[디자인&뇌파] 뇌의 영역과 기능

디자인의 지표를 측정하거나 찾기에 앞서서,

뇌의 영역과 주파수 대역을 알아야한다.

 

반대로, 지표를 먼저 선택한 뒤 뇌의 영역과 주파수 대역을 찾아도 된다.

그럼에도 먼저 뇌의 영역과 주파수 대역에 대해 알아본다.

1. 뇌의 영역: 영역 별 어떠한 기능과 연관이 있는지

2. 주파수: 주파수 대역별 어떤 기능과 연관이 있는지

 

해당 글을 뇌의 영역과 기능을 작성한다.

"imotion사의 eeg-guide"를 중심으로 구성되었다.

 

전체적인 뇌의 영역 구별

사람의 뇌는 평균적으로 1.4kg 이며, 중추신경계(CNS, Central nervous system)를 구성하는 주요 기관이다.

*중추신경계(CNS): 뇌와 척수로 구성되어 있으며, 신체의 다양한 기능을 조정하고 제어하는 역할

(뇌: 정보처리 및 의사결정, 척수: 정보 전달 통로 역할)

 

 

백질 섬유의 연결

#아래의 이미지는 미국 국립보건원(NIH) Connectome 프로젝트의

Connectome Scanner 데이터셋에서 추출한 인간 뇌의 백질 섬유 연결 이미지이다.

신호가 이동하는 방향에 따라 색상으로 구분되어있다.

• 빨강: 좌우 / 초록: 앞뒤 / 파랑: 상하

 

 

전체적인 뇌의 영역

뇌의 영역은 전체적으로 다음과 같다:

1. Cerebrum(대뇌)
2. Lobes of the Cerebrum(대뇌의 엽)
   
   1. 1. Occipital Lobe(후두엽)
      2. Temporal Lobe(측두엽)
      3. Parietal Lobe(두정엽)
      4. Frontal Lobe(전두엽)
3. Cerebellum(소뇌)
4. Brainstem(뇌간)
5. Limbic system(번연계)

 

Cerebrum(대뇌)

• 형태
  • 대뇌피질(cerebral cortex, grey matter, 표면 피질), 백질(white matter, 내부 피질),  두 개의 반구(hemispheres), 뇌량(corpus callosum, 반구를 연결해주는 역할) 등 구성 및 가장 큰 부분을 차지.
    
    *대뇌피질(Cerebral cortex)
    - 대뇌의 바깥층을 이루는 얇은 신경 세포 층, 회색질(Grey matter)로 구성됨.
    - 주름(고랑, sulci)과 융기(이랑, gyri)으로 매우 복잡한 지형.
    - 고차원적인 정보처리담당(추론, 감정, 사고, 기억, 언어, 의식과 같은 기능)

• 역할
  • 의식적인 사고와 감각 처리, 자발적 운동, 언어, 기억 등 고차원적인 기능
• 기능
  • 네 개의 엽(lobes)로 나뉘어 각 특정 기능에 특화되어 있음
  • 전두엽(Frontal Lobe), 두정엽(Parietal Lobe), 측두엽(Temporal Lobe), 후두엽(Occipital Lobe)
    *엽(lobe): 특정적인 대뇌피질의 구역

Lobes of the Cerebrum(대뇌의 엽)

대뇌피질(cerebral cortex)은 왼쪽과 오른쪽, 총 네 개의 엽(lobe)으로 나누어져 있음.

왼쪽과 오른쪽이 차이가 없지는 않지만, 현재는 과학적 발전으로 과거의 인식이 사라지고 정교해지고 있음.

 

4개의 엽(lobes): 후두엽(Occipital), 측두엽(Temporal), 두정엽(Parietal), 전두엽(Frontal)

후두엽(Occipital)

• 위치
  • 대뇌의 뒤쪽 위치
• 역할
  • 시각 정보 처리 중심
  • 망막을 통해 들어온 신호를 처음으로 분석
• 기능
  • 시각 정보 처리(기본적인 시각 특성 인식)
    • 형태, 색상, 움직임, 거리 등의 시각적 요소
  • 방향 및 공간 빈도 처리(물체의 기본 형태 인식)
    • 시공간 처리(방향, 공간 빈도, 색상구별), 세부 패턴의 빈도
  • 운동 지각(움직임 감지 및 이동 파악)
    • 움직이는 속도와 방향, 거리 인식
• 손상 시
  • 시각적 환각, 색상 또는 움직임 실인증, 실명

