An fMRI Study of Relationship between Scientific Creativity and Emotional Susceptibility

과학적 창의력과 정서적 감수성의 관계에 대한 뇌영상 연구

조선희 이민주 최유용 김희백 이건호

KAIST 과학영재교육

연구원

삼성서울병원 신경과

한양대학교 컴퓨터공학과

서울대학교 생물교육과

조선대학교 해양생명과학과

1)

본 연구에서는 과학적 창의력과 정서적 감수성의 관계를 알아보고자 고등학교 과학발명 반집단(n=13)과 일반 고등학생집단(n=13)을 대상으로 정서를 유발하는 시각자극을 제시 하고 뇌활동성을 기능성자기공명영상(fMRI)을 이용하여 분석하였다. 국내외 창의력 경진 대회 수상자들을 중심으로 구성된 과학발명반집단은 창의적 성격검사(WKOPAY, SAM) 점수가 상위 96%이내였으며 일반집단은 보통 수준이었다. 정서를 유발하는 시각자극 (IAPS사진) 제시 시 뇌활동성을 분석한 결과 과학발명반집단은 일반집단에 비해 중간측 두이랑(MTG)과 상측두이랑(STG) 영역 등에서 뇌활동성이 높게 나타났다. 창의적 성격 검사점수와 뇌활동성 간의 상관도를 분석한 결과 MTG, STG 영역 등에서 유의적인 상 관도(p<0.005)를 나타내었다. 특히 흥분의 측면보다는 기분(유쾌/불쾌)의 측면에서 유의 적인 상관도를 보이는 영역이 많았다. 이러한 결과는 과학적 창의력이 높은 학생들이 일 반 학생들에 비해 정서적 감수성이 발달되어 있다는 점을 보여주는 것으로 과학영재교 육 대상자의 선발과 교육프로그램에서 정서적 측면이 고려되어야 함을 시사한다.

주제어: 과학적 창의력, 과학영재, 정서적 감수성, 뇌활동성, 뇌영상기술

I. 서 론

21세기는 넘쳐나는 지식과 정보를 기반으로 창의적 사고와 발상을 통해 새 로운 가치를 창조하는 창조화 사회이다(양웅섭, 2006). 따라서 창의력을 배양하 교신저자: 이건호([email protected])

*본 논문는 2009학년도 조선대학교 학술연구비의 지원을 받아 연구되었음 Journal of Gifted/Talented Education

2010. Vol 20. No 2, pp. 503～526

고 교육하는 것은 개인의 능력뿐만 아니라 국가경쟁력 향상을 위해서도 핵심 적인 일이라 할 수 있다. 이러한 배경으로 현행 과학영재교육은 주요 목표 중 의 하나를 창의적 사고능력이 뛰어난 학생을 선발하여 교육을 통해 이들의 능 력을 극대화하는데 두고 있다(교육인적자원부, 2007). 보다 효과적인 과학영재 교육을 위해서는 창의력에 대한 신뢰성 있는 평가도구와 창의력 향상을 위한 교육프로그램 개발 및 전문교사 양성이 무엇보다 중요한 일일 것이다. 지금까 지 이루어진 관련분야 주요 선행연구를 살펴보면 기존 과학영재교육 대상자들 을 대상으로 지능과 창의력의 특성에 대한 분석이 이루어 졌으며(예, 조선희, 이건호, 김희백, 2007), 과학적 창의력 평가방법이 제안되었고(예, 명전옥, 2003; 박종원, 박종석, 2003), 과학적 창의력을 향상시키기 위한 교육프로그램 들이 개발되고 있다(예, 장지은, 이길재, 김성하, 김희백, 2005; 최선영, 김보경, 강호감, 2005). 이를 통해 과학적 창의력의 평가와 교육에 창의적 사고, 과학적 탐구기능, 과학내용, 과제 동기, 초인지 전략 등이 고려되고 있으나 아직까지 과학적 창의력에 대한 과학적 이해는 초보적 단계라 할 수 있어 평가와 교육 방법의 개발에 한계가 뚜렷한 상황이다.

한편 창의력에 대한 기존 연구결과들은 과학 및 예술적 창의력이 정서적인 측면의 발달과 밀접한 연관이 있음을 강력히 시사하고 있다. 정서적 특성은 흥 분의 정도를 나타내는 각성(arousal)과 유쾌 또는 불쾌의 정도를 나타내는 기분 (valence)으로 표현될 수 있는데(Russell, 1980) 이중 창의력은 기분과 연관성이 높은 것으로 알려져 있다. 과학자와 예술가의 일기와 편지 등에 기록된 행동 특성을 정신장애진단 통계 편람에 근거하여 진단한 결과 이들이 회피적 성격 장애, 강박장애, 의존적 성격장애 등의 정서장애가 있음이 밝혀졌다(Lerner &

Wiztum, 2003; Post, 1994). 또한 특정 계절에 예술작품의 창작이 많이 이루어 진다는 사실을 통해 예술가의 창작활동이 계절의 변화와 관련이 있음이 확인 되었으며(McDermott, 2001) 창의적 성격 검사지와 정서 검사지를 이용한 연구 에서는 창의적 성격이 유쾌한 정서와 유의미한 상관관계가 있는 것으로 밝혀 졌다(Montgomery et al., 2004). 정서 유도가 창의적 과제수행도에 미치는 영향 을 살펴 본 연구에서는 유쾌한 정서(Isen et al., 1987; Mikulincer & Sheffi, 2000; Murray et al., 1990)가 긍정적인 영향을 준다는 결과와 불쾌한 정서 (Kaufmann & Vosburg, 1997; Mraz & Runco, 1994)가 영향을 준다는 보고가 혼재하고 있으며 유쾌한 정서와 불쾌한 정서가 모두 창의력과 연관성을 지닌

다는 의견도 제시되고 있다(Kaufman, 2003).

