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문제 정의
- 거울신경시스템이 관여하는 동작관찰이 동작을 모방하거나 또는 학습하는데 관여한다는 사실에 기초하여, 이를 신경계 재활의 한 프로그램으로 적용하려는 연구들이 이뤄지고 있기는 하지만(Celnik 등, 2008; Page 등, 2001), 동작관찰이 뇌졸중 환자의 손동작 향상에 미치는 영향을 알아본 연구들은 미비하다. 따라서 본 연구에서는 앞에서 언급한 거울신경 시스템의 특성을 고려하여 동작관찰훈련이 만성뇌졸중 환자의 손조작능력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
- 거울신경시스템의 동원으로 인해 겉질척수로의 흥분성이 증가할 것이라는 가설을 검증하기 위해 경두개자기자극(transcranial magnetic stimulation; TMS) 장비를 이용하여 첫 번째 등뼈사이근에서 운동유발전위(motor-evoked potentials; MEPs)의 진폭을 측정하였다. 연구 결과를 통해, 신경계 재활분야에서 동작관찰을 이용한 치료방법이 운동결손 자체를 치료할 수 있는 접근법으로 이용될 수 있는가에 대한 가능성을 논의하고자 하였다.
제안 방법
- 이 과정을 모두 3회 반복하였다. AOPT 조건에서는 다른 사람이 블록 옮기기를 시행하는 동영상을 2분 동안 관찰하도록 한 다음, PT 조건과 동일한 블록 옮기기 훈련을 5분 동안 시행하도록 하였으며 이 과정을 3회 반복하였다. 블록 옮기기 훈련은 마비쪽 팔을 이용하여 하도록 하였으며 수행이 어려운 경우 치료사가 약간의 신체적 도움과 동작 수정을 위한 피드백을 제공하였다.
- 신체훈련(physical training; PT)을 실시한 후에 기초선 측정 시와 동일한 방법으로 MEPs를 측정하고 AOPT 조건에서 훈련을 한 후에 다시 측정하였다. BBT의 경우도 마찬가지로 Base 조건, PT 조건 후, AOPT 조건 후에 3회 측정하였다.
- 거울신경시스템의 동원으로 인해 겉질척수로의 흥분성이 증가할 것이라는 가설을 검증하기 위해 경두개자기자극(transcranial magnetic stimulation; TMS) 장비를 이용하여 첫 번째 등뼈사이근에서 운동유발전위(motor-evoked potentials; MEPs)의 진폭을 측정하였다. 연구 결과를 통해, 신경계 재활분야에서 동작관찰을 이용한 치료방법이 운동결손 자체를 치료할 수 있는 접근법으로 이용될 수 있는가에 대한 가능성을 논의하고자 하였다.
- Buccino 등(2004c)은 전문기타 연주자가 연주하는 기타코드를 초보자들이 보고 모방하도록 요구하였다. 관찰모방조건에서는 기타코드 관찰하기, 멈춤, 관찰한 코드 치기, 기초선으로 시행하였고 대조조건에서는 잇따른 운동행동 없이 그냥 기타코드만 관찰하기, 기타 목을 쥐었다 놓았다 하는 관련없는 행동을 한 후 코드 관찰하기, 기타코드를 자유롭게 치기를 시행하였다. 연구 결과, 관찰모방조건에서는 아래마루엽과 아래이마엽이랑의 덮개부분 그리고 배쪽운동앞영역이 관여하는 겉질의 네트워크의 활성도와 관련이 있었다.
- 0T이다. 대상자는 침대에 바로 누운 자세를 취하게 하여 최대한 이완된 상태에 있도록 하였으며, 양 팔은 몸통 옆에 회내시켜 두도록 하였다. 대상자의 머리를 고정하기 위해 딱딱한 베개를 사용하였으며 대상자의 머리에 자극의 좌표를 쉽게 찾을 수 있도록 좌표가 그려진 두건을 두피에 착용시켰다.
