서은현 Cognitive neuroscience lecture 7

2015_2

Cognitive neuroscience lecture 7

서은현

eunhyun.seo@gmail.com

뇌는 세상을 어떻게 보고 있는 것일까?

; 그것이 ‘무엇’인지 인식하는 것과 ‘어디에’ 있는 지를 인식 하는 것

• 6장. 시각자극(빛)이 눈을 거쳐 뇌에 이르기까지

• 7장. “무엇” 시각 경로 (The “what” ventral visual system)

– 실인증 등의 장애 Visual agnosia, Face-recognition difficulties – 범주 특이정인 장애 Category-specific deficits

• 8장. “어디” 시각 경로 (The “where” dorsal visual system) – 시공간적 처리/ 움직임 인식

오늘 이야기

• 우리가 보고 있는 것이 정말 우리가 보고

있는 것일까?

심봉사가 눈을 뜨자마자 청이를

알아볼 수 있었을까?

Sensation 감각이란?

• 외부의 물리적인 에너지를 유기체가 알 수 있는 신경정보로 전환하 는 과정

• 세상을 머릿속에 표상하기 위함

• 감각은 개인적, 주관적인 경험; 유기체의 생존에 필요한 정보를 획득

Perception 지각이란?

• 감각을 선택, 조직화하고 해석하는 과정

• 의미가 파악되지 않은 감각을 의미있는 지각으로 변환시킴

감각과 지각

눈

광수용기

눈에서 뇌까지

복측 시각 흐 름

우리는 어떻게 세상을 보는가?

그림 6.1. 망막의 구조

Find the blind spot in the left eye by shutting the right eye and fixating on the upper cross with the left eye. (Adapted from Hurvitch, 1981.)

맹점 Blind spot

광수용기

Rod, 간상체: 어두운 빛에 민감하게 반응, 밤동안의 시각 담당

Cone, 추상체: 낮동안의 시각담당, 세부지각, 색채 시각(망막중심오목에 고농도로 분포)

망막 신경절세포 (retinal anglion cell) 대세포성 뉴런 M(magnocellular)- cell: 간상체에서 정보받음, 빛에 민감, 움직임에 민감, 망막 전체에 분포

소세포성 뉴런 P(parvocellular)-cell:

추상체에서 정보받음, 색채와 세부정 보에 민감, 망막중심오목에 주로 분포

명암 부호화

개개의 신경절세포는 자신의 수용장에 빛의 유무에 대해서만 반응함 (형태탐지 안함);

* 수용장(recptive field): 각 기관과 세포가 반응하 는 세상의 특정 부위

빛 에너지

시각 수용체(망막)

양극세포 신경절세포

시신경

LGN 외측슬상핵

(시상의 등쪽 세포핵들의 집합) 대뇌겉질 (시지각) V1

시각

상소구(눈깜짝할새 반응, 새로운 물체 츨현에 특히 민감, 정향반응)

개시상침경로

슬상선조경로

그림 6.4. 눈에서 피질로 가는 슬상선조경로

눈에서 뇌까지

• 눈(광수용기)-> 시신경->LGN -> 선조피질(V1) ->선조외피질

V1: 의식적 시지각

단순 세포 & 복합세포

시각피질의 컬럼구조

V1의 손상: 맹시

시각적 정보를 의식적으로 지각하지 못하면서도 그 자극에 대한 제한적 반응이 가능 . 책 166쪽

의식적인 수준에서 뭔지 모르지만, 용도, 색깔, 위치, 대략적 형태, 운동 방향 등 알고 있음

보이지 않는다고 하지만, 상대방 얼굴의 정서표현도 파악하고 그 표정을 따라할 수도 있음

빛 에너지

시각 수용체(망막)

양극세포 신경절세포

시신경

LGN 외측슬상핵

(시상의 등쪽 세포핵들의 집합) 대뇌겉질 (시지각) V1

시각

상소구(눈깜짝할새 반응, 새로운 물체 츨현에 특히 민감, 정향반응)

개시상침경로

슬상선조경로

Next???

7 장. 대상재인

그것이 ‘무엇’인지 인식하는 것

시각적 정보처리에 대한 이중 흐름 가설

Dual-streams hypothesis in visual processing

복측 흐름 Item identification (무엇 what 경로) 배측 흐름 Spatial location (어디where 경로)

V1

• occipital, occipitotemporal, and temporal regions

• 시각 자극에만 반응 Responsive to visual stimuli only

• Single-cell recording methods

• 시각적 물체를 인식함 “recognise a visual object”

– 망막에 맺힌 상의 크기나 위치 방향에 상관없이 우리 뇌는 똑 같 은 물체라고 “해석”해야 함

무엇 경로

The “what” ventral visual system

형태단서 불변성 & 지각 항상성

지각 항등성

Perceptual constancy

• 대상자극이 변하여도 불변하는 대상으로 지각

• 모양 항등성, 크기 항등성, 밝기 항등성

• 크기와 거리의 관계에 대한 무의식적 추론

학지사

크기와 거리의 관계

- 망막 상 크기는 동일하지만, 지각된 크기나 거리는 주변맥락에 따라 다르게 나타남

– 밝기항등성/ 색채항등성

• 지각된 밝기는 주변 상황맥락에 따라 변화

햇빛에 익숙하도록 진화한 우리 뇌/ 망막의 추상체와 간상체 개수,

방의 밝기와 모니터에서 들어오는 빛의 각도/ 시간이 지나며 쌓인 빛에 대한 경험

The “what” ventral visual system

• 동물연구

그림 7.3. (a) V1의 수용야 vs. (b) IT의 수용야

The “what” ventral visual system

• Nonhuman animal study

동물연구 (단일세포 기록 연구법)

