Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 73 Session Ⅳ. 마약류폐해와예방및치료재활프로그램효과 가상현실을이용한 약물중독치료프로그램개발 이장한연구교수 한양대학교의과대학
74 2005 마약류퇴치심포지엄 Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 75 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 이장한 ( 한양대의대연구교수) 중독자는중독물질과관련된단서에노출되면강한욕구와갈망이생기게 된다. 일상생활속에서중독자들은중독물질과관련된단서에노출되는경우 가매우빈번한데, 이것이재발의중요한원인이되기도한다. 따라서강한갈 망을유발하는단서를탐색하고그단서에대한중독자의반응을주관적또는 생리적으로측정하려는연구가진행되어왔으며, 이와더불어욕구유발단서 를적절히활용하여오히려갈망을낮추는기법이개발되어적용되고있다. 즉 단서노출치료는중독자에게중독물질에대한경험없이단서만을반복제시 하였을때갈망이소멸된다는고전적조건화이론에기반을두고있다. 현재까 지갈망을유발하는도구로서사진, 비디오영상, 미니어쳐등이주로사용되 었으나, 이들도구와함께상황제시가가능한가상현실기법의도입이최근대 두되고있다. 현대인들특히젊은이들에게친근한첨단테크놀로지인가상현 실물질중독치료프로그램이기존의기법들에비해효과적일것으로생각된 다. 흡연중독자에게는가상의술집에서흡연을하는상황, 알코올중독자에게 는가상의술집에서음주하는상황, 그리고약물중독자에게는가상의크랙하 우스에서약물을섭취하는상황등이개발되어적용되고있으며, 앞으로가상 현실속에서다양한시나리오의개발과함께시각, 청각, 후각등멀티모달리 티적인접근을가상현실단서노출치료에적용할수있다.
76 2005 마약류퇴치심포지엄 1. 갈망(craving) 과단서노출치료(cue exposure therapy) 갈망(craving) 이란물질의존자가주관적으로경험하여물질을지속적으로 사용하게만드는동기적상태로서물질사용을중단하고있는물질의존자의 재발에선행하는유발요인으로알려져있다. 따라서주로특정물질대상( 알코 올, 니코틴, 약물등) 이나경험에대한강한욕구와같은정신적인상태를기술 하는데사용되고있다. 1955년세계건강조직위원회에서는생리적철회와같 은비상징적인갈망(nonsymbolic craving) 과통제감의상실과같은상징적인갈 망(symbolic craving) 으로구분하여, 후자가재발과관련되어있다고하였는데, 그뒤각기 생리적의존(physical dependence) 이나 병리적욕구(pathological desire) 라는용어로대치하여사용하고있다. 예를들어흡연의경우, 대부분의흡연자들은흡연관련단서에노출되면흡 연에대한욕구가강해진다(Dols et al., 2000). 즉이런흡연관련단서와그와관 련된강한욕구가흡연을지속시키는데중요한역할을하는것이다 (Killen & Fortmann, 1997). S-R 학습이론가들에따르면단서에의해유발된갈망은니코 틴흡입( 무조건자극) 과단서( 조건자극) 사이의연합학습과같은조건화된반 응과유사하다고주장한다(Niaura et al., 1998). 갈망즉단서반응성(cue reactivity) 은중독자가흡연관련단서에노출될때발생하는조건형성반응이라 고볼수있는데, 주관적인반응( 갈망, 철회증상, 약물로유발된다양한효과, 기분변화등) 과생리적인반응( 피부전도반응, 심장박동율, 타액분비, 체온, 뇌 활동등으로구분할수있다 ). 이러한단서와단서에대한반응성을치료에활용하는기법이단서노출치 료(cue exposure therapy) 이다(Marlatt, 1990). 단서노출치료기법은흡연이나알 코올및약물중독과같은중독행동을치료하는기법으로서학습된연합을소 거시키는기법이다. 