미가 있는지 알아보고자 하였다. 이를 위하여 평균 73세 남녀 노인 76명을 대상으로 전두엽 2채널 뇌파와 1채널 심전도를 동시에 측정 가능한 장치를 이용하여 폐안시 EEG, HRV를 측정하였다. 의미있는 분석 결과는 다음과 같다. 첫 번째, Alpha 고유리듬피크 위치와 상관없이 고유리듬 진폭이 높게 잘 나타난 집단은 낮은 집단에 비해 정신적 스트레스에 대한 저항도는 높고, 육체적 스트레스는 낮게 나타나는 상관성을 보였다. 두 번째, 심박변이도의 HRV index, SDNN, RMSSD 지표는 집단 구분에 상관없이 공통적으로 서로 간 높은 양의 상관성을 보였다. 세 번째, Alpha 고유리듬 진폭이 잘 나타나지 않은 집단에서 좌·우뇌 Alpha 비대칭이 커질수록 육체적 스트레스를 반영하는 Delta/Alpha 비율과 주의집중 저하를 반영하는 Theta/SMR 비율도 커지는 상관성을 보였다. 네 번째, Alpha 고유리듬피크가 느린 리듬쪽에 위치한 집단은 빠른 리듬 쪽에 위치한 집단에 비해 Theta/SMR 비율이 높게 나타나 주의집중도 저하와 관련이 있음을 의미하였다. 따라서 정량화 뇌파의 Alpha 고유리듬 피크 위치 및 진폭의 출현 유무는 노년기 인지기능 및 생리적 건강상태를 반영하는 지표로 활용 가능성이 있음을 시사하였다.
This study aims to investigate how the game based FES paradigm influences on EEG spectrum. Thirteen subjects were recruited for this study. We selected Fp1, Fp2, F3, F4, T3, T4, P3 and P4 for the EEG recording and the wrist was selected as the FES rehabilitation site. EEG spectrum were compared between FES only and FES with game condition. The results showed that FES game significantly suppressed alpha rhythm in EEG compared to the FES only condition.
Variation of brain dynamics under Zen meditation has been one of our major research interests for years. One issue encountered is the inaccessibility to the actual meditation level or stage as a reference. In this paper, we propose an alternative strategy for investigating the human brain in response to external flash stimuli during Zen meditation course. To secure a consistent condition of the brain dynamics when applying stimulation, we designed a recording of flash visual evoked potentials (F-VEPs) based on a constant background EEG (electroencephalograph) frontal $\alpha-rhythm$ dominating activities that increase significantly during Zen meditation. Thus the flash-light stimulus was to be applied upon emergence of the frontal $\alpha-rhythm$. The alpha-dependent F-VEPs were then employed to inspect the effect of Zen meditation on brain dynamics. Based on the experimental protocol proposed, considerable differences between experimental and control groups were obtained. Our results showed that amplitudes of P1-N2 and N2-P2 on Cz and Fz increased significantly during meditation, contrary to the F-VEPs of control group at rest. We thus suggest that Zen meditation results in acute response on primary visual cortex and the associated parts.
