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문제 정의
- 본 연구는 뇌졸중 환자에서 나타나는 보상 운동에 대해 치료 전략을 제공하고, 새로운 운동 패턴으로 인한 대뇌의 보조운동영역의 활성화 양상에 대해 기능적 자기공명영상을 사용하여 알아보고자 하였다.
- 본 연구는 보상 운동 패턴을 가진 뇌졸중 환자에서 운동 학습 후 새로운 운동 패턴에 대해 대뇌 활성화 양상을 기능적 자기공명영상을 사용하여 보조운동영역의 변화 양상을 중점으로 알아보았다. 뇌졸중 후 좌측 편마비를 가진 환자에게 수동 전치를 병행한 운동 중재법을 실시하여 운동 전과 후의 근활성화과 대뇌 활성화 변화를 살펴보았다.
제안 방법
- 근활성도의 측정은 실험 전, 후에 대상자로 하여금 등받이가 없는 의자에 편안하게 앉도록 하였으며, 이후에 무릎으로부터 전방 15 cm 떨어진 목표지점에 손이 닿도록 팔을 뻗는 동작(아래 뻗기)과 어깨 높이의 목표지점에 손이 닿도록 뻗는 동작(위 뻗기)을 각각 실시하는 동안 측정하였다. 3초간의 안정시 근활성도를 기준 수축력(reference voluntary contraction: RVC)으로 하여 뻗기 동작에 대한 각각의 근육의 근활성도를 산출하였다.
- 환자는 기능적 자기공명영상장치인 3T MR scanner (Siemens, 독일)에 누워, 두부와 체간을 고정하고, 시각적 정보를 통제하기 위해 눈을 감은 상태에서 주어진 과제를 수행하였다. 과제의 파라다임은 수행기 5회, 휴식기 5회를 반복하는 블록디자인(black design)을 사용하였으며, 각 블록은 30초로 구성하였다. 환자는 자기 공명과 호환이 되는 헤드폰을 착용하여, 각 블록에 대한 검사자의 지시사항에 따라 수행하도록 하였다.
- 분석절차는 머리의 움화(smoothing)를 하였다. 그 다음, BOLD(blood oxygen level dependent)신호의 변화를 얻기 위해 실험조건(수행기)와 비교조건(휴식기)을 감산(subtraction)하였다. 조건간의 비교 시 반복제시에 따른 과제 효과와 혈역학 반응함수(hemodynamic response function, hrf)에 대한 선형 모델을 적용하였다.
- 근활성도의 측정은 실험 전, 후에 대상자로 하여금 등받이가 없는 의자에 편안하게 앉도록 하였으며, 이후에 무릎으로부터 전방 15 cm 떨어진 목표지점에 손이 닿도록 팔을 뻗는 동작(아래 뻗기)과 어깨 높이의 목표지점에 손이 닿도록 뻗는 동작(위 뻗기)을 각각 실시하는 동안 측정하였다. 3초간의 안정시 근활성도를 기준 수축력(reference voluntary contraction: RVC)으로 하여 뻗기 동작에 대한 각각의 근육의 근활성도를 산출하였다.
- 본 연구는 보상 운동 패턴을 가진 뇌졸중 환자에서 운동 학습 후 새로운 운동 패턴에 대해 대뇌 활성화 양상을 기능적 자기공명영상을 사용하여 보조운동영역의 변화 양상을 중점으로 알아보았다. 뇌졸중 후 좌측 편마비를 가진 환자에게 수동 전치를 병행한 운동 중재법을 실시하여 운동 전과 후의 근활성화과 대뇌 활성화 변화를 살펴보았다. 근전도 검사 결과, 뻗기 동작에 동원된 근육(아래쪽 뻗기와 위쪽 뻗기에서 등세모근 위쪽섬유, 어깨 세모근 중간 섬유, 위팔 두갈래근, 위팔 세갈래근, 노쪽 손목 굽힘근, 노쪽 손목 폄근)에서 근활성화가 운동 중재 전에 비해 감소하여 비바비측의 동원 정도와 유사하게 변화되었다.
