WHO WE ARE

Our lab is affiliated with the Yonsei University Graduate School of Medical Science, Department of Nuclear Medicine, Department of Psychiatry in Yonsei University College of Medicine, Severance Hospital, and Department of Cognitive Science in Yonsei University. We are an open research team, gathered to develop precise analyzing techniques for various brain data such as fMRI, PET, EEG, DTI in the macroscopic level. Also, we use Calcium imaging and voltage sensitive dye imaging based on the perspective of the systems brain science, computational brain science, and theoretical brain science. We are also conducting various studies to increase the practical utility of the cognitive brain science and apply artificial intelligence grounded from the brain science to the medical field.

Due to our affiliations both to universities and hospitals, we conduct basic experimental researches using advanced brain imaging equipment and brain disease diagnoses and treatments, and plan projects in the clinical field to understand how the brain works. Also, we work to develop various methodologies for treating diseases. For this purpose, we are developing high-dimensional brain analysis techniques such as dynamic causal network modeling and energy landscape analysis of nonlinear brain state transitions by combining theoretical neurobiology and computational neuroscience. We seek for optimal control techniques by modeling brain functions mathematically, based on the brain structure. In order to increase the clinical and social usefulness of cognitive brain science, we combine various cognitive science application fields ranging from neurolinguistics, neuro-design, neuroscientific forensic investigation, and brain decoding using realtime fMRI. We are building a system for early detection of deficits in the cognitive, emotional, and social fields from vulnerable groups with cognitive control, and we are researching and developing adaptive online behavior evaluation platforms and brain science-based digital therapeutic techniques. Mainly focusing on these brain studies, we are adding artificial intelligence technology to it, applying AI to brain science, and to medicine. In cooperation with clinical doctors, we are developing various medical imaging diagnostic techniques such as brain imaging, nuclear medicine imaging, eardrum imaging of otorhinolaryngology, and ophthalmic tomography imaging.

Here are the names of practical researched that we conducted so far.

Below are the original achievements that we made;

  • The development of a statistical analysis method for source localized maps of EEG (Park et al., 2002)
  • The whole brain fiber tractography based on a diffusion tensor imaging using dodti (Park et al., 2003b)
  • The presentation of independent component analysis of PET imaging
    (Park et al., 2003a)
  • The presentation of surface-based PET image analysis technology
    (Park et al., 2006)
  • Development of brain surface-based deep learning techniques
    (Seong et al., 2018)
  • Real-time fMRI connectivity mapping
    (Lee et al., 2018; Park et al., 2009)

These projects and programs have been opened to public for more progress in basic and clinical brain sciences. We have developed the MNET, a brain-imaging big data mining pipeline that can automatically build and analyze structural and functional networks from the brains of multiple species, such as humans, monkeys, and mice. Furthermore, based on brain science, we have developed cognitive, emotional, and behavioral diagnosis platforms through VR and web/mobile for digital theragnosis, collecting data, and conducting-applied research .

In order to solve the problems of the brain, a multi-layered and complex system, we try multidisciplinary approach to brain science, collaborating with diverse researchers covering clinical medicine, medical engineering, statistics, mathematics, psychology, cognitive science, communication, and pedagogy. We aim to improve multidimensional understandings of the brain through hierarchical interpretation of the brain and contribute to clinical brain science.

모네 연구실은 연세 대학교 의과학 대학원, 의과대학 핵의학 교실, 정신과학교실, 대학원 협동과정 인지과학과에 소속되어 있는 연구실입니다. fMRI, PET, EEG 등 다양한 뇌 측정 자료에 대한 정밀 분석 기법을 개발하고 이를 기반으로 시스템 뇌과학, 계산 뇌과학, 이론 뇌과학 방법론으로 뇌를 해석하고 임상 뇌질환 진단 치료에 적용하기 위해 모인 열린 연구팀입니다. 뇌과학을 기반으로 뇌인지과학의 실질적 유용성을 높이며 뇌과학에서 출발한 인공지능을 의료 현장에 적용하기 위한 다양한 연구들도 함께 진행하고 있습니다.