Kim, Jeongah;Jang, Sangwon;Choe, Han Kyoung;Chung, Sooyoung;Son, Gi Hoon;Kim, Kyungjin
Molecules and Cells
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제40권7호
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pp.450-456
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2017
Mammalian physiology and behavior are regulated by an internal time-keeping system, referred to as circadian rhythm. The circadian timing system has a hierarchical organization composed of the master clock in the suprachiasmatic nucleus (SCN) and local clocks in extra-SCN brain regions and peripheral organs. The circadian clock molecular mechanism involves a network of transcription-translation feedback loops. In addition to the clinical association between circadian rhythm disruption and mood disorders, recent studies have suggested a molecular link between mood regulation and circadian rhythm. Specifically, genetic deletion of the circadian nuclear receptor Rev-$erb{\alpha}$ induces mania-like behavior caused by increased midbrain dopaminergic (DAergic) tone at dusk. The association between circadian rhythm and emotion-related behaviors can be applied to pathological conditions, including neurodegenerative diseases. In Parkinson's disease (PD), DAergic neurons in the substantia nigra pars compacta progressively degenerate leading to motor dysfunction. Patients with PD also exhibit non-motor symptoms, including sleep disorder and neuropsychiatric disorders. Thus, it is important to understand the mechanisms that link the molecular circadian clock and brain machinery in the regulation of emotional behaviors and related midbrain DAergic neuronal circuits in healthy and pathological states. This review summarizes the current literature regarding the association between circadian rhythm and mood regulation from a chronobiological perspective, and may provide insight into therapeutic approaches to target psychiatric symptoms in neurodegenerative diseases involving circadian rhythm dysfunction.
본 연구에서는 2016년 7월부터 2017년 6월까지 1년 동안 뇌파 측정 신호를 이용한 우울증 진단장치를 개발하였다. 정상인의 경우 좌측 알파파가 우측 알파파에 비해 활성화되는 양상을 보이고, 우울증 환자의 경우 반대로 우측 알파파가 더 활성화된다. 뇌파의 잡음제거와 증폭을 위해 아날로그 회로와 디지털 저역통과필터를 사용하였고, 고속 푸리에 변환을 실시할 때 발생하는 신호의 누수를 제거하기 위해 해밍 창 함수를 적용하였다. 개발한 진단장치의 유효성능을 확인하기 위해 평균연령 24세의 대학교 3, 4학년 학생 20명을 대상으로 뇌파 측정을 실시하였다. 우울증 판독을 하기 위해 좌, 우 알파파의 상대 값을 계산한 결과 최솟값은 66.7, 최댓값은 113.3의 값을 가졌으며, 평균값은 92.2이었다. 또한 20명 중 7명이 90~95 사이에 해당되었고, 우울 점수의 평균 편차가 20가량 높은 사람의 경우 경미한 우울증세의 경향을 보였다. 본 연구 결론을 향후 좌, 우 뇌 비대칭 해소를 통한 우울증 치료기 제작 시 유의미한 자료로 사용할 수 있으며 다수의 우울증 환자에 대한 임상실험이 이루어질 경우 실제적 우울증 진단에 유용하게 적용할 수 있다.
This paper presents a new approach to investigate spatial correlation between independent components of brain alpha activity in functional magnetic resonance imaging (fMRI) and electroencephalography (EEG). To avoid potential problems of simultaneous fMRI and EEG acquisitions in imaging pure alpha activity, data from each modality were acquired separately under a 'three conditions' setup where one of the conditions involved closing eyes and relaxing, thus making it conducive to generation of alpha activity. The other two conditions -- eyes open in a lighted room or engaged in a mental arithmetic task, were designed to attenuate alpha activity. Using a Mixture Density Independent Component Analysis (MD-ICA) that incorporates flexible non-linearity functions into the conventional ICA framework, we could identify the spatiotemporal components of fMRI activations and EEG activities associated with the alpha rhythm. Then, the sources of the individual EEG alpha activity component were localized by a Maximum Entropy (ME) method that is specially designed to find the most probable dipole distribution minimizing the localization error in sense of LMSE. The resulting active dipoles were spatially transformed to 3D MRls of the subject and compared to fMRI alpha activity maps. A good spatial correlation was found in the spatial distribution of alpha sources derived independently from fMRI and EEG, suggesting the proposed method can localize the cortical areas responsible for generating alpha activity successfully in either fMRI or EEG. Finally a functional connectivity analysis was applied to show that alpha activity sources of both modalities were also functionally connected to each other, implying that they are involved in performing a common function: 'the generation of alpha rhythms'.
