기능적 근적외선분광법 (Functional Near-Infrared Spectroscopy)
쉽게 풀면
손가락 끝에 집게처럼 끼워 혈중 산소포화도를 재는 맥박산소측정법을 떠올려 보세요. fNIRS는 이 원리를 두피 위에 그대로 옮겨온 기법입니다. 근적외선은 두개골을 어느 정도 통과할 수 있는데, 산소를 실은 헤모글로빈과 산소를 내려놓은 헤모글로빈은 빛을 흡수하는 정도가 서로 다릅니다. 특정 뇌 부위가 활발히 일할수록 그쪽으로 산소가 많이 실린 피가 몰리기 때문에, 두피 여러 지점에 빛을 쏘고 되돌아오는 양을 비교하면 "지금 어느 뇌 부위가 더 열심히 일하고 있는지"를 간접적으로 알 수 있습니다. 기능적자기공명영상처럼 큰 기계 안에 가만히 누워 있을 필요가 없어 아기나 움직임이 있는 참가자에게도 비교적 쉽게 적용할 수 있습니다.
왜 중요한가
fNIRS는 상대적으로 저렴하고 소형화가 가능하며 참가자의 움직임에 덜 민감하다는 특징 덕분에, fMRI로는 연구하기 어려운 영유아 발달 연구, 자연스러운 상호작용을 관찰하는 사회인지 연구, 실제 작업 환경에서의 뇌 활동 측정 등 다양한 응용 연구에서 활용됩니다. 이 때문에 뇌영상 방법론을 다루는 논문에서 fNIRS는 fMRI나 EEG와 상호보완적인 도구로 자주 언급됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이 문장은 참가자가 과제를 수행하는 동안 전전두엽으로 몰린 산소화 혈액의 양이 늘었고, 이를 통해 해당 부위가 더 활발히 활동했다고 해석했다는 뜻입니다.
발달심리학 분야에서 fMRI 촬영이 어려운 영아를 대상으로, 움직임에 비교적 강인한 fNIRS를 이용해 사회적 자극에 대한 뇌 반응을 측정한 사례입니다.
재활의학·운동과학 분야에서 참가자가 실제로 움직이는 상황에서도 측정이 가능한 fNIRS의 특성을 활용해, 고정된 실험실 환경을 벗어난 연구를 수행했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
fNIRS 신호는 흔히 산소화헤모글로빈(HbO)과 탈산소화헤모글로빈(HbR) 농도 변화로 나뉘어 보고되는데, 신경 활동이 활발해지면 일반적으로 HbO는 증가하고 HbR은 감소하는 패턴이 관찰됩니다. 다만 fNIRS는 두피와 두개골을 지나며 빛이 산란되기 때문에 정확한 깊이 정보를 얻기 어렵고, 두피 혈류 자체의 변화가 신호에 섞여 들어가는 문제(피부 혈류 오염)를 어떻게 보정했는지가 데이터 품질에 큰 영향을 줍니다. 논문에서 fNIRS 데이터를 볼 때는 이러한 보정 절차가 적절히 이루어졌는지 함께 확인하는 것이 좋습니다.
주의할 점
fNIRS는 빛이 도달할 수 있는 대뇌 피질 표면 근처만 측정할 수 있어, 뇌 깊숙한 부위의 활동은 확인하기 어렵고 공간 해상도도 fMRI보다 떨어집니다. 또한 전기신호를 직접 재는 뇌파검사와 달리 혈류 변화를 통해 신경 활동을 간접적으로 추정하는 방식이라는 점도 함께 고려해야 합니다.