모네 연구실에서는 대학과 병원에 소속된 융합적 특성을 기반으로, 첨단 뇌영상 장비를 이용한 기초 뇌인지 실험 연구와 임상 현장에서 뇌 질환 진단 및 치료 계획 프로젝트를 병행하면서, 뇌의 작동 원리를 이해하고 뇌 질환 치료에 유용한 방법론을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 이론신경생물학과 계산신경과학을 접목하여 베이지안 동적 유효인과연결망 모델링 연구, 비선형 동역학 기반 에너지 경관 모델링 등 고차원적 뇌 해석 기법들을 개발하고 있으며, 뇌의 작동 원리로 주목 받는 자유에너지 이론을 기반으로 정상적인 뇌 기능과 질환 뇌 기능을 수학적으로 모델링하여 최적 제어 기법을 연구하고 있습니다.

뇌인지과학의 임상적, 사회적 유용성을 높이기 위해서, 신경언어학, 신경디자인학, 신경 과학 수사 관련 분야에 이르는 다양한 인지 과학 응용 분야를 연구하고 있으며, fMRI 실시간 뉴로 피드백 연구, 인공 지능 뇌 해독에 근간한 원격 로봇 제어 및 로봇과 공존하는 미래 사회에 대한 뇌과학적 조망 뇌영상 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 뇌과학에 기반하여 인지조절 취약집단의 인지 및 정서, 사회성 조기 진단 시스템을 구축하고 개인 적응형 온라인 뇌기능 평가 및 뇌과학 기반 디지털 치료 기법을 연구 개발 중에 있습니다.

이러한 뇌과학 연구들을 기반으로 뇌과학의 응용이라고 할 수 있는 인공지능 기술을 의학에 접목하고 있습니다. 임상 의학자들과 협력하여 뇌영상, 핵의학 영상, 이비인후과 고막 영상, 안과 단층촬영영상 등 다양한 의료영상 진단 기법을 개발하고 의학자들에게 인공지능을 교육하고 있습니다.

본 연구실은 실무적인 연구를 진행하고 있는데 특히 정밀 뇌영상 분석 방법론에 있어서 뇌파의 대뇌 피질 활성 통계 분석 기법 최초 개발 (Park et al., 2002), 확산텐서기반 인간 전뇌의 신경다발구성 최초 발표 및 dodti 프로그램 발표 (Park et al., 2003b), 신경 핵의학 영상 독립성분분석을 통한 연구 기법 최초 제시 (Park et al., 2003a), 표면 기반 PET 영상 분석 기술 최초 발표(Park et al., 2006), 뇌 표면 기반 딥러닝 분석 기법을 개발 (Seong et al., 2018), 실시간 fMRI 연결성 매핑 (Lee et al., 2018; Park et al., 2009) , 실시간 fMRI 기반 원격 아바타 프로젝트 등을 수행 하였고 관련 프로그램을 공개하여 기초 및 임상 뇌과학 증진을 도모해 왔습니다. 인간, 원숭이, 쥐의 다중 종 다중 측면의 뇌영상 데이터로 부터 구조 및 기능적 연결망을 자동으로 구축하고 분석할 수 있는 뇌영상 빅데이터 마이닝 파이프라인인 MNET을 개발하였습니다. 나아가서는 뇌과학에 근거하여 디지탈 테라그노시스를 위해 VR과 웹/모바일을 통한 인지정서 행동 진단 플랫폼을 개발하여 데이터를 수집하고 이를 기반으로 응용 연구를 진행하고 있습니다.

본 연구실은 다층적이고 복잡계 시스템인 뇌의 문제를 풀기 위해 임상 의학, 의공학, 통계학, 수학, 심리학, 인지과학, 커뮤니케이션학, 교육학 등 다양한 다학제적으로 접근하고 개인별 다중 측정 자료의 정밀 분석과 뇌 이론에 근거한 계층적 해석을 통해서 뇌에 대한 다차원적 이해를 증진하고 임상 뇌과학에 응용하는 것을 목표로 하고 있습니다.