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문제 정의
- 100) 때문에 편측 무시, 이명, 우울증, 불안 장애, 환청 등 다양한 질환의 치료법이 될 수 있다.4) 따라서 앞에서 언급되었던 인지 기능의개선 혹은 저하의 예에서 연결될 수 있는 질환인 알츠하이머병, 주의력 장애, 조현병 등을 중심으로 TMS의 임상 적용에관해 논의해본다.
- 본 종설에서는 정상인을 대상으로 인지 기능에 미치는 영향에 관해 연구한 문헌 73건을 찾았다. 이를 통해 두뇌 부위 별로 자극한 각 프로토콜이 어떤 인지 능력을 변화시키는지 조명함으로써, TMS가 인지 기능에 미치는 영향을 정리하고 더 나아가 이러한 인지 변화를 임상적 치료, 연구 목적에 연결하는 것에 대해 개괄하고자 한다.
- 일시적으로 뇌의 활성을 조절해 짧은 기간 동안 인지 기능에 영향을 줄 수 있으며, 반복적으로처치하면 지속적으로 신경 세포의 가소성에 영향을 줄 수 있다. 하지만 어떤 프로토콜이 어떤 변화를 주는지 불명확하며각 하위 집단마다 다른 효과를 낼 수 있으므로, 이 종설에서는 일반인 대상으로 수행된 연구를 중심으로 다양한 뇌 영역을 특정 프로토콜로 자극하면 인지에 어떤 효과를 주는지알아보았다. 기억력, 주의력 같은 단순한 인지 과정부터 타인의 마음을 추론하거나 도덕적 판단을 하는 고등한 인지 과정까지 영향을 주는 TMS는 더 나아가 다양한 인지 기능에 어려움을 겪는 환자들에게까지 적용될 수 있다.
대상 데이터
- 본 종설에서는 정상인을 대상으로 인지 기능에 미치는 영향에 관해 연구한 문헌 73건을 찾았다. 이를 통해 두뇌 부위 별로 자극한 각 프로토콜이 어떤 인지 능력을 변화시키는지 조명함으로써, TMS가 인지 기능에 미치는 영향을 정리하고 더 나아가 이러한 인지 변화를 임상적 치료, 연구 목적에 연결하는 것에 대해 개괄하고자 한다.
성능/효과
- 103) 저빈도와 고빈도의 효과를 비교하기 위해 AD 환자에게 5일 동안연속으로 양측 DLPFC를 1 Hz 혹은 20 Hz 빈도로 처치한경우, 20 Hz 빈도로 처치한 경우가 대조군과 1 Hz 빈도 처치군에 비해 모든 평가 척도에서 개선 효과를 보였다.104) AD 환자에게 2주 동안 좌측 DLPFC를 10 Hz 빈도로 자극한 결과,10개의 인지 과제 중 8개의 인지 과제에서 개선 효과가 나타났다는 사례 보고105)와 DLPFC로의 오프라인 TMS 처치가 정상인의 인지 기능을 개선시킨다는 예를 종합해봤을 때,32)39)42)rTMS는 초기 AD 환자에게 유용할 가능성이 있다.
- 106)유사한 프로토콜로 진행된 이중 맹검법 연구에서도 개선 효과가 나타났다.107) 메타 분석 결과, 인지 훈련만을 수행한 AD환자는 제한적인 개선 효과를 보였으므로,108) TMS의 활용은의미 있는 방법일 수 있다.
- 작업 기억력의 저하는 조현병 환자에게 잘 나타나는 인지적 결함이다.113) 조현병 환자에게 4주간 양측 DLPFC를 20Hz 빈도로 자극한 결과, 3-back 과제의 정확도가 증가했으며 이는 정상인과 비교할만한 정도의 개선 효과였다.114) 또한,사회적 인지 중에서 표정 인식의 저하는 조현병 환자에게 잘나타나는 특징인데,115) 조현병 환자에게 2주 동안 10 Hz 빈도로 좌측 DLPFC를 자극하자 표정을 보고 감정을 맞추는과제의 수행 능력이 개선되었다.