최근 들어 기능적 뇌영상기술(fMRI)의 발달로 인해 다양한 정신현상에 대한 뇌기능적 차원의 과학적 연구가 가능하게 되었다. 기능적 뇌영상기술은 자기공 명영상기법(MRI)을 이용하여 뇌의 활동 상태에 따라 시시각각으로 변하는 뇌 혈류량의 변화를 실시간에 가깝게 측정하는 기법으로서 주어진 실험조건에서 뇌의 활동부위와 정도를 알 수 있게 해 준다(유승식, 2001). 그러나 뇌의 정서 적 기능에 대한 연구는 다른 뇌기능과는 달리 정서를 유발하는 자극에 대한 객관적 측도가 마련되어 있지 않아 객관적 해석에 어려움이 있어 왔다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 플로리다 대학의 브래들리와 랑은 정서를 유발하는 자극에 대한 표준화된 방법을 제시하였다(Bradley & Lang, 1994). 이들은 900 여장의 다양한 내용을 담고 있는 사진들이 유발하는 각성과 기분의 정도를 정 량적으로 수치화함으로써 IAPS사진(International Affective Picture System)이라 고 불리우는 표준화된 검사도구를 개발하였다(Lang et al., 2005). 이후에 IAPS 사진을 이용한 다양한 뇌영상 연구가 이루어지고 있으며 정서를 담당하는 뇌 부위와 기능이 빠른 속도로 밝혀지고 있다(Britton, Taylor, Sudheimer, &

Liberzon, 2006; Grimm et al, 2006; Viinikainen, 2010).

이러한 연구를 토대로 본 연구에서는 정서적 특성과 과학적 창의력의 연관 성에 대한 뇌영상 연구를 수행하고자 한다. 이를 통해 정서적 특성이 과학적 창의력에 미치는 영향에 대해 보다 과학적이고 객관적인 설명이 가능할 것으 로 기대한다. 예를 들어 검사지를 이용한 조사에서 창의적 인물들이 정서장애 가 나타나고(Lerner & Wiztum, 2003; Post, 1994), 창의적 산출물의 개수가 특 정 계절에 많이 나타나고(McDermott, 2001), 창의적 과제 수행도에 유쾌한 정 서(Isen et al., 1987; Mikulincer & Sheffi, 2000; Murray et al., 1990)와 불쾌한 정서(Kaufmann & Vosburg, 1997; Mraz & Runco, 1994)가 혼합되어 영향을 주 는 결과들이 보고되었으나, 이에 대한 설명은 거의 이루어지지 못한 실정이다.

따라서 뇌영상 연구는 정서 유도 자극 제시 시 뇌혈류량의 변화를 측정함으로 써 정서적 감수성을 추정할 수 있으므로 창의력을 정서적 감수성과 연관지어 설명할 수 있도록 해줄 것이다. 즉, 창의적 인물들의 정서 장애, 계절 변화에 대한 민감성, 유쾌한 정서와 불쾌한 정서에 따른 창의적 수행 정도의 차이 등 을 정서적 감수성 측면에서 보다 명확한 이해를 제시해 줄 것으로 기대한다.

이를 위해 본 연구에서는 첫째, 국내외 창의력 경진대회 입상자들을 중심으

로 구성된 과학적 창의력이 높은 고등학교 과학발명반 학생들과 일반 고등학 생들을 대상으로 정서를 유발하는 시각자극 제시 시 두 집단 간에 뇌활동성에 차이가 있는지를 분석하였다. 둘째, 정서의 두 축인 각성과 기분 중 어떠한 측 면에서 뇌활동성에 차이가 있는지를 분석하였다. 셋째, 창의적 성격점수와 정 서 관련 뇌활동성 사이에 통계적으로 유의미한 수준의 상관도를 나타내는 영 역이 있는지를 분석하였다.

II. 연구 방법

1. 연구대상

국내외 창의력 경진대회 입상자를 중심으로 구성된 과학발명반집단 13명과 일반집단 13명을 대상으로 연구를 수행하였다. 과학발명반집단은 특허청 지정 경기도교육청 발명교실 운영학교인 N고등학교에 재학 중인 학생들이었다. 이 들은 발명에 흥미를 지니고 있는 학생들로 방과 후에 과학 원리를 적용한 발 명에 관련된 특기적성 교육을 받고 있었다. 과학발명반집단 13명 중 11명이 대한민국 학생 창의력올림피아드(Destination Imagination, DINI) 또는 세계창의 력올림피아드(Odyssey of the Mind World Finals, OM)에서 입상을 한 학생들 이었다. 일반집단의 학생들은 과학발명반집단의 학생을 선정한 후 이들과 연 령, 성별, 지능점수가 유사하게 되도록 구성하였다. 이를 통해 두 집단의 평균 연령은 17세로 동일하였으며, 두 집단의 성별 구성 역시 남학생 8명과 여학생 5명으로 동일하였으며, Raven 지능검사의 점수가 과학발명반집단은 28.7점, 일 반집단은 26.8점으로 유사하였다(p=0.59). 학생들은 부모님의 서명을 포함하는 연구 참여 동의서를 제출하였다.

