초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 비침습 뇌자극 기법(Noninvasive brain stimulation)을 복합적으로 적용하여 보다 효과적인 뇌기능 회복 촉진 기술을 개발하는 것을 목적으로 하며, 이를 위하여 반복경두개자기자극(rTMS)과 경두개직류자극(tDCS) 기법의 상승효과를 얻을 수 있는 복합적인 자극 부위 및 방법을 규명하고자 하였다. 또한 뇌질환 환자에서 내재적 요인에 따른 비침습 뇌자극 반응의 차이를 분석하고, 뇌질환 환자의 운동 및 인지 기능 향상 효과를 증진시키기 위한 자극 적용 방법을 제시하고자 하였다. 먼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 비침습 뇌자극 기법(Noninvasive brain stimulation)을 복합적으로 적용하여 보다 효과적인 뇌기능 회복 촉진 기술을 개발하는 것을 목적으로 하며, 이를 위하여 반복경두개자기자극(rTMS)과 경두개직류자극(tDCS) 기법의 상승효과를 얻을 수 있는 복합적인 자극 부위 및 방법을 규명하고자 하였다. 또한 뇌질환 환자에서 내재적 요인에 따른 비침습 뇌자극 반응의 차이를 분석하고, 뇌질환 환자의 운동 및 인지 기능 향상 효과를 증진시키기 위한 자극 적용 방법을 제시하고자 하였다. 먼저, 정상인 및 만성뇌졸중 환자에서 반복경두개자기자극과 경두개직류자극을 동시 혹은 순차적으로 적용하여 운동 및 인지 기능의 변화를 측정하여 가장 효과적인 복합자극 방법을 개발하였다. 또한 운동유발전위(MEP), 뇌파도(EEG), 기능자기공명영상(fMRI) 등 다양한 기능적 뇌영상을 사용하여 복합 비침습 뇌자극의 작용기전을 파악하였다. 정상인 및 만성 뇌졸중 환자를 대상으로 얻은 결과를 바탕으로 아급성기 뇌졸중 환자에게 복합 비침습 뇌자극을 적용하여 장기적인 운동 및 인지 기능 향상 효과를 측정하였다.
연구결과
정상인에서 전처치기법으로 복합 비침습뇌자극을 운동영역에 적용하였을 때, 대뇌반구간 항상가소성(interhemisheric homeostatic plasticity)을 일으키는 것을 확인하였다.
이에비하여 동시자극법은 항상가소성을 덜일으키는 방법으로 운동기능 향상이 가능하였다. 이러한 차이는 경두개직류자극을 시행하는 방법과 시간차에 따라 대뇌반구간 항상성이 다르게 발생하기 때문인 것으로 해석된다. 한편, 뇌졸중 환자에서는 동시자극기법에서 대뇌반구간 항상성이 나타나지 않을 뿐 아니라 정상인 보다 더 명확한 운동 기능 상승 효과가 나타나는 것을 알 수 있었는데, 이는 뇌병변에 의하여 뇌활성도의 반구간 균형이 달라지고 신경가소성이 증가된 때문으로 생각된다. 인지기능의 경우, 좌측 대뇌반구 뇌졸중환자에서 우측의 전전두엽의 음극자극을 동시에 적용하였을 때 언어성작업기억력이 향상됨을 알 수 있었으며, 정상인과 달리 항상가소성은 나타나지 않았다. 이 결과는 다중 복합 비침습뇌자극이 뇌가소성이 증가되어 잇는 뇌졸중환자에서 정상인에 비하여 더욱 효과적으로 활용될 수 잇음을 보여준 결과이다. 또한 MEP, EEG, fMRI를 사용하여 뇌신경망 활성도의 변화를 관찰한 결과 단일자극기법과 비교하여 복합자극 기법이 뇌활성도에 추가적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며, BDNF 유전자형에 따라 뇌자극에 대한 반응이 다르게 나타남을 확인하였다.
연구결과의 활용계획
본 연구에서 확인한 복합 비침습 뇌자극 치료 프로토콜을 임상에 적용함으로써 뇌졸중환자의 치료 효과를 향상시킬 수 있어 국민건강에 기여할 수 있다. 본 연구에서 사용된 복합 비침습 뇌자극의 적용 방법과 효과 측정 방법 등은 다른 뇌질환 연구 및 뇌 관련 연구에도 다양하게 활용할 수 있다. 또한 본 연구에서 개발된 복합 자극기법을 활용한 비침습 신경조절 의료기기를 개발하는 자료로 활용할 수 있다.

Abstract ▼

Purpose&contents
This study aimed to establish the multimodal non-invasive brain stimulation (NBS) method as a therapeutic tool for enhancing recovery of motor and cognitive function in patients with stroke. To accomplish this purpose, we investigated the synergic effect of repetitive transcrania

Purpose&contents
This study aimed to establish the multimodal non-invasive brain stimulation (NBS) method as a therapeutic tool for enhancing recovery of motor and cognitive function in patients with stroke. To accomplish this purpose, we investigated the synergic effect of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) for the improvement of motor or cognitive function. Also, we investigated the mechanisms of multimodal NBS technique using multimodal functional neuroimaing such as functional MRI (fMRI), Electroencephalography (EEG), and Motor evoked potentials (MEPs).
We applied different combination methods of the multimodal NBSs including the simultaneous or pre-conditioning stimulation methods of tDCS and rTMS in normal person and patients with stroke, and measured their effects on improving motor or cognitive functions. Changes in cortical excitability and plasticity of neural network activities after application of the multimodal NBS were evaluated using functional neuroimaging methods. On the basis of results obtained by the chronic patients, the most effective multimodal NBS methods were applied during the subacute phase of stroke for measuring the long-term outcome.
Result
The multimodal NBS with pre-conditioning tDCS and subsequent rTMS induced the interhemisheric interaction and the homeostatic plasticity in normal subjects. In contrast, the multimodal NBS methods did not produce homeostatic plasticity in stroke patients, and subsequently the simultaneous application of tDCS and rTMS over the bilateral motor cortex demonstrated greater enhancement of motor function in these patients. These different responses to the multimodal NBS between normal persons and patients with stroke highlight that effect of NBS is influenced by the baseline characteristics of cortical excitability, which rationalize the necessity of individual approach to maximize the effect of NBS. Enhanced interhemispheric interaction without homeostatic plasticity was also shown for the cognitive function in the left hemispheric stroke patients. The functional neuroimaging and neurophysiologic study demonstrated the additional effect on neural network plasticity after the multomodal NBS. Cumulative mutlimodal NBS applied at the subacute phase of stroke demonstrated the long-term effect on improving motor and cognitive functions as well as the additional effect on neural network recovery as shown by the functional neuroimaging study.
Expected Contribution
Results of this study provide the clinical protocol for NBS to maximize the recovery of motor and cognitive function in patients with stroke. This protocol can be applied to the other brain disorders such as dementia or Parkinson's disease. Use of functional neuroimaging as a tool of assessing neuroplastic mechanisms of multimodal NBS can be adopted for future neuroscience study.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 43
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 46
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 46
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 47
• 8. 참고문헌 ... 48
• 9. 연구성과 ... 50
• 10. 기타사항 ... 57
• 끝페이지 ... 72