- 대상자는 침대에 바로 누운 자세를 취하게 하여 최대한 이완된 상태에 있도록 하였으며, 양 팔은 몸통 옆에 회내시켜 두도록 하였다. 대상자의 머리를 고정하기 위해 딱딱한 베개를 사용하였으며 대상자의 머리에 자극의 좌표를 쉽게 찾을 수 있도록 좌표가 그려진 두건을 두피에 착용시켰다. 두건의 좌표는 코뿌리점(nasion)에서 뒤통수점(inion)까지 연결한 정중시상선(midsagittal line)과 양쪽귀선 (interaural line)의 교차시킨 점을 중심점(Cz)으로 하여 이를 기준으로 각 1 ㎝ 간격의 바둑판 모양으로 선을 교차하여 작성한 것이다.
- 본 연구에서 TMS 측정은 모두 3번 시행하였다. 훈련 전에 모든 대상자들을 대상으로 기초선(base) 조건에서 TMS 장비를 이용하여 MEPs의 진폭을 측정하였다.
- Base 조건, PT 조건, AOPT 조건 간의 MEPs 진폭 크기 그리고 BBT 점수를 비교하기 위해 반복측정된 일요인 분산분석으로 분석하였다. 본 연구에서는 Mauchly의 구형성 가정이 성립이 되지 않아 Greenhouse-Geisser의 수정된 자유도 값에 의해 분석하였다. 유의한 차이가 있을 경우에는 Bonferroni 방법으로 사후검정을 시행하였다.
- 이 도구는 시행 절차가 간단하여 인지 능력, 주의집중력 또는 지구력이 부족한 사람에게도 적용할 수 있다 (김진현과 정원미, 2004). 본 연구에서는 마비쪽 손으로 수행토록 하여 점수를 산정하였다. 점수는 1분 동안 마비쪽 손을 사용하여 가능한 한 많은 블록을 다른 쪽 칸으로 옮기게 하여 옮긴 블록의 개수로 산정하였다.
- AOPT 조건에서는 다른 사람이 블록 옮기기를 시행하는 동영상을 2분 동안 관찰하도록 한 다음, PT 조건과 동일한 블록 옮기기 훈련을 5분 동안 시행하도록 하였으며 이 과정을 3회 반복하였다. 블록 옮기기 훈련은 마비쪽 팔을 이용하여 하도록 하였으며 수행이 어려운 경우 치료사가 약간의 신체적 도움과 동작 수정을 위한 피드백을 제공하였다. 전체 소요 시간은 각 조건 당 21분이었다.
- 훈련 전에 모든 대상자들을 대상으로 기초선(base) 조건에서 TMS 장비를 이용하여 MEPs의 진폭을 측정하였다. 신체훈련(physical training; PT)을 실시한 후에 기초선 측정 시와 동일한 방법으로 MEPs를 측정하고 AOPT 조건에서 훈련을 한 후에 다시 측정하였다. BBT의 경우도 마찬가지로 Base 조건, PT 조건 후, AOPT 조건 후에 3회 측정하였다.
- 운동유발전위(motor evoked potentials; MEPs)를 측정하기 위해 첫번째등뼈사이근에 근전도 전극2)을 부착하고 접지전극은 앞팔 부위에 부착시켜 근전도를 측정하였다. 근전도 활동은 이동식 KEY POINT.
- 먼저 PT 조건에서는 블록을 옮기는 훈련을 시행하였다. 치료사가 지켜보는 가운데 블록 옮기기 훈련을 5분 동안 시행하고 2분간의 휴식을 갖도록 하였다. 이 과정을 모두 3회 반복하였다.
- 본 연구에서 TMS 측정은 모두 3번 시행하였다. 훈련 전에 모든 대상자들을 대상으로 기초선(base) 조건에서 TMS 장비를 이용하여 MEPs의 진폭을 측정하였다. 신체훈련(physical training; PT)을 실시한 후에 기초선 측정 시와 동일한 방법으로 MEPs를 측정하고 AOPT 조건에서 훈련을 한 후에 다시 측정하였다.