2. 검사지

가. 당신은 어떤 사람인가(What Kind Of Person Are You?, WKOPAY)

WKOPAY는 토랜스가 창의적 인물에 대한 경험적인 연구를 통해 개발한 검 사지로 창의적인 개인과 비창의적인 개인을 변별하는 50개의 문항들로 구성되 어있다(Torrance & Khatena, 1970). 각 문항에는 두 개의 진술문이 있으며 피 검자는 그 중에서 본인과 더 일치하는 진술문에 표시를 한다. 창의적 성격점수

는 창의적 인물들의 특성에 해당하는 항목에 표시를 한 개수를 세어 이를 평 균 50점과 표준편차 10점의 표준점수로 변환한 값이다.

나. 어떤 나의 모습(Something About Myself, SAM)

SAM은 개인이 사고하는 방식, 사용하는 전략, 작품 등에 창의적 성격이 반 영된다는 근거에 기반하여 제작되었다. 창의적인 특성을 나타내는 50개의 진술 문이 있으며 피검자는 진술문이 자신에게 해당하면 표시를 한다. 창의적 성격 점수는 표시를 한 진술문의 개수를 세어 이를 평균 50점과 표준편차 10점의 표준점수로 변환한 값이다.

다. Raven 지능검사(Raven's Advanced Progressive Matrices, RAPM)

RAPM은 추론능력을 평가하는 대표적인 지능검사로 36문항으로 구성되어 있으며, 각 문항 당 1점을 준다. 피검사자는 3×3 행렬 형태로 제시된 도형들 사이에 나타나는 규칙을 찾은 후 이를 적용하여 빈칸에 들어갈 가장 알맞은 도형을 8개의 선택 답안들 중에서 찾는다(Raven, 1980). 검사시간은 40분이다.

3. fMRI과제

가. IAPS사진(International Affective Picture System, IAPS) 브래들리와 랑은 사람 모양의 마네킹을 통해 정서의 두 축인 각성과 기분의 정도를 숫자로 나타내는 방법을 개발하였다(Bradley & Lang, 1994). 정서의 정 도를 마네킹 또는 마네킹과 마네킹 간의 공간에 표시하여 1～9점으로 정서의 정도를 나타낸다. 랑 등은 이를 이용하여 900여장의 사진에 대한 각성과 기분 의 값을 조사함으로써 정서를 측정하는데 이용할 수 있는 IAPS사진(Inter- national Affective Picture System, IAPS)을 개발하였다(Lang et al., 2005).

나. IAPS사진 분류

정서에 대한 뇌영상연구 중에 IAPS사진을 [그림 1]의 ①, ④, ⑤ 세 개의 집 단으로 구분을 한 연구가 있다(Dolcos, LaBar, & Cabeza, 2004). 본 연구에서 는 각성과 기분에 대한 뇌활동성을 보다 자세히 알기 위해 IAPS사진을 각성과 기분에 차이가 있는 6개의 집단으로 구분하였다([그림 1] 참조). 900여장의

IAPS사진 중 각 집단에 10장의 사진을 선택하였다. 각 집단의 사진을 선택할 때 각성과 기분의 값을 고려하였으며, 각 집단에 사람이 등장하는 사진, 경치 사진 등 사진의 상황이 유사하게 구성 되도록 하였다. 각 집단의 기분점수와 각성점수의 평균은 다음과 같았다: ① (2.11, 6.97), ② (2.56, 4.45), ③ (4.99, 5.66), ④ (5.04, 3.14), ⑤ (7.45, 6.70), ⑥ (7.73, 3.81). 각성과 관련된 뇌활동성 은 ①과 ②, ③과 ④, ⑤와 ⑥의 차이를 평균한 값으로 보았다. 기분과 관련된 뇌활동성은 ①과 ③, ②와 ④, ⑤와 ③, ⑥과 ④의 차이를 평균한 값으로 보았 다. 기분을 다시 세분화하여 ①과 ③, ②와 ④의 차이를 평균한 값을 불쾌한 기 분과 관련된 뇌활동성으로 보았으며 ⑤와 ③, ⑥과 ④의 차이를 평균한 값을 유쾌한 기분과 관련된 뇌활동성으로 보았다.

[그림 1] fMRI 정서 유도 과제 분류

다. IAPS사진 제시 및 반응

과제는 이벤트디자인(event related design)의 형태로 제시하였다([그림 2] 참 조). 이벤트디자인은 짧은 시간동안 주어지는 과제 별로 뇌활동성을 측정하는 것으로 특정 과제 간의 뇌 활동성을 분석할 수 있다. 본 연구에서는 유쾌한 정

서 혹은 불쾌한 정서를 유도하기 위해 IAPS사진을 2.5초간 제시하였으며 유도 한 정서를 감쇄 하기위해 십자가 모양의 시선 고정 표식을 12.5초간 제시하였 다. 같은 유형의 정서를 지속적으로 유도할 경우 정서가 증폭될 수 있으므로 유쾌 또는 불쾌의 동일한 기분이 두 번까지만 연속으로 제시되도록 IAPS사진 의 순서를 반무작위적으로 배열하였다. IAPS사진의 순서에 의해 나타날 수 있 는 영향을 줄이기 위해 네 개의 서로 다른 IAPS사진 순서의 세트들을 준비하 였다. 피험자들은 IAPS사진이 본인에게 유쾌하거나 불유쾌한 정서를 일으켰으 면 왼쪽 마우스버튼을 눌렀고 정서를 일으키지 않았으면 오른쪽 마우스버튼을 눌렀다.

