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한성 안
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1 Constraint-Induced Movement Therapy 의이해 국립재활병원 박시운 뇌의가소성 (brain plasticity) 과재활 뇌를비롯한신경조직은한번손상을입으면다시회복될수없다는것이근래까지신경 학의결론이었다. 따라서뇌졸중같은영구적인뇌손상을초래하는질환에대해서는회복에대 한연구도비교적활발하지못한편이었다. 그러나약 10-20년전부터손상된신경조직의재생 능력에대한증거가동물실험에서드러나기시작하고, 양전자방출단층촬영법 (Positron Emission Tomography, PET), 기능적자기공명영상(functional Magnetic Resonanc e Imaging, fmri), 경두개자기자극 (Transcranial Magnetic Stimulation) 등의영상기술이발달 하면서, 인간의뇌의가소성(plasticity) 에대한연구도점차활발해지며새로운발견들을보고 하고있다. 인간의대뇌피질의지도화(mapping) 연구의시작은 20 세기초로거슬러올라간다 년 Brown과 Sherrington은실험동물의운동피질을전기자극하여운동영역의지도가지문처 럼개체마다다른것을관찰하였다.(Brown and Sherrington 1912) 1915년 Franz도유사한 관찰을보고하였다. 1923년 Lashley는동일한원숭이에서한달간 4차례의실험을하여운동영 역이실험마다달라지는것을관찰하고, 대뇌피질의운동영역은타고나서변하지않는지문과 달리개체의경험에따라평생동안변화한다는결론에도달하였다. 하지만이런초창기의연구 결과들은뇌의기능은고유영역의기능에따라고정되어있고변하지않는다는과학자들의도 그마때문에오랫동안빛을보지못하였다. 1968년 Merzenich 등은원숭이의손의감각신경을절단하였다가다시연결시키는실험 을하였는데, 재생된말초신경으로부터올라온감각자극은대뇌피질의다른부위에서감지하게 되는것을관찰하였다. 하지만시간이지남에따라손의감각을담당하던부위로다시합쳐지게 되어, 활동에따라피질의재조직화가일어나는것을발견하였다.(Paul, Goodman et al. 1972) 그들은또한원숭이의손가락을절단한후대뇌감각피질의변화를관찰하였는데, 절단된 손가락의감각을담당하던부위가주변손가락의감각을담당하던부위로합쳐지는것을발견 하였다. 더나아가손가락두개를수술적으로결합하였을때대뇌감각피질도적응하여합쳐지 는것을관찰하였다. 이러한현상은사람에있어서도합지증(syndactyly) 환자의수술전후에유 사한변화가관찰되었다.(Mogilner, Grossman et al. 1993) 현재의뇌졸중재활에있어근본적인단서를제공하게된실험은유명한 -동물학대혐의 로고소되어악명높아진- Silver Spring Monkeys 실험이었다. Taub 등은원숭이들의상지를 탈감각화(deafferentation) 하였는데, 원숭이들은감각이사라진팔을전혀사용하지못하였으 나양팔을모두탈감각화시켰을때는곧두팔을다시사용할수있게되는것을발견하였 다.(Taub, Ellman et al. 1966) 게다가갓태어난원숭이를탈감각화하였을때, 3개월후에는 다른정상원숭이들과다를바없이활동하는것을관찰하였다.(Taub, Perrella et al. 1973) 비 록이실험은중단되었지만, 이를통해운동기능이감각되먹임(feedback) 에의존하지않고사 용여부에따라개발될수있음을알게되었다.

Pons 등은후에이 Silver Spring 원숭이들의대뇌감각피질이, 이전에탈감각화된팔을담당하던부위가얼굴등다른부위의감각을담당하도록기능이재조직화된것을발견하였다.(Pons, Garraghty et al. 1991) Ramachandran 등은절단환자의대뇌감각피질에서도유사한재조직화가일어나는것을확인하였다.