즉욕구와갈망을유발하는자극을체계적이고반복적으 Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 77 로노출시키면중독자는처음에는중독유발단서에대해강한욕구가일어나 지만점차적으로습관화되어종국에는욕구가사라진다는것이다. 지금까지 알코올환자치료나약물중독치료에이와같은단서노출치료가활용되어왔 으며다양한단서들을포함하여제작한슬라이드, 비디오, 사진또는미니어쳐 등이사용되었다(Kuntze et al., 2001). 가끔치료현장에서욕구를강하게유발시 키기위해실제적인단서( 담배, 술병, 주사기등) 를제시하는경우도있으나환 자의안전을위해직접적인자극단서보다는모형및미디어를활용한단서를 활용하는경우가많다. 하지만이런방법또한실재감이떨어지고상황적인요 소를포함하지못하는단점때문에자극에대한갈망을적게일으켜, 결국단 서노출치료의효과를감소시켜왔다. 따라서이런단점들을보완할수있는기 법으로최근컴퓨터공학및삼차원이미지기술의발전으로인한가상현실 (virtual reality : VR) 기법이주목을받고있다. 2. 가상현실기법과가상현실치료(virtual reality therapy) 과거군사훈련이나엔터테인먼트, 건축및디자인분야에서주로사용되었 던가상현실은그래픽으로창출한 3차원의세계로서인간이듣고보고느끼도 록해주는진보된도구이다. 흔히인공현실, 사이버공간, 가상세계, 그리고가 상환경등으로혼용되어사용되고있는 'VR' 이라는용어는주로이미지사진 이나실제사진을바탕으로하여실시간으로배경및사물에대해서자유롭게 탐색이가능한 3 차원환경의매개물을말한다. 가장일반적인형태의 VR은컴 퓨터모니터상에 3차원의이미지를보여주고입체영상안경을통해현실감을 경험하게하는데스크탑형가상현실이고, 더발전된형태의 VR이몰입형가상 현실 ( 양눈에작은스크린을부착하여이를통해입체영상을보여주는헬멧
78 2005 마약류퇴치심포지엄 형태의디스플레이 ), CAVE(computer automated virtual environment) 등이다. CAVE는작은방의벽과바닥에대형투사스크린을설치하고 3차원환경을구 성하는기법으로서소규모집단을대상으로적용할수있다. 여 이러한 VR시스템의효과를극대화시키는것은인간의동작변화를감지하 VR 에제공하여현실감을높여주는두부장착교시장치와두부위치센서( 머 리의움직임을감지) 등의센서이며, 최근손과손가락위치를추적하여사용 자가가상의물체를움켜쥘수있게하는특수장갑,6 방향자유도마우스(6방 향으로움직임을측정), 네비게이션장치, 그리고 VR 내에서움직일수있게하 는자전거혹은비행의자와같은이동장치가개발되어있다. 이와같이 VR의 장점은각개인에게실제상황과같은자극을제시할수있어생태학적타당도 (ecological validity) 가높고, 개인의장애정도와조건에맞는치료적접근이가 능하다는것이다. 또한오류수행시나타날수있는위험을최소화하여안전성 이높으며, 자극통제가용이하며반복적인자극제시및객관적인파라미터추 출의가능성등많은장점을가지고있다. 이러한장점에도불구하고현재임 상적인장면에서 VR 을이용한노력은별로많지않은실정이다. 왜냐하면, 우 선 VR 을제작하는데많은비용과노력이들며, 더군다나장시간사용시각개 인의특성에따라두통, 구토, 어지러움과같은멀미현상즉, 사이버멀미가발 생하는경우도종종발생하기때문이다. 하지만최근하드웨어및기술의발달 로 VR의제작비용이낮아지고부가적인문제점과부작용이점차로해결되고 있는실정이다. 현재 VR 의응용분야는교육, 건축, 의학, 원격조작, 원격위성탐사, 과학적 시각화분야등에서점차타분야로광범위하게확대되고있는데, 특히최근 6-7 년전부터정신과및재활의학, 임상심리학, 신경과학분야에적용되어공 포증환자의공포감소, 뇌손상환자의재활치료, 화상환자의동통감소, 암환 자의스트레스감소, 섭식장애자및신체상불균형자에대한조절, 운동장애 Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 79 아에대한훈련, 발달장애와자폐증의기능향상에적용되고있으며그외주 의력및기억력과같은인지기능의훈련에서도많은효과를보고있다. 