- , 미국) 환경에서 구현되는 SPM 5(Statistical Parametric Mapping 5 version, Wellcome Department of Cognitive Neurology, 영국) 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 분석절차는 머리의 움화(smoothing)를 하였다. 그 다음, BOLD(blood oxygen level dependent)신호의 변화를 얻기 위해 실험조건(수행기)와 비교조건(휴식기)을 감산(subtraction)하였다.
- 뻗기 운동 중재동안 관절위치에 대한 자각을 제공하고 운동에 대한 적절한 안정성을 위해 수동 전치가 실시되었다. 상완와관절의 올바른 정렬을 제공하기 위하여 일차적으로 비알러지성 테이프를 상완와관절에 횡으로 적용하고 그 위에 비신장성 테이핑(Endura taping kit, Endura-Tape, 호주)을 실시하였다. 테이핑을 실시한 후 뻗기 운동 수행 시 연구자에 의해 대상자의 어깨관절에서 비정상적인 안쪽돌림을 제어하고 견갑와의 중심에 위팔뼈머리(humerus head)가 유지될 수 있도록 위팔뼈의 가쪽돌림(external rotation)에 대한 보조를 제공하였다.
- 환자는 자기 공명과 호환이 되는 헤드폰을 착용하여, 각 블록에 대한 검사자의 지시사항에 따라 수행하도록 하였다. 수행기에서는 머리와 체간의 움직임을 최소화하고, fMRI scanner에 접촉되지 않도록 주의하여 팔을 앞으로 들어 뻗는 동작을 0.5 Hz의 일정한 속도로 반복하여 수행하였으며, 휴식기 동안에는 편안하게 이완된 상태로 있도록 하였다.
- 실험 전과 후, 대뇌피질의 활성화 양상을 비교하기 위하여 기능적 자기공명영상이 측정되었다. 환자는 기능적 자기공명영상장치인 3T MR scanner (Siemens, 독일)에 누워, 두부와 체간을 고정하고, 시각적 정보를 통제하기 위해 눈을 감은 상태에서 주어진 과제를 수행하였다.
- 주 5회 4주간 총 20시간 동안 뻗기 운동 중재를 실시하였다. 운동 중재 프로그램은 다음과 같다.
- 상완와관절의 올바른 정렬을 제공하기 위하여 일차적으로 비알러지성 테이프를 상완와관절에 횡으로 적용하고 그 위에 비신장성 테이핑(Endura taping kit, Endura-Tape, 호주)을 실시하였다. 테이핑을 실시한 후 뻗기 운동 수행 시 연구자에 의해 대상자의 어깨관절에서 비정상적인 안쪽돌림을 제어하고 견갑와의 중심에 위팔뼈머리(humerus head)가 유지될 수 있도록 위팔뼈의 가쪽돌림(external rotation)에 대한 보조를 제공하였다.
- 표면 근전도를 사용하여 중재 전과 후의 뻗기 동작에 대한 근활성화 양상을 알아보았다. 아래쪽 뻗기와 위쪽 뻗기에서 등세모근 위쪽섬유, 어깨 세모근 중간 섬유, 위팔 두갈래근, 위팔 세갈래근, 노쪽 손목 굽힘근, 노쪽 손목 폄근의 활성화가 중재 전에 비해 감소하였다.
- 실험 전과 후, 대뇌피질의 활성화 양상을 비교하기 위하여 기능적 자기공명영상이 측정되었다. 환자는 기능적 자기공명영상장치인 3T MR scanner (Siemens, 독일)에 누워, 두부와 체간을 고정하고, 시각적 정보를 통제하기 위해 눈을 감은 상태에서 주어진 과제를 수행하였다. 과제의 파라다임은 수행기 5회, 휴식기 5회를 반복하는 블록디자인(black design)을 사용하였으며, 각 블록은 30초로 구성하였다.
