Brain & N eurorehabilitation Vol. 2, No. 1, March, 2009 무시증후군과관련된신경해부학 가천의과학대학교의학전문대학원재활의학교실 이주강 Neuroanatomy of Unilateral Neglect Syndrome Ju Kang Lee, M.D., Ph.D. Department of Rehabilitation Medicine, Gachon University of Medicine and Science School of Medicine Unilateral spatial neglect is caused by a failure of attentional orienting mechanism. Over 90% of spatial neglect patients have right hemisphere injury. The most frequent sites of damage are right dorsal and ventral frontal cortex (Brodmann area 6, 8, 44), right inferior parietal and superior temporal cortex (Brodmann area 39, 40, 41) and subcortical nuclei (thalamus (pulvinar), putamen, caudate nucleus). Functional neuroimaging studies showed that spatial neglect is associated with lesions of dorsal fronto-parietal network which is involved in top-down control of selective attention, and right ventral fronto-parieto-temporal network which is specialized for detection of salient or unexpected stimuli. The ventral network works as a circuit breaker for the dorsal system, directing attention to salient stimuli. Structural or functional disruption of both network cause unilateral spatial neglect. (Brain & NeuroRehabilitation 2009; 2: 39-45) Key Words: neuroanatomy, hemispatial neglect 서론 무시증후군은뇌졸중환자의약 25 30% 에서나타난다. 이중 90% 이상의환자는우측뇌반구에병변이생긴경우이며다양한뇌부위의손상이무시증후군을유발한다. 무시증후군의임상양상은병변반대측을대상으로한공간및사물지각장애 (perceptual dysfunction), 움직임의장애, 촉각및청각등의감각장애를포함한다양한이상을보인다. 무시증후군의병태생리를이해하고치료하기위해서는무시증후군을유발하는뇌병변의기능해부학적이해가필수적이다. 환자의뇌병변을이용한연구와최근들어빠른발전을보이고있는기능적뇌영상연구를통하여많은중요한발견과가설들이있었으며본논문에서이를소개하고자한다. 본론 1) 주의 (attention) 와선택적주의 (selective attention) 주의 (attention) 는크게나누어서두가지의미로사용될 교신저자 : 이주강, 인천시남동구구월동 1198 406-760, 가천의과학대학교길병원재활의학과 Tel: 032-460-8427, Fax: 032-460-3722 E-mail: pmrdoc@gilhospital.com 수있는데하나는각성 (arousal) 및의식상태 (consciousness) 를뜻하는경우에쓰일수있고그보다더자주사용되는의미는선택적주의 (selective attention) 을뜻하는경우일것이다. 각성및의식상태를의미할때는의식이명료한상태, 졸린상태, 혼수상태등으로구분할수있을것이며이글에서는무시 (neglect) 와관련된선택적주의에대해논할것이므로생략한다. 1 선택적주의란현재이용가능한총정보중의일부분에주의를집중하는인지능력또는현상을말한다. 이러한과정은크게두가지조절경로를거쳐일어나게되는데사전지식, 목적, 기대등의내부요인에서시작되어선택적으로집중하는경우를내재적조절 (endogenous control, top-down control) 이라하고외부의어떤감각자극에의하여집중이되는경우를자극유도조절 (stimulus-driven control, bottom-up control) 이라구분한다. 1,2 그러나일상생활에서일어나는대부분의선택적주의집중은두가지조절경로가서로밀접한영향을주고받으면서선택적집중을시작하거나유지, 강화, 감소또는중단하게된다. 예를들어많은사람이모인곳에서어떤사람을찾을때예를들어여자이고, 20대이며, 키가크고, 예쁘고, 가방을들고있다는그사람이가진특성 ( 미리알고있는정보 ) 을기초로하여사람들속에서그러한특성에적합한사람들에집중을하게된다. 이렇게원하는특성에주의를집중하는현상은내재적조절이많이작용한결과일것이다. 39