무엇보다가상현실은피험자들로하여금실제상황에있다는실재감 (presence) 을느끼게해준다. 가상의모터사이클을운전할때에도시각적인자 극만을주기보다는진동, 입체음향, 선풍기바람등을같이제시해주면운전 자는마치실제모터사이클을운전하는것처럼느끼게된다. 최근들어이런 가상현실형태를흔히증강현실(augmented reality) 이라고하는데, 실재감과현 실감이높을수록피험자는몰입하게되고자극단서에예민하게반응하게된 다. 3. 중독치료를위한가상현실기법적용 Nemire 등(1999) 은가상현실을이용하여청소년을대상으로흡연예방프로 그램을실시하였는데,22명의고등학생을 3 조건( 일상생활훈련, 가상환경조건, 그리고비가상환경조건) 에무선할당한후 8 주동안실시하였다. 가상환경조건 에서는피험자가두부위치센서를부착한두부교시장치를착용한후가상의 공원을네비게이션하다가아바타로부터흡연에대한유혹을받도록구성하였 다. 실험결과, 가상환경조건의피험자들이또래나성인의흡연에대해보다정 확한정보를습득하였고, 흡연의유혹에대처하거나거절하는기술이다른집 단에비해우수하였다. 더욱대부분피험자들이가상환경의경험을좋아하였 으며, 교육적도구로서가상환경을더선호하는것으로나타났다. Gonzalez(2000) 는코카인중독자들에게가상의크랙하우스속에서크랙판매자 나크랙과관련된도구를노출시켰을때각성과갈망이유의미하게상승되었 다고하였으며, Kuntze 등(2001) 의헤로인중독자에대한연구에서도사진을
80 2005 마약류퇴치심포지엄 통해유발자극을노출시킨경우나가상의바(bar) 에서중성자극단서를노출시 킨경우보다가상유발단서에노출시킨경우에생리적각성과주관적인갈망 이더높았다고보고하였다. 단서노출치료및유발단서와관련된갈망을효과적으로다루는기법은대 부분인지행동치료(cognitive behavioral therapy) 기법에속한다. 비록인지행동 치료만으로도니코틴의존을치료하는데효과적이지만가상현실노출치료와 결합되었을때더욱효과적이다. Wiederhold,( 2002). Carter와 Tiffany(1999) 의 메타분석에서도중성적인자극단서보다는사진이나비디오, 청각, in-vivo, 상 상적인자극방법대부분이더많은갈망을유발하며특히친숙한자극( 자신이 선호하는담배브랜드등) 이나감정적인자극들이보다각성을많이유발하였 다고보고하였는데, 이런결과는가상현실을이용한자극유발이다른매체들 보다더효과적이라는암시점을제공해준다. 즉가상환경을통해서다양한자 극을동시에제공할수있고현실감을느낄수있게하며피험자개인마다선 호하고감정적인자극을자유롭게구성할수있기때문이다. 4. 흡연중독자의흡연욕구유발및단서노출치료연구 가. 흡연욕구유발단서조사 청소년과대학생흡연자를대상으로욕구유발물건과욕구유발장소에대 한설문조사결과, 대학생집단에서는 술이흡연욕구를유발시키는가장큰 물질요인으로조사되었고, 그다음으로 담배, 재떨이 가전체설문조사결 과의 42% 를차지하였다. 그리고 술집 이흡연욕구를유발시키는가장유력한 장소로조사되었다. 이와유사하게청소년집단은 집, 게임방, 술집 이라는 장소와, 물질로는 담배, 라이터, 술 로응답하였다. Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 81 < 흡연중독에대한대학생및청소년집단 craving 설문조사결과 > < 욕구유발물질과장소에대한선호도조사결과 > 청소년과대학생을대상으로한니코틴욕구유발설문조사결과, 흡연자 모두물건보다는흡연자가처해있는장소나환경의영향을보다많이받는것 으로조사되었다. 특히청소년의 88% 가술을마실때흡연행동을함께하는 것으로나타났다.