- 과제의 파라다임은 수행기 5회, 휴식기 5회를 반복하는 블록디자인(black design)을 사용하였으며, 각 블록은 30초로 구성하였다. 환자는 자기 공명과 호환이 되는 헤드폰을 착용하여, 각 블록에 대한 검사자의 지시사항에 따라 수행하도록 하였다. 수행기에서는 머리와 체간의 움직임을 최소화하고, fMRI scanner에 접촉되지 않도록 주의하여 팔을 앞으로 들어 뻗는 동작을 0.
대상 데이터
- 근활성도 측정시 근전도 신호의 주파수 범위는 20∼500Hz 사이로 설정하였으며 7개의 유선채널을 통해 입력된 아날로그 근전도 신호는 14비트 아날로그-디지털 변환기(14 Bit Analog-Digital converter)를 사용하여 디지털 신호로 자료를 수집하였다.
- 본 연구에 참여한 대상자는 Edinburg Handedness Inventory에 의해 오른손잡이로 판명된 55세의 여자로 대뇌내출혈(intracerebral hemorrhage)로 인한 좌측 편마비 환자이다.19 유병기간은 31개월이며, 수정된 운동평가척도(modified motor assessment scale)는 5점이었다.
데이터처리
- 얻어진 영상 데이터는 MATLAB (Mathworks, Inc., 미국) 환경에서 구현되는 SPM 5(Statistical Parametric Mapping 5 version, Wellcome Department of Cognitive Neurology, 영국) 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 분석절차는 머리의 움화(smoothing)를 하였다.
- 이렇게 처리된 영상 결과는 공분산분석(ANCOVA)를 이용하여 통계분석하였다. 이 연구의 결과 분석은 고정효과모델(fixed effected model)을 이용하여 통계 역치를 부피소 수준에서 정하였으며, 높은 역치(height threshold)를 uncorrected p 값이 0.001 보다 낮은 수준에서, 범위 역치(extent threshold)는 부피소(voxel) 5개를 기준으로 활성 지도를 얻었다.
- 조건간의 비교 시 반복제시에 따른 과제 효과와 혈역학 반응함수(hemodynamic response function, hrf)에 대한 선형 모델을 적용하였다. 이렇게 처리된 영상 결과는 공분산분석(ANCOVA)를 이용하여 통계분석하였다. 이 연구의 결과 분석은 고정효과모델(fixed effected model)을 이용하여 통계 역치를 부피소 수준에서 정하였으며, 높은 역치(height threshold)를 uncorrected p 값이 0.
- 근활성도 측정시 근전도 신호의 주파수 범위는 20∼500Hz 사이로 설정하였으며 7개의 유선채널을 통해 입력된 아날로그 근전도 신호는 14비트 아날로그-디지털 변환기(14 Bit Analog-Digital converter)를 사용하여 디지털 신호로 자료를 수집하였다. 초당 2,048개의 샘플링(sampling)을 통해 수집된 원 데이터(raw data)의 자료는 BioGraph Infiniti소프트웨어를 통해서 자동으로 제공되는 실효평균값(Root mean Square: RMS)값에 대한 %RVC값을 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- 실험 전·후 수행 동작에 대한 근활성도의 변화 측정은 표면 근전도 BioGraph InfinitiTM(Thought Technology Ltd., 캐나다)를 이용하였다.
- 그 다음, BOLD(blood oxygen level dependent)신호의 변화를 얻기 위해 실험조건(수행기)와 비교조건(휴식기)을 감산(subtraction)하였다. 조건간의 비교 시 반복제시에 따른 과제 효과와 혈역학 반응함수(hemodynamic response function, hrf)에 대한 선형 모델을 적용하였다. 이렇게 처리된 영상 결과는 공분산분석(ANCOVA)를 이용하여 통계분석하였다.
성능/효과
- 뇌졸중 후 이러한 부적절한 보상 운동 전략은 제한된 운동 회복을 야기할 수 있다. 7한편, 보상적 움직임을 제한하였을 때, 주관절과 견관절의 움직임 범위가 증가하였고, 관절간의 협응력이 향상되었다는 연구 결과가 발표되었다.22,23 이처럼, 뇌졸중 환자의 상지 기능 개선을 위한 다양한 연구들이 이루어져왔으며 이러한 연구들은 마비측 상지의 학습된 무사용을 피하고 비정상적인 보상패턴을 최소화하여 사용할 수 있도록 하는 것에 초점 맞추고 치료 전략을 개발하는데 기초 자료를 제공하고 있다.
