Recent neuroscience focused on analyzing the spatial information of the brain as a code for its content. The multivariate analyses allow the brain signals to be decoded by classifying the categorical information in the distributed patterns of functional magnetic resonance imaging (fMRI) data. For a decade, many studies have been investigating the possibility of decoding the contents of the primary sensory information. Recent fMRI studies have suggested that even the memory, one of the highest cognitive functions, can be decoded as well though its underlying neural mechanism has remained unclear.
How does the brain discriminate between perceived and memorized categorical information? In the present study fMRI based decoding technique to compare the decodability of re-imagined visual object in the absence of visual stimuli. To this end, visual short-term memory (visual STM) denotes the activity elicited in the brain immediately following the presentation of visual stimuli. In contrast‘ visual long-term memory (visual LTM) indicates the activity of the brain retrieved the information stored relatively longer before (i.e. 15 minutes following the offset of visual stimuli). This study investigated whether categorical information can be obtained from visual LTM and whether brain representations of visual STM and visual LTM are different using multi-voxel pattern analysis (MVPA).
인간의 기억기능에 대한 연구가 수십 년 전부터 활발히 진행되고 있지만 아직까지도 그 신경학적 기전은 명확하게 밝혀지지 않았다. 특히 많은 전기생리학 및 뇌기능 자기공명영상 연구를 통해 단기 기억과 장기기억의 동작에 차이가 있다는 것이 밝혀졌지만 정확한 신경학적 기전의 차이는 아직 알려져 있지 않다. 최근 각광받고 있는 뇌기능 자기공명영상 분석방법으로 다중복합 부피소 패턴분석 방법은 뇌의 신경학적 기전을 밝힐 수 있는 새로운 방법으로써 기대되고 있다. 시각 자극이 없이 기억을 떠올릴 때에도 시각 영역이 활성화 되는 것으로 알려져 있는데, 다중복합 부피소 패턴분석 방법을 이용하여 피험자가 시각자극을 통해 물체를 인지했을 때와 물체를 상상했을 때 시각 영역에서의 뇌 신호를 해독해 낸 기존의 연구 결과가 있다. 하지만 기존의 연구들은 단기 기억에 대해서만 탐구하고, 기억을 떠올렸을 때의 뇌 신호를 해석해 낼 수 있다는 가능성만 보여주었을 뿐 기억 기능의 신경학적 기전에 대해서는 답을 하지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 동일한 분석 방법을 통하여 단기 기억과 장기 기억의 뇌 신호를 비교 및 분석하였다.
먼저 단기 기억으로부터 정보를 회상하였을 때, 기존의 연구결과와 마찬가지로 시각영역 및 물체정보 인지 영역에서 뇌 신호가 해독이 되는 것을 확인하였다. 또한 장기 기억으로부터 정보를 회상하였을 때에도 상위 수준의 시각영역에서 뇌 신호가 유의미하게 해독 될 수 있음을 확인하였다. 더 나아가 시각 자극이 주어졌을 때의 신호와 단기 및 장기 기억 시의 신호를 비교 분석함으로써 단기 기억의 경우 시각 자극이 주어졌을 때의 활성화 양상과 유사하였으나 장기 기억의 경우 물체정보 인지 영역과 단기 기억의 시각 정보가 저장되는 영역인Superior parietal lobe (상두정엽)를 제외한 영역에서는 인지 및 단기 기억 시의 신호와는 차이가 있음을 확인하였다. 인지된 정보가 장기 기억에 저장되기 위해서는 정보의 부호화 과정을 거치고, 이 과정은 기존의 경험에 영향을 받게 된다. 따라서 복호화 과정을 통해 회상 된 정보에는 이 실험을 통해 인지된 정보와 더불어 기존의 경험에 의존하는 정보가 포함되기 때문에, 장기 기억의 회상에 의해 발생한 시각 정보는 인지되었을 때의 시각 정보와 차이가 있음을 확인하였다. 하지만 물체정보 인지를 담당하는 영역, 상위 수준의 시각정보를 저장하는 영역에서 장기기억 시의 신호와 인지 및 단기 기억 시의 신호가 유사한 것을 보아 물체의 종류에 대한 정보 등 상위 수준의 정보는 복호화 과정에서 크게 변화되지는 않음을 확인하였다.
