뇌졸중 환자에서 경두개 전기 자극의 효과

뇌졸중은 전 세계적으로 사망과 장애의 주요 원인입니다. 뇌졸중의 유병률은 개발도상국에서 높습니다. 예를 들어 태국에서는 뇌졸중이 사망 및 장애의 주요 원인 중 하나입니다. 45세 이상 성인의 유병률 추정치는 1.88%로, 뇌졸중 사망률은 지난 5년간 계속해서 증가하고 있다. 전 세계적으로 뇌졸중 환자의 87%가 허혈성 뇌졸중을 앓고 있으며 13%는 출혈성 뇌졸중을 앓고 있습니다. 뇌졸중 사례의 57%는 세계 뇌졸중 기구에서 보고한 장애 상태로 남아 있습니다. 운동 장애는 뇌졸중 후 주요 한계이며 일상 생활 활동에 영향을 미칩니다. 인지 장애(즉, 실행 기능, 주의력, 기억력)는 뇌졸중 후 생존자에게서 흔히 관찰되며, 이는 기능적 능력의 저하를 초래하고 뇌졸중 재활의 효능에 영향을 줄 수 있습니다.

뇌졸중은 혈관을 통해 뇌로 가는 관류 장애로 인해 발생하는 갑작스러운 신경학적 폭발로 정의됩니다. 허혈성 뇌졸중은 뇌로의 혈액 흐름과 산소 공급이 부족하여 발생하며, 출혈성 뇌졸중은 출혈이나 혈관 누출로 인해 세포 사멸이 발생합니다. 뇌졸중 후, 대뇌 피질의 흥분성은 동측 반구에서 감소하고 반대측 반구에서 증가합니다. 결과적으로, 두 반구 사이의 반구간 억제(IHI)에 불균형이 있습니다. 뇌졸중 환자의 IHI 불균형 발병은 발병 이후 운동 장애가 발생했음에도 불구하고 여전히 불분명합니다. 그러나 IHI 불균형은 뇌졸중 수명 전반에 걸쳐 유지됩니다. IHI의 불균형은 뇌졸중 운동 회복과 음의 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 불균형이 클수록 모터 성능이 저하되었습니다. IHI 불균형은 운동 회복 불량의 원인이 아니라 근본적인 회복 과정의 결과일 수 있습니다.

뇌파검사(EEG)는 높은 시간 해상도를 갖춘 비침습적 측정 도구로, 대뇌 피질 층에 있는 피라미드 뉴런의 시냅스 후 전기 신호 요약을 감지할 수 있습니다. EEG는 뇌졸중 후 유용한 측정입니다. 모든 뇌졸중 단계의 회복과 관련된 몇 가지 지표가 발견되었습니다. 2022년 최근 검토에서는 뇌 대칭 지수(BSI)와 스펙트럼 전력이 뇌졸중 회복을 예측하는 데 사용할 수 있는 가장 효과적인 측정항목이라고 보고했습니다. BSI는 두 반구 사이의 평균 스펙트럼 비대칭성을 정량화하는 데 사용되는 가장 널리 사용되는 EEG 파생 매개변수 중 하나입니다. 정상 범위는 0~1이며, 0은 완벽한 대칭을 나타내고 1은 최대 비대칭을 나타냅니다. BSI는 건강한 대조군에 비해 뇌 비대칭을 나타내는 뇌졸중 환자에서 유의하게 더 높았습니다. Van Putten과 Tavy는 급성 허혈성 뇌졸중 환자에서 BSI가 뇌졸중 후 24시간 이내에 변하지 않았음을 입증했지만 국립 보건원 뇌졸중 척도(National Institutes of Health Stroke Scale) 사이에는 양의 상관관계가 있었습니다( NIHSS); 손상이 높을수록 뇌 비대칭도 높아집니다. 급성에서 아급성 단계까지의 높은 BSI 값은 4주 후 낮은 운동 성능과 관련이 있는 것으로 보고되었으며, 이는 BSI가 뇌졸중 회복 단계에서 운동 결과의 예측에 도움이 될 수 있음을 암시합니다. 또한, 뇌졸중 환자의 스펙트럼 파워 분석에서는 뇌졸중 후 1분 만에 발생하는 동측 반구의 저주파 파워(델타 및 세타)의 증가와 같은 세포 사멸로 인한 뇌 진동의 변동이 나타났습니다. 반면 고주파 파워(알파)는 및 베타)가 감소했습니다. 뇌졸중 후 델타 활동의 증가도 인지 기능과 음의 상관관계가 있었습니다. 회복 단계의 피질 활동은 뇌졸중 후 운동 회복 및 인지 기능을 나타낼 수 있습니다. 고주파 뇌파의 증가(즉, 베타 밴드)은 뇌졸중의 아급성 및 만성 단계에서 운동 회복을 향상시키는 것과 관련이 있습니다. 또한 알파 밴드의 증가와 델타 밴드의 감소는 뇌졸중 생존자의 인지 기능 향상과 상관관계가 있었습니다.

