1Hz 반복적 경두개 자기자극술에 의한 대뇌피질흥분도 지표의 변화 및 검사기법의 표준화 연구

Abstract

[한글]뇌경두개 자기자극은 비침습적이고 안전하며 시행하기 용이하고 신경세포의 흥분성과 억제성을 모두 측정할 수 있다. 아직까지는 그 기전은 밝혀지지 않았지만 자극한 부위뿐만 아니라 어떠한 연결고리를 통하여 뇌경두개 자극이 자극하지 않은 대뇌피질 부위에도 영향을 미칠 것 이라는 것이 많은 연구에서 입증되고 있다. 본 연구에서는 정상 성인들에서 반복적 뇌경두개 자극술(repetitive transcranial magnetic stimulation, rTMS)을 실제적으로 시행하여 뇌활동에 미치는 영향을 연구하고자 하였다. 국소적으로 1Hz rTMS를 우측 측두엽에 시행하였는데 주로 자극받은 부위에서의 변화와 또한 뇌 신경망을 통하여 전달되는 자극하지 않은 대뇌피질 부위에서의 변화도 아울러 고찰하였다. 대상은 10명의 건강한 정상 성인으로 고혈압이나 당뇨, 두개 외상이나 두개내의 염증성 질환 또는 간질 등의 과거력이 없는 사람을 대상으로 하였다. 남녀 성비는 4:6 이였고 평균연령은 23±2.2세였다. 실험방법은 1Hz 저주파 rTMS를 우측 측두엽 부위(10-20 국제뇌파 체계 T4에 해당, 손영역 운동피질 부위)에서 안정기 운동역치를 측정한 다음 이 세기가 정해진 후에는 이 세기의 100%, 120%, 140%에서 MEP amplitude를 각각의 반복적 뇌경두개자극술 전, 후에 측정하였는데, 반복적 뇌경두개 자극술은 안정기 운동역치의 110%의 자극강도로 하루 30 분간 총 1,800 회의 자극을 5 일간 연속으로 시행하였다. 피질잠복기(cortical silent period)와 피질간 억제 및 촉진(intracortical inhibition and facilitation)을 각각 자극을 가한 동측과 반대쪽에서 반복적 뇌경두개 자극술의 전, 후에 측정하여 비교 분석하였다. 마지막 자극이 끝난 후 2 주 후에 각각 한 번씩 더 측정하여서 rTMS가 뇌신경망에 어떠한 영향을 미치는지 알아보았다. 본 연구에서는 손 영역운동 피질 부위의 억제효과를 보여주는 피질잠복기의 수치는 시행전에 비해 시행후가 자극을 가한 대뇌피질에서 증가하여 통계적으로 유의하였고(p<0.001) 자극을 가하지 않은 대뇌피질에서도 통계적으로 유의한 경향을 보였다(p=0.070). 저주파 반복적 뇌경두개 자극술이 자극부위 외에서도 피질의 흥분도의 억제효과를 일으키는 것을 알 수 있었다. 또한 대뇌피질의 흥분도를 보는 운동 유발전위는 120%와 140%의 자극 부위에서 각각 유의하게 감소되어 피질 흥분도가 감소하는 경향을 보였으며 통계적으로도 유의하였다(p=0.003)(p<0.001). 본 연구는 1Hz rTMS 후의 대뇌피질의 기능적 변화에 대한 연구 뿐 아니라 정상인에서 여러 TMS 지표를 측정하는 방법을 제시하였고 그 안전성을 입증하여 앞으로 TMS를 이용한 신경과학과 임상신경학에서의 연구에 기초를 이룰 수 있을 것으로 기대된다.

[영문]Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, non-invasive tool for studying the human brain. TMS is commonly used in clinical neurology and neuroscience fields to study cortical physiology. Low frequency, 1Hz repetitive transcranial stimulation on motor cortex is known to decrease motor cortical excitability that suggesting a possibility to use this method for epilepsy treatment. But the treatment mechanism or the effects at distant cortical area remain unclear. This study was performed to gain insight into the mechanisms underlying reduced cortical excitability after the administration of 1Hz repetitive transcranial stimulation and to estabilish a standard method for measuring various TMS indices. TMS indices were evaluated for motor cortical excitability in 10 right-handed healthy volunteers before and after repetitive magnetic stimulation. One-Hz rTMS at 110% of resting motor threshold (RTM) was applied to the right temporal cortex (T4 of 10-20 international EEG system) for 30 minutes (total 1800 stimuli) daily over 5 consecutive days. RMT, motor evoked potential (MEP) amplitudes, cortical silent periods (CSP), intracortical inhibition (ICI), and intracortical facilitation (ICF) were measured before and after daily rTMS, and 2 weeks after final TMS sessions. Wilcoxin signed ranks test was used for statistical analysis. After daily 1Hz rTMS, MEP amplitudes were decreased in the stimulated hemispheres at intensities of 120% (p<0.05) and 140% RMT (p<0.05), but not in the unstimulated hemispheres. CSP was prolonged in the stimulated hemisphere (p<0.05), and showed a similar trend in the unstimulated hemisphere (p=0.070) after daily 1Hz rTMS. So, the main findings of this study were smaller MEP amplitudes at 120% and 140% RMT only in stimulated hemispheres. No differences were found in bilateral RMT, ICI, ICF or contralateral MEP amplitudes post-daily, or 2 weeks post-stimulation. In conclusion, These findings suggest that 1Hz rTMS reduces cortical activity at stimulated neurons and in adjacent cortical areas by modulating the neuronal network. Modulation of neuronal activity by 1Hz rTMS decreases regional cortical activity and modulates neuronal activity on cortical network mediated by corticocortical interaction.