'뇌 가소성(Brain plasticity)'

[씨알]

뇌 가소성은 뇌에 계속해서 자극을 주고 사용을 하면 뇌의 기능이 회복되거나 더 좋아질 수 있음을 알려줍니다.                                                               

신경세포의 연결은 우리의 경험과 건강 상태 또는 질병으로 인해 끊임없이 만들어지고 파괴된다. 신경가역성 또는 신경가소성(neuroplasticity)이란 신경세포의 기능과 화학적 특성(만들어지는 신경전달물질의 양과 형태), 또는 구조를 변화시키는 신경세포의 능력이다(Woolf와 Salter, 2000). 어떠한 손상에 있어 중추신경의 회복은 중요하다.

신경가역성은 장난감과 여러 가지 장애물을 설치한 환경에서 길러진 동물들의 연구를 통하여 증명되었다. 이들 연구에서의 동물들은 자극이 없는 동물들보다 가지돌기(dendrite)에서 나오는 가지들이 더 많았고, 신경세포 하나에 연접하는 수도 더 많았으며, 뇌에서 특정 단백질의 생성을 위한 유전자의 발현이 매우 높게 나타났다(Johansson, 2000). 신경 가역성에는 다음과 같은 기전들이 포함되어 있다.

• 습관화(Habituation)
• 학습과 기억(Learning and memory)
• 손상 후 세포의 회복(Cellular recovery after injury)

1. 뇌의 가소성

신경가소성이란 중추신경계의 손상 후 뇌가 재구성 혹은 재배치(reorganize and romodel)하는 능력을 일컫는 것으로 주위 환경이나 병변에 맞도록 대뇌피질의 기능과 형태가 변하는 신경계의 적응(neural adaptation) 과정이라 할 수 있다. 뇌의 가소성은 뇌병변 이후 학습 및 기억 등 대뇌 기능의 회복에 중요한 역할을 한다. 가소적 변화는 주로 대뇌에 광범위하게 분포하고 있는 시냅스에서 일어나며, 이를 통해 뇌 안의 네트워크가 새로이 구성하게 된다. 그 기전으로는 평소에 사용되지 않던 신경조직을 이용하는 것(unmasking)m 뇌영역의 재배치(reorganization), 탈신경 후의 과민성(denervation supersensitivity), 절단된 축삭의 곁가지의 재생(collateral sprouting) 등이 있다.

과거에는 이러한 뇌의 가소성이 성인 뇌에서 잘 일어나지 않는다고 생각했으나, 최근 기능적 자기공명영상(functional MRI; fMRI), 양전가방출단층촬영(positron emission tomography; PET), 경두개자기자극술(transcranial magnetic stimulation; TMS), 자기뇌파검사(magnetoencephalography; MEG) 등의 기능적 신경영상 기술이 발달하면서 성인 외에서도 뇌의 가소성이 활발히 일어나는 것을 알게 되었다. 이러한 뇌가소성의 이론이 도입되면서 최근 몇 십년간 뇌졸중의 재활에 있어 많은 개념 전환(paradigm shift)이 일어나는 계기가 되었다. 따라서 최근의 뇌졸중 후 재활치료의 개념은 행동학적치료(behavioral intervention)와 함께 최대한 뇌가소성을 증진시키는 방법을 강구하는 것이다.

2. 신경학적 회복

뇌졸중 직후 마비되었던 기능이 점차 회복되는데 보통은 회복의 90% 이상이 대게 3개월 내에 일어난다. 그러나 기능적 회복(functional recovery)은 환자의 노력과 재활치료를 통하여 수년 후까지도 계속될 수 있다. 초기 수주의 회복의 기전은 국소적인 부종과 혈종의 개선, 혈액 순환의 개선, 뇌압의 정상화, 대사 이상의 개선에 의한 것이며 기능적 회복은 뇌가소성(neuroplasticity)에 의한다고 알려지고 있다.