뇌졸중 후 운동 회복은 처음 3개월(급성에서 초기 아급성기) 이내에 급격히 증가하고 이후 아급성기 후기(3~6개월)에는 덜 유의미한 회복을 보인 후, 만성기에서는 자연 회복이 한계점에서 안정됩니다. >6개월), 재활을 받은 후 뇌졸중 후 최대 2년까지 회복 기간이 연장될 수 있습니다. 따라서 재활은 아급성 및 만성 단계의 자연 회복을 넘어 뇌졸중 회복을 향상시킬 수 있습니다. 뇌졸중 회복에 영향을 미치는 2가지 요인이 있습니다. 1) 연령, 성별, 뇌졸중 발병, 뇌졸중 유형, 중증도, 동반질환, 사회경제적 상태 및 유전적 프로필 등 내인성 요인, 2) 간병인 지원, 약리학 및 재활과 같은 외인성 요인 상향식 접근법과 하향식 접근법으로 구성된 프로그램입니다. 회복을 촉진하고 장기적인 장애를 줄이기 위해 뇌졸중 후 재활이 권장됩니다. 미국뇌졸중협회(ASA)의 가이드라인에서는 뇌졸중 환자에게 최소 주 3회, 세션당 20~60분의 치료 중재가 필요하다고 권장하고 있습니다.

비침습적 뇌 자극(NIBS), 즉 경두개 전기 자극(tES)은 뇌졸중 후 재활에 추가 개입으로 사용하도록 권장되는 하향식 접근 방식입니다. 연구에 사용되는 가장 일반적인 tES 기술은 1) 경두개 직류 자극(tDCS) 및 2) 경두개 교류 자극(tACS)입니다. 이 두 가지 tES 기술의 차이점은 현재 도출되는 형태입니다.

