The deployment of intersensory selective attention: a high-density electrical mapping study of the effects of theanine (2007)

https://doi.org/10.1097/01.wnf.0000240940.13876.17

 

테아닌(L-theanine)은 주로 녹차에서 발견되는 비단백성 아미노산으로, 뇌 활동을 조절하고 정신적 안정과 집중력을 향상시킨다고 알려져 있다. 해당 논문은 테아닌이 단순한 안정감을 넘어 주의집중 메커니즘에 어떤 구체적 영향을 미치는지를 탐구한 연구이다. 테아닌 섭취 후 인간의 뇌파(알파파, 8-14Hz) 활동과 주의집중 과제 수행 변화를 측정하여, 감각 선택 주의집중(selective attention)의 강화 가능성을 확인했다.

 

연구 설계와 방법

1. 참여자 특성

• 인원: 15명 (평균 연령 27.8세, 여성 8명, 남성 7명)
• 조건
  • 모든 참가자는 신경학적으로 건강한 성인
  • 오른손잡이로 실험 전 24시간 동안 카페인 섭취 금지

2. 실험 설계

• 이중맹검, 교차 실험
  • 참가자는 테아닌(250mg) 또는 위약을 무작위로 섭취한 뒤 과제를 수행.
  • 한 명의 참가자는 각각 두 조건(테아닌, 위약)을 모두 경험하여 비교 가능성 확보
• 주의집중 과제
  • 시청각 자극: 참가자는 주어진 시각(화면) 또는 청각(음성) 자극에만 집중해야 하며, 복합 자극의 경우 한 가지 감각에 집중하도록 유도
  • 반응 속도와 정확도를 측정
• EEG 측정
  • 168채널 고밀도 EEG 시스템으로 참가자의 알파파 활동을 관찰
  • 실험 중 특정 시간대의 뇌파를 분석하여 배경 알파파와 주의 관련 알파파의 변화를 비교

 

연구 결과

1. 알파파 활동의 변화

• 배경 알파파 감소
  • 테아닌 섭취 후 전반적인 배경 알파파 활동 수준이 감소
  • 이 감소는 참가자가 복잡한 과제를 수행하는 동안 관찰되었으며, 이는 테아닌이 과제 집중 상황에서 뇌의 특정 자원을 재조정할 수 있음을 시사
• 주의 관련 알파파 증가
  • 테아닌 섭취 후 특정 감각(특히 청각)에 집중할 때 알파파 활동이 증가
  • 이는 우측 두정-후두 피질에서 가장 강하게 나타났으며, 테아닌이 감각 선택 주의집중 메커니즘을 강화할 수 있음을 시사

2. 행동적 반응

• 반응 시간
  • 청각 자극에서 테아닌 섭취 후 평균 60ms의 반응 시간 지연이 관찰됨
  • 시각 자극의 반응 시간에는 차이가 없었음
  • 이는 테아닌이 청각 자극에 대해 더 신중한 반응을 유도할 가능성을 나타냄
• 정확도
  • 모든 자극 유형(청각, 시각, 복합 자극)에서 반응 정확도는 테아닌과 위약 조건에서 유사했음
  • 이는 테아닌이 주의집중과 신중한 반응을 강화하지만, 성과 자체에는 부정적인 영향을 미치지 않음을 의미

3. 뇌 활성 부위

• 우측 두정-후두 피질
  • 테아닌 섭취 후 이 부위에서 주의집중 관련 알파파 활동이 강하게 증가
  • 이는 뇌의 특정 영역이 테아닌에 의해 선택적으로 활성화됨을 보여줌
  • 시각보다 청각 자극에 집중할 때 더 강한 활성화가 나타났음

 

 

알파파 활동의 선택적 조절

Figure 3은 테아닌 섭취와 위약 조건에서 참가자들의 알파파(8-14Hz) 활동이 특정 감각 자극(청각 또는 시각)에 주의를 집중할 때 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 이를 통해 테아닌이 주의 집중 관련 뇌파 활동에 미치는 영향을 명확히 이해할 수 있다.

 

그래프 구조

• Y축: 알파파 강도 (TSE, Temporal Spectral Evolution로 측정)
  • 높은 값일수록 뇌의 해당 영역에서 알파파가 강하게 활성화됨을 의미
• X축: 시간(ms)
  • 0ms는 주의집중 지시 자극(청각 또는 시각) 제시 시점이며, 이후 시간 동안 알파파 변화를 추적
  • 1200ms는 다음 자극(실제 과제)이 나타나기 직전
• 두 조건
  • 위약 조건과 테아닌 섭취 조건에서 각각의 알파파 변화를 비교
• 두 가지 주의집중 상태
  • 청각 주의(Auditory Attention): 청각 자극에 주의를 집중
  • 시각 주의(Visual Attention): 시각 자극에 주의를 집중

 

