[논문]정신질환에서 뇌영상의 이해와 전망

김재진; 한기완; 이정석; 최수희

정신질환에서 뇌영상의 이해와 전망
Understanding of Neuroimaging and Its Perspectives in Mental Illnesses 원문보기

생물정신의학 = Korean journal of biological psychiatry, v.18 no.1, 2011년, pp.5 - 14

김재진 (연세대학교 의과대학 정신과학교실) , 한기완 (연세대학교 의과대학 의생명과학부) , 이정석 (연세대학교 의과대학 정신과학교실) , 최수희 (연세대학교 의과대학 정신과학교실)

Abstract ▼ AI-Helper

Neuroimaging in psychiatry encompasses the powerful tools available for the in vivo study of brain structure and function. MRI including the volumetry, voxel-base morphometry(VBM) and diffusion tensor imaging (DTI) are useful for assessing brain structure, whereas function MRI, positron emission tomography(PET) and magnetoencephalography(MEG) are well established for probing brain function. These tools are well tolerated by the vast majority of psychiatric patients because they provide a powerful but noninvasive means to directly evaluate the brain. Although neuroimaging technology is currently used only to rule in or rule out general medical conditions as opposed to diagnosing primary mental disorders, it may be used to confirm or make psychiatric diagnoses in the future. In addition, neuroimaging may be valuable for predicting the natural course of psychiatric illness as well as treatment response.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이에 따라 정신질환의 원인과 병태생리를 밝히려는 노력에도 뇌의 구조적, 기능적 이상을 탐색하는 뇌영상 기법의 가용성은 지속적으로 증대되어 왔다. 본 소고에서는 이러한 뇌영상 기술의 종류와 정신질환 연구에서의 유용성에 대하여 간략하게 살펴보고자 한다.
이제까지 여러 뇌영상 기술과 현 단계에서의 정신질환 평가에 대한 뇌영상 평가의 현주소에 대하여 간략히 살펴보았다. 현 단계에서 불가피한 의문은 과연 뇌영상 기술이 정신질환의 임상적 진단과 치료에 도움을 주어 환자와 가족들의 삶의 질을 증진하는데 기여하겠는가에 있다.

가설 설정

⁶⁸⁾ DMN 의 전방부와 후방부 간의 상호작용은 신경세포의 유기적 연결일 수 있고^,69) 단순히 자기와 관련된 정신 작용, 즉 정신적 유랑(mental wandering) 상태를 나타내는 것일 수도 있다.⁶⁷⁾⁷⁰⁾ DMN의 이상 소견은 여러 방식으로 정신과적 질환의 병태생리와 연관되어 있다.⁶⁵⁾ 과제 수행 시 활성화 되는 영역들과 반대로 활성저하를 보이는 DMN 사이의 관계 양상의 변화,^71-73) DMN을 이루는 영역들 사이의 연결성 저하,⁷⁴⁾⁷⁵⁾ DMN 기능의 변화⁷⁶⁾⁷⁷⁾ 등이 모두 정신병리적인 증상 발생에 영향을 미칠 수 있다고 알려져 있다.

제안 방법

6) 피험자들의 뇌영상을 표준 템플릿으로 전환하여 특정 뇌 영역의 크기를 비교하는데 경과에 따른 집단 내 변화를 추적하거나 뇌의 신경해부학적 대칭성 등을 측정한다.⁷⁾ MR volumetry와 달리 연구자의 수작업 없이 자동적으로 분석이 진행되므로 신뢰도의 문제가 없다는 장점이 있다.
에 의해 최초의 영상이 보고되었다. 세포내의 물 분자들의 확산 정도와 방향을 측정하여 이를 영상화 하는데 MRI 내에서 6방향 이상으로 경사 자계(gradient magnetic field)를 걸어 영상의 각 픽셀에서 나타나는 3차원적 확산을 계산한다.¹⁵⁾ 주로 백색질에서의 신경섬유(axon)의 분포를 측정하는데 사용되는데, 신경회로의 보존성, 연결성, 방향성과 같은 정보를 제공해 임상에서의 유용성이 부각되고 있다.
식물인간상태인 환자에 ‘테니스를 치는 상상을 해보라’거나, ‘집안을 돌아보는 상상을 해보라’는 지시를 주면서 fMRI 촬영을 시행하여 정상인과 같은 부운동영역(supplementary motor area), 해마곁이랑, 후두정(posterior parietal lobe), 외측 전운동피질(lateral premotor cortex) 등의 활성화를 관찰함으로써 의식적 자각이 남아있음을 확인하기도 하였다.
⁴⁾ MRI를 동해서 연속적인 단층 영상을 얻을 수 있는데 3D Fourier transform을 이용하는 부피측정 영상화(volumetric imaging) 기법을 통해 3차원 영상을 얻을 수 있다. 이러한 3차원 영상의 도움을 얻어 연구자가 컴퓨터 상에서 직접적으로 뇌 국소적 부위의 경계를 설정하여 그 부피를 계산한다. 이를 통해 뇌 영역의 크기를 측정되므로, 알쯔하이머병(Alzheimer’s disease)과 같은 질환의 경과에 따른 뇌 영역 위축을 관측 등에 이용되기도 한다.

