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문제 정의
- 12) 본 종설에서는 TDCS기술에 대한 원리와 장단점을 소개하며, TDCS 기술을 활용한 대표적인 정신과 질환에 대한 최근까지의 연구결과와 치료 및 개선 원리에 대해 다뤄 보고자 한다.
가설 설정
- 29) 한편으로 시냅스 형성에 미세관(microtubule)이 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며,30) TDCS 자극에 의해서 시냅스 형성이 영향을 받는 것 또한 알려진 사실이다. 흥미롭게도 초음파 자극의 주된 가설로 미세관 공진(resonant vibration) 현상이 존재하는데,3) 이 가설은 미세관 활동 조절이 시냅스 형성과 신경 활동에 영향을 준다는 것이다.31)32)
제안 방법
- 1)2) 본 기술은 크게 인체에 자극 장치를 삽입하는 침습적(invasive) 방식과 장치를 따로 삽입하지 않고 인체 외부에서 자극을 주는 비-침습적(non-invasive) 방식으로 나뉘어진다. 본태성 진전(essential tremor)이나 파킨슨병(Parkinson’s disease) 환자를 대상으로 침습적인 전기 자극(electric stimulation)을 사용하는 뇌심부자극술(deep brain stimulation, 이하 DBS), 자기장(magnetic field)을 이용하는 비-침습적 경두개 자기 자극술(transcranial magnetic stimulation, 이하 TMS), 초음파(ultrasound)를 이용한 기능적 신경외과 수술(functional neurosurgery)과 신경조절술 등 나날이 발전해 나가고 있다.
- 항우울제는 선택세로토재흡수억제제(selective serotonin reuptake inhibitor, 이하 SSRI) 계열의 sertraline이었으며, 6주간 매일 섭취하였다. TDCS 프로토콜은 좌측 DLPFC에 양극을, 우측 DLPFC에 음극을 0.080 mA/cm2 수준의 자극으로 2주간 주중 매일 30분씩 받았으며, 이후 4주간 2주에 한 번씩 다시 받았다. 각 집단 간의 Montgomery-Asberg Depression Rating Scale(이하 MADRS)의 변화를 비교하였으며, 본 연구에서는 각 치료방법의 효과 및 안정성을 비교하였다.
- 080 mA/cm2 수준의 자극으로 2주간 주중 매일 30분씩 받았으며, 이후 4주간 2주에 한 번씩 다시 받았다. 각 집단 간의 Montgomery-Asberg Depression Rating Scale(이하 MADRS)의 변화를 비교하였으며, 본 연구에서는 각 치료방법의 효과 및 안정성을 비교하였다. 결과적으로 6주 동안 sertraline이나 TDCS의 실제 자극 간의 효과나 안정성에서는 차이가 없었다.
- 이 시험은 총 세 단계로 나뉘었으며, 첫 번째 단계에서는 6주간 120명 대상으로 진행하였다. 대상자들은 네 개의 치료법 중 하나로 진행하였다. 첫 번째 집단은 위약(placebo)과 허위 자극(sham stimulation)을, 두 번째는 sertraline과 허위 자극을, 세 번째는 위약과 실제 자극(real stimulation)을, 그리고 네 번째는 sertraline과 실제 자극을 받았다.
- 보상회로를 관장하는 DLPFC의 활동을 조절하여 갈망과 같은 대표적인 중독 질환의 증상을 완화시키며, 뇌 활동과 구조의 변화를 바탕으로 치료의 가능성을 제시하였다.137) 현재로는 임상적 증거가 불충분하지만, 대마초(marijuana)나메스암페타민(methamphetamine) 중독과 같은 다양한 환자를 대상으로 진행한 연구에서 의미 있는 결과들이 보고되었다.
- 057 mA/cm2 수준의 낮은 전류밀도로 자극하였다(표 1). 이후에는 우측 SO에서 동일 반구의 DLPFC에 음극 자극을 적용하는 프로토콜로 변화하였으며, 0.057~0.080 mA/cm2 수준의 더욱 더 강한 전류밀도로 자극을 주는 방향으로 연구되었다.54)62)
- 중독 재활연구에서는 알코올, 코카인, 니코틴 중독 환자 대상으로 갈망 증상 감소를 위한 연구가 진행되었고, 다음 소개될 3개의 연구는 2.0 mA의 전류를 좌측 DLPFC에 음극 자극을, 우측 DLPFC에 양극 자극을 적용하였다(표 3). Klauss등134)은 33명의 알코올중독자(alcoholics) 대상으로 TDCS를 5일간 매일 적용하였다.
- 68) 그리고 마지막 세 번째 단계에서는 첫 번째 단계에서 호전을 보였던 환자들 대상으로 다시 우울증 재발 시까지, 최대 6개월간의 후속 조치(follow-up)를 진행하였다. 처음 3개월간은 격주 1회, 이후 3개월은 매달 1회씩 TDCS 효과 유지 자극(maintenance stimulation)을 적용하였다. 개인에 따라서 최대 9번의 유지 자극을 적용하였으며, 평균적으로 11.