82 2005 마약류퇴치심포지엄 나. 흡연욕구유발가상환경 흡연욕구유발단서조사결과를바탕으로가상환경시나리오는가상환경내 에서흡연자의욕구를극대화하도록개발되었다. 흡연욕구유발설문조사결 과, 청소년은 집, 게임방, 술집 에서대학생집단은 술집 에서흡연욕구가 극대화되는장소로조사되었고, 물건으로는청소년은 담배, 라이터, 술 이 며, 대학생은 술, 담배 및 재떨이 로조사되었다. 그러나청소년의욕구유 발장소로조사된 집 이라는환경자체에서특별한단서유발자극을대표하는 것이부족하며, 술과함께 88% 가량청소년이흡연을하는설문조사결과와함 께학생의신분으로 술집 장소를응답하는것을꺼려하는경향을질문지회 수후탐문을통해확인할수있었다. 따라서대학생과청소년모두에게효과 적이며흡연욕구를극대화할수있는가상환경을구성하기위해 Virtual Bar 를구성하였다. Virtual Bar 의내부에는흡연자의욕구를자극할수있는술, 담 배, 재떨이, 담배를피우는아바타등이욕구자극물질로제시되었다. < 흡연욕구유발가상환경 (Virtual bar) > Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 83 다. 가상환경의흡연욕구유발검증 가상현실기법을활용하여구성된가상현실자극단서가현실적인자극처럼 니코틴갈망을유발하는지를확인하고자하였다. 이를위해가상현실자극과 실제사진자극이유발시키는니코틴갈망수준을비교하였다. 연구결과, 실제 로 2D 사진을통한욕구자극제시결과는자극제시전보다평균적으로 0.58 감소한데비하여개발된가상환경시나리오를통한자극제시결과는자극제 시전보다평균적으로 1.0 정도증가한것으로분석되었다( 아래그림참조). 즉 니코틴과관련된단서를가상현실속에서구현하여실제사진과비교한결과 주관적인갈망을더많이보고하였는데, 이는아편의존환자를대상으로가상 현실의유용성을확인한 Kuntze 등(2001) 의연구와일치한다. 즉가상현실이 실제세계와유사한공간적상황적자극을제시할수있기때문에기존의사진 이나동영상과같은고전적인단서제시도구들보다는더실재감을느끼게하 는것으로생각된다. 이런결과는시각적인흡연단서가있는실내공간이단서 에대한반응성을가장크게증가시킨다고주장한 Niaura 등(1992) 의연구결과 와도일치하는것이다. 결론적으로가상현실자극을제시한집단이실제사진 을제시한조건보다더흡연에대한주관적인갈망을높게경험했다고볼수 있다. 10 9 8 7 6 5 5.67 5.4 6.4 5.08 가상현실조건사진자극조건 4 3 2 1 0 사전 사후 < 기존도구와개발된가상환경결과비교>
84 2005 마약류퇴치심포지엄 라. 가상환경단서노출치료효과검증 단서노출치료는약물과관련된자극단서를반복적으로노출시킴으로서학 습되어있는자극단서와약물사이의연합을소멸시키는기법이다. 선행연구 에서가상현실을이용하여가상의술집속에흡연욕구를유발하는대상물( 술, 담배, 라이터, 재떨이, 술잔, 담배광고등), 흡연하는가상의아바타, 그리고술 집의소란스런소리와음악을함께제시하였다. 평균연령 16세이고매일 10개 이상의담배를피우는남자고등학생을대상으로총 6회에걸쳐가상현실단서 를노출하였다. 단서노출회기가반복하여도흡연자들의일일흡연량에서는 유의미한저하를보이지않았다. 하지만아침에기상후부터실험에참여할때 까지의흡연량을측정한오전흡연량에서는처치회기가증가함에따라유의 미한감소를보였는데(F(1,14)=7.374, p<0.05), 이는비록피험자들이실험에참 석하여관찰된다는 저하라할수있다. subject's reactivity의비판을감안하더라도매우의미있는 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 Pre_exp During 24 hr 0.00 1 2 3 4 5 6 0.00 < 단서노출치료회기별오전흡연량, 일일흡연량의변화 > Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 85 이상의결과(Lee et al., 2003; Lee et al., 2004) 에서처럼흡연자의흡연욕구를 줄이는여러기법들중에서단서노출치료의가능성을확인해보았으며, 특히 가상현실이라는피험자에게환경적상황적단서를제공하는기법이단서노출 치료에적용될수있음을확인하였다. 