결과 해석

1. 위약 조건

• 청각 주의: 알파파 강도가 700ms~1100ms 동안 지속적으로 증가
  • 이는 청각 자극을 대비하기 위해 뇌가 시각 자극을 억제하고 청각 처리를 강화하는 것으로 해석됨
• 시각 주의: 알파파 강도가 상대적으로 낮게 유지
  • 이는 시각 자극에 주의를 집중하면서, 청각 자극을 억제하는 효과를 나타냄

2. 테아닌 섭취 조건

• 청각 주의
  • 알파파 강도가 위약 조건에 비해 훨씬 더 크게 증가
  • 특히 700ms~1100ms 사이에서 청각 주의와 관련된 알파파가 강하게 활성화됨
  • 이는 테아닌이 청각 자극에 대한 주의 집중을 더욱 강화할 수 있음을 시사
• 시각 주의
  • 알파파 강도가 청각 주의보다 낮게 유지되며, 위약 조건과 큰 차이는 없음
• 테아닌 섭취는 청각 자극에서 주의 집중 메커니즘을 선택적으로 강화함

3. 조건 간 비교

• 청각 주의(Auditory Attention)
  • 테아닌 섭취 시 알파파 활동이 위약 조건보다 유의미하게 증가
  • 이는 테아닌이 청각 자극 대비 과정에서 뇌의 주의 집중 회로를 활성화하는 데 기여할 수 있음을 보여줌
• 시각 주의(Visual Attention)
  • 테아닌 섭취와 위약 조건 간 차이가 미미하며, 시각 자극에 대한 주의에는 큰 영향을 미치지 않음

 

 

알파파 활동의 두정-후두 피질에서의 공간적 분포

알파파 활동의 공간적 분포를 시각화하여, 테아닌 섭취와 위약 조건 간의 뇌 활성화 차이를 보여준다. 특히, 주의집중(청각 대 시각)에 따른 알파파 변화가 두정-후두 피질 영역에서 어떻게 나타나는지를 강조한다.

 

그래프 구조

• 위쪽 패널: 위약 조건에서의 알파파 차이 분포

  • "Attend Auditory - Attend Visual": 청각 주의와 시각 주의 간 알파파 활동의 차이를 계산한 결과를 나타냄
  • 청각 주의일 때 더 강한 알파파 활성화를 보이는 뇌 영역이 강조됨

• 아래쪽 패널: 테아닌 섭취 조건에서의 알파파 차이 분포

  • 위약 조건과 비교하여 테아닌 섭취 후 주의집중 관련 알파파 활동이 어떻게 강화되었는지 보여줌

• 색상 지도

  • 노란색/빨간색: 알파파 활동이 강한 영역을 나타냄
  • 파란색: 알파파 활동이 상대적으로 약한 영역

 

결과 해석

1. 위약 조건

• 우측 두정-후두 피질(Parieto-Occipital Region)
  • 알파파 활동이 이 지역에서 두드러지게 나타남
  • 이는 청각 자극에 주의 집중 시, 시각 자극 처리를 억제하기 위해 이 부위가 활성화되었음을 나타냄
• 전체적 활동 수준
  • 청각 주의와 시각 주의 간 알파파 차이는 뚜렷하지만, 활성화 강도가 테아닌 섭취 조건에 비해 약함

2. 테아닌 섭취 조건

• 우측 두정-후두 피질에서의 강화된 알파파 활동
  • 위약 조건보다 훨씬 강한 알파파 활성화가 우측 두정-후두 피질에서 나타남
  • 이는 테아닌 섭취가 주의집중 메커니즘을 선택적으로 강화했음을 의미
• 활성화 분포의 집중성
  • 알파파 활동의 집중이 더 명확하며, 뇌가 청각 자극에 대한 주의 집중을 위해 시각 자극 억제에 더 강력히 작용했음을 보여줌

3. 조건 간 비교

• 테아닌 섭취 후
  • 알파파 차이의 강도 증가: 청각 주의와 시각 주의 간의 알파파 차이가 더 뚜렷하게 나타남
  • 활성화 영역의 확대: 우측 두정-후두 피질 외에도 일부 인접 영역에서 알파파 활동이 더 넓게 분포
  • 이는 테아닌이 뇌의 주의집중 회로를 더욱 효과적으로 활성화했음을 시사

 

연구 결론

1. 테아닌의 효과

• 테아닌은 청각 자극 대비 과정에서 뇌의 주의 필터링 기능을 강화
• 특히, 두정-후두 피질에서 알파파 활성화를 증폭하여 시각 자극 억제와 청각 정보 처리를 최적화

2. 뇌의 주의집중 메커니즘

• 알파파 활동은 뇌의 주의 집중 메커니즘에서 핵심 역할을 수행
  • 증가된 알파파: 불필요한 자극을 억제
  • 활성화된 두정-후두 피질: 감각 자극 간 선택적 주의를 조절

3. 테아닌과 신경 과학적 활용 가능성

• 테아닌은 뇌의 특정 영역(우측 두정-후두 피질)의 활성화를 강화하여 주의 메커니즘을 최적화할 수 있음
• 이는 청각 중심 과제, 멀티태스킹, 또는 집중력을 요하는 활동에 유용할 가능성을 시사

 

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