Objectives: The objective of this study was to assess bra in activation and difference by LI11 or ST36 acupuncture stimulation using functional MRI (fMRI). Methods: A total of 10 healthy right-handed volunteers were studied. LI11 acupuncture and ST36 acupuncture stimulations were applied in order on...
Objectives: The objective of this study was to assess bra in activation and difference by LI11 or ST36 acupuncture stimulation using functional MRI (fMRI). Methods: A total of 10 healthy right-handed volunteers were studied. LI11 acupuncture and ST36 acupuncture stimulations were applied in order on the left. The block design paradigm of RARARA was used for the task, with R representing rest and A representing stimulation, and each period lasted 30 seconds. fMRI data were analyzed using SPM2. Results: The left LI11 acupuncture stimulation activated both sides of the inferior parietal lobule, the left side of the extra-nuclear, culmen and inferior semi-lunar lobules. On the right side, the nodule and midbrain regions were activated by the left LI11 acupuncture stimulation. The left ST36 acupuncture stimulation activated the right side of the superior frontal gyrus, middle frontal gyrus, superior parietal lobule, inferior semi-lunar lobule and pyramis. On the left side, the sub-gyral, middle temporal gyrus, fusiform gyrus, supramarginal gyrus, extra-nuclear, cingulate gyrus and fastigium regions were activated by the left ST36 acupuncture stimulation. Besides, both sides of the paracentral lobule, inferior parietal lobule, culmen, cerebellar tonsil and midbrain regions were activated. Conclusions: In conclusion, brain signal activation patterns according to acupoints were observed to differ, and ST36 acupuncture stimulation activated more regions than LI11. It is supposed that LI11 and ST36 acupuncture stimulations have an influence on motor function and sensory aphasia, and these stimulations thus represent potential for ocular motor dysfunction, discriminative touch or position sense disorder. Moreover, ST36 acupuncture stimulation activated the cingulate gyrus of the limbic system, so it seems to have an influence over autonomic functions.
Objectives: The objective of this study was to assess bra in activation and difference by LI11 or ST36 acupuncture stimulation using functional MRI (fMRI). Methods: A total of 10 healthy right-handed volunteers were studied. LI11 acupuncture and ST36 acupuncture stimulations were applied in order on the left. The block design paradigm of RARARA was used for the task, with R representing rest and A representing stimulation, and each period lasted 30 seconds. fMRI data were analyzed using SPM2. Results: The left LI11 acupuncture stimulation activated both sides of the inferior parietal lobule, the left side of the extra-nuclear, culmen and inferior semi-lunar lobules. On the right side, the nodule and midbrain regions were activated by the left LI11 acupuncture stimulation. The left ST36 acupuncture stimulation activated the right side of the superior frontal gyrus, middle frontal gyrus, superior parietal lobule, inferior semi-lunar lobule and pyramis. On the left side, the sub-gyral, middle temporal gyrus, fusiform gyrus, supramarginal gyrus, extra-nuclear, cingulate gyrus and fastigium regions were activated by the left ST36 acupuncture stimulation. Besides, both sides of the paracentral lobule, inferior parietal lobule, culmen, cerebellar tonsil and midbrain regions were activated. Conclusions: In conclusion, brain signal activation patterns according to acupoints were observed to differ, and ST36 acupuncture stimulation activated more regions than LI11. It is supposed that LI11 and ST36 acupuncture stimulations have an influence on motor function and sensory aphasia, and these stimulations thus represent potential for ocular motor dysfunction, discriminative touch or position sense disorder. Moreover, ST36 acupuncture stimulation activated the cingulate gyrus of the limbic system, so it seems to have an influence over autonomic functions.
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문제 정의
본 연구 결과 곡지와 족삼리 혈위에 침자극을 주었을 때 fMRI상 뇌활성화가 나타난 부위를 대뇌, 소뇌, 뇌간으로 나누어 살펴보고자 한다.
또, 족삼리 침자극으로 좌측 대상이랑(cingulate gyrus)도 활성화되었는데 이 영역은 자율신경기능, 감각 전도와 관련된 곳으로서 족삼리 침자극이 자율신경기능에 영향을 미칠 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 임상에서 운동, 언어, 감각 또는 자율신경과 관련하여 곡지 또는 족삼리 침치료를 활용하는 근거를 제시하였다는 데 의의가 있다고 사료된다.