Purpose: This study aimed to evaluate the rest-activity circadian rhythm (RAR) using data obtained from wearable actigraph devices in hospitalized older adults with mild cognitive impairment (MCI), and to investigate its relationship with salivary alpha amylase (sAA). Methods: This secondary data analysis used data from the Hospitalized Older Adults' Cognition and Physical Activity Study. Actigraph data for 3-4 days were analyzed for RAR. RAR indices such as interdaily stability (IS), intradaily variability (IV), activity level during the most active 10-hour period and during the most least active 5-hour period, and relative amplitude (RA) were calculated. Data on sAA collected in the morning and general characteristics, including body mass index (BMI), were analyzed. Results: Data from 92 hospitalized older adults with MCI were analyzed. The IS, IV, RA were 0.23, 0.73, 0.88, respectively. The average level of sAA was 77.02 U/mL, and a higher level of sAA was significantly associated with better IS and RA in the regression analysis, while age, BMI, and cognitive level were not. BMI showed positive correlations with IS and RA. Conclusion: RAR in the hospitalized older adults with MCI was attenuated, showing especially low IS, which implies they failed to maintain regular and repetitive 24-hour RAR. Increased sAA and BMI were associated with robust RAR. Nurses need to pay attention to maintain robust RAR in hospitalized older adults with MCI, and strategies should be developed to improve their RAR.
본 연구는 노년기 Alpha 리듬의 진폭, 비대칭 및 평균 주파수가 뇌건강 상태를 반영할 수 있는 뇌파 지표로써 임상적 활용 가능성이 있는지 알아보고자 하였다. 이를 위하여 평균 나이 73세 남녀 노인 72명을 대상으로 폐안 시 전전두엽의 뇌파를 4분간 측정하였다. 집단 구분은 Alpha 진폭, 비대칭 및 평균주파수의 평균값을 각각 기준으로 높은집단과 낮은집단으로 분류하였다. 뇌파 지표들 간 상관관계와 t-검정을 실시한 결과는 다음과 같다. 첫 번째, Alpha 진폭이 높아지면 육체적·정신적 스트레스 저항도와 좌·우뇌 소통수준도 높아졌으며, Alpha 평균주파수 위치는 낮아졌다. 또한 Alpha 비대칭이 높아지면 좌·우뇌의 소통수준은 낮아지는 상관관계를 보였다. 두 번째, 좌뇌에 비해 우뇌의 Alpha 파워가 높아지면 Alpha 진폭과 정신적 스트레스 저항도, 좌·우뇌 소통수준도 높아졌다. 세 번째, Alpha 평균주파수 위치가 높아지면 Alpha 진폭과 정신적 항스트레스 지표는 낮아지고 각성 수준은 높아졌다. 이상과 같이 정량화 뇌파 지표들은 서로 간 관련성이 높고, 보완적 의미가 있어 노년기 뇌건강 상태를 반영하는 생체 표지자로써의 가능성을 보여주었다.
Purpose: Breathing can be controlled either unconsciously or consciously. In Asian countries, various conscious breathing-control techniques have been practiced for many years to promote health and wellbeing. However, the exact mechanism underlying these techniques has not yet been established. The purpose of this study is to explore the physiological mechanism explaining how conscious breathing control could affect the autonomic nervous system, brain activity, and mental changes. Methods: The coupling phenomenon among breathing rhythm, heart rate variability, and brain waves was explored theoretically based on the research hypothesis and a review of the literature. Results: Respiratory sinus arrhythmia is a well-known phenomenon in which heart rate changes to become synchronized with breathing: inhalation increases heart rate and exhalation decreases it. HRV BFB training depends on conscious breathing control. During coherent sinusoidal heart rate changes, brain ${\alpha}$ waves could be enhanced. An increase in ${\alpha}$ waves was also found and the synchronicity between heart beat rhythm and brain wave became strengthened during meditation. Conclusion: In addition to the effect of emotion on breathing patterns, conscious breathing could change heart beat rhythms and brainwaves, and subsequently affect emotional status.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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