(English below)
전산전자공학부 안민규 교수가 Brown University 및 Rhode Island Hospital과 공동으로 진행한 연구 결과가 SCIE 저널 PLOS Biology (IF 7.8, Top 5%) 에 게재되었다.
본 논문은 의사결정 과정에서 중요한 역할을 하는 뇌의 기저핵(basal ganglia, BG) 구조가, 상황에 따라 충동적 행동을 억제하거나 빠른 적응을 가능하게 하는 데 어떻게 관여하는지를 규명한 연구이다. 특히 불확실성과 갈등이 존재하는 복잡한 상황에서, 정확성과 속도 사이의 균형을 동적으로 조절하는 방식에 주목하였다.
연구진은 파킨슨병과 근긴장이상증 환자들을 대상으로 기저핵 영역(STN, GPi, GPe)에서 직접 뇌 신경활동을 기록하면서, 불확실성과 갈등 요소가 독립적으로 조절되는 새로운 형태의 지각적 선택 과제를 수행하도록 하였다. 이를 통해 얻은 행동 데이터와 뇌파 신호를 기반으로 수정된 확산의사결정모델(diffusion decision model, DDM)을 적용한 결과, 기저핵의 세타파(theta band) 활동이 의사결정 경계(decision boundary)의 변화 양상과 밀접하게 관련되어 있음을 밝혔다.
특히, 고갈등 상황에서는 피질하 핵(STN)의 세타파가 의사결정 경계의 붕괴를 지연시켜 보다 신중한 선택을 유도하고, 반대로 낮은 갈등 상황에서는 GPe의 세타파 감소가 빠른 의사결정을 유도하는 등, 각 영역이 상황에 따라 상이하게 작용함을 확인하였다. 이러한 발견은 뇌가 어떻게 충동을 억제하면서도 유연하게 행동을 조절하는지를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다.
해당 논문은 인간의 뇌 기능을 정량적으로 분석할 수 있는 새로운 계산 모델을 적용하였다는 점에서 학술적 의미가 크며, 신경과학 및 인지과학 분야에서의 후속 연구에 기여할 것으로 기대된다.
관련정보: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002978
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Prof. Minkyu Ahn from the CSEE has co-authored a research paper published in the SCIE journal PLOS Biology.
This study investigates the role of the brain's basal ganglia (BG) structures in decision-making—specifically how they help suppress impulsive actions in certain situations while enabling rapid behavioral adaptation in others. The research focuses on how the brain dynamically balances speed and accuracy under complex conditions involving uncertainty and conflict.
The research team conducted intracranial recordings in patients with Parkinson’s disease and dystonia, targeting the basal ganglia regions (STN, GPi, and GPe), while participants performed a novel perceptual decision-making task designed to independently manipulate uncertainty and conflict. By applying a modified diffusion decision model (DDM) to the behavioral and neural data, the team demonstrated that theta-band activity in the basal ganglia is closely related to changes in the decision boundary.
Notably, in high-conflict situations, increased theta activity in the subthalamic nucleus (STN) was associated with a delayed collapse of the decision boundary, promoting more deliberate choices. In contrast, reduced theta activity in the GPe during low-conflict conditions led to quicker decision boundary collapses and faster responses. These effects varied across regions, highlighting the distinct roles each structure plays in adapting decision strategies.
This research offers valuable insights into how the brain suppresses impulsivity while maintaining behavioral flexibility in the face of noisy and conflicting information. The application of advanced computational modeling to human neural data represents a significant contribution to neuroscience and cognitive science, with promising implications for future studies.
Additional Information: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002978
(English below)
전산전자공학부 안민규 교수가 Brown University 및 Rhode Island Hospital과 공동으로 진행한 연구 결과가 SCIE 저널 PLOS Biology (IF 7.8, Top 5%) 에 게재되었다.
본 논문은 의사결정 과정에서 중요한 역할을 하는 뇌의 기저핵(basal ganglia, BG) 구조가, 상황에 따라 충동적 행동을 억제하거나 빠른 적응을 가능하게 하는 데 어떻게 관여하는지를 규명한 연구이다. 특히 불확실성과 갈등이 존재하는 복잡한 상황에서, 정확성과 속도 사이의 균형을 동적으로 조절하는 방식에 주목하였다.
연구진은 파킨슨병과 근긴장이상증 환자들을 대상으로 기저핵 영역(STN, GPi, GPe)에서 직접 뇌 신경활동을 기록하면서, 불확실성과 갈등 요소가 독립적으로 조절되는 새로운 형태의 지각적 선택 과제를 수행하도록 하였다. 이를 통해 얻은 행동 데이터와 뇌파 신호를 기반으로 수정된 확산의사결정모델(diffusion decision model, DDM)을 적용한 결과, 기저핵의 세타파(theta band) 활동이 의사결정 경계(decision boundary)의 변화 양상과 밀접하게 관련되어 있음을 밝혔다.
특히, 고갈등 상황에서는 피질하 핵(STN)의 세타파가 의사결정 경계의 붕괴를 지연시켜 보다 신중한 선택을 유도하고, 반대로 낮은 갈등 상황에서는 GPe의 세타파 감소가 빠른 의사결정을 유도하는 등, 각 영역이 상황에 따라 상이하게 작용함을 확인하였다. 이러한 발견은 뇌가 어떻게 충동을 억제하면서도 유연하게 행동을 조절하는지를 이해하는 데 중요한 실마리를 제공한다.
해당 논문은 인간의 뇌 기능을 정량적으로 분석할 수 있는 새로운 계산 모델을 적용하였다는 점에서 학술적 의미가 크며, 신경과학 및 인지과학 분야에서의 후속 연구에 기여할 것으로 기대된다.
관련정보: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002978
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Prof. Minkyu Ahn from the CSEE has co-authored a research paper published in the SCIE journal PLOS Biology.
This study investigates the role of the brain's basal ganglia (BG) structures in decision-making—specifically how they help suppress impulsive actions in certain situations while enabling rapid behavioral adaptation in others. The research focuses on how the brain dynamically balances speed and accuracy under complex conditions involving uncertainty and conflict.
The research team conducted intracranial recordings in patients with Parkinson’s disease and dystonia, targeting the basal ganglia regions (STN, GPi, and GPe), while participants performed a novel perceptual decision-making task designed to independently manipulate uncertainty and conflict. By applying a modified diffusion decision model (DDM) to the behavioral and neural data, the team demonstrated that theta-band activity in the basal ganglia is closely related to changes in the decision boundary.
Notably, in high-conflict situations, increased theta activity in the subthalamic nucleus (STN) was associated with a delayed collapse of the decision boundary, promoting more deliberate choices. In contrast, reduced theta activity in the GPe during low-conflict conditions led to quicker decision boundary collapses and faster responses. These effects varied across regions, highlighting the distinct roles each structure plays in adapting decision strategies.
This research offers valuable insights into how the brain suppresses impulsivity while maintaining behavioral flexibility in the face of noisy and conflicting information. The application of advanced computational modeling to human neural data represents a significant contribution to neuroscience and cognitive science, with promising implications for future studies.
Additional Information: https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002978