Brain& NeuroRehabilitation:2009; 2: 39~45 그러나찾는도중에내의사와상관없이눈에띄게강렬한자극, 예를들어비키니차림의인기연예인이큰소리로노래를부르는장면이발견되었다면이것에주의를집중하게될것이다. 이경우는외부자극에의해주의가집중되는상황으로자극유도조절이작용한결과라할것이다. 그러나이러한상황에서도수시로우리의의도하는바에따라다른부위에주의를선택적으로집중시키게되는내재적조절을사용하게되므로우리는대부분내재적조절과자극유도조절이적절히상호작용하면서선택적주의집중을하게된다. 2 주의집중에관련된신경경로는크게 domain-general area와 domain-specific area 로나눌수있고 domain-general area는다시두부분으로구성되어있어총세부분으로나누어볼수있다. Domain-general area에해당하는두부위는내재적조절 (top-down control) 에관여하는전두엽, 두정엽, 변연계로이루어진 상부 (top) 와의식조절및자극유도조절에관여하는상향섬망조직계 (ascending reticular activating system; ARAS) 이다. 이두부분의주요기능인의식의각성수준, 동기유발정도, 인지정도에따라 domain-specific area인일차감각, 운동, 인지영역들의활동이조절받게된다 (Fig. 1). 2) 시각정보의처리경로와무시증후군시각정보의처리는두가지큰신경경로를통해이루어진다. 첫번째는사물의위치와움직임을인지하는 where pathway 로일차시각중추 (V1) 에서시작되어위세로다발 (superior longitudinal fasciculus) 를통해후두정엽 (posterior parietal cortex) 으로전달되는신경계로이루어져있다. 두번째는사물의정체를인지하고분석하는 what pathway 로일차시각중추 (V1) 에서시작되어아래세로다발 (inferior longitudinal fasciculus) 를통해하측두엽 (inferior temporal cortex) 으로전달되는신경경로로구성되어있다. 두시스템은서로밀접한관계를가지고움직인다. 3,4 가장흔한시공간지각의이상은무시증후군이다. 무시증후군은병변반대쪽의정보처리에문제를보이는특징적인상태를보이지만환자마다큰폭의다양성을보인다. 환자에서나타나는무시증후군을설명할때중요한몇가지고려할점들이있다. 첫째, 주의력장애는단순한감각장애가아니라는점이다. 1,5 둘째, 주의집중의기준틀 (frames of reference) 이무엇이냐에따라주의력장애가나타나는양상이달라진다. 주위집중의기준틀은크게 자기 (self) 인식에중요한 intra-personal frames of reference와 extra-personal frames of reference 로나눌수있다. 이중후자는다시네가지정도로분류되는데관찰자중심의 egocentric frames of reference, 관찰자외의어떤사건이나현상이기준이되는 allocentric, 주위환경의어떤한곳이기준이되는 world-centered, 어떤한사물의중심을기준으로삼게되는 object-centered 로나눌수있다. 이들은한환자에서도서로각자독립적으로혹은동시에인식의기준틀로작용하므로무시증후군의임상양상은상당히다양하게나타날수있다. 1 셋째, 무시증후군은단순히시각이나공간인식에만국한되어나타나지않고청각, 촉각, 상상등의여러영역에나타나며한영역에만국한되어나타나거나또는여러영역에서동시에나타날수도있다. 1,5 넷째, 무시증후군은단순히인식 (perception) 만의문제가아니라운동에관여된영역즉동기부여, 탐구 (search), 운동의장애를나타내기도한다. 즉병변반대측공간의인식장애만이나타나는것이아니라때로는병변반대측공간으로의움직임이나탐구, 움직이려는동기형성의장애로나타나기도한다. 5 다섯째, 이미습득된개념이무시에영향을미치고반대로무시가이미습득된개념에영향을주기도한다. 3) 무시증후군과관련된뇌부위 Fig. 1. A schematic representation of three compartment of attentional matrix (adapted from Mesulam, 1999). (1) 병변을이용한연구병변을이용한연구는무시증후군을보이는환자의컴퓨터단층촬영이나자기공명영상을이용한뇌영상과무시증후군의임상양상을분석하여무시증후군을일으키는뇌부위를알아내고자하는연구이다. Heilman 등 6 이최초로 10명의무시증후군환자의뇌전산화단층촬영을체계 40
