1. 서론

1.1 탐구 동기

물리학2에서 전자기 유도를 배우며 자기선속의 변화가 전기적 반응을 만들어 낸다는 설명을 접했을 때, 이 원리가 단순히 발전기나 변압기 같은 장치에만 머무르지 않고 실제 의료기술에도 적용된다는 점이 인상적으로 다가왔다. 특히 경두개 자기자극은 두개골 바깥의 코일에 매우 짧은 시간 동안 큰 전류를 흘려 뇌 속에 전기장을 유도하는 장치로 알려져 있는데, 약물만으로 설명하기 어려운 정신질환 치료 장면에서 물리학의 개념이 직접 작동한다는 점에서 관심이 커졌다. 우울장애 치료에서 전전두피질을 표적으로 삼는다는 사례를 접한 뒤에는, 같은 장비라도 코일의 모양이 달라지면 자극이 퍼지는 범위와 집중되는 위치가 달라질 것이라는 의문이 생겼다. 이 질문은 전자기 유도 법칙이 실제 장치 설계 판단과 어떻게 연결되는지 확인하고 싶다는 탐구 동기로 이어졌다.

경두개 자기자극은 비침습적으로 뇌 기능을 조절할 수 있다는 점에서 정신의학과 신경과학에서 중요한 위치를 차지한다. 그러나 실제 치료에서 중요한 것은 단순히 강한 자기장을 만드는 일이 아니라, 특정 피질 부위에 필요한 수준의 유도 전기장을 형성하면서 주변 조직의 불필요한 자극은 줄이는 일이다. 같은 전류 변화율을 사용하더라도 코일의 형상과 배치가 달라지면 자기장의 공간 분포가 달라지고, 그 결과 유도 전기장의 세기와 국소성도 달라질 수 있다. 따라서 코일 설계는 전자기 유도 개념의 응용일 뿐 아니라 치료 정확도와 안전성에 직접 연결되는 문제라고 볼 수 있다.

기존에 알려진 설명을 보면 원형 코일은 넓은 영역에 자극을 퍼뜨리는 경향이 있고 figure-8 코일은 중심부에 더 강한 전기장을 집중시키는 것으로 정리되는 경우가 많다. 다만 이러한 설명은 결과만 전달하는 경우가 적지 않아, 깊이에 따른 변화가 어떻게 나타나는지, 왜 국소성이 높아질수록 심부 자극은 어려워지는지, 어떤 물리적 이유로 두 특성이 동시에 극대화되기 어려운지까지는 충분히 다루어지지 않는 경우가 있다. 그래서 이번 탐구에서는 물리학2의 전자기 유도 개념을 바탕으로 경두개 자기자극의 대표적 코일인 원형 코일과 figure-8 코일을 비교하고, 코일 형상이 대뇌 피질 유도 전기장의 세기와 집중도 그리고 깊이별 감쇠 양상에 어떤 차이를 만드는지 모델링하여 분석하고자 하였다.

1.2 탐구 목적

본 탐구의 목적은 동일한 자극 조건에서 원형 코일과 figure-8 코일이 대뇌 피질에 형성하는 유도 전기장의 세기와 분포가 어떻게 달라지는지를 비교하는 데 있다. 이를 위해 첫째, 표면 가까운 위치에서 figure-8 코일이 더 높은 중심부 전기장을 형성하는지 확인하고자 하였다. 둘째, 깊이가 증가할수록 두 코일의 전기장 차이가 어떻게 달라지는지 살펴보고자 하였다. 셋째, 중심부 대비 주변부 전기장 비율을 통해 자극의 국소성을 비교하고, 그 결과를 바탕으로 TMS 코일 설계에서 깊이 도달성과 집중도 사이의 상충 관계를 해석하고자 하였다. 최종적으로는 자기선속 변화, 유도 기전력, 전기장 형성과 같은 교과 개념이 실제 의료기기 설계 논리로 이어지는 과정을 설명하는 것을 목표로 하였다.

1.3 연구 질문

이번 탐구는 다음 세 가지 질문을 중심으로 진행하였다. 첫째, 코일 형상에 따라 대뇌 피질 내부의 유도 전기장 세기 분포는 어떻게 달라지는가. 둘째, 원형 코일과 figure-8 코일 중 어느 쪽이 더 높은 국소성을 보이는가. 셋째, 왜 국소성이 높은 코일은 깊은 부위 자극에서 불리해질 수 있는가.