[그림 2] fMRI 정서 유도 과제 제시과정

4. fMRI영상 획득

뇌영상은 3T fMRI장치(Forte, Isol Technology)를 통해 촬영하였다. fMRI과 제는 머리 위에 놓인 12cm의(visual angle=13.7°) LCD모니터(IFIS-SA, MRI Devices, FA, USA)를 통해 제시하였다. 과제에 대한 반응은 오른손 아래에 놓

인 마우스를 통해 컴퓨터에 기록을 하였다. 머리의 움직임은 foam padding을 이용하여 최소화 하였다. 참가자들이 fMRI장치 내의 실험 환경에 친숙해 지도 록 하기 위해 모든 참가자들은 본 실험을 시작하기 전에 fMRI장치 내에서 예 시 과제를 이용하여 약 10분 정도의 연습을 하였다.

T1 강조 해부영상과 T2* 강조 EPI(echo-planar images) 영상을 촬영하였다 (Ogawa et al., 1990). 축상면(axial) 방향으로 26장의 이미지를(3.5mm thickness, 1mm gap) 뇌전체가 포함되도록 촬영하였다(TR=2500ms, TE=35 ms, flip angle=80°, 64×64 matrix).

5. fMRI자료 분석

자료는 SPM2(Statistical Parametric Mapping)를 이용하여 분석하였다. fMRI 자료 분석은 전처리과정과 본 분석의 과정으로 구분된다. 일반적으로 전처리과 정에서는 피험자가 실험 중 머리를 움직인 것을 보정하기 위한 재정렬 (realignment), 이를 통해 생성된 평균 EPI 영상과 T1 강조 해부영상의 정합 (coregister), 각 피험자들의 뇌영상을 표준 규격의 뇌영상에 맞춰주는 공간표준 화(normalization)와 분석단위인 복셀(voxel)을 비격자화하여 통계적 검증력을 높이는 편평화(smoothing)과정을 거친다. 이벤트디자인에서는 짧은 시간 동안 주어지는 각 사건에 대한 뇌활동성을 분석하므로 블럭디자인에 비해 더 짧은 시간 동안의 머리움직임에 대한 보정이 필요하다. 이를 위해 이벤트디자인의 자료 분석 전처리과정에서는 한 스캔 동안의 머리움직임을 보정해 주는 단계 (slice timing)가 블럭디자인의 전처리과정 전에 추가로 실시되었다.

본 분석은 개인별 분석과 집단 분석으로 이루어졌다. 개인별 분석에서는 각 성에 대한 분석을 위해 [그림 1]의 ①과 ②, ③과 ④, ⑤와 ⑥의 차이에 해당하 는 뇌활동성을 분석하였고, 기분과 관련된 뇌활동성을 분석하기 위해 ①과 ③,

②와 ④, ⑤와 ③, ⑥과 ④의 차이에 해당하는 뇌활동성을 분석하였다. 개인별 분석은 general linear model을 적용하였다. 개인별 분석을 실시한 후 두 집단 의 뇌활동성 차이에 대한 분석을 실시하였으며(two–sample t test, p<0.005 uncorrected), 개인별 분석을 통해 얻은 개인별 각성, 기분, 불쾌한 기분, 유쾌한 기분에 대한 뇌 활동성 분석결과를 과학발명반집단과 일반집단으로 구분하여 분석하였다. 모든 집단분석은 random effects analysis를 적용하였다. 개인별 창 의적 성격점수와 뇌활동성 간의 연관성을 알아보기 위해 두 변수 간에 통계적

으로 유의미(p<0.005 uncorrected)한 상관도를 나타내는 영역을 조사하였다.

III. 연구 결과 및 논의

과학발명반집단과 일반집단의 창의적 성격검사와 지능검사의 결과는 <표 1>과 같았다. 창의적 성격검사인 WKOPAY검사 결과 과학발명반집단의 점수는 67.1 (96%)이었으며 일반집단은 48.2(43%)이었다. SAM검사 결과 과학발명반집단의 점 수는 67.7(96.5%)이었으며 일반집단은 49.8(51.5%)이었다. 두 집단의 창의적 성격 검사의 결과가 유의한 차이인지를 검증하기 위해 Mann-Whitney 검정을 실시한 결 과 두 검사 모두 과학발명반집단이 일반집단에 비해 p<0.001 수준에서 높게 나타났 다. 한편, 지능검사인 RAPM검사 결과 과학발명반집단의 점수는 28.7(86%)이었으 며 일반집단은 26.8(75%)이었다. 두 집단의 지능점수의 차이는 통계적으로 유의미 하지 않았다(p=0.59). 이러한 결과는 두 집단이 지능은 유사하나 창의적 성격에서 차이가 있는 집단임을 보여준다.

