[논문]뇌파 영역에서 수면 발생 과정

이현권; 박두흠

뇌파 영역에서 수면 발생 과정
Sleep Onset Period from the EEG Point of View 원문보기

수면·정신생리 = Sleep medicine and psychophysiology, v.16 no.1, 2009년, pp.16 - 21

이현권 (동안성병원 신경정신과) , 박두흠 (건국대학교 의학전문대학원 정신과학교실)

Abstract ▼ AI-Helper

In accordance with the development of EEG and polysomnography in the field of sleep research, the sleep onset period (SOP) between wakefulness and sleep has been considered an important part for understanding the physiology of sleep. SOP in the transition from wakefulness to sleep is a gradual process integrating various viewpoints such as behavior, EEG, physiology and subjective report. Particularly, based on understanding of EEG changes during sleep, SOP has been regarded as a pattern of topographical change in specific frequency and specific state in EEG. Studies on quantitative EEG (qEEG) and event-related potential (ERP) have suggested that SOP shows the changes of functional coordination at the specific cortical areas in qEEG and the changes of regular patterns in response to environmental stimulation in ERP. The development of sleep EEG and topographic mapping of EEG is expected to integrate various viewpoints of SOP and clarify the neurophysiologic mechanism of SOP further.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 SOP를 뇌파, 정량화 뇌파(quantitative EEG, qEEG) 및 사건관련전위(event related potential, ERP) 등 전기 생리학적인 방법을 이용하여 분석한 연구들에 대해 설
명하고자 한다.
이 분야에서 첫 연구는 뇌파의 복잡한 파형을 구성성분으로 분석하는 파워스펙트럼분석(power spectral analysis)을 사용한 Lubin 등의 연구이다(11). 이 연구는 수면과 각성 사이의 중간 지점을 관찰했는데 델타와 시그마 파형이 이 단계를 구별하는데 가장 도움을 줄 수 있다고 하였다. 이후 Hori 등(12)은 자신이 제시한 SOP 수면단계를 이용하여 1단계부터 9단계의 SOP를 단계별로 평균적인 파워스펙트럼값(power spectral value)을 분석하여 SOP에서 뇌파의 시공간적 변화를 연구하였다.

가설 설정

따라서 새로운 집합체인 P220-N350-P450이라는 시스템을 말하였는데 그들은 이 시스템이 수면이 시작되는 시기에 주로 나타나는 후기 ERP 활동이라는 사실을 발견하였다. 또한 N350 파가 수면이 시작되는 시기와 관계 있는 억제 과정을 나타낸다는 사실을 가정하였다. Harsh 등(29)은 P300과 알파파와의 연관성을 확인했는데 수면에서 알파파가 완전히 없어질 즈음에 P300도 없어진다는 사실을 말하였고 이러한 점은 P300의 모니터링은 수면기간 중에는 불가능할 것이라는 사실을 시사한다.

제안 방법

Bradia 등(14)과 Wright 등(15)은 보다 SOP를 자세히 관찰하기 위해 5초간의 epoch와 3에서 25 Hz까지의 단일 주파수(Hertz, Hz) 밴드를 사용하였다. 또한 이 연구에서는 각성-수면 이행 상태의 정의를 각성의 마지막 1.5분과 1단계 수면 시작 후 1.5분으로 하여 총 3분의 뇌파 표본을 선택하였는데, 이러한 정의는 Hori의 SOP 단계 H2-H3과 유사하다. 이 연구에서 상대적 스펙트럼력(relative spectral power)의 감소는 각각 9, 10, 11 Hz에서 보였으며, 대뇌 부위로는 후두부에서 가장 큰 것으로 나타났다.
Hori 등(9)은 수면이 시작되는 과정에 대해 Hori의 9가지 수면 체계를 발전시켰다. 이 9가지 수면 단계는 Loomis의 W 단계를 2가지로, Loomis의 1단계 수면을 6가지로 나누었고 Loomis의 2단계 수면은 9단계와 같게 하였으며 각 epoch의 길이는 5초로 하였다.
최근 De Gennaro 등(3)은 뇌파 동시성의 분석과 뇌파의 방향성을 측정하는 직접전이함수(directed transfer function, DTF)를 이용하여 수면 이행기 시기에 뇌파가 뇌의 전후축으로 변화한다는 사실을 확인하였다. 이 연구에서는 첫 수면방추의 출현 전 5분과 후 5분을 측정하여 델타/세타, 알파 밴드의 변화를 전(FzA₁), 후(PzA₁, OzA₁)로 나누어 기록하였다. 그들은 DTP 결과가 SOP 동안 시간이 지남에 알파나 델타/세타 밴드에서 후두부로부터 전두부로 향하는 정보 흐름이 있다는 사실과 수면 후에는 전 밴드에서 전두부에서 두정-후두부로의 정보 흐름이 있다는 사실을 밝혔다.

