일차성 불면증에서 전두엽의 역할 : 기능적 자기공명영상 연구
The Roles of Frontal Cortex in Primary Insomnia : Findings from Functional Magnetic Resonance Imaging Studies
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불면증의 정의 및 분류불면증(insomnia)은 숙면 및 수면 유지의 어려움, 이로 인한 불쾌감, 피로감을 느끼거나 일상에서의 기능 저하 등의증상이 최소 3개월 이상 지속되는 수면 증상이다.1)2) 불면증은 Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fourth Edition(이하 DSM-IV)의 기준에 의해1) 일차성 불면증(primary insomnia)과 이차성 불면증(secondary insomnia) 으로 구분된다. 일차성 불면증은 의약적, 신체적 그리고심리적 질환과 무관하게 발생된 불면증으로 정의되는 한편1) 이차성 불면증은 의학적, 신경학적, 정신적 상태에 기인한, 혹은 의학적, 신경학적, 정신적 질환과 동반된 불면증을 말한다.1) 이에 불면증, 수면 부족과 관련된 신경 메커니즘을 밝히기 위한 연구 대상으로는 내·외과적 질병, 정신건강 및 신경학적 문제 등과 관련되어 여러 교란변수가 있는 이차성 불면증보다는, 상기한 요인들로부터 분리될 수 있는 일차성 불면증이 더 적절한 연구 대상 증상으로 다루어진다.3) 가장 최신의 개정 기준인 Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, Fifth Edition(DSM-5)에서는 그간불면증의 개념적 변화와 논의를 반영하여 불면증에 대해 상기한 일차성 불면증, 이차성 불면증의 구분 없이 ‘불면장애(insomnia disorder)’로 분류하고 있다.2) 본 종설에서 다루고있는 선행연구들은 대부분 DSM-IV를 기준으로 하여 원발성 불면증으로 진단된 환자를 대상으로 한 연구임을 밝힌다. 불면증의 유병률불면증은 매우 흔한 증상으로, 성인 남성 인구의 5분의 1, 성인 여성 인구의 3분의 1에 다다르는 유병률이 보고된 바있으며,4) 급성 불면증(acute insomnia)을 고려한다면 그 유병률은 인구의 50%에 육박한다고 알려져 있다.5) 불면증의높은 유병률, 불면증으로 인한 환자의 삶의 질 저하, 사회의 직간접적 비용 및 부정적 영향력 등을 고려할 때,4) 불면증의 진단과 치료는 공공 보건 개선 차원에서도 주요 관심 분야로 연구되고 있다. 불면증의 발생 기전에 대한 가설불면증의 발병 기전에 대하여 과각성 모델(hyperarousal model)이 주요한 가설로서 제안되었다. 과각성 모델에 따르면 인지-행동적 영역의 심리적 스트레스 및 심적 부담이 될 사건으로 인하여 수면이 지연되거나 수면 시간이 줄어들고 이러한 현상이 조건화되어 불면 증상이 강화된다.6)7) 또한 신경-생물학적 영역에서 코르티졸과 같은 스트레스성 호르몬이 증가하고 아데노신, 세로토닌 신경전달물질 분비가 줄어듦에 따라급성으로 대뇌의 과각성이 유도, 이는 항상성과 생물학적 주기에 영향을 미쳐 만성적 대뇌피질 과각성 및 이에 따른 불면증이 발병한다.6)7) 불면증의 과각성 모델 가설을 검증하기 위한, 혹은 과각성 모델을 통해 불면증의 신경 기전을 설명하기 위한 불면증 환자 대상의 유전 정보, electroencephalography, 뇌 영상을 활용한 연구들이 지속적으로 이루어지고 있다.5)7) 불면증에서 전두엽의 역할불면증의 발병 기전을 밝히기 위한 여러 연구를 통하여 과각성 모델이 주요하게 제안되고 있으며,7) 전두엽(frontal cortex) 이 불면증의 발병 및 증상에 관여된 주요 영역으로 보고되고 있다.8-10) 일차성 불면증 환자 대상의 선행연구들은 낮 시간 동안 인지 기능과 관련된 전전두엽(prefrontal cortex)의 포도당 대사이상8) 및 활성화 이상,9) 일차성 불면증 환자의 수면의 질과전전두엽의 활성 간의 연관성을 보고하였다.10) 또한 일차성불면증 환자의 상대적으로 낮은 안와전두피질(orbitofrontal cortex) 용적이 보고되는 등,11) 일차성 불면증과 전두엽 사이의 기능적, 구조적 연관성이 제시되고 있다. 