본 연구에서는 中風七處穴에 포함되며 상지와 하지를 대표하는 혈위인 곡지와 족삼리에 침자극을 시행하여 뇌 활성화 변화를 fMRI를 통해 관찰하고자 하였다. 곡지는 肘를 직각으로 굽혀 橈側肘窩橫文頭와 上腕骨外側上顆와의 중앙에 위치한 혈로서, 下氣작용이 강하고 祛風解表, 淸熱利濕, 調氣血, 利關節, 消風淸熱, 養血祛風, 淸泄陽明之熱의 효능이 있다.
뇌의 특정 영역이 활성화되면 그 영역에 대응하는 신체 기능에 영향을 미치는 것으로 밝혀져 있는데, 수족탄탄, 마목과 관련하여 상지와 하지의 혈위를 함께 선택하여 침자극을 시행한 fMRI 연구는 없었다. 이에 저자들은 곡지와 족삼리, 두 혈위 자극이상, 하지 관련 뇌 영역에 영향을 미치는지 알아보고자 본 연구를 시행한 결과 유의한 뇌활성화 변화를 관찰할 수 있었기에 보고하는 바이다.
제안 방법
64 × 64의 평면 해상도와 4mm 의 두께로 격자화 되어있는 데이터를 Gaussian filter 를 이용하여 Full Within Half Maximum(FWHM)의 값을 8 × 8 × 10mm로 하여 Spatial smoothing을 통해 비격자화시켰다.
Sequence design in the fMRI experiment. The block design paradigm of RARARA was used for the task with R representing rest and A representing acupuncture stimulation, and each period lasted 30 seconds.
곡지, 족삼리 침자극으로 인한 뇌 활성화 변화를 분석하였다. BOLD fMRI 신호 활성화 정도의 차이를 비교하기 위해 개별 대상자의 contrast map을 이용하여 One sample t-test(p value none 0.
기능적 MR 영상 획득 과정 중에 발생할 수 있는 피험자의 움직임에 의한 신호변화(movement-related variance)는 실제 신경의 활성에 의한 신호변화와 동일한 정도의 자기공명 신호변화를 일으킬 수 있으므로 이를 최소화하기 위한 재배열이 필요하다. 공간 좌표(X, Y, Z) 상에서 회전(Rotation)과 이동(Translation)의 정도를 계산하여 움직임이 일어난 만큼 프로그램상의 삼차원 움직임 보정을 이용하여 자동으로 재정렬(Realignment)하였다.
표준화 전의 해부학적 MR 영상과 기능적 MR 영상을 Coregistration 시킨 후, 해부학적 MR 영상을 Talairach와 Tournoux에 의해 제안된 표준공간좌표(Standard anatomical space)16)로 표준화하였다. 그리고 해부학적 MR 영상을 표준화한 방법과 같이 기능적 MR 영상을 공동좌표로 표준화시켰다17). 뇌의 해부학적 개인차를 없애고 피험자 간 평균치의 산출을 가능하게 하는 공간적 정상화(Spatial normalization) 과정이다.
대상자는 30분간 안정 후 fMRI 장치 내의 8채널 두부 코일(8 channel head coil) 안에 머리를 두고 앙와위로 누워 실험실 환경에 적응하도록 한 후, 헤드폰을 씌우고 머리를 스폰지로 고정시켜 움직이지 않도록 주의시켰다. 실험 중에는 눈을 감고 안구를 움직이지 않도록 지시하였고 양팔은 내려놓도록 하였다.
대상자는 30분간 안정 후 fMRI 장치 내의 8채널 두부 코일(8 channel head coil) 안에 머리를 두고 앙와위로 누워 실험실 환경에 적응하도록 한 후, 헤드폰을 씌우고 머리를 스폰지로 고정시켜 움직이지 않도록 주의시켰다. 실험 중에는 눈을 감고 안구를 움직이지 않도록 지시하였고 양팔은 내려놓도록 하였다. 기계소리 외에 청각 자극은 없도록 하였다.
자극 순서는 좌측 곡지 침자극, 좌측 족삼리 침자극 순서로 시행하였다. 좌측 곡지에 자침하여 30초간 일정한 속도로 수기회전하여 득기감을 유발한 후 발침하는 과정을 3회 반복하였고, 이어서 좌측 족삼리에도 같은 방법으로 시행하였다(Fig.
자극방법은 일정 간격의 휴식기와 자극기를 반복하는 방식(Block design)으로 처음 30초 동안 자극 없이 BOLD fMRI 영상을 얻은 후 영상의학과 오퍼레이터의 신호에 따라 30초 동안 자극 시행 후 30초동안 자극 없는 휴식기, 이후 30초 자극기, 30초 휴식기, 다시 30초 자극기를 시행하는 3회 반복 방식으로 하였다.
