해마체 연구, Parametric Modulation

이번 글은 Parametric Modulation 분석 결과에 대해 써보고자 합니다.

GLM With Parametric Modulation

Parametric Modulation 방법이란 GLM을 이용하여 Brain activity를 분석할 때, behavior data를 기반으로 하여 Regressor를 만드는 방법을 말합니다. 예를 들어, 고통에 대한 실험을 한다고 할 때 특정한 자극에 피험자가 큰 고통을 호소한다면, 그 Trial에 대한 Regressor를 크게 설정하는 것이죠. 더 일반적으로 말하면, 각 Trial의 behavior response를 반영하여 Regressor를 만들고 그 Regressor가 Brain activity를 얼마나 잘 설명하는 지 보는것입니다.

Hypothesis

Hippocampus replay는 특정한 사건에 대해 더 많이 일어납니다. 여기서 말하는 특정한 사건이란, 더 잘 기억하고자 하는 사건을 의미합니다. 예를 들어, 길을 지나가다가 만원을 주웠다면 그 일은 특별한 기억이 되어 우리의 뇌에 남을 것 입니다. 우리는 어떠한 현상을 감각하고 감각된 것을 뇌에서 표상하며 표상된 것을 hippocampus replay를 통해 consolidation 하는 과정을 통해 Memory를 형성합니다. 저는 Parametric Modulation 방법이 이러한 Prioritize replay 현상을 포착할 수 있으리라 생각했습니다. 운동학습 과정중에도 무언가 기억될 만한 사건에 대해 brain activity가 더 커질 것이라는 것이죠.

ROI

저는 Trial-by-Trial 마다 beta value를 뽑는 LSS 방식을 이용하고 Parametric Modulation 방법을 통해 얻은 Beta 값과 각 Trial에 대응하는 시퀀스 정보를 가지고 SVM 모델을 Training 시켜 보았습니다. 만약, 이러한 분석 방법의 decoding accuracy가 크다면 brain activity는 해당 behavior를 반영하는 것일 것입니다. 이 분석방법에서 여러가지 ROI가 사용되었는데, Precentral Cortex, Entorhinal Cortex, Hippocampus가 그것입니다. Precentral Cortex는 Motor cortex라고 불라는 피질이며 인간의 운동과 강하게 관련된 부분이며 Entorhinal Cortex와 Hippocampus는 Medial Temporal Lobe에 속하는 곳으로 기억과 관련된 영역입니다. Hippocampus와 Entorhinal Cortex는 생리학적으로 Bidrectional 하게 연결된 기관이며, 기억과 관련하여 Hippocampus는 압축된 정보를 가지고 있고 Entorhinal Cortex는 Hippocampus의 정보를 압축해제한 정보를 가지고 있다는 이론이 있습니다. (McClelland, J. L., McNaughton, B. L., & O’Reilly, R. C. (1995). Why there are complementary learning systems in the hippocampus and neocortex: Insights from the successes and failures of connectionist models of learning and memory. Psychological Review, 102(3), 419–457. https://doi.org/10.1037/0033-295X.102.3.419)

이 분석에서는 10명의 피험자를 ROI 별로 종합하였습니다.

Result of Motor Cortex

다음 그림들은 Motor Cortex의 decoding accuracy와 box plot 입니다.
그림이서 X축에 있는 각 눈금에 있는 정보는 design matrix type, modulation type, ROI, Move or Rest 순으로 표현되어 있는데요, lss는 lss 방식으로 Design matrix를 구성했다는 뜻이며

움직임과 관련된 피질이기 때문에 decoding accuracy가 threshold인 0.25 크게 높은것을 볼 수 있습니다.

Result of Hippocampus

Result of Entorhinal Cortex