2. 이론적 배경

2.1 전자기 유도와 패러데이 법칙

전자기 유도는 시간에 따라 변하는 자기장이 도체 내부에 전기장을 형성하는 현상이다. 물리학2에서는 자기선속 $\Phi_B$의 변화가 유도 기전력 $\mathcal{E}$를 만든다고 배우며, 이는 패러데이 법칙 $\mathcal{E}=-N\frac{d\Phi_B}{dt}$로 표현할 수 있다. 여기서 $N$은 코일의 감은 수이고, 부호는 렌츠 법칙을 반영한다. 렌츠 법칙은 유도 전류가 자기선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 의미를 가진다. 이 식에서 중요한 점은 자기장의 크기 자체보다도 자기선속의 시간 변화율이 직접적 원인이라는 사실이다. 즉, 정적인 강한 자기장보다 짧은 시간 동안 빠르게 변하는 자기장이 전자기 유도 현상을 더 강하게 일으킨다.

경두개 자기자극은 바로 이 원리를 활용한다. 코일에 매우 짧은 시간 동안 급격하게 변화하는 전류를 흘리면 시변 자기장이 형성되고, 이 자기장이 두개골을 통과하여 뇌 조직 내부에 유도 전기장을 만든다. 뇌 조직은 전기적으로 완전한 절연체가 아니므로, 형성된 전기장은 국소적인 전류를 유도하고 세포막 전위 변화에 영향을 미친다. 따라서 TMS에서 신경세포를 직접 자극하는 물리량은 자기장 자체가 아니라 자기장 변화가 만들어 낸 유도 전기장이라고 보는 것이 더 적절하다.

2.2 경두개 자기자극의 생물학적 의미

뇌의 신경세포는 막전위 변화에 따라 흥분하거나 억제된다. 일반적으로 축삭과 세포막은 전압 변화에 민감하게 반응하며, 충분한 수준의 전기적 자극이 가해질 경우 활동전위 발생 가능성이 커진다. 경두개 자기자극에서 유도된 전기장은 이러한 막전위 변화를 유발하는 외부 요인으로 작용할 수 있다. 정신질환과 관련해 자주 언급되는 전전두피질은 감정 조절, 의사결정, 주의 조절과 연결되는 부위로 알려져 있으며, 이 영역의 기능 이상은 우울장애나 불안 관련 문제와 연관될 수 있다. 따라서 특정 피질 영역을 선택적으로 자극할 수 있느냐는 단순한 장치 성능의 문제가 아니라 실제 치료 타당성과 연결되는 요소이다.

또한 신경계는 흥분성 전달과 억제성 전달의 균형 위에서 작동한다. 예를 들어 글루탐산성 흥분과 GABA성 억제의 균형이 흔들리면 피질 흥분성이 달라질 수 있다. TMS는 이런 생물학적 상태를 직접 측정하는 장치는 아니지만, 특정 회로의 흥분성 조절과 관련된 개입 도구로 사용될 수 있다. 따라서 코일 형상에 따른 전기장 분포 차이는 단순히 물리량의 변화가 아니라 어떤 신경회로가 상대적으로 더 강하게 영향을 받을 수 있는지와도 연결된다. 이 점에서 전자기 유도에 관한 물리적 해석은 정신건강 기전 이해와도 일정 부분 이어질 수 있다.

2.3 코일 형상과 전기장 분포

원형 코일은 하나의 고리 구조를 가지며 비교적 넓은 공간에 자기장을 퍼뜨리는 경향이 있다. 이 경우 유도 전기장은 넓은 범위에 형성되기 쉬워 자극 범위가 상대적으로 크다. 반면 figure-8 코일은 두 개의 원형 루프가 맞닿은 구조를 가지며, 각 루프에서 생긴 자기장과 전기장이 중앙 접점 부근에서 중첩되도록 설계된다. 그 결과 중심부에 더 강한 전기장을 집중시키고 주변부 확산은 줄일 수 있다. 같은 총 전류 변화율 조건이라고 해도 코일 기하학이 자기장 구배와 전기장 분포의 공간 구조를 바꾸는 셈이다.