자극 순서는 좌측 곡지 침자극, 좌측 족삼리 침자극 순서로 시행하였다. 좌측 곡지에 자침하여 30초간 일정한 속도로 수기회전하여 득기감을 유발한 후 발침하는 과정을 3회 반복하였고, 이어서 좌측 족삼리에도 같은 방법으로 시행하였다(Fig. 1.).
침은 표피에 직자하였으며, 회전속도는 초당 2회로 하여 득기감을 유발하였고 자침 깊이는 1.5～2.0cm로 하였다. 취혈 및 자극은 한의사 1인이 동일하게 수행하였다.
기능적 MR 영상은 해부학적 MR 영상과 공간해상도가 다르므로 서로 부합되도록 상관정렬(coregister)하는 과정이 필요하다. 표준화 전의 해부학적 MR 영상과 기능적 MR 영상을 Coregistration 시킨 후, 해부학적 MR 영상을 Talairach와 Tournoux에 의해 제안된 표준공간좌표(Standard anatomical space)16)로 표준화하였다. 그리고 해부학적 MR 영상을 표준화한 방법과 같이 기능적 MR 영상을 공동좌표로 표준화시켰다17).
해부학적 구조를 얻기 위해 2차원 T2 강조 터보 스핀에코영상(TR=1297ms, TE=10ms, flip angle=90°, FOV=230 × 230mm, slice thickness=3mm, matrix size =256 × 256, resolution=0.9mm × 1.20mm ×3.00mm, slice 방향=transverse)과 3차원 T1 강조 경사에코영상(TR=9.9ms, TE=4.6ms, flip angle=8°, FOV=240 × 240mm, slice thickness=1mm, matrix size=240 × 240, resolution=1.00mm × 1.00mm ×1.00mm, slice 방향=sagittal)을 이용하여 해부학적 영상을 획득하였다.
대상 데이터
TR(repetition time)=3000ms, TE(echo time)=35ms, flip angle=90°, FOV(Field of View)=230 × 230mm, slice thickness=4mm(without gap between slices), slice의 수=37, matrix size=64 × 64, resolution=2.88mm ×2.91mm × 4.00mm로 영상을 획득하였다.
곡지(LI11)와 족삼리(ST36) 위치는 대한경락경혈학회, 대한침구학회, 한국한의학연구원에서 공동으로 2006년 2월 11일에 발표한 대한민국 국가표준 경혈위치에 근거하였으며, 좌측 곡지(LI11)와 좌측 족삼리(ST36)의 혈위를 안정시에 펜으로 표시하였다.
기계소리 외에 청각 자극은 없도록 하였다. 모든 영상은 경희대학교 동서신의학병원 영상의학과의 숙련된 오퍼레이터에 의해 획득되었다.
변연계는 대뇌피질의 일부인 변연엽과 이와 관련된 피질하 구조물을 포함하는 것으로 정의할 수 있다39). 본 연구에서 족삼리침자극으로 활성화된 브로드만 영역 32는 dorsal anterior cingulate cortex 이고 브로드만 영역 24는 ventral anterior cingulate cortex 이다. Anterior cingulate cortex(이하 ACC)는 좌우 대뇌 반구 사이의 신경 신호를 전달하는 섬유다발로서 합리적인 인지 기능 뿐만 아니라 혈압과 심박수, 감정 등을 조절하는 광범위한 자율신경기능의 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
본 연구취지 설명 후 동의한 자원자 중 신경학적, 정신적, 내과질환이 있거나 약물복용, 알콜중독자 등을 제외한 55-65세 사이의 오른손잡이인 건강한 남녀 10명(남자 5명, 여자 5명, 평균 연령 59.5세)을 대상으로 하였다. 이들 대상자들은 의학적으로 뇌와 관련되거나 뇌에 영향을 줄 수 있는 질병이 없는 신체 건강한 자로서 자기공명영상 촬영을 위한 결격사유에 해당하지 않았다.
측정장치는 8채널 두부 코일과 3.0 Tesla 자기공명영상장치(Philips, Acheiva, Best, The Netherlands)를 이용하였다. 경사에코(Gradient-echo) 에코평면영상(echo-planar imaging) 기법을 이용하여 횡단면(transverse) BOLD-MRI 영상을 획득하였다.
침은 동방침구사에서 제작한 0.25mm × 40mm(직경×길이)의 스테인레스 재질의 침을 사용하였다.