비록흡연에대한갈망정도가주관적으 로감소되진않았으나, 일일흡연량이전반적으로감소하는추세를보였으며 특히오전흡연량은유의미한감소를보였다. 하지만치료회기가짧아모든종 속측정치에서유의미한결과를얻지는못하였고보다통제된흡연자들을대 상으로장기간에걸친실험이필요할것으로보이며, 시각적청각적자극이외 의후각적자극도포함된가상환경의개발도고려되어야할것이다. 5. VR-fMRI 를이용한욕구유발연구 중독물질과관련된단서들은중독자들에게물질사용에대한강한욕구와 갈망을유발시킨다. 헤로인중독자들에게는맨팔이그리고흡연자들에게는 불타는담배연기의모습과냄새가강하게물질사용에대한욕구를유발한다 고한다. 최근갈망에대한코카인중독자의뇌반응을확인하기위해서 PET나 (Childress et al., 1999) 나fMRI 를이용한뇌영상연구(Maas et al., 1998; Garavan et al., 2000; Wexler et al., 2001) 에서 anterior cingulate와 prefrontal cortex와같은 뇌영역이코카인갈망과관련이있다고주장하며, 알코올중독자를대상으로 한갈망연구에서는 right amygdala/hippocampus, superior temporal gyrus, and cerebellum 와같은뇌영역이알코올단서들과관련이있다고주장하였다 (Schneider et al., 2001). 그리고흡연자에대한연구에서도흡연관련단서에대 해 prefrontal cortex, anterior cingulate cortex, ventral striatum, 그리고 thalamus와 같은영역에서흡연자와비흡연자의뇌반응이차이가있었다고보고하였다
86 2005 마약류퇴치심포지엄 (Brody et al., 2002). 본연구에서는가상의술집이기존의자극제시방법( 사진을이용한단순자 극) 보다더많은흡연욕구를유발시키는지를확인하기위해서 fmri상에서 3D 가상현실자극과 2D 사진자극으로인한흡연욕구를비교하였다. 이를위해 서 2D 사진자극을흡연욕구를유발하는자극과흡연욕구를유발시키지않는 중성자극을구성하였는데, 흡연욕구를유발하는자극으로는담배광고와술 광고자극을사용하였으며, 흡연욕구를유발하지않는자극으로는일반회사 의로고와대학연구소의로고를사용하였다. 그리고 3D 가상현실자극에서는 흡연욕구를유발하는자극으로서아바타가담배를권하는장면이포함된 Advanced Virtual Bar 를사용하였고( 아래그림참조), 흡연욕구를유발하지않는 자극으로서흡연욕구자극이포함되어있지않은가상의 office 을사용하였다. < fmri실험을위한 Virtual bar 와아바타 > 실험은매일평균 15.33 개이상의담배를피우는고등학교남학생들(10 명, 평균연령 17.13 세, 모두오른손잡이) 을대상으로, 실험에참석하기전 24시간 전에음주를금하였고 6 시간전에담배를피우지않도록제한하였다. fmri 실 험을위한기기는 GE Vision System 1.5 Tesla 를사용하였으며, MRI 기기에사 용할수있는 Resonance Inc. 사의 MR-compatible Joystick, HMD를사용하였다 Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 87 ( 아래그림참조). 흡연자극단서에대한뇌활성화영역을뇌기능분석소프트웨어 (AFNI V2.5) 를이용하여분석한결과, 2D 조건에서흡연자가흡연유발단서에대해 prefrontal cortex (PFC), anterior cingulate cortex (ACC), SMA, inferior temporal cortex, 그리고 occipital lobe 등에서뇌활성화를보였다. 이런결과는선행연구결과와도일치된다: PFC (Due et al., 2002; Nakamura et al., 2000) 그리고 ACC (Brody et al., 2002; Stein et al., 1998).