이 차이는 단순한 모양의 차이로 끝나지 않는다. figure-8 코일은 표면 가까운 피질에 국소적 자극을 주는 데 유리하지만, 자극이 집중되는 범위가 좁은 만큼 깊이 방향으로는 감쇠가 빠르게 나타날 수 있다. 반대로 원형 코일은 중심부 집중도는 낮지만 넓은 범위에 전기장을 형성하므로 깊이 증가에 따른 감소가 상대적으로 완만할 가능성이 있다. 이러한 관계는 결국 depth-focality tradeoff로 이어진다. 다시 말해 깊이 도달성을 키우면 자극이 퍼지기 쉽고, 국소성을 높이면 깊은 영역 자극은 어려워지는 경향이 있다.

2.4 깊이와 국소성의 상충 관계

전자기장은 공간적으로 퍼지며 거리에 따라 감소한다. 코일이 두개골 바깥에 놓여 있다는 구조적 조건 때문에, 피질 표면에서는 비교적 강한 전기장을 만들 수 있어도 더 깊은 부위로 갈수록 세기가 줄어들 수밖에 없다. 특히 표면 가까운 작은 영역에 전기장을 집중시키는 설계는 깊어질수록 빠른 감소를 보이기 쉽다. 반면 넓은 영역에 자극을 분산시키는 구조는 국소성은 떨어지지만 비교적 완만한 감소를 보일 수 있다. 이 때문에 TMS 코일 설계는 하나의 값을 극대화하는 문제가 아니라 치료 목적에 맞게 균형점을 정하는 문제로 이해할 필요가 있다.

3. 연구 방법

3.1 연구 설계

본 연구는 실제 인체 실험이 아닌 문헌 기반 비교와 단순화된 수치 모델링을 결합한 탐구로 설계하였다. 독립변수는 코일 형상과 측정 깊이로 설정하였고, 종속변수는 중심부 유도 전기장 세기와 집중도 지표로 두었다. 통제변수는 전류 변화율, 코일과 두피 사이 거리, 코일 크기 범주, 표적 위치를 동일하게 가정하였다. 실제 생체 조직의 비균질성과 방향성은 모두 반영하기 어렵기 때문에, 본 탐구는 절대값의 정확성보다 상대적 경향 비교에 초점을 두었다.

가설은 세 가지로 세웠다. 첫째, figure-8 코일은 표면 가까운 위치에서 원형 코일보다 높은 중심부 전기장을 형성할 것이다. 둘째, 깊이가 증가할수록 figure-8 코일의 전기장 감소율이 더 클 것이다. 셋째, 중심부 대비 측면 전기장 비율은 figure-8 코일이 더 낮아 국소성이 높게 나타날 것이다. 이 가설은 전자기 유도 원리와 기존에 알려진 TMS 코일 특성을 바탕으로 도출하였다.

3.2 자료 수집과 선정 기준

자료는 경두개 자기자극의 코일 형상, 전기장 모델링, 깊이와 국소성의 관계를 다룬 학술 자료를 중심으로 검토하였다. 본문에서는 특정 연구를 직접 괄호로 제시하지 않고 일반적 경향을 바탕으로 서술하였다. 참고문헌은 결론 뒤에 목록으로 정리하였다. 자료 선정 기준은 코일 형상 비교가 직접 포함될 것, 전기장 분포나 시뮬레이션 결과가 제시될 것, TMS의 의료적 맥락과 연결될 것, 확인 가능한 학술 자료일 것이었다.

3.3 수학적 모델

깊이 $d$가 증가할수록 전기장 $E$가 감소한다는 일반 경향을 반영하여 지수감쇠형 모델 $E(d)=E_0 e^{-kd}$를 사용하였다. 여기서 $E_0$는 표면 근처 전기장의 초기 크기이고, $k$는 감쇠 정도를 나타내는 상수이다. 원형 코일은 $E_0$가 다소 낮고 $k$가 작아 완만한 감소를 보이는 경우로, figure-8 코일은 $E_0$가 더 높고 $k$가 커서 빠른 감소를 보이는 경우로 설정하였다. 이 식은 실제 뇌의 모든 구조를 반영하지는 못하지만, 표면에서 강하고 깊이로 갈수록 줄어드는 기본 패턴을 이해하는 데 적절하다.

3.4 가상 데이터 생성 방식

깊이는 0.5 cm, 1.0 cm, 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm, 3.0 cm의 여섯 수준으로 나누었다. 각 조건에서 4회 반복 측정이 이루어진 것으로 설정하였으며, 전기장 단위는 V/m로 두었다. 문헌에서 알려진 일반 경향을 유지하되 실제 측정처럼 완전히 동일한 수치가 반복되지 않도록 약 4~6%의 변동을 반영하였다. 일부 값은 약한 이상치처럼 보이도록 남겨 두어 측정 조건의 미세한 차이를 모사하였다.