- 9 Hz)은 기억해 낸 단어의 수를 유의미하게 감 소시켰다. 18) 반면에 언어적, 비언어적인 인식 후 기억하기 전 중간 과정에 우측 DLPFC를 1 Hz 빈도로 자극한 경우 기억 의 정확도가 증가했으며, 경도 인지 장애(mild cognitive impairment) 환자의 비언어적 기억 개선 효과도 있었다. 19) 그림 과 단어를 보고 일치하는지 판단하는 과제에서도 브로카 영 역(Broca’s area)을 1 Hz 빈도로 자극하자 반응 시간이 단축 되었다.
- 51) 비언어적 기억의 중간 과정에 우측 DLPFC를 보통의 iTBS 프로토콜로 자극했을 시 기억의 정확도가 감소했고, 이것은 1 Hz의 저빈도 자극하였을 때와는 반대의 결과였다.19) 각 항목이 구체적인지 추상적인지 판단하고 기억하는 과제에서는 좌측 DLPFC를 30초 동안 cTBS 자극하자 인식의 정확도가 증가했고 반응 시간이 단축되었으며 기억한 항목의 수가 증가했다. 같은 프로토콜로 좌측 복외측 전전두피질(ventrolateral prefrontal cortex,VLPFC)을 자극한 경우 반대로 저하되었다.
- 19) 그림 과 단어를 보고 일치하는지 판단하는 과제에서도 브로카 영 역(Broca’s area)을 1 Hz 빈도로 자극하자 반응 시간이 단축 되었다.
- 이는 대상에 따라 해당 뇌 영역의 활성도가 다르며, 같은 프로토콜에 대해 반대 결과가 나올 수 있음을 시사한다.22) 음식의 경제적인 가치를 판단할 때도 우측 DLPFC를 1 Hz 빈도로 자극하자 같은 것에 대해 더 낮은 가치를 매겼다.28) 짧은 시나리오를 듣고 해당 인물이 그 행동에 대해얼마나 벌 받아야 하는지 판단하고, 얼마나 도덕적 책임을 가져야 하는지 판단하는 과제에서 좌측 혹은 우측 DLPFC를 1Hz 빈도로 자극받은 경우 벌을 받아야 한다고 생각하는 정도가 감소했다.
- 37) 다른 연구에서 반대결과가 있었으나, 자신과 연관된 기억을 습득하는 과정 중 자극된다는 면에서 차이가 존재했다.38) TMS를 처치 받기 전후를 비교했을 때, 좌측 DLPFC를 10 Hz로 자극하자 작업 기억력이 개선되었으며 양측 DLPFC를 자극한 경우에도 개선효과가 있었다.32)33) 치매는 아니지만 기억력이 저하된 노인을대상으로 좌측 DLPFC를 5 Hz 빈도로 자극한 후 얼굴과 이름의 짝을 제시하는 기억 능력을 평가했을 때도 수행 능력이개선되었다.
- 점점 해상도가 높아지는 물체를 식별할 때 좌측 DLPFC를 10 Hz 빈도로 자극하면 반응 시간이 지연되었다.40) 청각적 공간 주의 과제를 수행할 때 미리 나타나는 단서 신호는수행 능력을 개선시킨다. 하지만 단서가 나타날 때 우측 전두안구영역(frontal eye field, 이하 FEF)을 28 Hz 빈도로 자극하자 그 개선 효과가 억제되었다.
- 이 자극은 가려진 동안 일어난 행동을 맞추려 할 때 오답률을 유의미하게 증가시켰다.48) 문장과 그림의 뜻이 일치하는지 판단할 때, 문장의 의미에 문제가 있는 경우 좌측 DLPFC를 10 Hz 빈도로 자극했을 때 반응 시간이 지연되었다. 반대로 문장의 구조에 문제가 있는 경우 우측 DLPFC를 자극해야 반응 시간이 지연되었다.
- 50) 같은 ISI 15 ms의 쌍파 자극일지라도 기억의 과정 중 부호화 중일 때는 좌측 DLPFC, 되찾는 중일 때는 우측 DLPFC를 자극해야 반응 시간이 단축되었다.51) 비언어적 기억의 중간 과정에 우측 DLPFC를 보통의 iTBS 프로토콜로 자극했을 시 기억의 정확도가 감소했고, 이것은 1 Hz의 저빈도 자극하였을 때와는 반대의 결과였다.19) 각 항목이 구체적인지 추상적인지 판단하고 기억하는 과제에서는 좌측 DLPFC를 30초 동안 cTBS 자극하자 인식의 정확도가 증가했고 반응 시간이 단축되었으며 기억한 항목의 수가 증가했다.