88 2005 마약류퇴치심포지엄 (a) 2D condition: anterior cingulate gyrus & left superior temporal gyrus (b) 3D condition: right superior fontal <2D와3D 조건에서의뇌활성화영역 > 3D 즉가상환경조건에서는가상의술집에노출된뇌활성화영역에서대 조자극으로제시된가상의사무실에노출되어활성화된뇌영역을제거하는 형태로흡연욕구유발단서에대한순수한흡연욕구결과를얻었다. 분석결과, PFC와함께superior frontal gyrus, superior temporal gyrus, inferior occipital gyrus, 그리고 cerebellum 등이활성화되었다. 이와같이, 가상술집은가상사무실에는없는흡연욕구단서들이배치되어 있으며 3D 조건에서는 2D 조건과는달리피험자들은지정된경로에따라자동 적으로움직이면서가상환경을경험하여보다많은주의와시각균형이요구 되는상황이므로, 공간지각과전정기능의역할을하는 superior temporal gyrus (Hegemann et al., 2004) 와균형감및운동협응력과관련되어있는 superior temporal gyrus와 cerebellum 등이활성화된것으로여겨진다. 앞으로는가상환 경속에서후각자극을이용한흡연욕구유발, 공간네비게이션, 현실감및실재 감, 그리고전정기관의기능등에대한연구도필요할것으로생각한다. Korean Association Against Drug Abuse
Session Ⅳ 가상현실을이용한약물중독치료프로그램개발 89 앞으로도가상현실과관련된공학기술분야의발전과그적용범위는의료 분야쪽으로급속히진전될것으로예상되며, 특히정신의학, 심리학, 재활의 학분야에서평가, 치료및훈련을위한유용한도구로서그활용범위가넓어 질것으로기대된다. 더나아가가상현실의효과와유용성이검증되고다양한 콘텐츠의개발그리고개발비의절감등이이루어진다면치료자나연구자뿐 만아니라환자의개개의특성과요구에맞는시스템과시나리오의개발이가 능해질것으로생각된다. 특히우리나라는 IT분야와게임산업이급속도로팽 창하고있어이들분야와인간행동연구및의료분야와의결합이확대될것으 로전망된다. 참고문헌 Brody, A. L., Mandelkern, M. A., London, E. D., Childress, A. R., Bota, R. G.,Ho,M.L.,Saxena,S.,Baxter,L.R.,Madsen,D.,&Jarvik,M. E.(2002). Brain metabolic changes during cigarette craving. Archives of General Psychiatry, 59, 1162-1172. Carter, B.L. & Tiffany, S.T.(1999). Meta-analysis of cue-reactivity in addiction research, Addiction, 94(3), 327-340. Childress, A.R., Mozley, P.D., McElgin, W., Fitzgerald, J., Reivich, M., & O'Brien, C.P. (1999). Limbic activation during cue-induced cocaine craving. American Journal of Psychiatry, 156, 11-18. Dols, M., Willems, B., Van Den Hount, M., et al. (2000). Smokers can learn to influence their urge to smoke. Addictive Behaviors, 25, 103-108. Due, D.L., Huettel, S.A., Hall, W.G., & Rubin, D.C. (2002). Activation in mesolimbic and visuospatial neural circuits elicited by smoking cues: Evidence from functional magnetic resonance imaging. American
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