[논문]뇌 손상 후 신경 가소성

권영실; 김진상

문제 정의

잘 이해할 필요가 있다. 본 고찰은 물리치료의 관점에서 홍미로운 뇌 손상 이후 운동계 내에서 나타날 수 있는가소적 변화를 분자-세포적인 측면과 운동 피질의 재조직화에 중점을 두고 최근의 연구들을 소개하며, 특히, 그러한 변화가 운동 행동과 관련하여 물리치료와 어떻게 관련이 있는가를 다루었다.
이러한 변화가 얼마나 빨리 일어나는가를 알아보기 위해, 운동 학습이 조사되었다. 정상인을 대상으로 5일 간 손으로 어떤 과제를 숙련되게 학습하는동안 손의 운동피질 representation를 관찰했다 (Pascual-Leone 등,1995)은.
임상적으로 인간의 뇌 지도 (mapping)를 작성하는 방법은 뇌 영상 기술 방법을 이용하는데, 여러 연구 결과들의 이해를 돕기위해 한가지 방법을 소개하고자 한다. 여러 가지 기술 중 TMS(transcranial magnetic stimulation)은 빠르게 변화하는 자기장을 이용해 대뇌피질을 활성화시키는 것이다(Cramer와 Bastings, 2000).

제안 방법

국소 TMS를 이용하여 단무지외전근(abductor pollicis brevis)의 운동 출력 영역을 측정하였는데, 치료 전, 첫 주후, 두 번째 주후에 각각 실시하였다. NineHole Peg Test와 Frenchay Arm Test를 이용하여 운동 수행력도 평가되었으며, 악력계를 이용해 근력도 측정되었다. 치료전 마비측 손 근육의 대뇌 피질 영역은 반대쪽과 비교하여 유의하게 작았다.
아급성기에 있는 9명의 뇌졸중 환자를 대상으로 치료를 통해 이끌어지는 가소적 변화를 조사하였는데, 이 환자들은 1주 동안 전통적 물리치료에 참가했으며, 그 다음 주는 전통적물리치료와 강제-사용 치료(forced-use therapy)를 병행했다. 국소 TMS를 이용하여 단무지외전근(abductor pollicis brevis)의 운동 출력 영역을 측정하였는데, 치료 전, 첫 주후, 두 번째 주후에 각각 실시하였다. NineHole Peg Test와 Frenchay Arm Test를 이용하여 운동 수행력도 평가되었으며, 악력계를 이용해 근력도 측정되었다.
아급성기에 있는 9명의 뇌졸중 환자를 대상으로 치료를 통해 이끌어지는 가소적 변화를 조사하였는데, 이 환자들은 1주 동안 전통적 물리치료에 참가했으며, 그 다음 주는 전통적물리치료와 강제-사용 치료(forced-use therapy)를 병행했다. 국소 TMS를 이용하여 단무지외전근(abductor pollicis brevis)의 운동 출력 영역을 측정하였는데, 치료 전, 첫 주후, 두 번째 주후에 각각 실시하였다.
실시되었다. 한 손가락의 감각 입력을 제한하였을 때, 그 손가락의 감각을 담당하고 있던 대뇌 피질 감각 영역은 아무일도 하지 않고 있는 것이 아니라 그 옆에 인접한 손가락의 감각을 맡게되는 것을 보여준 이 실험은 뇌의 각 영역이 일정한 신체 구조를 담당하고 있으며 그것이 정형화되어있다는 이전의 개념들을 재조직화하였다.