데이터처리
BOLD fMRI 신호 활성화 정도의 차이를 비교하기 위해 개별 대상자의 contrast map을 이용하여 One sample t-test(p value none 0.0001, voxel ≥ 20)를 실시하여 각 자극 전후를 비교하였다.
분석용 프로그램은 Statistical Parametric Mapping 2(SPM2, Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK)를 사용하였다.
이론/모형
0 Tesla 자기공명영상장치(Philips, Acheiva, Best, The Netherlands)를 이용하였다. 경사에코(Gradient-echo) 에코평면영상(echo-planar imaging) 기법을 이용하여 횡단면(transverse) BOLD-MRI 영상을 획득하였다. TR(repetition time)=3000ms, TE(echo time)=35ms, flip angle=90°, FOV(Field of View)=230 × 230mm, slice thickness=4mm(without gap between slices), slice의 수=37, matrix size=64 × 64, resolution=2.
성능/효과
55세에서 65세 사이의 오른손잡이인 건강한 남녀 10명을 대상으로 좌측 곡지(LI11)와 좌측 족삼리(ST36)에 침자극을 시행하고 자극 전후의 BOLD fMRI 신호 활성화의 변화를 관찰한 결과, 곡지 또는 족삼리 침자극으로 감각언어중추가 있는 양측 하두정소엽(inferior parietal lobule)과 운동기능을 조절하며 평형 유지에 관여하는 소뇌가 활성화되었다. 또 곡지 침자극으로 중뇌 좌측이, 족삼리 침자극으로 중뇌 양측이 활성화되었는데, 동안신경 손상으로 인한 안구운동장애나 상위운동신경원증후군, 적색핵 손상에 의한 운동실조, 내측섬유띠 손상으로 인한 분별촉각과 위치감각저하 등에 곡지 또는 족삼리 침자극을 시도해볼 수 있을 것으로 생각된다.
곡지 또는 족삼리 혈위 자극에 의해 fMRI상 뇌활성화가 나타난 부위 중 소뇌를 살펴보면, 좌측 곡지침자극, 족삼리 침자극으로 소뇌 양측에서 활성화된 부위가 나타났다. 소뇌는 우리 몸의 운동기능의 조절에 관여하는 중요한 기관으로 체운동기능(somatic motor function)을 자동적으로 조정(automatic coordination)하며, 근육의 긴장도를 조절하고 평형을 유지하는 역할을 한다.
대뇌피질, 소뇌에 이어 뇌간을 살펴보면, 곡지 침 자극으로 중뇌 좌측이 활성화되었으며, 족삼리 침자극으로 중뇌 양측이 활성화되었다. 중뇌는 동안신경이나 도르래신경의 핵이 존재하는 곳이고, 상위운동 신경세포가 내려오거나 감각계의 2차 신경세포가 상행하는 등 신경섬유의 통로이기도 하다.
소뇌가 손상되면 주로 체운동기능(somatic motor function)에 이상이 나타나며, 언어 장애(speech disturbances)와 안구진탕(nystagmus)이 흔히 동반되기도 한다. 본 연구 결과 곡지 침자극과 족삼리 침자극으로 활성화된 곳이 척수소뇌로와 비슷하다. 따라서 침자극이 척수소뇌로를 따라 전달되어 심부감각을 전달하는 것으로 생각된다.
본 연구 결과, 전두엽에서 좌측 족삼리 침자극으로 양측 중심옆소엽(paracentral lobule)이 활성화되었는데, 중심옆소엽의 앞부분은 보완운동영역과 관련된 곳이다. 보완운동영역은 주로 기저핵에서 구심 섬유를 받으며 일차운동영역과 전운동영역에서 구심섬유를 받고, 반대편 보완운동영역과도 연결되어 있다.
따라서 침자극으로 인한 감각 전도도 확인할 수 있다. 본 연구 결과, 족삼리 침자극이 자율신경기능에 변화를 줄 수 있다는 중요한 의미를 갖는 것으로 생각된다.
우측에서는 superior frontal gyrus, middle frontal gyrus, paracentral lobule, superior parietal lobule, inferior parietal lobule에서 활성화되었고, 소뇌의 culmen, inferior semi-lunar lobule, pyramis, cerebellar tonsil에서 활성화되었으며 midbrain에서도 활성화 되었다.
