보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2014-09 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201500004224 |
과제고유번호 |
1711000864 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2015-05-30
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키워드 |
하지불안증후군.뇌파.인지유발전위.병태생리.기능적 연결성.신경네트워크.그래프 이론.restless legs syndrome.EEG.ERP.pathophysiology.functional connectivity.neural network.graph theory.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500004224 |
초록
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연구의 목적 및 내용
뇌파의 동기화 및 기능적 연결(functional connectivity) 특성을 분석하여, 아직까지 정확한 병태생리학적 원인이 규명되지 않고 있는 하지불안증후군(restless legs syndrome: RLS)의 대뇌 정보처리 네트워크 특성 및 발병 기전을 규명하고자 함
연구결과
중등도 이상의 증상을 가진 RLS 환자는 같은 연령의 정상인에 비해 다음과 같은 디폴트모드 신경네트워크의 특성을 보임.
1. 수면 및 각성 상태의 디폴트 모드 신경네트워크 특성
○ 수면 뇌파의 주파
연구의 목적 및 내용
뇌파의 동기화 및 기능적 연결(functional connectivity) 특성을 분석하여, 아직까지 정확한 병태생리학적 원인이 규명되지 않고 있는 하지불안증후군(restless legs syndrome: RLS)의 대뇌 정보처리 네트워크 특성 및 발병 기전을 규명하고자 함
연구결과
중등도 이상의 증상을 가진 RLS 환자는 같은 연령의 정상인에 비해 다음과 같은 디폴트모드 신경네트워크의 특성을 보임.
1. 수면 및 각성 상태의 디폴트 모드 신경네트워크 특성
○ 수면 뇌파의 주파수 성분의 차이는 발견되지 않음.
○ 렘수면중, 전두부의 델타밴드 기능적 연결성이 증가됨.
○ 비렘수면에서 N3 단계에서 델타밴드의 small-worldness index가 감소됨. 이는 RLS 환자가 수면중 정보처리가 비효율적이며, 수면 항상성이 비정상적임을 시사함.
2. 자극에 반응하는 대뇌 피질의 동적 신경네트워크 특성
○ oddball paradigm
• P300 성분의 진폭이 감소하고 잠복기가 지연됨.
• induced gamma band activity가 감소되고, frontal-parietal phase synchrony 및 small-worldness index 감소
○ Sternberg working memory task
• P300 성분의 진폭이 감소됨
• theta band 파워가 감소됨
○ 운동자극에 반응하는 뇌혈역학적 변화 특성
• Leg area에서 뇌 혈류 반응이 감소됨
3. 도파민 작용제 및 tDCS가 대뇌 정보처리 및 네트워크 특성에 미치는 영향 연구
○ 약물치료후, RLS 증상, 수면 증상 및 인지기능이 개선됨.
○ 수면중 뇌파에서, 비렘수면 단계에서 델파 파워의 small-worldness 증가
○ tDCS로 대뇌 운동피질을 억제하는 치료는, 증상의 호전을 보였으나 sham 치료와 차이가 없었음.
종합적으로, 치료받기 전의 RLS 환자는 각성시에 정보처리 능력이 감소되고, 작업기억이 저하되고, 감마밴드에서 전두엽과 다른 부위와의 연결성이 떨어지고, 정보처리가 비효율적임. 수면 중에는 비렘수면의 델타밴드의 정보처리가 비효율적이며, 렘수면중 델타밴드의 전두부의 기능적 연결성이 증가됨. 이런 비정상적인 대뇌 네트워크는 도파민 치료 후에는 전두엽 기능 상승 및 작업기억 증가를 보이며, 수면중 정보처리도 효율적인 상태로 가역적인 변화를 보임.
연구결과의 활용계획
1. RLS의 병태생리 추가 연구에 활용
○ 도출된 RLS의 신경네트워크 특성은 RLS에서 인지기능장애가 단순히 수면장애로 인한 이차적인 현상이 아니라, 대뇌 피질 자체의 기능장애를 수반함으로써 기인한다는 사실을 보여주며, 이는 RLS 병태생리가 단지 피질하구조에만 국한되어 있을 것이라는 기존의 가설을 보완할 필요가 있음을 시사하며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요함.