이주강 : 무시증후군과관련된신경해부학 적으로분석하여하두정엽 (inferior parietal lobule) 과측두엽-두정엽- 후두엽의연접부위 (temporo-parietal-occipital junciton) 의병변이무시증후군의유발부위라고발표한이후여러연구를통하여무시증후군을일으키는다양한뇌병변부위가보고되었다. 이후의다른연구에서실비안고랑주위 (perisylvian region) 인두정엽-후두엽연접부, 하두정엽의 supramarginal gyrus가무시증후군유발부위로보고되었다. 7 뇌병변부위의지도화 (mapping) 방법이발달함에따라무시증후군을유발하는뇌병변부위혹은공간지각에밀접하게관련된뇌부위를좀더정교하게알아내기위한연구가진행되었고후두정엽부위보다상측두엽부위인상측두이랑 (superior temporal gyrus) 이무시증후군유발에중요한부위로보고되었다. 8,9 그러나연구자에따라서하두정소엽 (inferior paretal lobule) 의모이랑 (angular gyrus) 부위가더핵심부위라고보고하기도하였다. 10 피질하병변의경우는시상의베게핵 (pulvinar nucleus), 중뇌의위둔덕 (superior colliculus), 조가비핵 (putamen), 꼬리핵 (caudate) 이편측무시를일으키는주요부위로알려져있다. 11 또한무시증후군을유발하는것으로알려진주요피질부위를연결하는신경로를침범하는병변도무시증후군을일으킬수있다. 즉실비안고랑주위의하부에위치하는위세로다발 (superior longitudinal fasciculus), 아래후두전두다발 (inferior occipitofrontal fasciculus), 위후두전두다발 (superior occipitofrontal fasciculus) 을침범하는병변의경우무시증후군을일으킬수있다. 12 이상의여러연구를통하여알려진결과를정리해보면편측무시증후군을유발하는병변의위치는우측뇌반구가 90% 이상을차지한다. 병변의위치는다양하게나타나지만주로전두엽과두정엽, 피질하회백질에서주로나타난다. 여러연구에서보고된바에의하면브로드만영역 6, 8, 44 등의전두엽부위, 영역 39, 40, 41 등의두정엽- 측두엽연접부위, 영역 7에해당하는상부두정엽부위의피질병변과시상, 기저핵등의피질하병변이편측무시를유발하는주요부위로알려져있다 (Fig. 2). 5-10,13 무시증후군을보이는환자의뇌병변을이용한해부학적인연구결과들을해석할때주의할점은각환자들의병변이침범부위나범위가서로각자다르고이런다양성이분석결과에상당한영향을미친다는사실을염두에두어야할것이다. 9 또한뇌영상에서동일한병변을보이는환자들에서도무시증후군의임상양상은다르게나타나고한환자에서도무시증후군의임상양상이고정된것이아니고뇌의가소성에의해계속변화하고있기때문에동일한병변을가진환자라도임상양상이변화하므로연구결과에영향을미칠수있다. 이러한점은병변을이용한무 Fig. 2. Brodmann area. 시증후군연구의한계점이라할수있을것이다. (2) 기능적뇌영상을이용한연구가 ) 선택적주의의기능해부학 ( 가 ) 내재적조절 (top-down control): 우리가어떤사물를찾아낼때미리그사물에대한정보를주면좀더빠르고정확하게찾아낼수있게된다. 이과정은우리의뇌에서미리주어진정보를이용하여그정보처리에이용되는뇌부위를활성화시켜놓기때문에실제시각정보가들어올때빠르고정확한처리가가능해지는것이다. 주어진정보를통해미리필요한뇌부위를활성화시키는과정이내재적조절이다. 내재적조절을담당하는뇌신경부위를알아보기위한기능적자기공명영상 (fmri) 연구방법은목표에대한선행정보를주어 (cue signal) 그목표를찾아내기위한주의를기울이게하고이후목표 (target) 를제시하여맞추는 (response) 과제를수행하게한다. 이때목표를선택하기위한정보를준단계 (top-down control 단계 ) 와목표에대한반응을보이는단계 (response 단계 ) 를분리하여분석하면선택적주의를조절하는뇌신경활성부위를알아낼수있다. Event-related fmri 과제를수행하며선행정보 (cue) 제시시점부터목표 (target) 제시시점사이의신호가내재적조절에관여하는부위가된다 (Fig. 3). 이런연구를통해내재적조절단계에서활성화된부위는 intraparietal sulcus(ips) 를중심으로한양측후두정엽과양측전두엽의 frontal eyefield (FEF) 부위이다 (Fig. 4). 2 이부위는앞서기술한시각정보처리경로중에 where pathway 와겹치는결과를나타낸다. ( 나 ) 자극유도조절 (stimulus driven control): 앞서기술한기능적자기공명영상과제에서주어진선행정보 (cue) 와부합하지않는목표 (invalid target) 를제시하고나서활 41
