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| [동향] 음성틱 장애 발병 메커니즘 규명 |
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한국뇌연구원, 음성틱 장애 발병 메커니즘 규명 미래창조과학부(장관 최양희)는 한국뇌연구원(원장 김경진) 연구팀이 “중격의지핵(nucleus accumben)을 중심으로 한 대뇌 변연계의 이상이 음성틱을 일으킨다는 사실을 규명” 하였다고 밝혔다.
McCairn 박사는 인간과 가장 유사한 영장류인 원숭이 틱 모델을 이용한 연구에서 음성틱에 관여하는 특정 신경망을 밝히고, 관련 뇌영역들에서 발생한 LFP (국소장-전위, local field potential) 신호를 분석, 뇌영역들 간에 알파파로 커플링된다는 것을 밝혀, 음성틱 현상을 신경생리학적으로 규명하였다. 이번 연구결과로 음성틱 치료를 위한 외과적 시술법 개발에 새로운 전기가 마련될 것으로 기대된다. 특히 파킨슨 환자 치료에 뇌 심부 자극술(Deep brain stimulation)을 활용하는 것처럼 악성 운동, 음성틱으로 고생하는 뚜렛 환자의 뇌에 외과적으로 전극을 심어 전기적 자극으로 틱의 충동을 완화할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 전자적 두뇌 신호(LFP신호)와 그에 따른 신경네트워크 변화를 보다 잘 이해하게 되면, 뚜렛장애나 간질, 파킨슨 병과 같은 운동성 뇌질환의 진단 및 치료에 직접적으로 영향을 줄 수 있어 틱 장애의 치료를 위한 획기적 전환점이 마련될 것으로 기대된다. 한국뇌연구원 뇌질환연구부 책임연구원으로 재직 중인 Kevin McCairn 박사는 뇌연구의 글로벌 연구경쟁력 확보를 위하여 2013년 일본 교토대학에서 유치한 외국인 과학자(영국인)로 2013년도에 운동틱 발생 관련 신경 네트워크를 연구한 논문 [1]과 원숭이 뇌에 뇌심부자극술을 시술하여 치료 효과를 연구한 논문 [2]을 모두 “Journal of Neuroscience지에 게재하여 운동틱의 원인 규명과 함께 외과적 시술법 연구결과를 발표한 바 있다. Kevin McCairn 박사는 “음성틱 발생의 신경회로 및 메카니즘 규명을 통한 성인 틱 환자 치료에 획기적인 전기를 마련하게 되었다”고 연구 의의를 밝혔다. 한국뇌연구원 김경진 원장은 “한국뇌연구원이 2014년 10월 설립 후 단기간 내에 글로벌 연구성과를 거둔 것은 한국의 뇌연구 수준을 한 단계 끌어 올린 것”이라고 평가하였다. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 연구결과 개요 □ 약 15% 정도의 아동이 일시적인 틱장애를 경험한다고 알려져 있으며, 틱장애가 1년 이상 지속 되면 “뚜렛증후군”이라는 질환으로 진행되는데, 뚜렛증후군 환자들에게서 ADHD가 같이 오는 비율이 50~60%, 강박증은 35%, 불안장애는 30%, 반항/품행장애는 25~30%, 학습장애는 25%, 우울증은 23%나 된다고 함. 뚜렛증후군의 원인은 불필요한 동작이 나오지 않도록 제어하는 역할을 하는 기저핵 (basal ganglia) 때문에 나타남. 즉 기저핵에서 감각정보가 GABA(신경전달물질)에 의해 효과적으로 제어되지 않기 때문임. 대뇌 피질 하부에 위치한 기저핵과 시상에서는 뇌에서 처음에 발생한 다듬어지지 않은 신호(Signal)를 섬세하게 조절하여 몸의 운동, 감각, 사고 영역에서 발생하는 불필요한 정보(Noise)를 여과하거나 제거하게 되는데, 여기에 문제가 생겨 뚜렛환자는 비정상적인 기저핵–시상-피질(중뇌변연계) 회로를 갖게 되어 운동틱과 음성틱 증상이 나타나게 됨. □ 일반적으로 운동틱은 기저핵의 피각(putamen)을 중심으로 한 감각운동 회로(sensorimotor circuit) 이상에 기인한 것으로 알려져 있고, 음성틱도 운동틱의 회로와 크게 다르지 않을 것이라고 보는 견해가 많았음. 