초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구는 뇌질환 환자의 운동 및 인지기능 회복을 증진하는 새로운 치료 방법으로 다모드 비침습 신경조절 기법을 개발하고 실시간 모니터링과 피드백이 가능한 시스템을 고안하며, 비침습 뇌자극의 신경조절 기전을 규명함을 목적으로 하였다. 이를 위하여 운동 및 인지 기능 증진 효과를 증폭시킬 수 있는 복합적인 자극 기법을 개발하여 그 효과를 증명하고, 다양한 신경영상 분석 방법을 통해 뇌신경망 조절 기전을 규명하며, 신경조절에 영향을 줄 수 있는 관련인자를 분석함으로서 개인 맞춤형 신경조절 시스템의 구축이 가능하

연구의 목적 및 내용
본 연구는 뇌질환 환자의 운동 및 인지기능 회복을 증진하는 새로운 치료 방법으로 다모드 비침습 신경조절 기법을 개발하고 실시간 모니터링과 피드백이 가능한 시스템을 고안하며, 비침습 뇌자극의 신경조절 기전을 규명함을 목적으로 하였다. 이를 위하여 운동 및 인지 기능 증진 효과를 증폭시킬 수 있는 복합적인 자극 기법을 개발하여 그 효과를 증명하고, 다양한 신경영상 분석 방법을 통해 뇌신경망 조절 기전을 규명하며, 신경조절에 영향을 줄 수 있는 관련인자를 분석함으로서 개인 맞춤형 신경조절 시스템의 구축이 가능하도록 토대를 마련하였다.

· 첫째, 아급성 및 만성 뇌졸중 환자에서 운동기능 향상을 위하여 비침습 뇌자극 방법인 반복경두개자기자극(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)과 경두개직류자극(transcranial direct current stimulation, tDCS)을 복합적으로 적용하는 기법을 개발하고, 이에 따른 뇌신경망의 변화를 기능자기공명영상(fMRI), 확산텐서영상(DTI), 뇌전도(EEG) 또는 기능근적외선분광기(fNIRS) 등 신경영상 기법과 신경생리적 검사를 통하여 분석하여, 비침습 뇌자극의 운동신경망 조절 기전을 시스템 수준에서 입체적으로 규명함.

· 둘째, 혈관성 인지장애 환자에서 인지기능 향상을 위한 복합 비침습 뇌자극 기법을 개발하고 이를 적용하며 다양한 신경영상과 신경생리적 검사 방법을 통해 비침습 뇌자극의 인지신경망 조절기전을 규명함.

· 셋째, 뇌질환 환자에서 복합 비침습 뇌자극의 효과에 영향을 주는 유전자 특성, 뇌신경망 특성, 두개 모양 등 내재적 인자와 자극의 강도와 종류 등 외재적 인자를 추출하여 개인별 특성에 따른 맞춤형 비침습 뇌자극 방법을 제시함.

· 넷째, 뇌질환 환자에서 복합 비침습 뇌자극에 따른 실시간 뇌신경망의 특성을 뇌파도 또는 기능 근적외선분광기를 사용하여 분석하며, 실시간 피드백을 제공하여 맞춤형 자극 치료가 제공될 수 있는 치료 체계를 구축함.

연구결과
· 뇌졸중 환자에서 운동기능 향상을 위한 복합 비침습 뇌자극 방법을 적용하여 단일 비침습적 뇌자극 방법에 비해 보다 효과적인 운동기능 향상을 확인하였으며, 뇌졸중 환자의 운동기능 회복기전 탐구를 통해 뇌척수로 외의 여러 운동기능 관련 백질로의 역할을 검증하여 향후 보다 효과적인 새로운 복합 비침습적 뇌자극 방법을 적용할 수 이론적 근거를 제시하였음.

· 혈관성 인지장애 환자의 인지기능 향상을 위한 복합 비침습 뇌자극 방법을 적용하여, 단일 비침습적 뇌자극 방법에 비해 보다 효과적인 인지기능 향상을 확인하였으며, 복합 비침습 뇌자극은 양측 대뇌반구의 뇌신경망을 적절히 조절함을 분석하여 임상적 효과의 기전을 검증함.

· BDNF 유전자형의 SNP에 따라 뇌졸중 환자에서 비침습 뇌자극에 따른 운동기능 호전 정도가 다름을 분석함으로써 유전자 특성에 따른 비침습 뇌자극의 적용 기법을 제시함. 또한, 유전자 특성에 따라 비침습 뇌자극의 강도에 따라 다른 효과를 보임을 확인하여 유전자형에 따른 맞춤형 비침습적 뇌자극 적용의 기초 자료를 제시함.