인지-행동적인 스트레스, 감정, 학습의 통제와 조건화에 전두엽이 주요한 역할을 하는 것으로 밝혀져 있으므로,12) 일차성 불면증의 수면 부족, 피로, 부적 감정 및 인지 기능 저하 증상에 대한 전두엽의주요한 역할 및 이러한 증상과의 연관성을 밝히는 것은 일차성 불면증을 이해하고 과각성 모델을 증명하는 데 있어 기반이 될 수 있을 것이다. 기능적 자기공명영상의 불면증 연구에의 활용불면증의 신경 기전(neural mechanism)을 규명하고 치료법의 효과를 검증하기 위한 방법 중 뇌의 blood oxygen leveldependent( 이하 BOLD) 신호를 통해 기능적 활성 정도를 측정하는 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonance imaging, 이하 fMRI)이 활용되고 있다.3)9)10)13-25) fMRI는 비침습적 측정 기술로 인체에 무해하며, 질병, 특정 과제 집중, 혹은 휴지기 상태하에서의 혈류량 변화를 통한 뇌 내 활동/활성을 측정할 수 있어서 뇌 내 기능적 활성화 정도와 뇌 내 기능적 연결성을 분석하는 데에 적합하여 신경정신병리 및 임상연구에 활용되고 있다.26) fMRI를 활용한 불면증 환자 대상의 연구들은 연구 목적, 연구 디자인을 고려하여 휴지 상태 fMRI(resting-state fMRI, 이하 rsfMRI)3)13-23)를 획득, 혹은 과제 수행 fMRI(task-related fMRI)9)10)24)25)를 사용하여 연구를 수행하였다. 휴지 상태는 어떠한 특정 과제나 특정 생각, 외부 환경 요인에 대해 집중하지 않는 상태에서의 뇌 활성 상태를 의미한다.26) 휴지 상태에서의 뇌 내에서 주요하게 활성화되고 특정 과제 및 목표집중 상황에서는 활성이 감소되는 기능적 연결성(functional connectivity)의 네트워크는 뇌 내 posterior cingulate cortex, precuneus, medical prefrontal cortex 영역을 중심으로한 default mode network(이하 DMN)로 알려져 있으며27) 해당 네트워크는 각종 정신질환에서 정상대조군 대비 이상이보고되고 있다.28) 과제 수행 fMRI는 인지 과업이나 감각운동자극을 준 상태에서의 뇌 내 기능적 활성 및 기능적 연결성변화를 측정하여 연구에 활용한다.29)30) 본 연구의 목적본 종설은 fMRI를 활용한 일차성 불면증 환자 대상의 연구를 휴지 상태 fMRI, 과제 수행 fMRI로 분류하여 고찰하고, fMRI를 사용한 일차성 불면증 연구의 향후 과제와 방향을 제시하고자 한다.
Abstract
Insomnia is a common sleep-related symptom which occurs in many populations, however, the neural mechanism underlying insomnia is not yet known. The hyperarousal model explains the neural mechanism of insomnia to some extent, and the frontal cortex dysfunction has been known to be related to primary insomnia. In this review, we discuss studies that applied resting state and/or task-related functional magnetic resonance imaging to demonstrate the deficits/dysfunctions of functional activation and network in primary insomnia. Empirical evidence of the hyperarousal model and proposed relation between the frontal cortex and other brain regions in primary insomnia are examined. Reviewing these studies could provide critical insights regarding the pathophysiology, brain network and cerebral activation in insomnia and the development of novel methodologies for the diagnosis and treatment of insomnia.
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