성능/효과

대조군에서, 오른쪽과 왼쪽의 FDI와 ADM의 운동 피질 영역에는 유의한 차이가 없었다. 그러나, 점자를 읽는 시각 장애인에서는, 점자를 읽을 때 사용하는 손에서 FDI의 피질 영역이 반대쪽 손이나 대조군의 손에서보다 유의하게 더 큰 것으로 나타났다. 반대로, 점자를 읽는 쪽 손의 ADM의 피질 영역은 반대편 손이나 대조군 손에서 보다 유의하게 더 작았다.
정상인을 대상으로 5일 간 손으로 어떤 과제를 숙련되게 학습하는동안 손의 운동피질 representation를 관찰했다 (Pascual-Leone 등,1995)은. 대상자들이 피아노 건반위에서 다섯손가락 운동이 숙련되어갈수록, 손의 운동 피질 영역 크기(또는홍분성)는 증가하였다. 단순한 손의 사용에서는 비슷한 변화가 일어나지 않기 때문에 이런 변화는 학습의 숙련도에 달려 있는 것으로 보인다.
인간에서 이 문제를 조사하기 위하여 Pascual-Leone 등 (2001)은 국소 TMS를 이용하여 시각장애를 가진 사람 중 점자를 읽는 군과 읽지 못하는 대조군에서 양측성으로 첫 번째 배측 골간근 (first dorsal interosseus : FDI)과 소지내전근(adductor digiti minimi : ADM)에 표적이 되는 운동 피질 영역의 자세한 지도를 완성하였다. 대조군에서, 오른쪽과 왼쪽의 FDI와 ADM의 운동 피질 영역에는 유의한 차이가 없었다. 그러나, 점자를 읽는 시각 장애인에서는, 점자를 읽을 때 사용하는 손에서 FDI의 피질 영역이 반대쪽 손이나 대조군의 손에서보다 유의하게 더 큰 것으로 나타났다.
운동 피질 홍분성의 증가와 함께 손의 기민성(dexterity)도 유의하게 향상되었다. 두 주 동안의 치료를 통해, 운동 출력 지도는 손상받지 않은 쪽 대뇌반구와 비교하여 손상받은쪽 대뇌반구에서 더 많이 변경되었다. 이런 결과로부터 강제-사용 치료와 전통적 물리치료를 병행하는 것이 전통적 물리치료 단독으로 실시했을 때와 비교하여 운동 피질을 더 활성화시키고 운동 수행력을 증가시킨다고 하였다.
그러나, 점자를 읽는 시각 장애인에서는, 점자를 읽을 때 사용하는 손에서 FDI의 피질 영역이 반대쪽 손이나 대조군의 손에서보다 유의하게 더 큰 것으로 나타났다. 반대로, 점자를 읽는 쪽 손의 ADM의 피질 영역은 반대편 손이나 대조군 손에서 보다 유의하게 더 작았다. 이 결과는 능숙하게 점자를 읽는 손가락에 대한 운동 피질 영역이 다른 손가락의 피질 영역까지 확장된 것을 나타낸다.
(pyramidal neurons)의 가지돌기 (dendrites)성장을 보고하였다. 성숙 흰쥐에서 감각운동 피질 중 앞다리 영역에 편측성으로 손상을 일으킨 후 반대쪽 상동 피질 제 V 층의 피라미드 신경원에서 가지돌기의 성장이 관찰되었고 양쪽 전완을 보다 대칭적으로 사용할 정도로 회복되었을 때, 가지돌기 성장이 정지되었다. 병변을 일으킨 쪽과 같은 쪽의 앞다리를 사용하지 못하도록 했을 때나 모의수술을 실시하고 한쪽 앞다리만 사용하게 했을 때 가지돌기 과성장은 일어나지 않았다.
연구하였다. 실험 결과 절단부 말단 바로 근위쪽 근육을 담당하고 있는 운동 영역은 반대쪽 해당 근육을 담당하고 있는 영역보다 더 넓은 것으로 나타났다. 이런 결과는 절단부 근위의 근육에 대한 운동 피질이 절단된 신체 부위의 영역으로 확장된다는 생각과 일치한다.
강제-사용 치료 이후 손상측 대뇌반구에서 운동 출력 지도는 유의하게 넓어졌다. 운동 피질 홍분성의 증가와 함께 손의 기민성(dexterity)도 유의하게 향상되었다. 두 주 동안의 치료를 통해, 운동 출력 지도는 손상받지 않은 쪽 대뇌반구와 비교하여 손상받은쪽 대뇌반구에서 더 많이 변경되었다.
NineHole Peg Test와 Frenchay Arm Test를 이용하여 운동 수행력도 평가되었으며, 악력계를 이용해 근력도 측정되었다. 치료전 마비측 손 근육의 대뇌 피질 영역은 반대쪽과 비교하여 유의하게 작았다. 이런 차이는 첫 주 물리치료 후에도 계속되었다.

후속연구

눈부시게 발전하고있는 뇌과학을 물리치료를 발전시키는 디딤돌로 이용한다면 뇌손상으로 인한 장애로 고통받고 있는 사람들에게 보다 더 나은 재활의 길로 안내할 수 있을 것이다.
수십 년 이상 임상 현장에서 수정되고 보완되며 발전해가는 물리치료를 개별적인 환자의 상태에 맞추어 가장 적절히 실시한 이후 이런 가소적 변화를 연구하는 일이 시대적으로 절실히 요구되고 있다. 또한 이러한 뇌피질 지도와 같은 신경 가소성의 평가를 통해 적절한 치료 방법이 선택되어질 수도 있을 것이다.
물론 손상 이후 홍분성이 과도하게 증가할 경우 흥분독성(excitotoxicity)으로 인한 세포사가 일어나기도 하므로(Choi, 1988) 논란의 여지가 있기는 하지만, 과도하지 않고 적절한 정도로 억제성 신경전달물질과 수용기의 작용이 감소하고 흥분성 신경전달물질과 수용기의 작용이 증가하는 것은 손상후 기능적 재조직화를 포함하는 적응 과정으로 고려될 수도 있을 것이다.
수많은 연구자들은 다양한 형태의 뇌 가소성를 이루고 있는 세포 적-분자적 사건들을 실험하고 있다. 여기에서는 지금까지의 연구 결과 밝혀진 흥분성과 억제성의 변화, 신경돌기의 변화, 연접 강화와 신경영양^ 인자가 소개 될 것이다.

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