2 Pons 등은후에이 Silver Spring 원숭이들의대뇌감각피질이, 이전에탈감각화된팔을담당하던부위가얼굴등다른부위의감각을담당하도록기능이재조직화된것을발견하였다.(Pons, Garraghty et al. 1991) Ramachandran 등은절단환자의대뇌감각피질에서도유사한재조직화가일어나는것을확인하였다.(Ramachandran, Rogers-Ramachandran et al. 1992; Ramachandran 1993) 탈감각화된원숭이의대뇌감각피질의재조직화 이러한뇌의재조직화는운동- 감각피질에만국한되지않는다. Weiller는좌측뇌의언어 영역이손상을입은뇌졸중환자의회복시에우측뇌가활성화되는것을보고하였고, Hallet은 시각장애인의시각피질은점자를인지하는데사용되는것을관찰하였다. 이와같이뇌의가소 성에대한증거들은점점늘어가고있으며이러한증거들은뇌졸중후의여러장애들에대해서 도회복의가능성을시사한다고볼수있다. 원숭이에서재활치료후대뇌피질의재조직화 그렇다면무엇이이러한뇌의변화를야기하느냐하는질문에대해서는, 여러연구결과 들은얼마나사용하는가하는여부에따라달라진다는사실을보여준다. Nudo 등은원숭이들이 자주사용하는손의운동피질이반대쪽에비해더크다는것을발견하였고, 훈련을시켰을때 사용한손가락의운동피질이훈련하지않은다른원숭이들보다더확장되어있는것을발견하 였다.(Nudo, Plautz et al. 2001) Jenkins 등도원숭이들을회전원판의홈위에손가락을접촉하 도록하는섬세한훈련을시켜유사한결과를보고하였다. Recanzone 등은원숭이들이다양한 주파수의진동자극을식별하는훈련을시켜대뇌의감각피질이 3배나증가하는것을관찰하였

3 는데, 흥미롭게도같은훈련을하면서도청각자극을동시에주어촉각자극에집중하지못하게 한원숭이들에서는이와같은재조직화가일어나지않았다. 따라서뇌의변화를위해서는단순 히사용여부만이아니라집중이중요하다는점을알게되었다. 사람에있어서도시각장애인의 점자를읽는손의감각피질은반대편손에비해훨신커져있는것이보고되었고, 현악기연주 자에있어더욱섬세함을요하는왼쪽손의감각피질도대조군에비해커진반면오른쪽은대조 군과차이가없음도보고되었다.(Elbert, Pantev et al. 1995) Pascual-Leone는사고가인간의 뇌에변화를줄수있는지를실험하기위해상상으로피아노를연습하게하였는데, 생각만으로 도대뇌피질의활성화에영향을줄수있음을확인하였다. 이와같이사람의뇌는얼마나사용하느냐에따라개발될잠재력을가지고있으며, 인간 의사고작용과집중력은이변화에상당한영향을줄수있는것을여러연구결과들을통해알 수있다. 이모든결과들은뇌졸중후의적극적인재활의중요성을지지하고있으며, 신체적인 요소뿐아니라정신적인요소도중요하게재활에적용되어야함을가르쳐주고있다. Constraint-Induced Movement Therapy (CIMT, 건측상지제한치료법 ) 앞서소개한 Silver Spring 원숭이실험에서, 학습된무력감(learned helplessness) 으로 인해손상된팔을사용하지않음으로장해가고착되는사실에착안하여고안된것이 constraint-induced movement therapy 이다.(Taub, Uswatte et al. 2002) 이치료법은건측 팔을제어하여환측팔의사용을강제함으로써환측의운동기능의회복을촉진하고자하는치 료법이다.(Taub and Wolf 1997) Constraint-induced movement therapy 의가설