과학발명반집단(n=13) 일반집단(n=13) 점수차

평균 표준편차 평균 표준편차

WKOPAY SAM RAPM

67.1 67.7 28.7

4.9 6.1 3.6

48.2 49.8 26.8

6.3 10.4 6.4

18.9^***

17.9^***

1.9

***p<0.001.

<표 1> 과학발명반집단과 일반집단의 창의적 성격점수와 지능점수

과학발명반집단과 일반집단 중 어느 집단이 정서적 감수성이 발달하였는지 를 알아보기 위해 정서자극 인식 시 각성과 기분에 대한 두 집단의 뇌활동성 의 차이를 분석하였다(two–sample t test, p<0.005 uncorrected). 각성에 대한 뇌 활동성을 분석한 결과 과학발명반집단이 일반집단에 비해 뇌활동성이 높게 나 타나는 영역이 그 반대의 경우보다 많은 것으로 나타났다(<표 2>, [그림 3] 참 조). 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높은 활동성을 보인 영역 중에서 중간 측두이랑(Middle Temporal Gyrus, MTG)과 상측두이랑(Superior Temporal Gyrus, STG) 영역이 가장 큰 클러스터 크기를 나타내었다. 두 집단의 기분에 대한 뇌활동성을 분석한 결과에서도(two–sample t test, p<0.005 uncorrected) 과

영역 Brodmann 영역 Cluster

size t 값 Talairach좌표

x y z

각성

Left MTG, STG 37, 21 89 4.4 -54 -45 -6

Left Thalamus 77 3.8 -9 -27 18

Left PCC, Cu 29, 30 72 3.7 -9 -48 15

Right MTG 21 70 3.4 51 -45 6

Right PCu, CG 31 32 3.3 15 -51 30

Right TTG 41 66 3.2 54 -21 12

Right FG 37 32 3.1 39 -57 -21

기분

Left STG, IPL 42, 40 215 4.8 -54 -33 12

PoCG 5 38 4.1 0 -39 69

LG 18 21 3.6 0 -69 -3

Left MFG, PreCG 6 69 3.5 -36 12 45

Left PreCG 4 30 3.4 -18 -24 60

Right Temporal Lobe,

Sub-Gyral, PHG 37, 19 23 3.3 48 -45 -3

Right Cu, Pcu 18, 7 52 3.2 6 -81 27

Left PHG, LG, FG 30, 18, 19 75 3.2 -12 -48 6

Right CG 24, 23 27 2.9 12 -6 36

Caudate 23 2.9 0 15 6

n=13/13; two-sample t test, p<0.005 uncorrected; cluster size>20. MTG(middle temporal gyrus; 중간측두이랑), STG(superior temporal gyrus; 상측두이랑), PCC(posterior cingulate cortex; 후대상피질), Cu(cuneus; 쐐기소엽), IPL(inferior parietal lobule; 하두정 소엽), PCu(precuneus; 쐐기전소엽), CG(cingulate gyrus; 대상이랑), PCL(paracentral lobule; 중심옆소엽), TTG(transverse temporal gyrus; 가로측두이랑), FG(fusiform gyrus;

방추이랑). PoCG(postcentral gyrus; 중심후이랑), LG(lingual gyrus; 혀이랑), MFG (middle frontal gyrus; 중간전두이랑), PreCG(precentral gyrus; 중심전이랑), PHG(parahippocampal gyrus; 해마옆이랑), Cu(cuneus; 쐐기소엽), PCu(precuneus; 쐐기전소 엽), FG(fusiform gyrus; 방추이랑).

<표 2> 과학발명반집단이 일반집단에 비해 각성 및 기분에서 높은 활동성을 보인 영역

학발명반집단이 일반집단에 비해 뇌활동성이 높게 나타나는 영역이 그 반대의 경우보다 많은 것으로 나타났다(<표 2>, [그림 4] 참조). 과학발명반집단이 일 반집단에 비해 높은 활동성을 보인 영역 중에서 상측두이랑(STG), 하두정소엽 (Inferior Parietal Lobule, IPL) 영역의 클러스터 크기가 가장 크게 나타났다. 이 러한 결과는 과학발명반집단이 일반집단에 비해 정서적 감수성이 발달하였으 며, 상측두이랑(STG), 중간측두이랑(MTG), 하두정소엽(IPL) 영역 등이 과학발 명반집단의 정서적 자극 인식에 주요하게 관여한다는 것을 보여준다.

정서적 자극 인식 시 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높은 활동성을 보인 좌측 상측두이랑(STG)은 소리자극과 시각자극에 공통으로 작용하고(Kreifelts et

al., 2007), 무의식적인 공포 또는 혐오를 인식하고(Liddell et al., 2005; Phillips et al., 2004), 무의식적인 단어를 인식하는 데에(Luo et al., 2004) 관여하는 것 으로 나타났다. MTG 영역 역시 무의식적인 공포를 인식하는 데에 관여하는 것 으로 밝혀졌다(Liddell et al., 2005). 이러한 이전 연구의 결과들은 STG와 MTG 영역이 정서적 자극 인식에 관여하는 영역임을 확인하게 한다. 또한, 과학발명 반집단이 일반집단에 비해 무의식적인 정서를 인식하는 측면에서 정서적 감수 성이 발달할 수 있으며, 시각자극에 대한 인식과 더불어 소리자극에 대한 인식 역시 발달할 수 있음을 추측하게 한다.

[그림 3] 과학발명반집단과 일반집단의 각성에 대한 뇌활동성 상대지도(좌: 과학발명반집 단>일반집단, 우: 일반집단>과학발명반집단). 두 집단의 각성에 대한 뇌활동성 을 비교함(n=13/13; two-sample t test, p<0.005 uncorrected; cluster size>5). : 중간측두이랑(Middle Temporal Gyrus, MTG).

[그림 4] 과학발명반집단과 일반집단의 기분에 대한 뇌활동성 상대지도(좌: 과학발명반집 단>일반집단, 우: 일반집단>과학발명반집단). 두 집단의 기분에 대한 뇌활동성 을 비교함(n=13/13; two-sample t test, p<0.005 uncorrected; cluster size>5). : 상측두이랑(Superior Temporal Gyrus, STG).