· 뇌졸중 환자에서 비침습 뇌자극에 따른 뇌활성도의 변화를 fNIRS를 통해 성공적으로 실시간 분석함으로써 향후 맞춤형 비침습 뇌자극 적용의 기초적 체계를 구축함.

연구결과의 활용계획
본 연구에서 정립한 복합 비침습 뇌자극 치료 시스템을 임상에 적용하여 뇌혈관질환의 치료 효과를 획기적으로 향상시킴으로써 후유장애를 최소화하고 경제적 사회적 손실을 줄일 수 있으며, 본 연구의 성과에 기반하여 자극과 동시에 뇌활성도 모니터링이 가능한 환자 맞춤형 비침습 뇌자극 치료장비를 개발할 수 있음. 또한 본 연구에서 추출해 낸 복합 비침습 뇌자극의 작용 기전, 적용 방법 등은 다른 뇌질환 연구, 정상인의 인지기능 향상 및 뇌 관련 연구에 활용할 수 있음.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
This study aims to establish the individualized noninvasive brain stimulation (NBS) with realtime monitoring and feedback as a novel therapeutic tool of neurorehabilitation for enhancing recovery of motor and cognitive function in patients with brain disorders. This study will de

Purpose&contents
This study aims to establish the individualized noninvasive brain stimulation (NBS) with realtime monitoring and feedback as a novel therapeutic tool of neurorehabilitation for enhancing recovery of motor and cognitive function in patients with brain disorders. This study will develop effective multimodal NBS technique, investigate the neural mechanisms of NBS using multimodal functional imaging, and delineate the influencing factors on the effects of NBS.

-First, this study develops a dual mode NBS technique combining repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS) to improve motor function of acute and chronic stroke patients. The neural network change after applying the dual mode NBS will be measured with neuroimaging techniques such as fMRI, fNIRS, DTI, and EEG. Response to NBS was also analyzed by functional neuoimaging and neurophysiological methods to identify the neuromodulatory mechanism of NBS.

-Second, this study develops combined NBS techniques to improve cognitive function of patients with vascular cognitive impairment. After applying these techniques, the neuromodulatory mechanism of NBS will be assessed by using functional neuroimaging methods.

-Third, this study suggests individualized NBS methods by identifying influencing factors on the effect of dual mode NBS in patients with brain disease. There are two types of factors to consider for the individualized NIBS methods: One is intrinsic factors such as genetic polymorphism, neural network characters, or shape of skull. The other is extrinsic factors such as intensity or types of stimulation.

- Forth, this study uses EEG and fNIRS to provide real time feedback of brain activities followed by NBS to give information for individualized stimulation therapy.

Result
-It is verified that dual mode NBS is more effective on motor function improvement in stroke patient’s than single mode NBS. The stroke patients’ motor function recovery mechanism was verified with the roles of white matter tract related to motor functions. These results could suggest new dual mode NBS methods which was effective than previous single mode stimulation for promoting motor recovery of stroke patients.

-The neural network connectivity analysis demonstrated that dual mode NBS was more effective in modulating the balances of neural network activities between both hemispheres which was distorted after stroke than single mode stimulation.

-It is verified that dual mode NBS over the bilateral DLPFC is more effective than single mode NIBS when they were applied to vascular cognitive impairment patients to improve their cognitive function.

-The NBS effect was different according to the BDNF genotype of stroke patients. In addition, neural response to the NBS intensity was different according to genetic traits. Therefore, the application of individualized NIBS according to genetic traits was suggested as a substantial method.

-This study successfully analyzed real time changes of brain activities according to NIBS application in stroke patients by using fNIRS, and this enabled us to suggest the individualized NIBS application system in future.

Expected Contribution
It is expected that the treatment effect of neurorehabilitation is further improved by applying dual (or combined) mode NIBS methods developed through this study in clinical settings. This can minimize disabilities after the stroke and vascular cognitive impairment, reduce the socioeconomic loss, and develop the individualized NIBS therapy equipment based on these results. In addition, individualized NIBS mechanism and application methods derived from this study can be applied to other brain disease and elderly people with cognitive declining.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 39
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 39
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 40
• 8. 참고문헌 ... 40
• 9. 연구성과 ... 42
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 51
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 51
• 12. 기타사항 ... 54
• 별첨1 대 표 연 구 실 적 ... 55
• 별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 71
• 끝페이지 ... 76