4 Constraint-induced thrapy는보통 2 주간시행되는데, 깨어있는시간동안은건측손을 사용하지못하도록장갑을착용하고매일 목과손가락관절을 Uswatte et al. 1999) 6 시간이상의작업치료를받도록구성되며, 환측손 10 도이상신전시킬정도의능력이있는환자들이치료대상이된다.(Taub, 최근이치료에대한좋은효과들이임상적으로나신경생리학적으로규명되면 서,(Liepert, Miltner et al. 1998; van der Lee, Wagenaar et al. 1999; Levy, Nichols et al. 2001; Schaechter, Kraft et al. 2002; Wittenberg, Chen et al. 2003) 미국에서는뇌졸중재 활분야에서는큰규모의다기관무작위대조군임상실험 (multicenter randomized controlled clinical trial) 이진행중이다. CIMT 와뇌의가소성에대한사례연구 CIMT (Park et al, 2004) Objective. To examine serial changes in clinical and physiologic measures i n a stroke patient performing a functional task resulting from constr aint-induced therapy (CIT). Methods. A 73-year-old right hemiparetic patient, who had a subcortic al stroke 4 months previously, received 2 weeks' CIT. During the 2 weeks' therapy, optical topography using near-infrared light was serially measure d everyday while the subject was performing functional key turning task. Other clinical and neurophysiological outcome measures included the Wolf Motor function test (WMFT), Motor activity log (MAL), functional key grip test, transcranial magnetic stimulation (TMS) and functional magnetic resonance imaging (fmri). Results. (1) In optical topography, the laterality index increased toward the affected side and overall oxy-hemoglobin concentration decreased as treatment progre ssed. (2) TMS motor map area in the affected cortex increased after treatment. (3) Post-treatment fmri showed bilateral motor cortical activ ation during affected hand movement. (4) WMFT, MAL and kinetic key grip test revealed marked improvement in functional activities. Conclusions. In this case, cortical reorganization seems to be occurred toward more activation of affected hemisphere as a result of 2 weeks' CIT

국립재활병원의 CIMT 소개 CIMT는매일 1시간작업 치료를집단으로실시하며, 하루에 14시간이상을

또한 건측의움직임제한시간에하루 6시간이상이소요 되는수행과제를주어집단혹은개별적으로실시 하게하고,

5 국립재활병원의 CIMT 소개 CIMT는매일 1시간작업 치료를집단으로실시하며, 하루에 14시간이상을 건측에단상지보조기를착용하여건측의움직임을 제한하고집중적인환측사용을강화시킨다. 또한 건측의움직임제한시간에하루 6시간이상이소요 되는수행과제를주어집단혹은개별적으로실시 하게하고, 보호자가과제수행내용및보조기 착용시간을기록하고이를매일작업치료사에게 제출하게한다. CIMT 의대상은다음과같다. 1) 뇌졸중으로인한편마비진단을받은자 2) 환측손목과 2개이상손가락의능동적신전이 10 도이상가능하거나, 수건을집었다가놓을수 있는정도의손기능이있는자 3) 기립및이동동작이독립적으로가능한자 4) 간단한의사소통이가능한자 ( 예/ 아니오표현 이가능한자 )

6 임상실험결과 전체 24명의뇌졸중환자중실험군 13명과대조군 11명으로각각나누어실험군에는 CIMT 를, 대조군에는일반적인작업치료를수행하여비교한결과는다음과같다. 실험군과대조군의실험전 후 FMA의변화는실험군의경우프로그램시행전점수가 50점 에서프로그램시행후 55.77점으로 5.77 점의증가를보였으며, 이에비해대조군은프로 그램시행전 45.91점에서프로그램시행후 48.36점으로 2.45점의변화를보였고공변량 분석결과실험집단과대조집단간의유의한차이를보였다.(p <.01) Jebsen hand function test의변화는실험군의프로그램시행전 7.54점에서프로그램시 행후 27점으로 점의호전을보였으며, 이에비해대조군은프로그램시행전 7.91점 에서프로그램시행후 8.64점으로 0.73점의변화를보였고공변량분석결과실험집단과대 조집단간의유의한차이를보였다 (p <.001) 실험전 실험후 실험군대조군 수점 실험전 실험후 실험군대조군 Fugl-Meyer Assessment Jebsen Hand Function Test Motor Activity Log(MAL) 를통해평가한손사용의양(Amount Scale) 과질(How Well Scale) 은실험군에서각각평균 1.3, 1.4 점의증가를보였으며, 공변량분석결과실험집단과 대조집단간의유의한차이를보였다 (p <.001) 수점 실험군대조군 점수 실험군대조군 0 실험전 실험후 0 실험전 실험후 Motor Activity Log (Amount Scale) Motor Activity Log (How Well Scale) CIMT 는뇌졸중환자의상지기능회복을위한매우유용한치료방법으로생각된다. 하 지만 CIMT를위해한명의치료사가 2주간한명의환자에게매달릴수있으려면막대한의료 비를지출해야하는데, 현재국내의재활의료급여는이부분까지감당하지못하며, 어느병원 도부족한인력을이렇게운용하지는못할것이다. 뇌졸중환자들에게적절한치료를제공할수 있는제도개선과함께국내실정에맞는변형된치료법의개발이필요하며, 국립재활병원의예 와같이각환자와치료진의상황에맞게변형된 을위한효율적인치료법으로적용할수있을것으로생각된다. CIMT를사용하여편마비환자의손기능향상