불쾌한 기분과 유쾌한 기분 중 어떠한 기분에서 두 집단간에 뇌활동성의 차 이가 있는지를 알아보기 위해 기분을 세분화하여 분석하였다. 분석 결과 불쾌 한 기분과 유쾌한 기분 모두에서 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높은 활 동성을 나타내는 영역이 그 반대의 경우보다 많은 것으로 나타났다(<표 3>, [그림 5] 참조). 불쾌한 기분에서 STG 영역의 뇌활동성이 과학발명반집단이 일 반집단에 비해 높게 나타났다. 유쾌한 기분에서도 STG 영역의 뇌활동성이 클 러스터 크기 16으로 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높게 나타났다. 이러한 결과는 몇몇 연구 결과에서는 불쾌한 정서가 창의적 과제수행도에 영향을 주

는 반면에(Kaufmann & Vosburg, 1997; Mraz & Runco, 1994), 몇몇 연구 결과 에서는 유쾌한 정서가 창의적 과제 수행도에 영향을 주는(Isen et al., 1987;

Mikulincer & Sheffi, 2000; Murray et al., 1990) 혼재된 결과가 STG 영역이 불 쾌한 정서와 유쾌한 정서 인식 모두에 관여함으로써 비롯된 것이라고 추측할 수 있게 한다.

[그림 5] 과학발명반집단과 일반집단의 불쾌한 기분 및 유쾌한 기분에 대한 뇌활동성 상 대지도(좌: 불쾌한 기분, 우: 유쾌한 기분). 두 집단의 불쾌한 기분 및 유쾌한 기 분에 대한 뇌활동성을 비교함(n=13/13; two-sample t test, p<0.005 uncorrected; cluster size>5). : 상측두이랑(Superior Temporal Gyrus, STG).

영역 Brodmann 영역 Cluster

size t 값 Talairach좌표

x y z

불쾌한 기분

Left STG, IPL 42, 40, 41 115 4.0 -54 -33 12

Left MFG 10 24 3.4 -27 45 6

Left FG, LG 19, 18 78 3.3 -30 -75 -12

유쾌한 기분

Right Caudate 25 3.1 6 21 12

n=13/13; two-sample t test, p<0.005 uncorrected; cluster size>20. STG(superior temporal gyrus; 상측두이랑), IPL(inferior parietal lobule; 하두정소엽), MFG(middle frontal gyrus;

중간전두이랑), FG(fusiform gyrus; 방추이랑), LG(lingual gyrus; 혀이랑).

<표 3> 과학발명반집단이 일반집단에 비해 불쾌한 기분 및 유쾌한 기분에서 높은 활동 성을 보인 영역

개인별 창의적 성향과 정서자극 인식 시 뇌활동성 간에 연관성이 있는지를 알아보기 위해 과학발명반집단 13명과 일반집단 13명을 합한 전체집단 26명에 대하여 창의적 성격검사점수와 각성 및 기분의 뇌활동성 간에 상관도를 분석 하였다. WKOPAY와 각성 및 기분의 뇌활동성 간의 상관도를 분석한 결과 각성 과 기분 모두에서 유의한 수준의 상관도(p<0.005 uncorrected)를 보이는 영역이 있었으며 각성 보다는 기분에서 상관도를 보이는 영역이 많은 것으로 나타났 다(<표 4>, [그림 6] 참조). 각성에서는 MTG 영역이 가장 큰 클러스터 크기를 나타내었으며, 기분에서는 해마옆이랑(Parahippocampal Gyrus, PHG) 영역이 가 장 큰 클러스터 크기를 나타내었다. PHG 영역은 기분에 대한 뇌활동성 분석 에서 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높은 활동성을 보인 영역이었다(<표 2>, [그림 4] 참조). 과학발명반집단과 일반집단 간에 뇌활동성의 차이를 보였 던 STG 영역 역시 유의한 상관도를 나타내었다(p<0.005 uncorrected).

SAM점수와 각성 및 기분의 뇌활동성 간의 상관도를 분석한 결과에서도 각 성과 기분 모두에서 유의한 상관도(p<0.005 uncorrected)를 보이는 영역이 있었 으며 각성 보다는 기분에서 상관도를 보이는 영역이 많은 것으로 나타났다 (<표 5>, [그림 7] 참조). 이러한 결과는 각성보다는 기분이 창의적 성향과 연 관성이 있음을 보여준다. 각성과 기분 모두에서 STG 영역의 클러스터 크기가

가장 큰 것으로 나타났으며, 기분에서 PHG와 MTG 영역이 두 번째로 큰 클러 스터 크기를 나타내었다. PHG 영역은 기분에 대한 뇌활동성 분석에서 과학발 명반집단이 일반집단에 비해 높은 활동성을 보인 영역이었다(<표 2>, [그림 4]

참조). 이러한 결과는 과학발명반집단과 일반집단 간에 뇌활동성의 차이가 나 타난 STG, MTG, PHG 영역 등이 개인별 상관도 분석에서도 유의한 수준의 상관도를 나타낸다는 것을 보여주는 것으로 이들 영역이 정서적 자극 인식에 주요한 역할을 한다는 것을 보여준다. PHG 영역은 새로운 자극을 인식할 때 주요하게 관여되는 영역이라는 점을 볼 때(Stern et al, 1996; Zeineh, Engel, &

Bookheimer, 2000), 과학적 창의력이 높은 학생들이 새로운 자극을 인식할 때 감수성이 발달하여 이 부분의 활동성이 창의적 성향 점수와 유의한 상관도를 나타내었을 것이라고 추측할 수 있다.