대상 데이터
- 이 진행했던 대규모 MDD 환자 대상 다단계(multi-phase) 무작위 배정 비교 임상시험(randomized controlled clinical trial, 이하 RCT)이다. 이 시험은 총 세 단계로 나뉘었으며, 첫 번째 단계에서는 6주간 120명 대상으로 진행하였다. 대상자들은 네 개의 치료법 중 하나로 진행하였다.
성능/효과
- 0 mA의 약한 직류 전기 자극을 가한다.12) 두피와 같은 여러 생체 조직들의 높은 저항으로 인하여, 실제로 뇌 피질에 전달되는 전류는 아주 낮다.15)
- 13) 두피에 전기를 인가한다는 측면에서는 ECT와 비교될 수 있는데, 상대적으로 안전하며 편리하다고 볼 수 있다.14) TDCS의 일반적인 적용방법은 식염수를 적신 20~30 cm2 크기의 스폰지 형태 패치를 사용하여, 5~30분 동안 대략 0.
- 13) 두피에 전기를 인가한다는 측면에서는 ECT와 비교될 수 있는데, 상대적으로 안전하며 편리하다고 볼 수 있다.14) TDCS의 일반적인 적용방법은 식염수를 적신 20~30 cm2 크기의 스폰지 형태 패치를 사용하여, 5~30분 동안 대략 0.5~2.0 mA의 약한 직류 전기 자극을 가한다.12) 두피와 같은 여러 생체 조직들의 높은 저항으로 인하여, 실제로 뇌 피질에 전달되는 전류는 아주 낮다.
- 21) 하지만 131명을 대상으로 진행한 대규모 연구에서는 실제 자극을 받았던 경우의 78%가 간지러움을, 68%가 가려움을, 54%가 열감을, 25%가 통증을 느꼈으며, 이는 가짜 자극을 받은 군보다 유의미하게 높게 보고되었다.22) TDCS는 피부에 직접 전기를 가하기 때문에 피부조직에 변화를 줄 수 있으며, 또한 신경성 두통이나 조울증 및 우울증 환자 대상치료 도중 조증 삽화 유발과 같은 경우가 보고되었다.23) 6편의 TDCS 연구 논문들의 15명의 대상자에게 지속적인 피부 변성(persistent skin lesion)이 일어났으며, 이외 6편 논문들의 8번의 경조증(hypomania)과 3번의 조증(mania)이 일어났다고 보고하였다.
- 35) 신경세포 이외에 교세포(glial cells)의 활동에도 큰 변화를 주는 것으로 보고되었으며, TDCS로 인하여 칼슘 이온의 세포 내 유입이 증가하는 결과가 알려졌다.36) 주목할 만한 점은 신경세포의 반응과는 달리, 별아교세포(astrocyte)의 칼슘 이온의 세포 내 유입은 음극과 양극에 따른 큰 차이를 보이지 않았다. 이러한 결과는 TDCS에 대한 원리적 접근이 신경세포 활성화에 대한 관점에서 벗어나 좀 더 넓은 의미에서 교세포의 잠재적 조절 작용과 앞서 언급한 미세관 활동까지 고려된 접근을 해야 한다.
- 49)50) 또한 최근, 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, 이하fMRI)이나 뇌파(electroencephalogram, 이하 EEG)와 같은 뇌 관찰방법을 통하여 중증 우울증 환자들의 변화된 뇌의 구조와 기능들을 보여주었다.51) 전반적으로 감정이나 판단을 주관하는 뇌 영역들의 신경세포 수 감소나 활동력이 줄어들었으며, 네트워크를 형성하고 있는 특정 뇌 영역들의 활동 역시 비정상적인 것으로 밝혀졌다.52) 또한 좌측 배외측 전전두엽 피질(dorsolateral prefrontal cortex, 이하 DLPFC)의 비활성화(hypoactivity)와 우측 DLPFC의 과활성화(hyperactivity)로 인한 차이가 발병 요인으로 제시되었다.
- 결과적으로 6주 동안 sertraline이나 TDCS의 실제 자극 간의 효과나 안정성에서는 차이가 없었다.54) 참고로 개별적인 접근보다 약물 치료와 TDCS의 동시 적용 시에 MADRS점수에서 더 높이 향상되었다. 이외에는 모든 집단의 인지 수행 능력에 변화나 향상은 없었다.
- 72) 이러한 이유들로 TDCS를 통한 치료가 그 대안으로 제시되었지만, 우울증에 비해서 양극성 장애에 대한 TDCS 임상시험은 극히 적다.70)73) 기존 보고된 결과들 중 조증 삽화(manic episode)보다는 우울 삽화(depressive episode)의 완화에 대해서만 보고되었으며,74) TDCS 자극으로 인한 조증(treatment-emergent mania)이 유발되는 부작용 사례들 또한 존재하는 것으로 알려져 있다.
- AVH 증상을 가진 환자 대상으로 진행한 RCT 연구는 DLPFC에 양극 자극을, 측두-두정 부분 음극 자극을 사용하여 매일 2회 자극을 받은 경우에만 auditory hallucinations rating scale(AHRS)가 약 30% 유의미하게 감소되었다.111)113-115) 이와 다르게 매일 1회 자극을 받았을 경우에는 허위 자극과 유의미한 차이가 없었다.