4. 결과

코일 형상과 깊이에 따른 중심부 최대 유도 전기장 가상 데이터는 다음과 같다.

깊이별 평균 전기장 비교 결과는 다음과 같다.

그래프는 figure-8 코일이 얕은 깊이에서 더 높은 전기장을 보이지만, 깊이가 증가할수록 감소 기울기가 더 커져 2.5 cm 이후에는 원형 코일보다 낮아지는 경향을 시각적으로 보여 준다.

전체 깊이 구간 평균 전기장은 원형 코일이 86.1 V/m, figure-8 코일이 95.3 V/m로 계산되었다. 표면에 가까운 0.5 cm에서는 figure-8 코일이 원형 코일보다 29.2 V/m 더 높은 값을 보였고, 1.0 cm에서도 19.3 V/m 높은 값을 보였다. 그러나 2.0 cm에서는 그 차이가 4.1 V/m까지 줄어들었고, 2.5 cm부터는 원형 코일이 더 높은 값을 나타냈다. 이는 표면 근처의 강한 집중과 깊이 방향의 빠른 감쇠가 함께 나타나는 패턴으로 이해할 수 있다.

깊이에 따른 총 감소량을 비교하면 원형 코일은 0.5 cm에서 3.0 cm까지 110.5 V/m에서 63.6 V/m로 줄어 46.9 V/m 감소하였다. 같은 구간에서 figure-8 코일은 139.7 V/m에서 56.8 V/m로 줄어 82.9 V/m 감소하였다. 절대 감소량이 figure-8 코일에서 훨씬 크다는 점은, 초기 전기장은 더 크지만 깊어질수록 그 우세가 빠르게 줄어든다는 사실을 수치적으로 뒷받침한다.

집중도 비교를 위해 중심부 전기장 대비 중심에서 2 cm 측면 위치의 전기장 비율을 보조 지표로 설정한 결과는 다음과 같다.

이 값은 원형 코일이 중심에서 벗어난 위치에서도 중심 전기장의 72% 수준을 유지하는 반면, figure-8 코일은 48% 수준으로 더 크게 감소함을 뜻한다. 즉, figure-8 코일이 주변 확산을 억제하고 중심부에 더 강한 자극을 모은다는 해석이 가능하다. 반복 측정값의 변동은 대체로 설정한 범위 안에 있었으며, 일부 값은 동일 조건의 다른 측정보다 다소 높거나 낮았지만 전체 경향을 바꿀 정도는 아니었다.

5. 분석 및 해석

5.1 연구 질문 1에 대한 해석: 코일 형상은 전기장 분포를 어떻게 바꾸는가

결과에서 가장 먼저 드러나는 점은 코일 형상이 단순한 외형 차이가 아니라 유도 전기장의 공간 구조를 결정하는 핵심 변수라는 사실이다. figure-8 코일은 두 루프가 만들어 낸 전기장이 중앙 부근에서 중첩되도록 설계되어 있기 때문에 표면 가까운 위치에서 더 큰 중심부 전기장을 형성하였다. 패러데이 법칙 관점에서 보면, 동일한 전류 변화율 조건에서도 공간적으로 어떤 경로에 더 큰 자기선속 변화가 집중되는지가 코일의 기하학에 따라 달라진 셈이다. 따라서 TMS 코일 설계는 코일에 얼마나 큰 전류를 흘리느냐의 문제를 넘어, 자기장 변화의 공간적 조직화 방식을 어떻게 설계하느냐의 문제라고 볼 수 있다.

5.2 연구 질문 2에 대한 해석: 어느 코일이 더 국소적인가

중심부 대비 측면 전기장 비율이 원형 코일 0.72, figure-8 코일 0.48로 나타난 점은 국소성 차이를 분명하게 보여 준다. 원형 코일은 중심에서 벗어나도 전기장이 비교적 유지되므로 자극 영역이 넓다. 이에 비해 figure-8 코일은 중심부를 벗어날수록 전기장이 더 빠르게 줄어들어 표적 부위를 선택적으로 자극하기에 유리하다. 정신과 치료 장면에서 배외측 전전두피질처럼 비교적 특정한 영역을 반복적으로 자극하는 경우가 많다는 점을 생각하면, figure-8 코일의 높은 초점성은 임상적으로도 중요한 의미를 가진다. 여기서 단순히 장치가 강하다고 말하기보다, 자극이 어디에 얼마나 모이는지가 더 중요하다는 점을 확인할 수 있었다.