1. tDCS는 극성별 효과로 대뇌 피질의 흥분성을 조절하기 위해 약한 직류를 전달합니다. 제한된 용량 내에서 양극 tDCS는 대뇌 피질의 흥분성을 향상시키는 반면 음극 tDCS는 이를 감소시킵니다. tDCS가 건강한 피험자와 신경 장애가 있는 사람의 신체적, 인지적 성능에 미치는 영향을 보고한 여러 연구가 있습니다. IHI의 재균형을 촉진하기 위해 tDCS는 동측 반구 위에 양극 전극을 적용하고 반대측 반구 위에 음극 전극을 동시에 적용하는 방식으로 사용됩니다(이중 또는 양측 tDCS라고 함). 많은 메타 분석 및 개인 연구에서는 일차 운동 피질(M1)에 대한 양측-tDCS가 다른 몽타주에 비해 상지 및 하지 운동 성능을 향상시키는 데 더 효율적이라는 것을 입증했습니다. 이전 연구의 대부분은 20분 동안 자극 지속 시간에 2mA의 다양한 강도를 사용했습니다. 그러나 최근 메타 분석에서는 자극 지속 시간을 늘리기 위한 20분 이상의 자극 지속 시간과 15~20회 세션 동안의 자극 세션 횟수가 운동 기능에 대한 tDCS의 효과를 향상시키는 데 효과적이라고 제안했습니다. 인지 기능의 경우 최근 메타 분석에서는 뇌졸중 인구의 가짜와 비교하여 인지 기능 회복에 대한 등외측 전두엽 피질(DLPFC)에 적용된 tDCS의 긍정적인 효과를 보고했습니다. 이전 연구에서는 운동 훈련과 결합된 M1을 표적으로 하는 tDCS가 운동 및 인지 성능을 향상시킬 수 있다고 보고했지만 그 효과는 DLPFC를 표적으로 삼는 것에 비해 낮을 수 있습니다.
2. tACS는 교류 전류를 전달하여 주파수별로 피질 흥분성과 내인성 뇌 진동을 조절합니다. 알파(8~12Hz) 및 베타(13~30Hz) 주파수의 활동은 휴식 상태 동안 인간의 감각운동 피질에서 두드러집니다. 메타 분석에 따르면 베타 주파수 범위에서 전달된 tACS는 일차 운동 피질의 피질 흥분성을 증가시킬 수 있습니다. 이 효과는 자극 강도가 1mA를 초과할 때 특히 두드러집니다. 건강한 집단의 경우 일부 연구에 따르면 M1 위에 beta-tACS를 적용하면 운동 학습이 향상될 수 있으며 alpha-tACS와 비교할 때 더 큰 효과가 발견되었습니다. 뇌졸중 인구에서도 동일한 관찰이 보고되었으며, 1mA에서 베타-tACS(20Hz)는 운동 관련 영역에서 알파-tACS(1mA에서 10Hz)에 비해 더 큰 변조 효과를 유도했습니다. 보행 훈련을 통해 영향을 받은 반구의 M1에 대해 2mA에서 tACS를 10회 세션하면 만성 뇌졸중 환자의 보행 성능이 향상될 수 있습니다. tACS는 다른 NIBS와 마찬가지로 뇌졸중 후 운동 회복 가능성이 있는 것으로 보이지만 뇌졸중 인구에 대한 관련 무작위 대조 시험(RCT) 수는 tDCS에 비해 매우 제한적입니다. tDCS와 tACS는 모두 휴대 가능하고 작동이 쉽고 경미한 부작용만 유발합니다. 현재까지 tDCS와 tACS의 효과를 비교하는 연구는 거의 없습니다. 유사한 자극 패턴(1.0mA 및 10분)을 사용하여 대뇌 피질 흥분성 변경의 효능 측면에서 tACS는 건강한 피험자의 가짜에 비해 대뇌 피질 흥분성을 크게 증가시켰지만 tDCS는 가짜보다 크지 않았습니다. 운동 성능 측면에서 M1에 대한 beta-tACS(20Hz)와 anodal-tDCS는 모두 건강한 피험자의 반응 시간을 증가시킬 수 있으며 검색에는 큰 차이가 없습니다. 그러나 경도 인지 장애가 있는 사람의 경우 2mA에서 DLPFC에 적용된 tACS(40Hz)가 2mA-tDCS 및 가짜와 비교하여 베타 활동과 인지 기능을 증가시키는 것으로 나타났습니다. tACS는 인지 결과 개선에 있어 tDCS보다 우수한 것으로 나타났습니다.

지금까지 뇌졸중 인구, 특히 운동 성능에 대한 tDCS와 tACS의 효과를 비교한 연구는 없습니다. 모터 성능을 향상시키기 위해 M1은 전기 자극의 가장 일반적인 목표입니다. 또한 운동 훈련과 함께 M1 자극은 운동 및 인지 성능을 향상시키는 것으로 보고되었습니다. 본 연구에서는 뇌졸중 환자의 피질 활동, 운동 및 인지 결과에 대한 물리 치료와 결합된 M1에 적용된 tDCS 및 tACS의 효과를 조사할 것입니다. 뇌졸중 후 2년 이내의 아급성 및 만성 단계. 두 가지 tES 기술 모두 15 세션(주 3일, 5주) 동안 기존 물리 치료와 결합된 후 ASA에서 권장하는 운동 훈련을 받게 됩니다. 피질 활동은 EEG로 평가되며 주요 결과로 사용됩니다. 각 주파수 대역(알파, 베타, 델타, 세타)의 절대 스펙트럼 파워를 분석합니다. 또한, 뇌 활동 분석은 병변 반대편 반구와 병변 반구 사이의 균형을 나타내는 뇌 대칭 지수(BSI)에 중점을 둘 것입니다. 상지 성능 평가는 FMA-UE(Fugl-Meyer) 상지 평가와 WMFT(Wolf Motor Function Test)로 구성되므로 임상 결과는 2차 결과로 제공됩니다. 하지 성능에 대해서는 FMA-LE(Fugl-Meyer) 평가와 TUG(Timed Up and Go 테스트)가 수행됩니다. Zebris Force Distribution Measurement-T 소프트웨어 및 플랫폼(FDM)을 사용하여 Five Time Sit to Stand(FTST), 보행 분석 및 균형을 유지합니다. 인지 기능은 태국어 버전의 MoCA(몬트리올 인지 평가)에 의해 검사됩니다. 모든 결과는 개입 전, 개입 후, 1개월 및 3개월 후속 조치를 통해 평가됩니다.