대상 데이터
- 겉질척수로의 흥분성 변화를 측정하기 위한 경두개 자기자극기는 MagPro R301)을 이용하였다. 이 장비는 직경이 70 ㎝인 B65 butterfly 코일 자극기를 연결하여 사용하며 최대 자장은 2.
- 도구의 구성물은 가로 2.5 ㎝ × 세로 2.5 ㎝의 블록 150개와 너비 53.7 ㎝ × 길이 8.5㎝ 크기의 상자이다.
- 이후 한 화면에서 동작의 정면 모습과 옆면 모습을 동시에 볼 수 있도록 동영상을 편집하였다. 동영상은 초당 30 프레임으로 촬영하였다. 동영상을 보는 모니터(HP L1706)의 크기는 17인치였으며 BBT 검사 도구 뒤쪽에 설치하였다.
- 동영상은 초당 30 프레임으로 촬영하였다. 동영상을 보는 모니터(HP L1706)의 크기는 17인치였으며 BBT 검사 도구 뒤쪽에 설치하였다.
- 본 연구에는 경기도 분당의 B 병원에 내원하는 만성 뇌졸중 환자들을 대상으로 하였다. 대상자 선정 기준은 뇌졸중으로 진단을 받은 지 6개월 이상인 자, 마비쪽 손으로 Box and Block test(BBT)가 가능한 자로 하였다.
- MEPs 진폭이 증가하였다는 것은 동작관찰을 통해 겉질척수로의 흥분성이 증가한 것으로 해석할 수 있다. 본 연구에서 대상자들은 모두 만성뇌졸중 환자들이며 연구에 참가한 시점까지도 일반적인 재활프로그램에 참여하는 사람들이었다. 기초선 조건보다 동작관찰 조건에서 BBT 점수와 MEPs 진폭이 높았다는 점은 이전의 훈련 방법과 동작관찰을 결합하면 신경계 재활에 훨씬 많은 향상을 줄 수 있다는 점을 암시하는 것이다.
- 연구대상자는 만성 뇌졸중 환자 10명(남자 8명, 여자 2명)이었다. 평균나이는 60.
데이터처리
- Base 조건, PT 조건, AOPT 조건 간의 MEPs 진폭 크기 그리고 BBT 점수를 비교하기 위해 반복측정된 일요인 분산분석으로 분석하였다. 본 연구에서는 Mauchly의 구형성 가정이 성립이 되지 않아 Greenhouse-Geisser의 수정된 자유도 값에 의해 분석하였다.
- 본 연구에서는 Mauchly의 구형성 가정이 성립이 되지 않아 Greenhouse-Geisser의 수정된 자유도 값에 의해 분석하였다. 유의한 차이가 있을 경우에는 Bonferroni 방법으로 사후검정을 시행하였다. 자료분석에는 통계 분석 프로그램인 SPSS for Window 17.
성능/효과
- AOPT 조건에서 대상자들의 평균 MEPs 진폭은 .21±.1 ㎷, PT 조건은 .17±.075 ㎷, Base 조건의 MEPs 진폭은 .092±.047 ㎷ 이었다(표 2).
- 본 연구에서 대상자들은 모두 만성뇌졸중 환자들이며 연구에 참가한 시점까지도 일반적인 재활프로그램에 참여하는 사람들이었다. 기초선 조건보다 동작관찰 조건에서 BBT 점수와 MEPs 진폭이 높았다는 점은 이전의 훈련 방법과 동작관찰을 결합하면 신경계 재활에 훨씬 많은 향상을 줄 수 있다는 점을 암시하는 것이다.