성능/효과

1) 전산화단층촬영(computed tomography, 이하 CT)에 비해 공간해상도가 우수하며, 뇌, 척수, 근육, 심장 등과 같은 인체의 연부조직을 관찰하는데 효과적이다. 또한 MRI는 CT와 달리 전리방사선(ionizing radiation)을 방출하지 않기 때문에 방사선 피해가 전혀 없으며, 횡단면(axial plane)뿐만 아니라 관상면(coronal plane)과 시상면(sagittal plane)으로도 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다.
진단이나 연구에 사용되는 대부분의 의학영상에서 사용자는 관심조직의 크기와 관련된 정보를 얻고 싶어하지만 한 장의 단층 영상 만으로는 우리가 원하는 충분한 임상적 정보를 얻기에는 한계가 있다.⁴⁾ MRI를 동해서 연속적인 단층 영상을 얻을 수 있는데 3D Fourier transform을 이용하는 부피측정 영상화(volumetric imaging) 기법을 통해 3차원 영상을 얻을 수 있다. 이러한 3차원 영상의 도움을 얻어 연구자가 컴퓨터 상에서 직접적으로 뇌 국소적 부위의 경계를 설정하여 그 부피를 계산한다.
이와는 반대로 정신질환의 경과와 치료 약물의 영향을 알아보기 위한 구조적 뇌영상 연구들이 있었다. 정신분열병의 경과에 따른 뇌 구조 이상을 알아보기 위해 환자들을 수년간 관찰한 뒤 관찰 전후의 뇌영상을 비교한 연구에서는 전두엽, 측두엽, 뇌섬엽(insula) 등의 용적이 감소하는 것이 확인되었다.⁴²⁾⁴³⁾ 약물치료의 뇌 구조에 대한 영향에 대해서는 정신분열병 환자들이 전형적 또는 비전형적 항정신병약물에 노출되었을 때 전형적 항정신병약물은 기저핵의 용적을 증가시키고 비전형적 항정신병약물은 기저핵에 이러한 효과를 보이지 않는다는 연구결과가 있었다.
정신분열병 환자의 친척들을 대상으로 한 연구에서 환자들과 유사한 영역에서 뇌용적 감소가 관찰되었으며³²⁾³³⁾ 그 정도는 환자들에 비해 작았다. 주요 우울성 장애를 앓은 환자의 자녀에서도 정상군에 비해 해마의 용적이 유의미하게 감소된 것이 증명되었으며 이는 해마의 용적 감소가 주요 우울성 장애의 위험인자로 작용할 수 있음을 의미한다.³⁴⁾ 또한 정신분열병의 전구기에 해당될 것으로 생각되는 고위험군(ultra high-risk) 환자들을 대상으로 한 연구에서도 정신분열병 환자에서 나타나는 전전두피질, 측두엽, 전대상회(anterior cingulate) 등에서 구조적 이상이 나타나고³⁵⁾ 이를 통해 뇌의 구조적 이상이 정신분열병이 발병하기 전에도 나타난다는 사실을 알게 되었다.

후속연구

현재도 다양한 인공물질들이 개발되고 있는데, 어떤 물질이 개발되느냐에 따라 획득할 수 있는 정보가 다르기 때문에, 신물질 개발에 상당한 공이 들여지고 있는 연구분야이다. 이 연구의 결실에 따라 향후 정신질환의 병태생리에 대한 이해의 정도에 큰 변화가 올 수 있을 것으로 예상되는 획기적인 유망 연구분야로 기대가 되고 있다.
이러한 점에서 최근에 연구 경향 중의 하나인 뇌영상-유전자 연계 연구는 현재의 문제점을 극복하기 위한 노력의 하나로 볼 수 있다. 현재에도 두 연구 분야는 정신질환의 생물학적 연구의 주요한 두 축을 이루고 있지만, 향후 둘을 연계한 연구의 활성화는 일관된 진단적 표지자를 찾는데 큰 역할을 할 것으로 기대가 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MEG는 EEG에 비해 어떤 장점을 갖는가?	26) 강한자장이나 방사성 의약품을 사용하지 않기 때문에 비교적 안전하고 MRI나 PET에 비해 뛰어난 시간해상도를 가지고 있다. 뇌 신경의 전기적 신호를 측정하는 뇌파(Electroencephalogram, 이하 EEG)도 뛰어난 시간해상도를 가지고 있지만 전도성이 낮은 두개골을 통과하기 때문에 신호강도의 저하와 왜곡이 발생하는데 비해, MEG에 서의 자기신호는 이러한 문제가 없어 높은 공간해상도를 유지한다. 이에 따라 MEG는 인지과학 연구의 강력한 도구로 각광받고 있으며 시각, 청각, 언어처리 전반의 영역에서 다양한 연구가 진행되고 있다.
	MRI는 인체의 내부 구조를 어떻게 영상화하는가?	MRI는 인체조직내의 물 분자 중 수소원자의 자기모멘트(magnetic moment) 성질을 이용하는 것으로, 강력한 자기장 내에서 고주파(radio frequency)를 발생시키고 이때 수소원자에서 방출되는 에너지를 측정하여 인체의 내부구조를 영상화한다.1) 전산화단층촬영(computed tomography, 이하 CT)에 비해 공간해상도가 우수하며, 뇌, 척수, 근육, 심장 등과 같은 인체의 연부조직을 관찰하는데 효과적이다.
	MR volumetry란 무엇인가?	이는 뇌 국소적 부위의 부피를 측정하여 특정 질환에서그 부피가 정상인에 비해 증가 혹은 감소 여부를 통계적 기법으로 알아내는 방법을 일컫는다. 대부분의 정신질환에서 MRI 영상은 눈으로 보기에 별 이상이 나타나지 않으므로, 미세한 구조적 변화를 찾아내기 위하여 이와 같은 방법이 개발되었다.

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저자의 다른 논문 :

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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