(1) 뇌의 뒤에서 앞으로 갈수록, 단순한 형태 에서 복잡한 형태(혹은 매우 구체적인 형태)에 특이적으로 반응

(2) 뒤쪽 보다 앞쪽의 수용장이 더 넓음

(3) 색깔에 민감함: figure-ground separation

• 인간을 대상으로 한 연구

– Neuroimaging methods – V1~V4

The “what” ventral visual system

• Human study

– 물체 재인

– 형태단서 불변성 & 지각 항상성 (V4)

The “what” ventral visual system

Lateral occipital complex

• Human study

– 영역별로 가장 잘 반응하는 물체가 구분됨

– Fusiform(방추) for faces/ PHC(해마방회) for places/

extrastrate(선조외) body area

The “what” ventral visual system

방추 안면영역 해마방

위치영역

선조외 겉질

• Organized in a lateralized manner

– Left hemisphere :

local processing 공간적 관계를 전체적인 그 림 속에서 보기 보다는 점 대 점 a point-by-point 으로 처리

– Right heimsphere :

global processing

The “what” ventral visual system

Visual agnosia

– 복측 흐름의 손상

– 기본 적인 감각과정의 손상이 없는데도, 눈앞의 사물을 인식하지 못함.

– 기억력 장애 없음

– Modality specific, 즉 시각적 정보에 한해서만.

– 제시된 사물을 잡으려고 할 때 이에 맞는 손모양을 취할 수 있음 – 현재의 감각경험에 대한 사전배경지식에 접근하는데 어려움이

있어 인식 못함, ‘시각적 정보’와 ‘의미’를 연결하지 못함

Visual agnosia 시각 실인증

통각실인증

부분적 특성 지각 ok

부분을 전체적 대상으로 통합 못함

연합시각실인증

부분을 전체적 대상으로 통합 가능 (베끼기 가능)

기억해서 그리는 것은 불가능

얼굴실인증

• 얼굴에 국한된 시각 실인증; 얼굴인식불능증

• 특정얼굴이 어떤 개인에 속한 것임을 인식하는 능력의 상 실

• 얼굴외의 시각적 정보나 비시각적 정보에 근거해서 그 사 람을 인식함.

얼굴 재인 과정은 다른 대상의 재인 과정과는 기능

적으로 다르게 처리되는것 같다..

얼굴재인장애

• 얼굴과 물체 인식에 대한 이중 해리 존재함

• 우반구는 얼굴 처리에 중요

• 우반구 앞쪽 측두엽은 유명한 얼굴에 대한 처리

• 위쪽 측두(Superior temporal sulcus)은 얼굴표정에 더 민감

얼굴의 시선과 표정변화와 같 은 사회적 단서 정보

특정얼굴표상과 관련된 전기 적 정보와 연결

얼굴의 배열적 표상

그 외 실인증

• Category-specific deficits 범주특정적 장애

– 특정 범주에 속하는 물체를 인식하기 어려워함.

– 과일, 야채 vs 나머지 OK

이중해리 : 얼굴재인 vs. 대상재인

할머니 세포 이론 Grandmother cell theory ?

• 그림 7.10

• 희소부호화 vs.

• 집단부호화

특정 개념이나 대상을 표상하는 뉴런이 있을 것이라는 가설

선조외 겉질

8장. 공간인지

그것이 ‘어디에’ 있는 지를 인식하는 것

시각적 정보처리에 대한 이중 흐름 가설

Dual-streams hypothesis in visual processing

복측 흐름 Item identification (무엇 what 경로) 배측 흐름 Spatial location (어디where 경로)

V1

배측 흐름은 일차 시각피질(V1)에서 후측 두정엽(posterior parietal cortex)로 가는 흐름으로, 동작을 하는데 있어 필요한 시각적 정보를 처리함 (online control of movements )

it supports ‘vision for action’ processes

공간 처리에 필요한 ‘어디’ 경로

공간 처리에 필요한 ‘어디’ 경로

• Cells in area7

– 공간적 관계 처리를 하는데 유용한 정보에 민감하게 반응

– 형태나 색깔에는 민감하지 않음 – 수용장이 넓음

– 특정 방향으로 움직이는 것에 반응함 – 물체가 움직이고 있을 때 발화률 높음

“How” system? 물체를 조작하려면 “어떻게” 행위를 해야 하

는지 알아야 함 (SPL-How vs. IPL-where)

시각운동 실조증 (optic ataxia)

- 배측 흐름의 손상 damage to where (how) path way - 기본적인 감각 과정의 손상 없음

- 사물을 인식하고, 색채 구분 가능

- 사물의 시각적 정보에 근거하여 사물에 어떤 행동을 취하는 것의 장 애

-

Landmark discrimination task Object discrimination task

시각의 두 흐름에 대한 이중 해리

Posterior region FAIL

Temporal lobe FAIL

Double dissociation between dorsal & ventral system 먹이가 있는 곳에 경계표가 가까이 있음 친숙하지 않은 모양아래에 먹이가 있음

이중 해리 Double dissociation

• 배측 흐름 Dorsal pathway

– 시각적으로 지각한 것의 위치를 파악하고 행위와 통합 On-line visuo-motor coordination

– Action pathway

– Bilateral parietal damage: 물체 파악 가능/ 그 물체를 손으로 잡거나 정확히 가리킬 수 없음

• 복측 흐름 Ventral pathway

– 의식적인 사물 지각, 형태와 색채 지각 등 – Reportable visual experience

– Ventral extrastriate damage: 그 물체의 크기, 형태, 방향은 모르지만 손으로 다룰 수는 있음

구성행동 Constructional Praxis

Rey Figure

Constructional Praxis

Constructional Apraxia

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