뇌영상 연구 (Neuroimaging)
뇌영상(Neuroimaging, Brain imaging)이란 다양한 기법을 통해 직접 또는 간접적으로
뇌의 구조, 기능, 약리학 구조를 영상화 하는 모든 것을 포함합니다.
자폐스펙트럼장애 (Autism Spectrum Disorder; 이하 ASD)의 신경생물학적 원인론을 규명하기 위하여
유전학적 연구 및 구조적 또는 기능적 뇌 영상 연구들이 많이 행해져 왔고,
지금까지 이러한 노력들을 통해 뇌 발달의 육안적(macroscopic)이고 현미경적(microscopic) 이상소견들이 서서히 밝혀지고 있습니다.
현재까지 다양한 뇌영상 기법들이 사용되고 있는데요, 그 중 대표적인 것들을 몇 가지 소개하면 아래와 같습니다.
1. 자기공명영상법 (MRI, Magnetic Resonance Imaging)
자기장을 발생하는 자기공명 촬영 장치에 인체를 넣고 고주파를 발생시키면 신체의 수소 원자핵이 공명하게 됩니다.
이 때 나오는 신호의 차이를 측정하고 컴퓨터를 통해 재구성 하면 3차원의 영상을 만들어 낼 수 있습니다.
이와 같은 MIR 기법을 통해 우리는 뇌의 세부적인 해부학적 구조를 살펴볼 수 있습니다.
2. 양전자 방출 단층촬영술 (PET, Positron Emission Tomography)
MRI가 뇌의 해부학적 구조에 대한 정보를 제공해 준다면, PET은 기능적인 정보를 제공하는 방법이라 할 수 있습니다.
양전자를 방출하는 방사성 동위원소가 결합된 의약품을 체내에 주입한 후 양전자 방출 단층 촬영기를 이용하여
이를 추적하면 방사성 의약품의 체내 분포를 확인 할 수 있습니다. 가장 흔하게 사용하는 방사성 의약품인
F-18-불화디옥시포도당(F-18-FDG)은 포도당 유사물질로서, 이를 주사하면 몸 안에서 포도당 대사가 증가된 부위를 확인할 수 있습니다.
활동 중인 신경세포는 산소와 포도당 소모가 증가하게 되는데요, 포도당의 대사가 증가된 부분을 통해 활성화 된 뇌의 영역을 확인할 수 있습니다.
3. 기능적 자기공명영상법 (fMRI, functional MRI)
MRI와 같은 원리지만 MRI와 달리 산소원자의 자기변화 측정을 통해 뇌의 정보를 알 수 있는 방법으로,
기본적으로 구조의 파악이 가능하면서 뇌혈류의 흐름에서 일어나는 산소의 증감을 알 수 있기 때문에
해부학적인 정보와 함께 기능적인 정보를 제공할 수 있습니다.
본 연구팀이 최근 진행한 연구에 따르면, 고기능자폐 아동들의 뇌에서
사회적 보상 학습과 관련된 뇌 영역의 활성이 정상발달군의 아동들과 차이가 있음이 밝혀졌습니다(Uk-Su Choi et al., 2015).
이와 같이 사회적 보상 과제(social reward task)에서 ASD 그룹의 아동들은 TDC 그룹의 아동들과는
조금 다른 뇌 영역의 활성을 보여주고 있었고, 이러한 결과는 아이들의 행동의 차이를 설명하는 하나의 이유가 될 수 있습니다.
4. 확산텐서영상 (DTI, Diffusion Tensor Imaging)
MRI의 기법 중 하나로 대뇌 백질을 이루고 있는 신경 섬유 다발의 방향 및 연결성을 시각적으로 재구성하는 방법입니다.
이 방법은 우리 몸의 70%를 구성하고 있는 물 분자의 자유확산운동을 이용한 것인데요,
물 분자의 확산이 신경섬유 다발 등에 의해 특정 방향으로 더 많이 확산되려는 성질을 이용한 것입니다.
이과 같은 방법을 통해 이제는 뇌의 특정 영역 내에서의 변화 뿐 만 아니라 이웃하는 영역과의 연결관계에 대한 정보들을 얻을 수 있습니다.
한 예로, 본 연구팀은 고기능 자폐아동들의 뇌에서 thalamo-frontal connection에 문제가 있음을 확인하였습니다(Keun-Ah Cheon et al., 2011).
이과 같은 결과를 통해 ASD 아동들의 뇌에서 인체의 주요한 감각정보를 받아들이는 시상으로부터
대뇌 피질로 신호를 전달하는 연결망이 정상 아동들과 차이가 있음을 알 수 있습니다.
연세 자폐증 연구소는 이러한 다양한 뇌영상 기법들을 통해 ASD의 발병기전을 이해하고,
이러한 이해를 바탕으로 자폐인과 가족분들께 조금이나마 도움이 되고자 노력하고 있습니다.
왼쪽 그림에서 표시된 영역들은 모두 기존의 연구들을 통해 사회성과 밀접하게 관련이 있다고 보고된 영역들입니다.
A. 상단의 그림에서는 ASD 그룹에서 TDC에 비해 활성이
증가된 영역을 표시하고 있습니다.
B. 하단의 그림에서 보여지는 영역은 ASD 그룹에서
TDC 그룹에 비해 감소된 영역을 보여주고 있습니다.
ATR(anterior thalamic radiation)은 시상하부(hypothalamus)와 변연계(limbic system)에서
전두피질(frontal cortex) 사이의 정보를 연결하는
연결망을 의미합니다.
왼쪽 그림은 정상군과 비교하였을 때 ASD 군에서 FA(fractional anisotropy)값이 감소된 부분을 붉은색으로 표시하였고, 오른쪽 그림은 정상군과 비교하였을 때 ASD 군에서 MD(mean diffusivity)이 증가된 부분을 파란색으로 표시하였습니다.
약어 설명
ASD(Autism Spectrum Disorder): 고기능 자폐아동군
TDC(Typically developing control): 정상발달군
PG(parahippocampal gyrus),
STG(superior temporal gyrus),
DLPFC(dorsolateral prefrontal cortex),
OFC(orbitofrontal cortex)