- 연구 결과 동작을 관찰하고 훈련을 한 실험군이 대조군에 비해 표준화된 팔기능 척도에서 유의한 향상이 있었다. 뇌영역의 활성도에서도 동작 관찰/동작실행 맞추기 시스템이 이루어지는 영역으로 간주되는 양쪽의 배쪽운동앞영역, 양쪽의 위쪽관자엽이랑, 보완운동영역, 반대쪽 모서리위이랑의 활성도가 실험군에서 유의하게 증가했다. 연구자들은 이 결과가 연구에 참가했던 환자들의 향상된 운동기술이 훈련한 동작이 나타나는 운동투사영역인 운동영역의 생리학적 네트워크의 재활성화와 관련이 있다고 해석하였다.
- 동작관찰이 만성 뇌졸중 환자의 손조작 능력에 미치는 영향을 알아보기 위한 본 연구의 결과는 동작관찰 조건에서 MEPs 진폭이 동작을 관찰하지 않고 신체훈련만 시행한 조건보다 더 큰 것으로 나타났다. 이는 겉질척수 전달로의 흥분성이 동작 관찰 후에 더 커진 것을 의미한다.
- 본 연구 결과에서, 각 조건에서 대상자들의 손조작능력을 측정하기 위한 BBT 점수는 같은 동작의 동영상을 관찰한 조건에서 점수가 가장 높았다. 또한 대상자들의 첫번째등뼈사이근에서 측정한 MEPs 진폭 또한 기초선 조건과 동작을 관찰하지 않고 훈련만 한 조건보다 동영상의 시범자가 보여주는 동작을 관찰한 조건에서 더 컸다. 다른 사람이 3차원 물체를 조작하는 것을 대상자들이 관찰하는 동안 TMS를 적용하고 실제 사용되는 근육들의 MEPs 진폭을 측정한 한 연구에서는 동작을 관찰하지 않을 때보다 동작을 관찰할 때 진폭이더 증가하였음을 입증하였다(Strafella과 Paus, 2000).
- 이는 겉질척수 전달로의 흥분성이 동작 관찰 후에 더 커진 것을 의미한다. 또한 동작관찰을 하고 훈련을 한 조건에서 대상자들의 손조작능력이 가장 많이 향상되었다. 이는 관찰한 동작을 집중적이고 반복적으로 연습하는 것을 결합하면 현재 신경계재활에서 이루어지는 신체적 동작을 집중적이고 반복적으로 실시하는 재활프로그램의 결과에 긍정적 영향을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
- 본 연구 결과에서, 각 조건에서 대상자들의 손조작능력을 측정하기 위한 BBT 점수는 같은 동작의 동영상을 관찰한 조건에서 점수가 가장 높았다. 또한 대상자들의 첫번째등뼈사이근에서 측정한 MEPs 진폭 또한 기초선 조건과 동작을 관찰하지 않고 훈련만 한 조건보다 동영상의 시범자가 보여주는 동작을 관찰한 조건에서 더 컸다.
- 사후분석 결과, 세 조건 중 AOPT 조건, PT 조건, Base 조건 순으로 BBT 점수가 유의하게 큰 것으로 나타났다(p<.01)(그림 2)
- 사후분석 결과, 세 조건중 AOPT 조건, PT 조건, Base 조건 순으로 MEPs 진폭이 유의하게 큰 것으로 나타났다(p<.05)(그림 1)
- 세 조건 간 MEPs 진폭의 차이를 비교하기 위한 반복측정된 일요인분산분석 결과, 세 조건 간에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(F1.243, 11.191=22.451, p<.001).
- 세 조건 간의 차이를 비교하기 위한 반복측정된 일요인분산분석 결과, 세 조건 간에 유의한 차이가 있는 것으로 나타났다(F1.192, 10.732=41.611, p<.001).