 

측두엽(Temporal)

• 위치
  • 두정엽 아래, 머리의 측면에 위치
• 역할
  • 청각 처리, 기억 형성, 언어 이해
  • 해마와 편도체가 포함도어 있어 기억과 감정처리에 중요한 역할
• 기능
  • 청각 정보 처리
    • 주로 좌측 측두엽: 소리 인식, 분석 담당하며 언어와 음악을 이해하는데에 필수적
  • 언어 이해
    • Wernicke 영역: 언어의 의미를 이해하는 기능 담당, 듣고 이해하는 능력 지원
  • 기억 형성 및 감정적 연관성
    • 해마 및 편도체: 해마는 장기기억 형성, 편도체는 특정 기억에 감정적 의미를 부여하여 중요한 경험으로 기억하게 함.
• 손상 시
  • Wernicke 실어증, 해마 손상은 기억 상실, 드물게 억양증후근 발생

 

두정엽(Parietal)

• 위치
  • 대뇌의 중앙 상부 위치
• 역할
  • 감각 정보 통합, 공간적 인식 담당
• 기능
  • 감각 정보 통합
    • 외부에서 오는 정보(환경)와 내부에서 감각하여 오는 정보(골격근, 팔다리, 머리, 눈 이석 등)의 피드백을 통합 후, 신체와 환경간의 관계 이해
  • 공간 인식 및 눈-손 협응
    • 신체와 물체 간의 공간적 관계 파악, 물체의 위치나 움직임 인지하며 눈-손 협응 조율
  • 운동 계획 및 기억
    • 물체의 크기와 형태 기억하여 손으로 잡는 동작을 계획
    • 자아 인식 및 주체감: 자아 참조적 정보 처리에 관여, 자신의 신체와 감각에 대한 인식 형상
• 손상 시
  • 공간 장애, 유체 이탈 경험, 운동 조정 문제

 

전두엽(Frontal)

• 위치
  • 대뇌의 앞 부분
• 역할
  • 고차원적 인지 및 행동 조절
• 기능
  • 고차원적 사고와 의사결정(의식가능한 것들)
    • 문제 해결, 계획 수립, 의사결정
  • 운동 조절
    • 운동 피질로 신체의 자발적인 움직임을 조정 후 운동 계획과 수행 제어
  • 보상 및 동기부여
    • 도파민 시스템이 발달하여, 보상과 동기 부여와 같은 심리적 요소에 영향을 미침
  • 사회적 판단 및 감정 조절
    • 감정 조절 및 사회적 행동 통제, 성격 형성
• 손상 시
  • 성격 변화, 충동 조절 및 사회적 상호작용, 감정조절의 어려움

 

뇌의 영역과 기능을 요약하자면?

• Cerebrum(대뇌) : 뇌의 대부분을 차지하는 영역으로, 인지, 운동, 감각 등의 고차원 기능을 담당
• Lobes of the Cerebrum(대뇌의 엽)
  • Occipital Lobe(후두엽) : 시각 정보 처리
  • Temporal Lobe(측두엽) : 청각, 언어 이해, 기억 형성 및 감정 처리
  • Parietal Lobe(두정엽) : 감각 정보 통합, 공간 인식, 운동 협응
  • Frontal Lobe(전두엽) : 의사 결정, 문제 해결, 감정 조절, 운동 기능
• Cerebellum(소뇌) : 미세한 운동 조정, 균형, 자세를 담당함.
• Brainstem(뇌간) : 생명 유지 기능(호흡, 심장박동 등)을 조절하며, 중뇌, 뇌교, 연수로 구성됨.
• Limbic system(변연계) : 감정, 기억, 동기 부여와 관련된 구조를 포함.(편도체, 해마 등 포함)
  

 

 

References

1. https://go.imotions.com/eeg-guide
2. https://my.clevelandclinic.org/health/articles/23073-cerebral-cortex
3. https://my.clevelandclinic.org/health/body/corpus-callosum
4. https://www.simplypsychology.org/limbic-system.html
5. https://www.nature.com/articles/s41598-022-09578-y
6. https://www.ashokcharan.com/Marketing-Analytics/~bm-eeg-metrics.php#gsc.tab=0
7. https://dana.org/resources/neuroanatomy-the-basics/