그러나 감각운동 회로의 중심인 선조체(striatum)의 피각(putamen)에 GABA를 억제하는 약을 주입하였을 때 운동틱만 나타났을 뿐, 음성틱은 나타나지 않기 때문에 음성틱에 관여하는 신경회로는 운동틱의 회로와 다를 것이라고 추측함. 이에 원숭이의 발성(vocalization)에 전대상피질 (anterior cingulate cortex)과 운동피질 (motor cortex)이 관여한다는 기존 보고에 착안, 전대상피질 (anterior cingulate cortex)이 속한 변연계 이상이 발성에 어떠한 영향을 주는지 연구함. □ 변연계에서 감정과 보상을 담당하는 중격의지핵(nucleus accumben)에 GABA 억제약물을 주입하여 변연계 이상을 유도했을 때 원숭이에게서 운동틱은 나타나지 않고 음성틱만 나타남을 발견하였음. PET 이미징을 통해 음성틱과 운동틱 발생시 뇌의 영역별 활동변화를 관찰한 결과, 음성틱의 경우 사람의 감정을 담당하는 시스템인 대뇌 변연계 (limbic system)를 구성하는 전대상피질 (anterior cingulate cortex), 편도체 (amygdala), 해마 (hippocampus)에서 활성도가 눈에 띄게 증가한 반면, 운동틱의 경우 일차운동피질 (primary motor cortex)과 소뇌 (cerebellum)의 활성도가 크게 증가함. 변화가 일어난 해당 뇌영역들에 전극을 삽입하여 멀티사이트 레코딩으로 틱 전후 신경신호의 변화를 측정한 결과, 일차 운동피질에서 비정상적인 LFP 신호가 발생할 때와 운동틱 발생이 일치하는데 반해, 음성틱 발생과 전대상피질 (anterior cingulate cortex)과 중격의지핵(nucleus accumben)에서 비정상적인 LFP신호가 관찰될 때마다 음성틱이 발생하지는 않았고, 또 음성틱이 발생하였지만 LFP신호에 큰 변화가 없을 때도 있었음. □ 관련 뇌회로에서 비정상적 LFP신호 없이 음성틱이 나타나는 현상을 해석하기 위해 뇌신호처리 분석법 중의 하나인 “교차주파수 위상 커플링(cross-frequency phase-phase coupling)기법”을 통해 분석한 결과, LFP 발생 유무에 관계없이 음성틱 상태에서는 알파 시그널이 크게 증가해 있고, 전대상피질 (anterior cingulate cortex), 중격의지핵(nucleus accumben), 일차운동피질 (primary motor cortex)에 알파 커플링(alpha phase-phase coupling)이 나타났음. □ 인간의 두뇌 활동에 따라 나타나는 주파수 크기는 델타(1~4Hz), 세타(4~8Hz), 알파(8~12Hz), 베타(12~30Hz), 감마(30~80Hz)로 구분되는데 이 중 알파파는 편안한 정서 상태에 있을 때 두뇌에 나타나는 파형으로, 음성틱 발생 시 알파파가 증가한 것은 정서 상태에 변화가 있었다는 것을 의미함. 실제 뚜렛환자의 비정상적인 행동이 자신의 의지와 상관없는 비자발적인 행동인지 반자발적인 행동인지에 대한 논란에 대해, 본 연구는 틱은 반자발적인 (semi-voluntary)행동이라고 결론지었음. 틱 환자의 경우, 틱 전에 틱을 하고 싶은 강한 충동을 일으키며, 틱을 했을 때 어떤 심리적인 긴장감이나 답답함이 해소된다고 함. 