- 75) 두 단어를 듣고 음운이 같은지 판단하는 과제와 의미가 같은지 판단하는 과제에서도 시작한 지 180 ms 후에 좌측 SMG를 단일파 자극하자 반응 시간이 단축되었다.76) 손이나 발의 행동을 보고 같은 행동을 찾는 과제에서 시작과 동시에 좌측 SMG를 단일파 자극하자 반응 시간이 단축되었다.
- 85)이와 유사하게 좌측 ATL을 1 Hz 빈도로 자극하자 사물을 명명하는 과제와 의미를 판단하는 과제에서 수행 능력이 저하되었다.86) 주어진 단어와 기능 측면에서 유사한 단어를 찾는과제에서도 좌측 ATL을 1 Hz 빈도로 자극하자 전보다 반응시간이 지연되었다.66)
- 반면 V1을cTBS 프로토콜로 40초 동안 자극하고 나자 빠르게 지나가는 그림의 방향 판단의 정확도가 증가했고 점차 선명해지는그림의 방향을 판단하는 시간이 단축되었다.88)그림이 나타나기 1000 ms 전 혹은 500 ms 전에 베르니케 영역을 단일파자극하자 주어진 그림을 명명하는 시간이 단축되었다.97)
- 89)공동으로 가상 공간을 재현해 내는 의사소통 과제에서 우측STS의 뒤쪽 영역을 1 Hz 빈도로 자극받고 과제를 수행하자반응의 효율성이 저하되었다.90)우측 TPJ에 1 Hz 빈도로 자극을 가한 경우 익숙한 얼굴 사진을 보다가 자신의 얼굴 사진을 볼 때 반응하는 시간이 단축되었다.91)다른 이의 의도를 생각해야 하는 과제에서도 우측 TPJ를 1 Hz 빈도로 자극한 경우 다른 사람의 의도를 적대적으로 생각하는 빈도가 증가했고 그렇지 않다고 생각하는 빈도는 감소했다.
- AD에 의해 영향받은 6개의 뇌 영역(브로카 영역, 베르니케영역, 양측 DLPFC, 양측 체성감각연합영역)에 적합한 인지훈련과 각 부위를 자극하는 10 Hz 빈도의 rTMS를 연계해 6주 동안 치료한 결과, 각종 평가에서 개선 효과를 보였다.106)유사한 프로토콜로 진행된 이중 맹검법 연구에서도 개선 효과가 나타났다.
- 101)간이 정신 상태 검사 수치로 가벼운 AD 군과 심각한 AD 군을 나누어서 시각적 자극이 나타났을 때 20 Hz 빈도의 TMS를 처치했다. 가벼운 AD군은 행동 명명의 정확도가 증가했고, 심각한 AD 군은 행동명명, 물체 명명의 정확도가 모두 증가했다.102) 이어서 AD 환자에게 2주 혹은 4주간 좌측 DLPFC를 20 Hz 빈도로 자극한 연구에서도 문장을 올바르게 이해하는 횟수가 증가했으며, 이 효과는 rTMS 처치 후 8주까지 유지되었다.
- 단일파 혹은 쌍파 자극은 대부분 온라인 TMS로 이루어진다. 기억에 의존해 눈을 움직여야 하는 과제에서 우측 FEF를시작과 동시에 ISI 50 ms로 쌍파 자극하자 수행 능력이 개선되었다.49) 이 같은 결과는 적정한 수행 능력의 개선을 위해서어느 정도 대뇌 피질 영역 활성화가 선행되어야 함을 시사한다.