중추신경계의 손상 후 운동기능의 회복(motor recovery)은 대뇌의 재구성에 의해 일어나게 되는데, 이는 반드시 작업 목적이 있는 반복적 훈련(task oriented motor training)에 의해서만 일어난다. 즉 장기간의 반복된 학습은 새로운 대뇌 네트워크를 구성하게 되고, 좀 더 나은 행동변화를 일으키게 된다는 개념이다. 최근 들어서는 운동기능의 회복 기전(motor recovery)이 반복적인 연습에 의한 운동 습득(motor learning)의 기전과 유사하다는 것이 알려지면서 운동 습득의 이론이 뇌졸중의 재활치료에 많이 도입되고 있다. 따라서 최근의 뇌졸중 재활치료의 초점은 이러한 반복에 의한 운동기능의 회복 및 가소성(use-dependent motor recovery and plasticity)의 개념을 도입하여 이를 극대화하는 치료법이 집중하고 있다. 최근 발표된 모든 기초연구와 임상연구의 결과가 뇌졸중 후 운동기능의 회복을 유도하기 위하여 사용되는 모든 새로운 치료법들이 반드시 행동학적 치료(즉 운동치료, 작업치료 등의 재활치료)와 동반되어야 한다는 것을 말해주고 있다. 예를 들어 뇌가소성을 촉진시키기 위한 약물치료의 전략은 GAVA 신경전달물질 길항제나 프라조신(prazosin) 혹은 프로프라놀롤(propranolol)과 같은 아드레날린성 길항제와 스코폴라민(scopolamine)과 같은 콜린성 길항제는 반복에 의한 운동기능의 회복 가소성 변화를 방해하므로 될 수 있으면 피하고, 도파민(dopamine)이나 암페타민(amphetamine)과 같이 가소성 변화를 촉진하는 약물을 필요 시 재활치료와 함께 투여하는 것 등이다. 암페타민의 경우 뇌손상 후 행동치료(behavioral therapy)와 동반할 경우 운동 학습(motor learning)과 운동 회복(motor recovery)을 향상시키는 것으로 알려져 있으나, 국내에서는 임상적으로 사용할 수 없는 제한점이 있다.

운동의 회복 정도와 기능을 평가하기 위하여 뇌졸중에서 여러 가지 평가 척도를 사용하는데, 대표적인 것이 Brunnstrom기와 Fugl-Meyer 척도 등이다. 또한 운동 능력을 직접 평가하기 위하여 Jebsen-Taylor 손 기능 검사 등을 시행하기도 한다. Brunnstrom기는 뇌졸중 환자의 운동 회복이 일정한 단계에 따라 나타난다는 관찰에 입각하여 제시된 운동 기능 평가법으로 공략패턴의 유무, 근육을 선택적으로 조절할 수 있는지 여부, 근 긴장도 등에 따라 6단계로 표현한다. Fugl-Meyer 척도는 50가지의 동작을 검사하여 그 수행 능력을 좀 더 자세하게 등급화한 운동 능력 평가법으로 근력, 반사 , 운동 조절을 평가하여 운동 능력을 0-100점까지 점수화하여 표현한다.

참고자료 추가

뇌 손상 후 기능적 회복 기전

A. Resolution of local harmful factors (early)

   ㆍResolution of local edema

   ㆍResorption of local toxins

   ㆍImproved local circulation

   ㆍRecovery of partially damaged ischemic neurons

B. Neural plasticity (early or late)

   1) Cellural level

    ㆍCollateral spouting of new synaptic connection

    ㆍAlternation of synaptic strength : denervation supersensitivity

    ㆍAxonal regeneration

    ㆍSynaptic reorganization

   2) Network level

    ㆍUnmasking of previously latent functional pathways

    ㆍAlternative pathways

    ㆍNovel cognitive strategies

    ㆍTake over of function by contralateral hemisphere : interhemispheric reorganization

뇌손상 후 신경 가소성의 변화

신경계 손상 후 구조적이면서 기능적인 재조직화를 촉진하는 세 가지 형태의 신경 가소성 현상을 들 수 있는데, 여기에서 탈신경초감각화(denervation supersensitivity), 측부발아(collateral sprouting) 및 잠재적 시냅스 발현(unmasking of silent synapses)이 있다.

탈수초감각화는 여러 부위의 뇌구조로부터 정보입력이 소실되었을 때 나타나며, 신경전달물질 분비량의 증가로 인해 자극에 대한 반응을 더 커지게 되는 것이다. 따라서 시냅스후 신경원은 신경전달물질에 더 민감하게 반응하게 되고, 반응하는 수용기 수도 이전보다 많아지게 된다. 측부발아는 손상부위 주위 신경원에서 나타나는데, 이 신경원에서 싹이 돋아나온 가시돌기가 세포괴사로 인해 소실된 시냅스에 가서 연결을 시도하는 것이다. 잠재성 시냅스 발현은 기존에 기능을 하지 않던 신경원이 새로운 연결을 형성하려고 할 때 나타난다. 시간이 지날수록 신경계의 재생을 입증하는 연구 결과들이 더 많이 발표되고 있다. 신경계의 변화는 긍정적으로나 부정적으로나 어느 쪽으로도 이루어질 수 있기 때문에, 감각과 운동 조절 능력에도 가소성이 회복에 도움을 줄 수 있지만 그 반대일 수도 있는 것이다.

참조 : 보바스개념 이론과 임상.

[출처] 신경가소성(Neuroplasticity) 및 신경학|작성자 lighting_bug