제1형 양극성장애 환자에서 대뇌피질 주름 패턴의 변형 : Local Gyrification Index 분석
Alterations of Cortical Folding Patterns in Patients with Bipolar I Disorder : Analysis of Local Gyrification Index
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양극성장애는 성인에서 1%의 유병률에 달하는 심각하고비교적 흔한 정신질환이며,1) 이로 인한 사회적 부담 또한 크다.2) 양극성장애에 대한 정확한 병리기전은 아직 밝혀지지 않았지만, 최근 뇌영상 분석기법의 눈부신 발전과 함께 양극성장애의 병인을 신경회로 모델을 통해서 설명하려는 노력이 대두되고 있다. 이 모델은 양극성장애의 신경생물학적 원인의한 가지로 정서 처리 및 감정 조절에 관여하는 신경회로의 기능적, 구조적 이상을 제시한다.3) 정서 처리와 관련된 신경회로는 이마엽앞 피질(prefrontal cortex), 눈확이마엽 피질(orbitofrontal cortex), 앞쪽 띠다발 피질(anterior cingulate cortex) 등의 피질 영역 및 해마(hippocampus), 편도체(amygdala), 복측 선조체(ventral striatum), 시상(thalamus) 등의 피질하 영역으로 구성되어 있다.3)4) 최근까지 뇌 자기공명영상(magnetic resonance imaging, 이하 MRI)을 이용한 연구들은 양극성장애와 관련하여 이 회로와 관련된 영역에서의 구조적, 기능적 이상을 일관되게 보고하고 있는데, 이 중 구조적 뇌영상 연구에서는 이마엽앞 피질, 눈확이마엽 피질, 앞쪽 관자엽(anterior temporal lobe), 뇌섬엽(insula) 영역의 피질 회백질용적 및 두께 감소를 보고한 바 있다.3) 피질 주름(gyrification)은 대뇌피질이 접히는 패턴과 정도를 뜻하는 것으로, 몇몇 연구들은 비정상적인 피질 주름 수준이 기존의 신경 해부적인 파라미터보다 대뇌피질의 병리를밝혀내는 데 더 안정적인 표지자라고 제안하고 있다.5) 이러한피질 주름의 정도와 패턴을 측정하기 위해 다양한 방법론이제시되었고, 최근에는 local gyrification index(이하 LGI)라는 방법론이 제시된 바 있다. 이는 구조적 MRI 영상에서 피질 표면을 3차원으로 재구성한 다음 피질 주름의 패턴과 정도를 자동으로 측정할 수 있게 해주었다.6) Local gyrification 은 초기 신경 발달 중 피질의 연결성을 반영한다고 알려져 있다. 임신 중기에 신경섬유가 촘촘히 연결된 부분은 섬유 장력(fiber tension)에 의해 가까워져 이랑(gyri)을 형성하고, 약하게 연결된 부분은 멀어져서 고랑(sulci)을 형성하게 된다.7-9) 비정상적인 피질 주름은 피질 간 기능적 연결성의 약화와 유의한 상관성을 지닌 것으로 보고되고 있다.10)11) 최근의 연구는 LGI가 조현병, 양극성장애, 조현정동장애 등 몇몇 정신질환의 유용한 내적표현형(endophenotype)을 반영하는 생체표지자임을 제안하고 있다.8)12) 양극성장애 환자군에서 피질의 국소적 주름 패턴을 연구한 논문들은 이마엽(frontal lobe),12) 앞쪽 띠다발 피질,5)13) 좌측 배가쪽 이마엽앞 피질(ventrolateral prefrontal cortex)5) 등에서의 비정상적인 피질 주름을 보고하였다. 이 부위가 정서 처리와 기분 조절에 깊이 관여하는 피질 영역이며,3)4) 양극성장애 환자에서 이 부위에 비정상적인 기능적 이상이 보고된 것을 고려하였을 때,3)14-21) 뇌의 비정상적인 피질 주름은양극성장애의 병리와 깊은 관련이 있을 것으로 생각된다. 몇몇 연구들이 양극성장애 환자에서 피질 주름의 변화를관찰하기 위하여 LGI를 사용하였지만, 모두 정신병적 증상에초점을 두어 정신병적 증상이 있었던 양극성장애 환자를 대상으로 시행한 연구결과였다.5)8) 아직까지 정신병적 증상 발생여부와 관련 없이 제1형 양극성장애 환자에 대한 피질 주름의 변화를 관찰한 연구는 없었다. 이에 본 연구에서는 제1형양극성장애 환자들에서 대뇌피질 주름의 변화를 LGI를 이용하여 규명하는 것을 목표로 삼았다. 본 연구진은 선행연구들과 문헌들을 통해 정서 처리 및 기분 조절에 중요한 영향을끼치는 이마엽앞 피질, 앞쪽 띠다발 피질 등 영역의 피질 주름패턴의 변화가 양극성장애의 병태생리에 깊이 관여할 것으로추론하였다. 이에 본 연구에서 “제1형 양극성장애 환자군에서 대조군과 비교하여 이마엽앞 피질 및 앞쪽 띠다발 피질 영역에서 유의한 LGI의 변화를 보일 것이다.”라는 사전 가설(a priori hypothesis)을 검증하고자 한다.
Abstract
Objectives : Local gyrification reflects the early neural development of cortical connectivity, and is regarded as a potential neural endophenotype in psychiatric disorders. Several studies have suggested altered local gyrification in patients with bipolar I disorder (BD-I). The purpose of the present study was to investigate the alterations in the cortical gyrification of whole brain cortices in patients with BD-I. Methods : Twenty-two patients with BD-I and age and sex-matched 22 healthy controls (HC) were included in this study. All participants underwent T1-weighted structural magnetic resonance imaging (MRI). The local gyrification index (LGI) of 66 cortical regions were analyzed using the FreeSurfer (Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging). One-way analysis of covariance (ANCOVA) was used to analyze the difference of LGI values between two groups adjusting for age and sex as covariates. Results : The patients with BD-I showed significant hypogyria in the left pars opercularis (uncorrected-p = 0.049), the left rostral anterior cingulate gyrus (uncorrected-p = 0.012), the left caudal anterior cingulate gyrus (uncorrected-p = 0.033). However, these findings were not significant after applying the multiple comparison correction. Severity or duration of illness were not significantly correlated with LGI in the patients with BD-I. Conclusions : Our results of lower LGI in the anterior cingulate cortex and the ventrolateral prefrontal cortex in the BD-I group implicate that altered cortical gyrification in neural circuits involved in emotion-processing may contribute to pathophysiology of BD-I.
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