하지불안증후군 환자의 작업기억 과제 수행 시 신경활동 변화

Abstract

하지불안증후군(RLS, Restless Leg Syndrome)은 평상 시 혹은 수면 중에 무의식적으로 다리를 움직이는 운동감각관련 신경과적 장애로써, 과거의 연구들을 통해 하지불안증후군 환자들에게서 인지기능의 결함이 보인다고 알려져 왔지만, 그 정확한 원인은 밝혀지지 않은 상태이다. 따라서 본 연구에서는 하지불안증후군 환자에서 나타나는 주의 및 작업기억 처리 능력 결함을 규명하고자 한다. 따라서 Sternberg task 수행 시 측정된 뇌전도 (Electroencephalogram, EEG)를 이용하여 주파수 분석(Time-frequency analysis), 신호원 국소화 분석(source localization)을 수행함으로써 정상인과 비교해 보았을 때 하지불안증후군 환자에서 나타나는 비 정상적인 뇌 활성화 패턴을 분석하여 인지기능 관련 병태생리적 특성을 규명해보고자 하였다. 하지불안증후군으로 진단된 11명의 환자와 신경과적, 정신과적 질환이 없는 11명의 정상인을 대상으로 Sternberg task를 수행 하는 동안 19-채널 뇌전도 기록시스템을 이용하여 피험자의 뇌전도를 기록하였다. 기록된 뇌전도의 Global Field Power (GFP)를 관찰하여, 주요 사건관련전위(Event-related potential, ERP) 요소들을 찾아냈고, low-resolution electromagnetic tomography (LORETA)를 이용하여 각 요소의 정점에서의 신호원의 위치 및 크기를 추정한 후, 환자군과 정상인군 간 통계적으로 비교하였다. 세타대역 스펙트럼 특성 변화를 관찰하기 위해 그룹평균 ERP 파형과 단일시행 ERP 파형으로부터 웨이블릿 변환(wavelet transform)을 수행하여 시간에 따른 주파수 특성을 관찰하였고, Multiple source Beamformer(MSBF)를 이용하여 특정 시간 구간에서의 세타 대역 신호원의 위치 및 크기를 추정한 후 통계적으로 비교하였다.ERP 결과를 살펴보면 200 ms전후에서 관찰되는 P200요소의 크기는 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 중심영역에서 유의하게 더 큰 전위를 나타냈다. 반면 600 ms 전후에서 관찰되는 P300요소 크기를 그룹간 비교하면, 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 전두영역에서 유의하게 더 낮은 전위를 나타냄을 확인하였다. LORETA를 이용한 신호원 국소화 분석에 따르면, 200ms 전후에서 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 전두영역에서 더 높은 전류원 밀도를 나타냈다. 600ms 전후에서는 전두영역, 중심영역에서 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 더 낮은 전류원 밀도를 나타냄을 관찰하였다. 세타대역에서 관찰한 시간-주파수 분석 결과를 살펴보면, 400-500ms 시간 구간에서 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 중심영역에서 더 낮은 세타 파워를 나타냄을 확인하였다. 동일 시간 구간에서 Beamformer를 이용한 신호원 국소화 분석을 수행한 결과, 하지불안증후군 환자가 정상인에 비해 전두영역에서 더 높은 세타 신호원 밀도 크기를 나타냄을 확인하였다.기존 기능적 자기공명영상 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 연구에 따르면 하지불안증후군 환자는 자극 분별 과정에서 전전두엽의 과도활성화가 나타난다고 알려졌다. 또한 도파민 시스템 불균형에 의해 자극에 대한 주의 집중 시 전두엽에서 과도 활성화가 나타났다는 선행연구도 있다. 따라서 하지불안증후군 환자에서 나타나는 초기시간의 전두엽의 과도 활성화는 도파민 시스템 기능 장애로 인한 시각자극에 대한 주의 집중 능력에 결함이 발생함 유추할 수 있다. P300요소가 나타나는 300 ms 전후, 전두영역, 중심영역에서의 활성화는 작업기억, 선택적 주의 집중, 의사결정 등 고위 인지기능을 반영한다고 사전 연구되었다. 따라서 P300 요소 관련 시간 구간에서 나타나는 하지불안증후군 환자의 전두엽 비활성화는 익숙하지 않은 시각정보를 분별하고 활용하는 인지적 처리 능력 결함의 원인으로 해석될 수 있다. 시간-주파수 분석에서 발견되는 세타대역 활동 차이는 부호화 작업 처리 관련 인지기능과 연관된 것으로 알려져 있다. 특히 새로운 자극보다 익숙한 자극을 인지할 때 전두영역, 두정영역에서 세타대역 활동이 활성화 된다고 알려져 있다. 따라서 하지불안증후군 환자에서 나타나는 중심 영역의 비 활성화는, 입력 시각 자극에 대한 판별 과정에서 정상인에 비해 작업 요구량이 증가됨에 따라 새로운 자극과 익숙한 자극을 분별하는 능력이 저하됨을 원인으로 설명할 수 있다.결과적으로 하지불안증후군 환자는 전두엽 기능 결함으로 인해 주의처리 능력에 장애가 발생하며, 또한 작업기억 관련 인지기능 수행 시 비정상적인 뇌 활성화 패턴을 나타냄을 확인하였다.