5.3 연구 질문 3에 대한 해석: 왜 국소성이 높을수록 심부 자극은 어려운가

0.5 cm에서 29.2 V/m이던 차이가 깊이가 증가할수록 줄어들고, 2.5 cm 이후에는 원형 코일이 더 높은 값을 보인 점은 깊이와 국소성의 상충 관계를 잘 드러낸다. figure-8 코일은 표면 가까운 위치에 전기장을 강하게 집중시키지만, 그만큼 분포 범위가 좁아져 깊이 방향 감쇠가 더 크게 나타난다. 반면 원형 코일은 처음부터 전기장이 넓게 퍼져 있어 표면에서의 최대값은 낮지만 깊어질수록 상대적 감소가 완만하다. 이 결과는 국소 자극 설계가 곧 심부 자극 한계와 연결된다는 점을 보여 준다. 다시 말해 자극을 정밀하게 만들수록 더 깊은 곳까지 충분한 세기를 유지하기가 어려워지는 것이다.

5.4 생물학적 관점에서의 확장 해석

TMS는 전기장을 통해 신경세포의 막전위에 영향을 주는 장치이므로, 전기장의 분포 차이는 결국 어떤 신경회로가 자극될 가능성이 높은지와 관련된다. 전전두피질은 감정 조절과 인지 통제에 중요한 역할을 하며, 편도체를 포함한 정서 회로와도 연결된다. 불안이나 우울과 같은 문제를 이해할 때 전전두피질의 조절 기능과 하위 정서 회로 사이의 불균형이 자주 논의되는데, 이때 특정 피질 영역을 선택적으로 자극할 수 있는 코일은 회로 조절의 정밀도를 높이는 데 유리할 수 있다. 물론 본 연구는 세포 수준의 신경전달물질 변화를 직접 측정한 것은 아니지만, 물리적 자극 분포가 결국 생물학적 반응 가능성의 공간적 틀을 제공한다는 점에서 의미가 있다. 다시 말해 전자기 유도는 물리 현상으로 시작하지만, 그 결과는 신경전달과 회로 수준 조절이라는 생물학적 맥락으로 이어질 수 있다.

6. 논의

이번 탐구는 물리학2의 전자기 유도 개념이 실제 뇌자극 장치 설계와 어떻게 만나는지를 비교적 명확하게 보여 주었다. 표면 가까운 위치에서는 figure-8 코일이 더 높은 중심부 전기장을 형성하고 주변 확산은 더 적게 나타났기 때문에, 국소 자극이라는 임상적 요구와 잘 맞는 구조임을 확인할 수 있었다. 반면 깊이가 증가할수록 그 우세가 줄어들고 일부 구간에서는 원형 코일보다 낮은 전기장을 보였다는 점은, 코일 선택이 단순한 성능 비교가 아니라 치료 목적에 따른 선택의 문제임을 시사한다. 표면의 특정 피질을 정밀하게 자극하고 싶은 경우와 더 깊은 부위를 상대적으로 넓게 자극해야 하는 경우는 물리적 요구 조건이 다르기 때문이다.

또한 이번 결과는 물리량 해석과 생물학적 이해를 연결하는 출발점이 될 수 있었다. 유도 전기장의 세기만으로 치료 효과를 완전히 예측할 수는 없지만, 어떤 부위에 어느 정도의 전기장이 형성되는지는 이후 신경세포 흥분성 변화와 회로 조절을 생각할 때 기본 조건이 된다. 특히 신경계는 수용체 종류, 축삭 방향, 억제성 및 흥분성 전달의 균형에 따라 반응이 달라질 수 있으므로, 장치의 물리적 특성을 먼저 이해하는 일은 정신질환의 생물학적 접근을 넓히는 데 도움이 될 수 있다. 이런 점에서 본 탐구는 전자기 유도 개념을 의학적 관심사와 연결하는 기초 작업으로 의미가 있다.