- 148) D’Urso 등149)은 TDCS를 사용하며, 음극 자극만을 pre-SMA에 적용하였을 시에 효과적이라고 보고하였다. OCD의 경우 뇌의 반구 간 활동 불균형이 하나의 원인으로 알려져 있으며, 신경조절술을 활용하여 현재 제시된 자극 부위 이외의 다양한 위치에 대한 자극이 효과적일 수 있다는 의견을 제시하였다.150)
- 165) 1회 적용을 통해서 ASD 치료에 효과가 있었음을 보고하였다. TDCS효과는 적용 후 24시간 동안 지속되었으며, 뇌 활동과 전반적인 인지 능력이 완화되었다. TDCS 활용의 확대가 가장 기대되는 대상 질환으로 소아 청소년 자폐장애의 특성에 맞는 최적화된 대규모 장기 추적연구가 절실히 필요하다.
- 처음 3개월간은 격주 1회, 이후 3개월은 매달 1회씩 TDCS 효과 유지 자극(maintenance stimulation)을 적용하였다. 개인에 따라서 최대 9번의 유지 자극을 적용하였으며, 평균적으로 11.7주까지 TDCS의 효과를 유지하였다.68)
- 각 집단 간의 Montgomery-Asberg Depression Rating Scale(이하 MADRS)의 변화를 비교하였으며, 본 연구에서는 각 치료방법의 효과 및 안정성을 비교하였다. 결과적으로 6주 동안 sertraline이나 TDCS의 실제 자극 간의 효과나 안정성에서는 차이가 없었다.54) 참고로 개별적인 접근보다 약물 치료와 TDCS의 동시 적용 시에 MADRS점수에서 더 높이 향상되었다.
- Batista 등135)은 36명의 정제 코카인(crack cocaine) 사용자 대상으로 TDCS를 3주 동안 5회 20분 자극을 적용하였으며, 1주 후 추적조사가 진행되었다. 이 연구에서는 갈망과 불안 증상이 호전되었으며, 환자들이 인지하는 삶의 질 또한 개선되었다고 알려졌다. Boggio 등136)은 27명의 흡연자 대상으로 5일간 매일 20분 적용하였다.
- 적용 시에는 처음 13분 자극을 맞고, 20분 휴식 후에, 13분 재자극을 받았다. 이 연구에서는 실제로 갈망이나 이외 중독 관련 증상에 호전이 없었지만, 6개월 후 추적조사를 통해서 재발 가능성은 낮춰진 것으로 보고되었다. Batista 등135)은 36명의 정제 코카인(crack cocaine) 사용자 대상으로 TDCS를 3주 동안 5회 20분 자극을 적용하였으며, 1주 후 추적조사가 진행되었다.
후속연구
- 물론 사후 검증의 한계와 고려하지 못한 환경적 요인에 의한 가능성이 있으므로, 심도 있는 추가 실험이 필요하다.18) 여기서 시사하는 것은 뇌 자극의 모델링과 실제 인체에 작용하는 물리적 영향의 차이가 있음을 직접적으로 보여주는 것이며, 임상에서의 TDCS 적용과 뇌 활동의 변화를 확인한 다양한 결과들 또한 잊어서는 안 될 것이다.14)19)
- TDCS효과는 적용 후 24시간 동안 지속되었으며, 뇌 활동과 전반적인 인지 능력이 완화되었다. TDCS 활용의 확대가 가장 기대되는 대상 질환으로 소아 청소년 자폐장애의 특성에 맞는 최적화된 대규모 장기 추적연구가 절실히 필요하다.
- 현재까지 많은 연구가 이루어졌음에도 불구하고, 밝혀야 하는 부분이 여전히 많은 분야인 만큼, 대규모 연구에 대한 관심과 투자가 계속해서 이루어져야 할 것으로 보인다. 또한 복잡한 정신과 질환의 특성상 신경조절술 자극만을 이용하여 완치 치료는 불가능한 만큼, 약물과의 동시 사용, 모니터링기술 등을 통한 개인 최적화와 같은 심도 있는 접근이 필요할것이다.
- 17) 한편으로 최근 Buzsaki 그룹의 사체연구(cadaver study)에 따르면, 적용되는 전류의 90%가 피부를 통해서 빠져나가 대뇌피질에 충분히 도달하지 못한다는 결과를 제시했으며, 살아 있는 인체에는 전류의 누수 현상(shunting effect)이 더 클 것으로 보았다. 물론 사후 검증의 한계와 고려하지 못한 환경적 요인에 의한 가능성이 있으므로, 심도 있는 추가 실험이 필요하다.18) 여기서 시사하는 것은 뇌 자극의 모델링과 실제 인체에 작용하는 물리적 영향의 차이가 있음을 직접적으로 보여주는 것이며, 임상에서의 TDCS 적용과 뇌 활동의 변화를 확인한 다양한 결과들 또한 잊어서는 안 될 것이다.
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