- Ertelt 등(2007)은 만성뇌졸중 환자들을 두 군으로 나누고 실험군은 일상생활에서의 손과 팔동작을 보여주는 동영상을 보여주고 관찰한 동작들을 연습하도록 하고 대조군에는 기호나 글자들이 나오는 동영상을 보여주고 동작을 연습하도록 하였다. 연구 결과 동작을 관찰하고 훈련을 한 실험군이 대조군에 비해 표준화된 팔기능 척도에서 유의한 향상이 있었다. 뇌영역의 활성도에서도 동작 관찰/동작실행 맞추기 시스템이 이루어지는 영역으로 간주되는 양쪽의 배쪽운동앞영역, 양쪽의 위쪽관자엽이랑, 보완운동영역, 반대쪽 모서리위이랑의 활성도가 실험군에서 유의하게 증가했다.
- 관찰모방조건에서는 기타코드 관찰하기, 멈춤, 관찰한 코드 치기, 기초선으로 시행하였고 대조조건에서는 잇따른 운동행동 없이 그냥 기타코드만 관찰하기, 기타 목을 쥐었다 놓았다 하는 관련없는 행동을 한 후 코드 관찰하기, 기타코드를 자유롭게 치기를 시행하였다. 연구 결과, 관찰모방조건에서는 아래마루엽과 아래이마엽이랑의 덮개부분 그리고 배쪽운동앞영역이 관여하는 겉질의 네트워크의 활성도와 관련이 있었다. 동작관찰과 관련된 활성화 정도는 대조조건들 보다 모방을 하는 동안에 더 강하게 나타났다.
- Iacoboni 등(1999)은 정상인들에게 화면에 목표 동작을 시각적으로 보여줄 때, 기호로 신호를 주었을 때, 공간적 신호를 주고 그에 반응하여 손가락을 들어 올리는 동안 fMRI를 이용하여 뇌를 관찰하였다. 연구 결과, 운동을 보고 모방을 하는 동안 왼쪽 아래이마엽이랑의 덮개부분, 오른쪽 앞쪽마루엽영역, 오른쪽 마루엽 덮개부위, 오른쪽 관자 엽위고랑 영역이 더 강하게 활성화된 것으로 나타났다. 운동모방은 관찰한 동작을 이전에 가지고 있던 운동도식 즉 이전에 생성되어 기억하고 있는 운동 동작에 맞추는 것으로 구성된다.
- 동작관찰과 관련된 활성화 정도는 대조조건들 보다 모방을 하는 동안에 더 강하게 나타났다. 이 연구 결과는 새로운 운동패턴을 생성하는데 관여하는 신경부위들이 거울신경시스템의 핵심중추와 일치한다는 것을 보여준다.
- 손 운동겉질영역의 정확한 위치를 찾기 위해 코일의 위치를 조금씩 옮겨가며 단일 반복 자극을 주었다. 첫째 등뼈사이근의 기록전위에서 가장 큰 MEPs가 나타나는 지점을 해당근육의 운동겉질영역으로 판단하였다. 휴식기 운동역치(resting motor threshold)는 10회 자극 중 적어도 5회 이상 자극에서 50 ㎶ 이상의 유발전위가 기록되는 최소한의 자극 강도로 정의하였으며 110%의 운동유 발전위로 자극하여 15회 측정하였다(Rossini 등, 1994).
후속연구
- 본 연구의 제한점으로는 상지를 이용한 다양한 기능적 활동을 관찰하고 그 수행능력의 변화를 알아보지 못했다는 점이다. 또 다른 제한점으로는 대상자 수가 많지 않았다는 점이다.
- 이는 동작관찰을 일반적인 물리치료에 결합하여 기능적인 활동들을 관찰한 다음 집중적으로 훈련하면 추가적인 효과를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 추후연구에서는 팔의 다양한 기능적 동작들을 관찰하면서 훈련하고 다양한 기능적 평가를 시행하여 동작관찰훈련이 뇌졸중 환자의 팔의 기능을 향상시키는데 도움이 될 것인가가 연구되어야 할 것이다.
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