따라서 음성틱 발생 시 알파파 증가나 변연계와 운동영역이 알파파로 커플링된다는 이 연구결과를 통해 틱 발생 전 충동과 음성틱을 한 후 환자가 받는 심리적 보상의 신경생리학적인 기작을 짐작할 수 있음. 그림 설명  <그림 : 원숭이 틱 모델에서 음성틱과 운동틱 발생에 관여하는 뇌영역이 다르다는 것과 틱 발생시 알파파가 증가했다는 것을 보여주는 결과> (가) 음성틱 (vocal tic)과 운동틱 (motor tic) 발생시 활성화되는 뇌영역이 각기 다르다는 것을 PET 이미징을 통해 보여줌 (나) 음성틱 (vocal tic)과 운동틱 (motor tic) 발생시, 관련 뇌영역에서 측정한 LFP신호 비교 (다) ACC (anterior cingulate cortex, 전대상피질), NAc (nucleus accumben, 중격의지핵), M1 (primary motor cortex, 일차운동피질)에 LFP신호 변화가 없을 때에도 음성틱이 발생한 경우, 각 영역간에 알파파로 커플링되는 것을 보임 용어 설명 1. 뉴런 (Neuron) Cell Press에서 격주 발행하는 신경과학 분야 저명 국제 학술지 (2015년 기준 영향력 지수 15.766, 상위 1.59%) 2. 양전자 방출 단층촬영 (Positron Emission Tomography, PET 이미징) 순간순간 활동에 따라 변화하는 뇌의 신진대사를 측정하는데 활동 중인 뉴런들은 산소와 포도당 소모가 증가하므로 뇌의 각 영역에서 사용되는 포도당의 양을 탐지하여 뇌의 활동성 변화를 알 수 있음. 3. 국소장 전위 (Local Field Potential, LFP 신호) 뇌는 수많은 뉴런들로 구성되어 있으며, 각각의 뉴런들이 시냅스를 이루어 전기, 화학적 신호를 주고 받음. 전자 생리학적 신호의 종류인데 국소 수상돌기 시냅스 활동으로 흐르는 전류로 발생. 바늘모양의 미세전극(microelectrode)을 뇌에 삽입하여 이러한 뇌의 활동을 측정하는 방법 중의 하나임. 4. 알파파 (alpha wave) 뇌파는 정신 활동 상태에 따라 델타(1~4Hz), 세타(4~8Hz), 알파(8~13Hz), 베타(13~30Hz), 감마파(30Hz~)로 구분되는데, 알파파는 주로 긴장을 풀고 휴식하는 상태에서 활성화되는데, 이에 관련된 여러 연구들을 통해 알파파는 심리적 안정상태에 이를 때 활성화 되는 것으로 밝혀져 있음. 5. 뇌심부자극술 (deep brain stimulation, DBS) 파킨슨 병, 근긴장이상증 (디스토니아) 환자 중, 약물에 반응이 없어지거나 부작용이 심하여 약 복용에 어려움이 생긴 경우에 시행되는 외과적 치료법. 뇌의 특정부위에 전기적 자극을 보내는 뇌조율기라 불리는 의료장치를 환자의 뇌 안에 이식하여 삽입한 전극을 통해 전기적 자극을 주어 증상을 완화하는데 사용됨. 6. 중격의지핵 (nucleus accumbens) 뇌에서 도파민을 분비해 기분과 감정을 조절하는 부분으로 도파민에 의해 쾌감과 보상을 담당하는 부분 7. 대뇌변연계 포유류의 뇌, 감정의 뇌로 불리며, 인간의 기억과 감정 기능을 수행하는 뇌의 영역 8. 음성 틱장애 틱은 아이들이 특별한 이유 없이 자신도 모르게 얼굴이나 목, 어깨, 몸통 등의 신체 일부분을 아주 빠르게 반복적으로 움직이거나 이상한 소리를 내는 것을 말함. 전자를 운동 틱(근육 틱), 후자를 음성 틱이라함. 9. 뚜렛증후군 (Tourette Syndrome) 운동 틱(근육 틱)과 음성 틱 증상이 모두 나타나면서 전체 유병기간이 1년을 넘는 것을 뚜렛증후군이라고 함. [첨부] 연구자 이력사항 |
[첨부 파일]
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