7 참고문헌 Brown, T. G. and C. S. Sherrington (1912). "On the instability of a cortical point." Proceedings of the Royal Society of London. Series B 85(579): Elbert, T., C. Pantev, et al. (1995). "Increased cortical representation of the fingers of the left hand in string players." Science 270(5234): Levy, C. E., D. S. Nichols, et al. (2001). "Functional MRI evidence of cortical reorganization in upper-limb stroke hemiplegia treated wi th constraint-induced movement therapy." Am J Phys Med Rehabil 80(1): Liepert, J., W. H. Miltner, et al. (1998). "Motor cortex plasticity during constraint-induced movement therapy in stroke patients." Neurosci Lett 250(1): 5-8. Nudo, R. J., E. J. Plautz, et al. (2001). "Role of adaptive plasticity in recovery of function after damage to motor cortex." Muscle Nerve 24(8): Park S-W, Butler AJ, Cavalheiro V, Alberts JL, Wolf SL. (2004) Changes in serial optical topography and TMS during task performance after constraint-induced movement therapy in stroke: a case study. Neurorehabil Neural Repair 18: Paul, R. L., H. Goodman, et al. (1972). "Alterations in mechanoreceptor input to Brodmann's areas 1 and 3 of the postcentral hand area of Macaca mulatta after nerve section and regeneration." Brain Res 39(1): Pons, T. P., P. E. Garraghty, et al. (1991). "Massive cortical reorganization after sensory deafferentation in adult macaques." Science 252(5014): Ramachandran, V. S. (1993). "Behavioral and magnetoencephalographic correlates of plasticity in the adult human brain." Proc Natl Acad Sci U S A 90(22): Ramachandran, V. S., D. Rogers-Ramachandran, et al. (1992). "Perceptual correlates of massive cortical reorganization." Science 258(5085): Schaechter, J. D., E. Kraft, et al. (2002). "Motor recovery and cortical reorganization after constraint-induced movement therap y in stroke patients: a preliminary study." Neurorehabil Neural Repair 16(4): Taub, E., S. J. Ellman, et al. (1966). "Deafferentation in monkeys: effect on conditioned grasp response." Science 151(710): Taub, E., P. Perrella, et al. (1973). "Behavioral development after forelimb deafferentation on day of birth in monkeys with and without b linding." Science 181(103): Taub, E., G. Uswatte, et al. (2002). "New treatments in neurorehabilitation

8 founded on basic research." Nat Rev Neurosci 3(3): Taub, E., G. Uswatte, et al. (1999). "Constraint-Induced Movement Therapy: a new family of techniques with broad application to physical rehabilitation--a clinical review." J Rehabil Res Dev 36(3): Taub, E. and S. Wolf (1997). "Constraint induced movement techniques to facilitate upper extremity use in stroke patients." Top Stroke Rehabil 3(4): van der Lee, J. H., R. C. Wagenaar, et al. (1999). "Forced use of the upper extremity in chronic stroke patients: results from a single-blind randomized clinical trial." Stroke 30(11): Wittenberg, G. F., R. Chen, et al. (2003). "Constraint-induced therapy in stroke: magnetic-stimulation motor maps and cerebral activation." Neurorehabil Neural Repair 17(1):

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<333920B0A8B0E6C0B12DB0E6B5B520C0CEC1F6BCD5BBF3C0BB20B0A1C1F820B3FAC1B9C1DF20C8AFC0DA2E687770> Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society Vol. 12, No. 12 pp. 5684-5691, 2011 http://dx.doi.org/10.5762/kais.2011.12.12.5684 김훈주 1, 신중일 2, 감경윤 3* 1 동주대학작업치료과, 2 춘해보건대학작업치료과, 3 인제대학교의생명공학대학작업치료학과,