성능/효과

이후 Hori 등(12)은 자신이 제시한 SOP 수면단계를 이용하여 1단계부터 9단계의 SOP를 단계별로 평균적인 파워스펙트럼값(power spectral value)을 분석하여 SOP에서 뇌파의 시공간적 변화를 연구하였다. 그 결과 델타력, 세타력 및 알파력의 변이도(variability)가 1단계 수면으로 갈수록 증가하고 또한 이러한 증가가 수면까지 약 10분여의 기간동안 지속된다는 보고를 하였다. Ogilvie 등(13)은 활동성 행동 체계를 사용하여 졸음(drowsiness)이 증가하는 것(반응 시간의 증가)과 수면(반응의 실패)을 구별하였는데, 졸음이 증가하고 수면이 시작될 때에 뇌파의 유의미한 변화를 찾아내었다.
지속적인 압력 시스템은 Blake 등(35)이 손을 지지하는 감개(spool)를 사용하여 근이완과 뇌파 사이의 관계를 관찰함으로 수면 시작을 파악하고자 하는 것이다. 위 연구에서 알파파가 사라진 후 5초에서 25초 사이에 손을 지지하는 감개가 떨어졌으며 이는 1단계 수면 기간 중에서 알파파의 사라짐이 근이완과 관계가 있다는 사실을 보여주었다.
5분으로 하여 총 3분의 뇌파 표본을 선택하였는데, 이러한 정의는 Hori의 SOP 단계 H2-H3과 유사하다. 이 연구에서 상대적 스펙트럼력(relative spectral power)의 감소는 각각 9, 10, 11 Hz에서 보였으며, 대뇌 부위로는 후두부에서 가장 큰 것으로 나타났다. 이러한 변화들은 비교적 천천히 진행되는 감소나 증가가 아닌 심하게 변동(fluctuation)하는 모습을 보였으며 이러한 변동은 델타파 범위에서 가장 뚜렷하였다.
그들은 DTP 결과가 SOP 동안 시간이 지남에 알파나 델타/세타 밴드에서 후두부로부터 전두부로 향하는 정보 흐름이 있다는 사실과 수면 후에는 전 밴드에서 전두부에서 두정-후두부로의 정보 흐름이 있다는 사실을 밝혔다. 이러한 결과는 SOP가 대뇌 피질 전두부-후두부 네트워크의 기능적인 조화라는 의견을 확인하였고 수면이 뇌의 특정 구역에서 이루어지는 하나의 과정이라는 사실을 밝혔다는데 의의가 있다.
정량적 뇌파(quantitative EEG, qEEG)는 SOP를 지형학적으로 이해를 하는데 도움을 주고 있다. 이러한 연구들은 알파 영역의 주파수들이 SOP기간 동안 시공간적인 역동적 변화를 보인다는 것과 SOP가 대뇌 피질 전두부-후두부 네트워크의 기능적인 조화라는 사실을 제시하였다. 자극에 의한 정보 처리를 알려주는 사건관련전위(event related potential, ERP) 연구에서는 환경의 자극에 반응하는 여부에 따라 SOP가 각성상태와 수면상태 사이에서 변동한다는 사실을 밝혔다.
Ogilvie 등(13)은 활동성 행동 체계를 사용하여 졸음(drowsiness)이 증가하는 것(반응 시간의 증가)과 수면(반응의 실패)을 구별하였는데, 졸음이 증가하고 수면이 시작될 때에 뇌파의 유의미한 변화를 찾아내었다. 즉 EEG 분석결과 SOP 동안 세타력은 증가하고 알파와 베타는 감소를 하였고 행동적 관점에서의 수면이 시작됨에 따라 모든 뇌파력은 증가하였다. 이러한 사실들은 대뇌 피질 동기화의 시작이 일반적으로 서파 수면의 시작에 기여를 한다는 것을 나타낸다.