Brain& NeuroRehabilitation:2009; 2: 39~45 성화되는뇌부위를분석하면자극유도조절에관여하는뇌부위를알아볼수있다. 즉선행정보에의해미리활성화된정보처리신경회로에부합되지않는목표가제시되면이자극에의해새로운목표를분석하기위한선택적주의가일어나게된다. 이러한자극유도에의한새로운선택적주의과정이일어나기위해서는선행정보에의해미리활성화된정보처리신경회로를불활성화시키고새로운정보의처리를위한신경회로를활성화시키는과정 (reorienting of attentional set) 이일어나게된다. 이과정을 Corbetta는 circuit-breaking 기능이라고하였고이때활성화되는뇌부위는우측하부전두엽 (ventral frontal cortex, VFC) 과측두엽-두정엽연접부위 (temporoparietal junction, TPJ) 이다 (Fig. 5). 이부위는내재적조절에관여 하는상부전두엽 -두정엽신경망 (dorsal fronto-parietal network) 보다하부에위치하게된다. 이하부전두엽-두정측두엽신경망 (ventral fronto-parieto-temtoral network) 의역할은상부전두엽-두정엽신경망이새로운자극이나기대하지않은자극정보처리를위하여미리활성화된부위로부터새로운부위로주의를돌리게 ( reorienting ) 만드는것이다. 2,14 이신경망의손상혹은기능이상이생길경우주로병변반대측으로의새로운자극에대해주의를돌리지못하는증상을유발하게된다. 즉이미주의를기울이고있는주제에서새로운주제로주의를돌리기위해서는이미주의를기울이고있는주제로부터의 이탈 Fig. 3. Event-related fmri task. Fig. 5. Ventral Rt frontoparietal network. TPJ: temporoparietal junction, MFg: middle frontal gyrus, IFg: inferior frontal gyrus (adapted from Corbetta, 2002). Fig. 4. Dorsal frontoparietal network for top-down control for visual attention. (A) Meta-analysis of studies of visual attention. SFs: superior frontal sulcus, PrCes: precentral sulcus, PoCes: postcentral sulcus, SPL: superior parietal lobule, pips: posterior intraparietal sulcus (adapted from Corbetta, 2002). (B) Activation of dorsal fronto-parietal network. FEF: frontal eye field, SEF: supplementary eye field, SPL: superior parietal lobule. 42
이주강 : 무시증후군과관련된신경해부학 (disengage) 이먼저일어나야하는데이과정이이루어지지못하는것을 이탈장애 (disengage deficit) 라한다. 15 많은연구들에서이러한 이탈장애 가무시증후군을일으키는주요기전으로제시되었다. 이탈 에관여된주요뇌부위는연구별로조금차이가있지만우측 TPJ로알려져있으며특히상측두이랑 (superior temporal gyrus, STG) 이중요한부위로보고되었다. 16 ( 다 ) 선택적주의의신경기능해부학적기전 : 여러가설이제시되어있지만아직까지확정되지않는상태이므로본논문에서는많은지지를받고있는한가지가설을무시증후군과연관시켜설명하고자한다. 먼저주의집중을위한내재적신호는상부전두엽-두정엽신경망에서조절되고이는양측반구에대칭적인활성을보인다. 이신경망의조절에의해시각중후부위의활성도가조절받아선택적주의를형성하게된다. 새로운또는기대하지않은자극에대해주의를돌리기위한자극유도조절은주로하부전두엽-두정측두엽신경망에의해조절되는데이중 TPJ 부위는 주의이탈 에관여하고하부전두엽부위 (VFC) 는주어진자극이새로운자극인지여부를평가하는기능을할것으로제시되고있다. 이신경망은새로운자극이있을때기존의선택적주의상태를이탈시키고상부신경망이새로운자극에대한선택적주의를하도록유도하는역할을한다. 이두신경망은서로밀접한관계를이루며작용하게되는데내재적혹은자극유도에의한선택적주의를형성하는데있어자극이목적에부합하는지를평가하기위한정보전달경로는 TPJ-우측 IPs로제시되고있다 (Fig. 6). 2 나 ) 무시증후군의신경해부학무시증후군을유발하기위해서는앞서기술한상부전두엽-두정엽신경망과하부우측전두엽-두정측두엽신경망모두에기능이상이생겨야한다. 일반적으로뇌졸중이나뇌손상등에의한하부우측신경망의구조적인손상이발생하면이와밀접하게연관된상부신경망의기능이상을일으키고이결과로무시증후군이나타나게된다. 9,10,14 즉우측하부전두엽이나우측두정엽-측두엽연접부위 (TPJ) 를침범하는하부신경망에생긴병변으로인해새로 Fig. 6. Neuroanatomical model of attentional control (adapted from Corbetta, 2002). 43