본 연구의 결과에서 정서적 자극을 인식할 때 STG, MTG, PHG 영역 등의 뇌활동성이 창의성 성격점수와 유의한 상관도를 나타내었다. 지능에 대한 뇌영 상 연구 결과에서는 후두정엽피질(Posterior Parietal Cortex, PPC), 전전두엽피 질(Prefrontal Cortex, PFC), 전대상피질(Anterior Cingulate Cortex, ACC) 영역의 뇌활동성이 지능점수와 유의한 상관도를 나타내었다(조선희 외, 2005). 정서적 자극 인식과 지능 과제 수행 시에 주요하게 관여하는 뇌 영역에 차이가 있는 것을 볼 때 정서적 감수성과 지적 능력은 구분 되는 뇌기능이라는 것을 알 수 있다. 이것은 과학영재교육 대상자의 선발과 교육프로그램에서 정서적인 측면 을 지적능력과 차별화하여 고려해야 할 필요성이 있음을 보여준다.

[그림 6] WKOPAY와 각성 및 기분에 대한 뇌활동성 간에 상관도를 보인 영역(n=26;

p<0.005 uncorrected; cluster size>5). : 중간측두이랑(Middle Temporal Gyrus, MTG), : 상측두이랑(Superior Temporal Gyrus, STG).

[그림 7] SAM과 각성 및 기분에 대한 뇌활동성 간에 상관도를 보인 영역(n=26; p

<0.005 uncorrected; cluster size>5). : 상측두이랑(Superior Temporal Gyrus, STG).

영역 Brodmann 영역 Cluster

size t 값 Talairach좌표

x y z

각성

Left PCC, Thalamus 23 90 4.1 -6 -27 21

Right Insula, MTG 13, 21 97 4.1 42 -39 21

Left MTG 37 76 3.8 -54 -45 -6

Right PCC 29, 30 74 3.6 3 -45 6

기분

Left MFG 6 119 6.1 -36 12 45

Left PHG, LG 30, 18 556 5.0 -12 -48 3

Right SPL, PCu 7 182 4.7 33 -66 45

Left CG, Thalamus 24 172 4.4 -3 -9 30

Left IFG 13 67 4.3 -42 21 9

Right PCu, Cu 31, 19, 18 173 4.3 18 -72 30

Left PreCG 6 62 4.1 -39 -12 39

Right LN, Hippocampus 72 4.0 24 -12 -3

Left MTG, STG, IPL 22, 40 71 3.9 -48 -39 9

Right SFG, MFG 11 26 3.8 27 42 3

Right FG 19 68 3.8 27 -69 -18

Left ACC 24 38 3.3 -3 30 6

Right STG 37, 13 55 3.7 51 -48 -3

Left CG 31 34 3.4 -3 -45 39

Left Cu, PCu 19, 31 37 3.4 -9 -87 27

Right Caudate 23 3.3 36 -30 3

Left SFG 8 21 3.2 -15 24 48

n=26; p<0.005 uncorrected; cluster size>20. PCC(posterior cingulate cortex; 후대상피 질), MTG(middle temporal gyrus; 중간측두이랑), MFG(middle frontal gyrus; 중간전두 이랑), PHG(parahippocampal gyrus; 해마옆이랑), LG(lingual gyrus; 혀이랑), SPL (superior parietal lobule; 상두정소엽), PCu(precuneus; 쐐기전소엽), CG(cingulate gyrus;

대상이랑), IFG(inferior frontal gyrus; 하전두이랑), Cu(cuneus; 쐐기소엽), PreCG (Precentral Gyrus; 중심전이랑), LN(lentiform nucleus; 렌즈핵), STG(superior temporal gyrus; 상측두이랑), IPL(inferior parietal lobule; 하두정소엽), SFG (superior frontal gyrus; 상전두이랑), FG(fusiform gyrus; 방추이랑), ACC(anterior cingulate cortex; 전대 상피질).

<표 4> WKOPAY와 각성 및 기분에 대한 뇌활동성 간에 상관도를 보인 영역

영역 Brodmann 영역 Cluster size t 값 Talairach좌표

x y z

각성

Left Sub-lobar, Claustrum 21 4.0 -36 -21 3

Right Insula, STG 13, 41 40 3.5 42 -27 18

기분

Right IPL 40 27 5.2 63 -42 42

Right LN 20, 21 23 4.6 21 -12 -3

Left FG, LG 37, 19, 18 85 4.2 -33 -51 -12

Left PHG 21 68 4.2 -39 -9 -12

Right BS 22 4.2 12 -45 -33

Left STG, Insula, PoCG 41, 13, 40 193 4.1 -42 -42 12

Right SFG 8 38 3.9 18 27 42

Right PHG, MTG 19 93 3.9 39 -39 0

Left Caudate 34 3.7 -3 21 6

Right MFG 9 31 3.7 48 15 33

Right SPL, MTG, AnG 7, 39 81 3.6 39 -72 45

Right Cu, PCu 7, 31 52 3.5 9 -72 33

n=26; p<0.005 uncorrected; cluster size>20. STG(superior temporal gyrus; 상측두이랑).

IPL(inferior parietal lobule; 하두정소엽), LN(lentiform nucleus; 렌즈핵), FG (fusiform gyrus; 방추이랑), LG(lingual gyrus; 혀이랑), PHG(parahippocampal gyrus; 해마옆이랑), BS(brain stem; 뇌간), PoCG(postcentral gyrus; 중심후이랑), SFG (superior frontal gyrus;

상전두이랑), MTG(middle temporal gyrus; 중간측두이랑), MFG(middle frontal gyrus;

중간전두이랑), SPL(superior parietal lobule; 상두정소엽), AnG(angular gyrus; 각이랑), Cu(cuneus; 쐐기소엽), PCu(precuneus; 쐐기전소엽).

