[번역] Neural correlates of consciousness (6)

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해당 논문은

[Koch C, Massimini M, Boly M, Tononi G. Neural correlates of consciousness: progress and problems. Nature Reviews Neuroscience. 2016 May;17(5):307-21.]

하단 figure는 FIG. 4.

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[Neural differentiation and integration]

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EEG는 의식이 있는 환자와 그렇지 않은 환자를 구별하는 근본적인 임상적 tool로 남아있다. EEG로 하는 평가에는 일반적으로 자연적인 EEG의 질적 특징을 보는 것과 어떤 변화를 주었을 때 (예를 들어, 환자가 눈을 떴을 때)에 EEG 활동이 어떻게 반응하는지가 포함된다. 이러한 클래식한 활성 EEG의 개념은 의식에 대해서 신경 활성의 패턴의 다양한 래파토리를 시사하는데 이는 주로 NCC를 찾는 연구들에서 간과되고는 한다; 최근의 연구들은 이 점에 대해서 시사하는 바가 있는데 예를 들어, 랫에서의 연구에서, 특수한 fMRI BOLD (blood-oxygen-level dependent) 패턴은 desflurane 마취에서부터 의식이 깨어날 때 그 패턴의 관찰이 증가한다. fMRI의 기능적 연결성의 형상의 다양성은 원숭이 연구에서 propofol 마취 중 보다 때어 있을 때 그 래파토리가 훨씬 많았다. 이런 것처럼, electrocortical dynamics는 무의식 상태에서 더 안정함을 보이며 이는 마취 종류에 따른 뇌 활성에 미치는 영향과는 크게 관련성을 보이지 않는다. 사람에서는 뇌 활성의 엔트로피를 측정하는 것이 마취의 깊이를 측정하는 데 사용이 되며, 식물인간 상태에서 환자가 의식을 회복하는 유용한 예후 진단 index로서 사용된다.

 

의식은 통합된 신경 기질을 필요로 한다는 것은 일반적으로 인정되는 부분이다. 이러한 개념에 대한 보충으로, 뇌 기능 연결성에 대한 fMRI 연구들은 잠을 잘 때나 마취 또는 혼수 (coma) 상태일 때 의식이 없는 상태에서 뇌의 통합성은 감소되고 다양성이 증가하는 결과를 보여준다. 좀 더 세분화된 타임스케일에서 alpha와 theta range의 EEG를 본 연구들에서도 비슷한 결론이 나왔다. 그러나, EEG coherene와 Granger causality와 같은 cortical 통합성의 지표들은 propofol 마취나 간질 발작과 같은 경우에서 일어나는 의식을 잃은 상태에서 증가할 수 있는 반면, EEG로 재는 bispectral index와 spectral entropy와 같은 분화에 대한 index는 피관찰자의 넓은 다양성의 결과로서의 그룹 레벨에만 유용하다.

 

TMS와 EEG recording을 사용하여 측정하는 PCI (perurbational complexity index)는 의식은 cortical 활성의 분화와 종합 양쪽이 필요하다는 개념을 바탕으로 의식의 레벨 측정에 사용된다. 자연적인 뇌 활성의 분화 측면을 측정하는 것과 달리, PCI는 변화 작용에 대한 cortex의 deterministic 반응을 평가하므로 랜덤 프로세스나 통합되지 않은 국소적으로 생성된 활성 패턴에는 sensitive하지 않는다.

광범위한 신경 synchronization을 기반으로 하는 뇌신경 통합 측면의 측정과는 달리, PCI는 신경 활성이 공간적으로 확장되었으나 분화되지는 않았을 때 낮은 수치를 보이며 이는 주로 마취하 또는 발작과 같은 케이스에서 일어난다. TMS는 피관찰자가 REM 수면이나 ketamine 마취 하와 같은 감각 input과 운동 ouput의 연결이 끊겼을 때 의식의 측정 방법으로 사용되기도 한다.

PCI는 여러 조건 하에서 (예를 들어, 여러 다른 수면 스테이지, 마취 하 그리고 의식에 관련한 질병들), 개개인의 피관찰자에 대하여 의식의 레벨을 성공적으로 측정할 수 있는 the first metric으로 보인다 (FIG.4).