Brain& NeuroRehabilitation:2009; 2: 39~45 Fig. 7. Neuroanatomical model of neglect after acute damage to right ventral frontal cortex (adapted from Corbetta, 2005). 운자극으로의주의전환 (attention reorienting) 이일어나지못하게되고새로운자극을찾지못하는주의이탈장애 (attention disengage deficit) 를발생시키게된다. 또한병변측 ( 우측 ) 상부신경망의기능을저하시키게되어상대적으로병변반대측 ( 좌측 ) 선택적주의신경망이우세하게되어병변측공간으로의선택적주의는강화되고병변반대측공간의선택적주의는소실되는무시증후군이일어나게된다 (Fig. 7). 무시증후군환자의병변연구를통해알려진뇌부위들은기본적으로하부신경망과상부신경망의구조적또는기능적장애를동시에발생시켜서무시증후군을유발시킨것으로보인다. 결론 병변연구나기능적뇌영상연구를통해무시증후군을일으키는것으로알려진부위들은우측뇌반구에주로위치하고전두엽의하부, 후두정엽, 두정엽- 측두엽연접부 (TPJ), 피질하부위인기저핵, 시상등이다. 이들은선택적주의를하기위한내재적조절을담당하는상부전두엽 -두정엽신경망과하부전두엽-두정측두엽신경망의장애를일으키고병변반대측뇌반구의선택적주의신경망의상대적인강화로인한불균형을유발하여병변반대측공간에대한무시증후군을발생시키게된다. 각각의병변부위들은선택적주의를담당하는넓은신경망의중요한중심점 (node) 역할을하는것으로보인다. 아직까지무시증후 군을일으키는각중심점의역할이나신경해부학적기전에대한것은확실히알려져있지않으나각중심점이나또는연결신경다발에발생한병변이선택적주의에관여하는상부신경망과하부신경망의장애를일으켜무시증후군이유발된다. 참고문헌 1) Mesulam MM. Spatial attention and neglect: parietal, frontal and cingulate contributions to the mental representation and attentional targeting of salient extrapersonal events. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1999;354:1325-1346 2) Corbetta M, Shulman GL. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nat Rev Neurosci. 2002;3:201-215 3) Haxby JV, Grady CL, Horwitz B, Ungerleider LG, Mishkin M, Carson RE, Herscovitch P, Schapiro MB, Rapoport SI. Dissociation of object and spatial visual processing pathways in human extrastriate cortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 1991;88:1621-1625 4) Ungerleider LG, Haxby JV. 'What' and 'where' in the human brain. Curr Opin Neurobiol. 1994;4:157-165 5) Vallar G. Extrapersonal visual unilateral spatial neglect and its neuroanatomy. Neuroimage. 2001;14:S52-58 6) Heilman KM, Valenstein E. Frontal lobe neglect in man. Neurology. 1972;22:660-664 7) Vallar G, Perani D. The anatomy of unilateral neglect after right-hemisphere stroke lesions. A clinical/ct-scan correlation study in man. Neuropsychologia. 1986;24:609-622 44
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