- 뇌졸중 후 좌측 편마비를 가진 환자에게 수동 전치를 병행한 운동 중재법을 실시하여 운동 전과 후의 근활성화과 대뇌 활성화 변화를 살펴보았다. 근전도 검사 결과, 뻗기 동작에 동원된 근육(아래쪽 뻗기와 위쪽 뻗기에서 등세모근 위쪽섬유, 어깨 세모근 중간 섬유, 위팔 두갈래근, 위팔 세갈래근, 노쪽 손목 굽힘근, 노쪽 손목 폄근)에서 근활성화가 운동 중재 전에 비해 감소하여 비바비측의 동원 정도와 유사하게 변화되었다. 하지만, 위쪽 뻗기에서 어깨 세모근 앞쪽 섬유에서는 근 활성화가 오히려 증가하였는데, 이것은 어깨 세모근 앞쪽 섬유가 뻗기 동작에서 일차적인 작용근으로 동원되었을 것으로 생각된다.
- 하지만, 위쪽 뻗기에서 어깨 세모근 앞쪽 섬유에서는 근 활성화가 오히려 증가하였는데, 이것은 어깨 세모근 앞쪽 섬유가 뻗기 동작에서 일차적인 작용근으로 동원되었을 것으로 생각된다. 따라서, 운동 중재법으로 보다 정상적인 뻗기 동작으로 수행할 수 있었으며, 이것은 대상자가 기존의 보상적 패턴과는 달리 새로운 운동패턴으로 수행되었음을 알 수 있다. 한편, 기능적 자기 공명영상 결과에서는 일차운동영역의 활성화가 운동 전에 비해 증가하였으며, 보조운동영역의 활성화가 관찰되었다.
- 본 연구는 뇌졸중 환자에게 전형적으로 나타나는 보상 동작에 대해 운동 중재를 적용함으로써, 보다 정상적이고 새로운 운동 패턴으로 동작을 수행했음을 알 수 있었고, 이 학습 과정에서 대뇌 피질의 활성화에 변화를 보였고, 특히 일차운동영역과 보조운동영역이 관여된 것으로 생각된다. 앞으로의 연구에는 보다 많은 대상자들을 통해 연구 결과를 일반화시키는 것이 필요하며, 재활치료 분야에서 운동 중재 또는 운동 학습과정에 관여하는 뇌의 특정영역의 활성화 변화 양상을 회복시기별로 규명하는 연구가 이루어져야 할 것이다.
- 따라서, 운동 중재법으로 보다 정상적인 뻗기 동작으로 수행할 수 있었으며, 이것은 대상자가 기존의 보상적 패턴과는 달리 새로운 운동패턴으로 수행되었음을 알 수 있다. 한편, 기능적 자기 공명영상 결과에서는 일차운동영역의 활성화가 운동 전에 비해 증가하였으며, 보조운동영역의 활성화가 관찰되었다. 이 결과는 기존의 패턴화된 보상 운동 동안에는 보조운동영역의 활성화가 없었다가, 운동 중재로 인한 새로운 패턴의 운동 동안에는 보조운동영역이 활성화된 것으로 생각된다.
후속연구
- 본 연구는 뇌졸중 환자에게 전형적으로 나타나는 보상 동작에 대해 운동 중재를 적용함으로써, 보다 정상적이고 새로운 운동 패턴으로 동작을 수행했음을 알 수 있었고, 이 학습 과정에서 대뇌 피질의 활성화에 변화를 보였고, 특히 일차운동영역과 보조운동영역이 관여된 것으로 생각된다. 앞으로의 연구에는 보다 많은 대상자들을 통해 연구 결과를 일반화시키는 것이 필요하며, 재활치료 분야에서 운동 중재 또는 운동 학습과정에 관여하는 뇌의 특정영역의 활성화 변화 양상을 회복시기별로 규명하는 연구가 이루어져야 할 것이다.
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