후속연구

전통적 방법인 행동 관찰을 통한 SOP의 이해는 뇌파 영역의 발전에 따라 SOP 중 행동 변화와 뇌파 변화 간의 긴밀한 연관성을 보여주고 있다. 이러한 수면뇌파와 뇌파의 지형학적 지도법의 발달을 통해 SOP에 대한 다양한 관점들을 통합하고 SOP의 전기생리적 기전의 이해를 통해 SOP와 관련 있는 불면증, 기면병, 우울증 등과 같은 질환의 기전과 병리를 이해하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	actigraghy의 장단점은?	‘수동적’으로 행동을 관찰하는 도구들은 크게 actigraghy와 지속적 압력 시스템(continuous pressure system)이 있다. 우선 actigraghy는 몸에 휴대가 가능하고 움직임에 대한 정도를 측정하는 편리한 도구이며 대략적인 수면을 아는데 유용하지만 수면의 시작을 자세히 기술하는 데는 정확하지 못한 부분이 있다. 따라서 actigraphy는 수면 시작의 잠재기를 저평가 함으로 수면에 대하여 과대평가하는 경향성이 있다(34).
	1968년에 발표된 수면단계 분류 기준 중 수면 시작 과정을 정의하면?	각성단계(stage W): 알파 활동성이나 저전압, 혼합 주파수 뇌파(mixed frequency EEG)가 보이며 눈을 깜박이거나 빠른 눈의 움직임과 상대적으로 높은 근전도 소견이 보인다. 1단계(stage 1)：저전압과 혼합 주파수 뇌파 2~7 Hz 활동이 주로 보인다. 즉 50% 이하의 알파 활동을 보이며 수면 방추나 K 복합체, 빠른 눈동자 굴림(rapid eye movement, REM)이 보이지 않는다. 느린 눈동자 굴림(slow eye movement, SEM)과 두정부파(vertex wave)가 보일 수 있다. 2단계(stage 2)：수면방추와 K 복합체가 보이며 저전압과 혼합 주파수 뇌파가 보인다. 대략적으로 20% 이하의 델타파가 보일 수 있다.
	Flannigan가 정의한 수면의 행동적인 측면 네 가지는?	최근에 수면에 대한 연구를 위해 뇌파나 수면다원검사를 사용하나 수면은 본질적으로 행동이고 이러한 기술이 발전되기 전에는 수면을 하나의 행동으로 이해하고 정의되어왔다. Flannigan은 이러한 수면의 행동적인 측면을 1) 종(species) 특이적인 몸의 자세, 2) 지속적으로 유지되는 행동의 정지상태, 3) 고양된 각성 역치, 4) 자극을 통해 가역 가능한 상태로 정의하여 재조명했으며 최근까지 이러한 정의는 수면의 행동적 측면을 이해할 때 사용하고 있다(31). 또한 이러한 행동 관찰과 더불어 수면을 이해하기 위한 여러 장치들이 시도되어 왔는데 이러한 장치들도 역시 SOP를 이해하는데 도움을 주고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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