정상 성인과 뇌졸중 환자에서 기능적 자기공명영상과 경두부 자기자극을 이용한 동측 대뇌피질의 일차운동영역과 전운동영역의 활성양상 비교

Abstract

[한글]

최근 동측의 대뇌피질 활성화 정도가 뇌졸중 환자에서 예후를 판단할 수 있는 기준으로 제시되고 있다. 그럼에도 불구하고 아직 동측의 일차운동영역과 전운동영역의 활성화에 대한 이해와 연구는 부족한 상태이다. 특히 경두부 자기자극을 이용한 연구들은 매우 제한적으로 시도되었다. 본 연구는 정상 성인과 뇌졸중 환자에서 기능적 자기공명영상과 경두부 자기자극을 이용하여 손의 단순운동과 복잡운동을 하였을 때 동측의 운동영역에 대한 활성화 양상과 손의 기능회복과의 관계를 확인하고자 하였다. 오른손잡이 정상 성인 13명 (청년군 7명, 노년군 6명)과 뇌졸중 환자 13명을 대상으로 하였다. 경두부 자기자극을 시행하여 손의 근육에서 가장 큰 진폭의 운동유발전위를 일으키는 점을 찾고 운동역치를 구한 후, 역치의 130%로 자극을 주면서 반대측 손의 휴식, 단순운동 및 복잡운동 시에 운동유발전위의 진폭을 구하였다. 기능적 자기공명영상은 경두부 자기자극 시와 같은 방법으로 단순운동과 복잡운동을 시행하면서 영상을 얻은 후 통계 분석하여 활성 뇌영역을 구하였다. 또한 얻어진 영상에서 운동을 실시한 손의 동측 일차운동영역과 전운동영역에서 혈역학적 변화를 측정하고, 이를 운동유발전위의 진폭과 비교하였다.

정상 청년군과 노년군에서 경두부 자기자극에 의한 운동유발전위의 진폭은 비우세손의 운동 시 우세손보다 증가하였고, 복잡운동 시 단순운동보다 더 증가되었다. 또한 기능적 자기공명영상에서 얻은 동측 대뇌피질의 혈역학적 변화는 전운동영역이 일차운동영역보다 더 크게 나타났다. 전운동영역의 활성은 비우세손이 우세손보다, 복잡운동에서 단순운동 시 보다 더 크게 나타났으며, 운동유발전위의 진폭의 변화와 통계적으로 유의한 상관관계를 보였다. 이에 비하여 일차운동영역의 활성은 비우세손의 운동 시에만 증가되었으며, 운동유발전위의 진폭변화와 상관관계가 없었다.

뇌졸중 환자에서 운동유발전위 진폭의 변화를 보면 병변측 손의 운동 시에는 복잡운동에서 단순운동보다 증가되었으나, 건측 손의 운동 시에는 운동의 종류에 따른 진폭의 차이를 보이지 않았다. 뇌졸중 환자를 손의 운동회복의 정도에 따라 좋은군과 나쁜군으로 나누어 보았을 때 운동회복이 좋은군은 건측의 손운동 시 복잡성에 따른 진폭의 변화가 나타났고, 운동회복이 나쁜군에서는 운동의 종류에 따른 차이를 보이지 않았다. 기능적 자기공명영상에서 얻어진 동측 전운동영역의 혈역학적 변화는 운동측 손의 병변 여부에 관계없이 복잡운동 시 단순운동보다 더 크게 나타났다. 손운동 회복의 예후에 따라 구분하여 보았을 때에는 운동회복이 좋은군보다 나쁜군에서 운동의 종류에 따른 혈역학적 변화가 더 크게 나타났다. 뇌졸중 환자에서도 기능적 자기공명영상에서 얻은 전운동영역의 혈역학적 변화와 운동유발전위의 진폭의 변화는 통계적으로 유의한 상관관계를 보였으며, 이를 Jebsen손기능 평가 도구를 이용하여 측정한 손기능 점수와 비교하였을 때, 음의 상관관계를 보여 손의 기능이 나쁜 경우에는 동측 전운동영역의 활성이 더 크게 나타남을 알 수 있었다.

이상의 결과를 바탕으로 일측 손의 운동 시 복잡성에 따른 운동유발전위 진폭의 변화는 동측 전운동영역의 활성과 관련이 있는 것으로 생각되며, 이러한 변화는 뇌졸중 환자에서 손기능의 회복정도에 따라 다른 양상을 보여 기능 회복의 예후에 대한 단서가 될 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]Activation of the ipsilateral motor area might be a prognostic indicator of the recovery of the hand function in stroke patients. However, the use of the activation pattern of the ipsilateral primary motor cortex and the premotor cortex, as a prognostic indicator of the recovery of the hand function, has not been explored enough. In particular, there is a paucity of reports on the use of transcranial magnetic stimulation. This study examined 13 healthy right-handed subjects (7 younger aged, 6 older aged) and 13 stroke patients. The motor evoked potentials (MEPs) were recorded from the left Abductor Pollicis Brevis (APB) muscle by stimulating the primary motor cortex, during finger movement, ipsilateral to the stimulated hemisphere. This study measured the changes in the MEP amplitude during the performance of various motor tasks of different complexity in both the dominant and non-dominant hand. The motor tasks were (1) repetitive opposition of the thumb and 3rd finger (simple movement), and (2) repetitive sequential opposition of the thumb and 3rd, 5th, 2nd and 4th finger (complex movement). Functional MRI was performed using a 1.5T Phillips scanner for all subjects with the same tasks. Than the activated areas were analysed statistically after postprocessing procedure. The hemodynamic response changes in the ipsilateral premotor and primary motor area were compared with the changes in the MEP amplitude. The ipsilateral premotor cortex was activated more in the younger and older aged control groups, and the activity increased upon the complexity and dominancy. In the primary motor area, the activity increased only in the movement of the non-dominant hand. The ipsilateral finger movements produced changes in the activity of the ipsilateral motor and premotor areas with a similar pattern being observed on the functional MRI and TMS. The excitability of the ipsilateral motor cortex, as measured by the degree of changes in the MEP amplitudes, showed a good correlation with the degree of the hemodynamic response changes in the voxel of interest (VOI) in the premotor cortex. In the stroke patients, complex movements showed larger changes in the hemodynamic response function of the ipsilateral premotor cortex. However, there were no changes in the MEP amplitude during the complex hand movements. The lesioned hemisphere was more activated in patients showing a good recovery of the hand function. The primary motor area was activated symmetrically and there were no significant differences between the good and poorly recovered patients. The excitability of the ipsilateral motor cortex, as measured by the degree of changes in the MEP amplitudes, was also well correlated with the degree of the hemodynamic response changes on the voxel of interest (VOI) in the premotor cortex, and was negatively correlated with the Jebsen hand function test.

In conclusion, the changes of MEP amplitude during unilateral hand movement had a relationship with the ipsilateral premotor cortex activation, which showed different activation patterns according to the hand recovery in stroke patients, and that might give us a clue in determining prognostic value.