○ 도파민 치료에 의해 가역적으로 변화된 신경네트워크 특성이, 최근에 대두되고 있는 글루타민 가설에 부합하는지에 대한 추가적인 연구가 필요함.
2. 신경네트워크 이상에 의해 초래되는 다양한 신경정신질환의 병태생리 연구에 본 분석방법이 활용될 수 있음.
○ RLS 이외의 다른 수면장애의 네트워크 규명 및 발병 기전 연구에 활용
○ 뇌전증, 정신분열증, ADHD 등 다른 뇌질환 연구에 활용
Abstract
▼
Purpose&contents
The purpose of this study is to identify network characteristics and pathogenic mechanism of restless legs syndrome (RLS) using phase synchrony and functional connectivity of EEG.
Result
1. characteristics of default mode network in RLS patients
○ not finding diffe
Purpose&contents
The purpose of this study is to identify network characteristics and pathogenic mechanism of restless legs syndrome (RLS) using phase synchrony and functional connectivity of EEG.
Result
1. characteristics of default mode network in RLS patients
○ not finding differences of the frequency components of sleep EEG
○ increased functional connectivity of frontal delta band of REM
○ Reduced the delta band in small-worldness index in non-REM sleep stage N3. It suggests information is processed inefficiently, that sleep homeostasis is abnormal in patients with RLS during sleep.
2. characteristics of dynamic neural network of event-related potential responding frontal inhibitory cognitive stimulation
○ oddball paradigm
• reduced amplitude and delayed latency of the P300 component.
• induced gamma band activity has been reduced, frontal-parietal phase synchrony and small-worldness index decreased
○ Sternberg working memory task
• reduced amplitude of the P300 component
• theta band power is reduced
○ Cerebral hemodynamics characteristics in response to exercise stimuli
• hemodynamics response at leg area is reduced
3. analysis of effect of dopamine agonist and tDCS treatment on brian information processing and network characteristics
○ After drug treatment, RLS symptoms, sleep symptoms, and cognitive function were improved.
○ The growth of small-worldness of Delphi power at non-REM sleep stages in the EEG during sleep
○ The treatment to inhibit the cerebral cortex with tDCS had no differences with sham treatment, although there was improvement of symptoms.
Synthetically, the ability to process information was reduced, working memory decreased, connectivity between frontal lobe and other parts was poor in the gamma band, and information processing was less efficient at the time of arousal in RLS patients before treatment. During sleep, the delta band of non-REM sleep and information processing were inefficient, and functional connectivity of the frontal region of the delta band of REM sleep increased. After dopaminergic treatment, these abnormal brain networks showed improvement of frontal lobe function, increase of working memory, and information processing during sleep showed reversible change with efficient state.
Expected Contribution
1. basis for studying pathophysiology of RLS
○ Derived characteristics of neural networks in RLS showed cognitive dysfunction is not simply a secondary phenomenon caused by sleep disorders, is caused by involving a dysfunction of the cerebral cortex as its own, which suggests the need to complement the existing hypothesis that RLS pathophysiology will be a limited section in the estuary cortex only. Therefore, additional research is needed on this study.
○ Additional research is required to confirm if neural network characteristics changed reversibly by dopamineic treatment comply with the glutamine hypothesis which is emerging recently.
2. application of analysis methods on other neurological disorders having network abnormality
○ Utilized to identify the network and to study pathogenesis research of other sleep disorders besides RLS.
○ Utilized to study other brain disorders, such as epilepsy, schizophrenia and ADHD.
목차 Contents
- 핵심연구사업 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 53
- 5. 연구 성과 목표 ... 57
- 6. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 59
- 7. 연구결과의 활용계획 ... 60
- 8. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 60
- 9. 참고문헌 ... 64
- 10. 연구성과 ... 66
- 11. 기타사항 ... 72
- 끝페이지 ... 86
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