운동을 계획하고 실행으로 옮기는 단계에서 중요한 역할을 할 것으로 생각되는 곳이다. 중심전이랑(precentral gyrus)의 바로 앞쪽 상, 중간이랑에 속하는 부분으로 좌측 족삼리 침자극시 대뇌 우측에서 활성화된 것으로 보아, 환측 족삼리에 침자극으로 이 영역을 활성화시킴으로써 운동장애 회복에 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
후속연구
중뇌는 동안신경이나 도르래신경의 핵이 존재하는 곳이고, 상위운동 신경세포가 내려오거나 감각계의 2차 신경세포가 상행하는 등 신경섬유의 통로이기도 하다. 따라서 이와 관련된 임상 증후 즉, 동안신경 손상으로 인한 안구운동장애, 피라미드로 손상으로 나타난 반대측 상위운동신경원증후군, 적색핵 손상에 의한 운동과다증이나 운동실조, 내측섬유띠(medial lemniscus) 손상으로 인한 반대측 몸의 분별촉각과 위치감각저하 등에 곡지와 족삼리 침자극을 시도해볼 수 있을 것으로 생각된다.
55세에서 65세 사이의 오른손잡이인 건강한 남녀 10명을 대상으로 좌측 곡지(LI11)와 좌측 족삼리(ST36)에 침자극을 시행하고 자극 전후의 BOLD fMRI 신호 활성화의 변화를 관찰한 결과, 곡지 또는 족삼리 침자극으로 감각언어중추가 있는 양측 하두정소엽(inferior parietal lobule)과 운동기능을 조절하며 평형 유지에 관여하는 소뇌가 활성화되었다. 또 곡지 침자극으로 중뇌 좌측이, 족삼리 침자극으로 중뇌 양측이 활성화되었는데, 동안신경 손상으로 인한 안구운동장애나 상위운동신경원증후군, 적색핵 손상에 의한 운동실조, 내측섬유띠 손상으로 인한 분별촉각과 위치감각저하 등에 곡지 또는 족삼리 침자극을 시도해볼 수 있을 것으로 생각된다. 족삼리 침자극으로는 양측 중심옆소엽(paracentral lobule), 우측 상전두이랑(superior frontal gyrus)이 더 활성화되었는데, 이 영역의 기능과 관련하여 운동장애에 족삼리 침자극이 영향을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
. 이는 침자극이 자율신경조절에 영향을 미칠 수 있음을 시사하는 것으로 자율신경의 양성적 활성화와 음성적 활성화에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경락이란 무엇인가?
오늘날 침치료는 세계적으로 대중화되고 있으며 과학적인 연구를 통해 효과가 입증되고 있다. 침자극으로 여러 가지 치료효과를 거둘 수 있는 이유는 한의학의 경락이론에 의한 것으로, 경락은 經氣의 운행을 통해 인체의 장부, 조직, 기관 등 전신을 소통, 연계시키는 기혈순환체계이다. 따라서 경락은 전신의 질병을 치료하는데, 사지에 침치료를 시행하여 사지는 물론 대뇌에도 자극을 주는 것으로 알려져 왔다1,2).
보완운동영역의 자극은 무엇을 활성화 시키는가?
보완운동영역은 주로 기저핵에서 구심 섬유를 받으며 일차운동영역과 전운동영역에서 구심섬유를 받고, 반대편 보완운동영역과도 연결되어 있다. 이 영역은 전기적으로 자극하면 복합적인 운동이 일어나지만 그 역치(threshold)가 높아 상당한 정도의 전기적 자극이 있어야 반응하며, 이 부분의 자극은 일차운동피질의 상위운동신경원을 활성화시킨다. 또 복합적인 운동프로그램(motor program)이 저장되어 있어 기저핵회로를 거쳐 적절한 운동프로그램을 선택한 후 일차운동피질로 출력하고 피라미드로를 통해 하위운동신경원을 활성화한다고 생각된다.
기능적 자기공명영상은 어떤 연구 방법론인가?
기능적 자기공명영상(Functional Magnetic Resonance Imaging, 이하 fMRI)은 언어, 시지각 및 기억 작용, 감각-운동기능 등 특정 기능에 관련된 뇌의 영역과뇌 신경망의 구성상태를 지도화하고, 뇌 신경망 구조물들의 작용 및 기전을 이해할 수 있는 생생한 지식을 제공함으로써 뇌 기능의 이해를 한 차원 진전시킨 뇌 연구 방법론이라 할 수 있다. 공간 및 시간적 해상력이 매우 좋으며 방사선조사의 위험이 없고 반복적으로 영상을 얻을 수 있는 장점이 있어 최근 그 연구 및 활용이 증가되고 있다3).
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