Double dissociation이란?

뇌공학을 공부하다 보면 Double dissociation이라는 개념을 접하게 된다. 나는 이와 관련된 문서를 보다 종종 혼란에 빠지곤 했다. Single dissociation이 무엇인지, Double dissociation이 무엇인지 대강 알겠긴 한데, 도대체 Double dissociation까지 하는 이유는 무엇인지 도통 모르겠는 것이다. 이러한 혼란의 이유는 Dissociation이 가진 두 뇌 기능들의 독립이라는 simple한 정의에 brain region이라는 차원이 추가되었기 때문인데, 오늘은 내가 가진 이 의문을 정리하여 포스팅을 해보려고 한다.

Dissociation의 정의

뇌공학에서 말하는 Dissociation이란 두가지의 뇌의 기능이 서로 분리되어 있음을 말한다. 여기서 말하는 분리란 한쪽 기능이 망가져도 다른 쪽 기능은 살아있어야 한다는 것이다. 그런데 여기에 더해, brain region에 대한 뇌 기능의 독립을 말한다. brain region을 더하는 이유는 아마 하나의 brain region이 하나의 brain function을 담당한다고 설명하고자 하는 뇌공학의 욕구 때문인 것 같다.

Single Dissociation이란?

Single dissociation은 아주 단순하다. 하나의 뇌 기능을 망가뜨렸을때, 다른 기능이 살아있으면 두 기능은 서로 독립임이 증명된 것이다. 쉽게 말해 시각 기능이 망가져도 청각 기능이 살아있다면, 두 기능은 서로 독립적이라는 것이다.

이와 관련된 절차를 더 자세히 설명해보겠다. 두 기능이 Single dissociation 함을 나타내려면, 뇌의 한 기능을 망가뜨려야 한다. 그럴러면 시각 기능과 관련된 brain region을 마비시키거나 없애버리는 방식으로 망가뜨릴 수 있을 것이다. 이때 청각 기능이 살아있는지 테스트 하는 것이다.

Single dissociation의 문제점

그런데 과연 이것으로 시각 기능과 청각 기능의 독립을 주장할 수 있을까? 시각기능과 관련된 영역을 파괴시켰음에도 불구하고 청각 기능이 살아있음을 확인해 보았다고 하더라도 다음과 같은 의문은 남는다. 청각 기능과 관련된 영역을 파괴시켰을때도 시각 기능이 살아있을까? Single dissociation은 이러한 질문에 대한 답을 하지 못한다.

Double Dissociation이란?

Double dissociation은 독립임을 확인하고자 하는 두 기능과 관련된 뇌 영역을 하나씩 망가뜨려 보았을 때 다른 기능이 정상적으로 동작하는지 보는것이다. Single dissocition에서 언급한 대로, 시각 기능과 관련된 영역을 파괴 시킨후 청각 기능이 제대로 동작하는지 확인하고, 청각 기능과 관련된 영역을 파괴 시킨 후 시각 기능이 제대로 동작하는지 확인한다. 위의 두 테스트가 통과 되면 시각 기능과 청각 기능은 독립이 된다.

조건부 확률에 친숙한 사람은 이렇게 생각할 수 있다. A와 B가 독립임을 증명하려면 다음과 같은 식이 만족되어야 한다. P(A | B) = P(A), P(B | A) = P(B) 즉, B의 값이 무엇이든 A의 확률에는 영향이 전혀 없고, A의 값이 무엇이든 B의 확률에는 영향이 없는 경우 A와 B는 독립이라 할 수 있다.

수식을 통한 이해

A와 B라는 기능이 서로 독립임을 보고자 한다. 그런데 A와 B라는 기능은 brain region이라는 파라미터에 의해 동작하거나 동작되지 않는다고 하자. A는 r1이라는 영역과 관련이 있고, B는 r2라는 영역과 관련이 있다고 했을때, Single dissociation은 다음과 같이 표현할 수 있다. (0은 망가졌음을 뜻하고 1은 정상적으로 동작함을 뜻한다고 하자)

A(r1 = 0) -> 0, B(r1 = 0) -> 1

위의 조건이 만족되면, A와 B는 Single dissociation 하다.

Double dissociation은 다음과 같이 표현할 수 있다.

A(r1 = 0) -> 0, B(r1 = 0) -> 1

A(r2 = 0) -> 1, B(r2 = 0) -> 0

위의 조건이 만족되면, A와 B는 Double dissociation 하다.

조건부 확률을 통한 Double Dissociation의 이해

위 식을 확률로 표현하면 이렇게 정리될 수 있을 것이다. P(A|B(r2 = 0)) = P(A), P(B|A(r1 = 0)) = P(B)

정리

지금까지 Dissociation에 대한 개념 및 Double dissociation이 왜 필요한지에 대하여 설명하였다. 결론적으로 뇌공학은 하나의 brain region을 하나의 brain function과 매핑시키고자 하고 싶어하기 때문에 Dissociation 함을 밝히려 한다. 그리고 하나의 기능만 망가뜨려서 독립을 확인하는 것이 부족하기 때문에 다른 기능도 망가뜨려서 기능의 독립임을 확인하고자 하는 것이다.