6.1 연구의 한계

본 연구는 실제 해부학적 머리 모델이나 유한요소해석을 사용하지 않고 단순화된 수치 모델을 사용하였다는 점에서 한계가 있다. 첫째, 뇌는 회백질, 백질, 뇌척수액, 두개골처럼 전기적 성질이 서로 다른 구조로 이루어져 있으나 이번 모델에서는 이를 충분히 반영하지 못했다. 둘째, 전기장의 방향성과 피질 주름 구조에 따른 국소 차이를 표현하지 못했다. 셋째, 반복 측정값은 실제 측정이 아니라 가상 데이터이므로 통계 검정의 엄밀성에는 제한이 있다. 넷째, 신경세포의 활성은 전기장 세기뿐 아니라 자극 방향, 펄스 지속시간, 축삭 배열과 수용체 상태 등에 따라서도 달라지므로, 물리적 전기장 분포만으로 생물학적 반응 전체를 설명할 수는 없다. 그럼에도 고등학생 수준의 탐구에서 비교 경향을 파악하고 교과 개념과 의료기기 설계를 연결했다는 점은 충분한 의의를 가진다.

6.2 후속 탐구 방향

후속 탐구에서는 실제 해부학적 구조를 반영한 공개 시뮬레이션 자료를 활용하여 코일 방향과 피질 주름의 영향까지 함께 비교해 볼 수 있다. 또한 figure-8 코일 외에 H-coil이나 double cone coil과 같은 심부 자극용 코일을 포함하면 깊이 확보를 위해 어떤 초점성 손실이 발생하는지 더 선명하게 분석할 수 있다. 나아가 전기장 분포 비교에 그치지 않고, 자극 부위별로 연관되는 신경회로와 신경전달 조절 가능성까지 탐구 범위를 넓히면 물리학과 생명과학의 연결이 더 뚜렷해질 수 있다.

7. 결론

본 탐구에서는 전자기 유도 원리를 바탕으로 경두개 자기자극의 원형 코일과 figure-8 코일을 비교하여 대뇌 피질 유도 전기장의 세기와 집중도, 깊이별 감쇠 양상을 분석하였다. 그 결과 figure-8 코일은 표면 가까운 위치에서 원형 코일보다 더 높은 중심부 전기장을 형성하였고, 중심부 대비 측면 전기장 비율도 더 낮아 국소 자극에 유리한 구조로 나타났다. 그러나 깊이가 증가할수록 figure-8 코일의 전기장 감소가 더 크게 나타나 심부 자극에서는 우세가 줄어들거나 사라질 수 있었다. 따라서 TMS에서 코일 형상 선택은 단순히 강한 자극을 얻는 문제가 아니라 표적 위치와 치료 목적에 따라 국소성과 깊이 도달성 사이에서 적절한 균형을 찾는 문제라고 정리할 수 있다.

이 탐구를 통해 자기선속 변화와 유도 기전력이라는 물리학2의 핵심 개념이 실제 의료기기 설계 판단으로 이어진다는 점을 구체적으로 확인할 수 있었다. 또한 전자기 유도 현상이 뇌 자극이라는 생물학적 장면과 만날 때, 코일의 기하학적 설계가 곧 신경회로 자극의 공간적 조건을 바꾼다는 사실도 이해할 수 있었다. 교과서 속 법칙이 실제 정신건강 치료 기술과 연결된다는 점은 물리학의 적용 범위를 새롭게 보게 만들었으며, 앞으로는 이러한 물리적 조건이 신경전달과 수용체 조절의 생물학적 차원과 어떻게 맞물리는지도 더 깊게 탐구해 볼 필요가 있다.

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활동 요약

전자기 유도 단원에서 배운 자기선속 변화와 패러데이 법칙을 바탕으로 경두개 자기자극에서 코일 형상에 따라 대뇌 피질에 유도되는 전기장 분포가 어떻게 달라지는지 탐구함. 원형 코일과 figure-8 코일을 비교 대상으로 설정하고 문헌 조사와 단순화된 수치 모델링을 결합해 깊이별 전기장 세기와 중심 대비 측면 전기장 비율을 분석함. 표면 가까운 위치에서는 figure-8 코일이 더 큰 중심부 전기장을 만들고 주변 확산은 더 작아 국소 자극에 유리하나 깊이가 증가할수록 감쇠가 더 커져 심부 자극에서는 우세가 줄어드는 경향을 확인함. 이를 통해 전자기 유도 개념이 발전기나 변압기 설명에 그치지 않고 실제 뇌자극 장치 설계와 치료 표적 설정에 연결됨을 이해함. 물리적 전기장 분포 차이가 결국 신경회로 자극의 공간 조건을 바꾼다는 점을 중심으로 정리하며 물리학과 정신의학적 관심사를 연결한 탐구 활동으로 확장함.