- 26)이중 과제를 수행할 때 두 과제가 유사한 인지 과정을 요구한다면 운동 학습을 개선시키는 것으로 알려져 있다. 따라서단일 과제를 할 때보다 이중 과제를 수행할 때 더 나은 수행능력을 보였으나, 휴식 과정에서 배측 전운동 피질(PMd)을 1Hz 빈도로 자극한 경우 이러한 개선 효과가 사라졌다.23) 이와 유사하게 상황에 따르게 다르게 반응해야 하는 이중 과제를 수행하기 전 좌측 앞쪽 하전두구(inferior frontal sulcus)를 1 Hz 빈도로 자극하자 오답률이 유의미하게 증가했다.
- 69) 프로토콜은 달랐으나 고빈도 자극 때와 같은 결과였다. 반면 V1을cTBS 프로토콜로 40초 동안 자극하고 나자 빠르게 지나가는 그림의 방향 판단의 정확도가 증가했고 점차 선명해지는그림의 방향을 판단하는 시간이 단축되었다.88)그림이 나타나기 1000 ms 전 혹은 500 ms 전에 베르니케 영역을 단일파자극하자 주어진 그림을 명명하는 시간이 단축되었다.
- 67) 반면, 두정엽의다른 영역을 자극할 때는 반대의 결과가 나타났다. 사각형이나타나는 순서를 기억하고 판단하는 과제에서 기억 후 휴식과정에 우측 PPC를 25 Hz 빈도로 자극하면 반응 시간이 지연되었다.34)
- 기억력과 주의력 이외에도 다양한 인지 능력 변화를 관찰한 연구가 있다. 상자를 드는 행동을 보고 무게를 예측할 때,좌측 IFG를 5 Hz 빈도로 자극한 경우 대조군보다 예측 능력이 저하되었다.47) 이와 유사하게 행동을 보여주다가 1초간 가려졌을 때 10 Hz 빈도의 좌측 PMd 자극을 처치한 연구가 있다.
- 음운이 유사한 단어를 기억했다가 일치시키는 과제에서, 좌측 IPL에 3 펄스의 자극을 가하자 음운이 유사한 단어에 대해 반응하는 시간이 단축되었고 정확도도 증가했다.75) 두 단어를 듣고 음운이 같은지 판단하는 과제와 의미가 같은지 판단하는 과제에서도 시작한 지 180 ms 후에 좌측 SMG를 단일파 자극하자 반응 시간이 단축되었다.
- 36) 또한, 기억을 되찾을 때 전략을 사용하느냐, 사용하지 않느냐에 따라서 관련된 영역이 달랐다. 전략을 사용하는 군은 우측 DLPFC를 10 Hz 빈도로 자극 시 기억의 정확도가 감소했으며, 전략을 사용하지 않는 군은 좌측DLPFC를 자극 시 정확도가 감소했다.37) 다른 연구에서 반대결과가 있었으나, 자신과 연관된 기억을 습득하는 과정 중 자극된다는 면에서 차이가 존재했다.
- 표정을 구별하는 과제에서 표정이 나타난 이후 각각 100 ms와 140 ms, 130 ms와 170 ms에 우측 SC를 쌍파(ISI 40 ms)자극한 경우 정확도가 감소했다.69)
- 단순한 주의력 변화의 예도 존재한다. 하나 이상의 특징을가진 대상을 구별하는 시각 과제에서 우측 DLPFC를 20초동안 cTBS 자극한 후 수행할 때, 수행 능력이 저하되었다.54)손이나 발의 행동을 보고 같은 행동을 찾는 과제에서 시작과 동시에 복측 전운동 피질(ventral premotor cortex, PMv)을 단일 펄스 자극하자 반응 시간이 단축되었다.
후속연구
- 4) 따라서 우울증 이외의 정신과적 치료에 TMS를 활용하기 위해선 정상인을 대상으로 TMS 자극을 진행했을 때, 그 효과가 어떤 과정으로 인지 기능을 변화시키는지 연구가 더 필요하다.
- TMS는 약물,정신 요법 등의 기초 치료방법 효율을 높이는 보조 치료법으로서 고려될만 하며, 이미 몇몇 질환들에서는 이러한 방법이사용되고 있다. 따라서 앞으로의 연구는 더욱 확실하고 강력한 프로토콜의 개발과 동시에 다양한 하위 집단별 적용이 필요할 것이며, 이것이 선행된다면 TMS는 인지 기능 개선에큰 영향을 주는 치료 도구가 될 수 있을 것이다.
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