<표 5> SAM과 각성 및 기분에 대한 뇌활동성 간에 상관도를 보인 영역

IV. 결론 및 제언

본 연구에서는 뇌영상 연구를 통해 과학적 창의력과 정서적 감수성 간의 연 관성을 알아보았다. 이를 위해 국내외 창의력 경진대회 입상자들을 중심으로 구성된 고등학교 과학발명반 학생들과 일반 학생들을 대상으로 정서자극을 보 는 동안 뇌활동성을 측정하였다. 연구 결과 다음과 같은 사실을 알 수 있었다.

첫째, 정서적 자극 인식 시 뇌활동성을 분석한 결과 과학발명반 학생들은 일반 학생들에 비해 각성에서는 중간측두이랑(MTG)과 상측두이랑(STG), 기분에서

는 STG 영역 등에서 높은 활동성을 보였다. STG 영역이 각성과 기분 모두에 서 과학발명반 학생이 일반 학생에 비해 높은 활동성을 보이는 것으로 나타났 다. 과학발명반 학생들이 일반 학생들에 비해 정서자극 인식 시 높은 활동성을 보인 STG 영역은 무의식적으로 정서를 인식하고 소리자극과 시각자극에 공통 으로 반응을 보이는 영역이었다. 둘째, 정서의 두 축인 각성과 기분에 대해 뇌 활동성을 분석한 결과 각성에 비해 기분에서 과학발명반집단과 일반집단의 뇌 활동성의 차이가 두드러지게 나타났다. 셋째, 개인별 창의적 성격검사의 점수 (WKOPAY, SAM)와 정서과제 수행 시 뇌활동성 간의 상관도를 분석한 결과 과학발명반집단이 일반집단에 비해 높은 활동성을 보인 STG, MTG, PHG 영 역 등이 창의적 성격점수와 유의한 상관도(p<0.005 uncorrected)를 나타내는 것 으로 밝혀졌다. 두 검사 모두 각성보다는 기분에서 유의한 상관도를 나타내는 영역이 많은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 과학영재교육에 다음과 같은 시 사점을 준다.

첫째, 과학영재교육 대상자를 선발하는 데에 있어서 정서적인 측면에 대한 고려가 필요할 것이다. 국내외 창의력 경진대회 입상자들을 중심으로 구성된 과학적 창의력이 높은 과학발명반 학생들이 일반 학생들에 비해 정서자극 과 제 인식 시 뇌활동성이 높게 나타난 결과는 창의적 성격과 정서가 연관성이 있음을 보여준다. 현재까지 과학영재의 선발에서 정서적인 측면에 대한 고려는 크게 다루어지고 있지 않은 실정이다. 본 연구의 결과는 창의적 성향이 우수한 학생을 과학영재교육 대상자로 선발을 하기 위해서는 정서적인 측면에 대한 고려가 필요함을 시사한다.

둘째, 과학영재들의 정서적인 측면을 계발하는 교육프로그램의 개발이 필요 할 것이다. 현재까지 과학영재 교육프로그램들은 발산적 사고와 같은 인지적인 측면의 계발을 돕는 부분이 주요하게 구성되어 있다. 본 연구의 결과는 과학영 재들의 창의력을 계발하기 위해서는 인지적인 측면의 발달과 더불어 정서적인 측면의 발달을 돕는 교육프로그램의 개발이 필요할 것임을 시사한다.

셋째, 과학영재들의 정서적 특성에 대한 보다 많은 연구가 필요할 것이다. 현 재까지 과학영재들의 인지적 특성에 대한 연구는 활발히 이루어져 왔으나 이들 의 정서적 특성에 대한 연구는 활발히 이루어지고 있지 않은 상황이다. 과학적 창의력과 정서적 감수성 간의 연관성을 보인 본 연구의 결과는 과학영재들의 정서적 특성에 대한 보다 많은 연구들이 이루어질 필요성이 있음을 시사한다.

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= Abstract =

An fMRI Study of Relationship between Scientific Creativity and Emotional Susceptibility

Sun Hee Cho KAIST Min Joo Lee Samsung Medical Center

Yu Yong Choi Hanyang University

Heui-Baik Kim Seoul National University

Kun Ho Lee Chosun University

We investigated the brain activity in perceiving the emotional stimuli between a science invention group(n=13) and a general group(n=13). The science invention group, which mostly consisted of recipients of creativity prizes, scored 96% on creative personality tests(WKOPAY, SAM), whereas the general group performed at an average level on these tests. Analyzing the brain activity in perceiving the emotional stimuli(IAPS pictures), the science invention group than the general group showed higher activity in certain areas, such as MTG, STG, and so on. When correlation analysis was performed on the creative personality score and brain activity, MTG, STG, and so on areas showed significant correlations. There were more correlation areas in valence than in arousal. These results show that scientific creativity is related to emotional susceptibility. Thus, we insist that emotion be considered in the assessment and education programs for the gifted in science.

Key Words: Scientific creativity, Gifted in science, Emotional susceptibility, Brain activity, Neuroimaging technique

1차 원고접수: 2010년 7월 5일 수정원고접수: 2010년 8월 9일 최종게재결정: 2010년 8월 18일