fMRI로 인간 두뇌에 대한 모니터링 한의원 효과

안녕하세요, 매사추세츠 종합병원 및 하버드 의과대학 방사선학과 마테오 센터의 Kathleen Hay입니다. 오늘은 침 자극 중 기능적 자기공명영상(fMRI) 촬영 절차를 보여드리겠습니다. 저희가 뇌에 미치는 침의 효과를 영상화하기 위해 fMRI를 처음 적용했을 때만 해도, 데이터가 어떤 모습일지 전혀 알지 못했습니다.

수년간 저희는 건강한 상태와 질환이 있는 상태의 피험자 약 200명을 대상으로 주요 acupuncture point 여러 곳에 대해 FMRI 모니터링을 실시한 database를 구축하여 향후 연구를 위한 강력한 토대를 마련하였습니다. Martin Center의 MRI 물리학자인 Kenneth Qua 박사가 FMRI 영상 촬영을 감독하였습니다. 본 연구들에서 그는 주로 acupuncture 임상가이자 연구자로서 맺음말을 전할 예정입니다.

센터의 침구사가 침술 시술을 수행할 것입니다. 센터의 침술 fMRI 전문가인 Vitali Napal 박사가 생체 신호 모니터링을 동반한 데이터 수집 과정을 시연하겠습니다. 그럼 시작하겠습니다.

스캐닝 세션 동안, 피험자로부터 심전도(ECG), 피부 전도도 반응(SCR) 및 호흡과 같은 생리학적 파라미터가 기록됩니다. 신호는 80 instruments의 차트 소프트웨어가 설치된 컴퓨터에 연결된 power lab으로 기록되며, 이 장치는 피험자로부터 오는 신호를 증폭하고 디지털화하여 기록합니다. 호흡 기록에 사용되는 호흡 벨트 시스템을 설정하려면, 스캐너 제어실의 전원 콘센트에 트랜스듀서를 연결하고 벨트를 입구로 통해 스캐너 룸 내부로 넣으십시오.

생리학적 데이터를 fMRI 데이터와 동기화하려면, fMRI 스캐너 트리거 박스에서 제어실의 PowerLab으로 BNC 케이블을 연결하십시오. 그러면 차트 소프트웨어를 설정하여 스캐너로부터 신호를 받았을 때 기록을 시작하도록 할 수 있습니다. 이제 ECG 모니터링 장치를 준비하십시오. 피부 전도도를 측정하기 위해 MRI 호환 이동식 카트에 연결된 4개의 ECG 전극과 ECG 케이블이 필요하며, 스캔실 내의 브레이크아웃 박스에 두 개의 SER 커넥터를 연결하고 피부 전도도 젤을 준비하십시오.

이제 스캔을 위한 피험자 준비를 시작하겠습니다. 시작하기 전에, 피험자가 불안해하거나 피로하지 않은 상태인지 확인하고, 스캔 전에 가벼운 식사를 했는지 확인하십시오. 이러한 요인들이 침 자극에 대한 뇌 반응에 영향을 줄 수 있으므로, 피험자를 스캐너실로 안내하고 스캐너 소음으로부터 귀를 보호하기 위해 귀마개를 착용하게 하십시오.

이제 피험자를 스캐너 베드 위에 눕히고 쿠션 지지대를 사용하여 머리를 고정합니다. 침술 스캔은 신호 대 잡음비가 낮기 때문에 머리 움직임으로 인한 아티팩트에 특히 취약합니다. 신체 움직임을 줄이기 위해 피험자의 무릎 아래에 지지대를 놓아 뒤꿈치가 스트레처 표면에 닿지 않게 하고, 헤드 코일을 고정한 뒤 지지 쿠션을 최종 조정하여 피험자가 편안한 상태가 되도록 합니다.

평균 세션 시간이 2시간 정도 소요되므로, 중단 없는 스캔을 위해서는 편안함이 매우 중요합니다. MRI 호환 가능합니다. 필요한 경우 스캔 중에 생체 신호 모니터링을 수행할 수 있습니다.

기록 전 ECG 신호 품질을 검증해야 합니다. 본 시연에서는 표준 사각 헤드 코일이 장착된 에코 플래너 이미징(echo planar imaging)용 1.5 Tesla Siemens Avanto MRI 시스템을 사용합니다. 침 자극 연구의 경우, 더 얇은 뇌 슬라이스를 획득해야 합니다.

감수성 아티팩트를 줄이기 위해, 뇌줄기와 소뇌를 포함한 뇌 전체를 커버하도록 시상면 또는 축상면 방향으로 0.6 mm 또는 0.75 mm 간격의 3 mm 두께 슬라이스를 사용하십시오. 반복 시간(TR) 4초, 에코 시간(TE) 30 ms, 시야(FOV) 200 mm, 매트릭스 64 x 64 및 플립 각도 90도의 T2 가중 경사 에코 시퀀스로 기능적 스캔을 획득하십시오. 짧은 TE는 감수성 아티팩트를 줄이는 데 도움이 되며, 상대적으로 긴 TR은 높은 공간 해상도로 뇌 전체를 커버할 수 있게 합니다.

뇌 기저부에 위치한 편도체, 해마, 복내측 전전두엽 피질 및 하슬구 영역은 신호 손실에 특히 취약합니다. 에코 플래너 영상을 확인하여 이 영역들이 충분히 포함되었는지 확인하십시오. 특수 연구의 경우, 데이터 수집 시 고자장 자석 대신 1.5 Tesla를 사용하면 이러한 아티팩트를 최소화하는 데 도움이 됩니다.

fMRI 신호의 평형화를 위해 최소 4회의 더미 스캔(dummy scan)을 거친 후 영상 수집을 진행하십시오. 이제 fMRI 실험 중 침술을 수행하는 방법을 살펴보겠습니다. 먼저 피험자에게 긴장을 풀고 눈을 감은 채 스캔 중에 움직이지 않도록 안내하십시오. 유해한 자극이 있을 경우 손가락 하나를 들어 올려 알리도록 피험자에게 지시하십시오.

침 자극의 느낌이 통증 척도 10점 중 8점에 가까워지거나, 스캔 시작 전 어느 정도의 날카로운 통증이 느껴질 경우 손가락 두 개를 들어 올리도록 합니다. 멸균된 일회용 고품질 전은(all silver) 침을 혈위에 수직으로 삽입합니다. 침은 부드럽게 회전시키거나 들어 올리고 밀어 넣는 수법을 통해 조작할 수 있습니다.

회전 기법이 더 자주 사용됩니다. 과도한 불편함이나 유해한 통증을 유발하지 않으면서 자극을 끌어내는 데 필요한 삽입 깊이와 조작 강도를 추정하기 위해, 바늘 조작에 대한 피험자의 민감도를 테스트하십시오. 10분간의 스캔 동안, 바늘을 제자리에 둔 채 휴식 시간을 갖는 두 개의 2분 블록으로 나누어 한 곳에서 바늘을 회전시키십시오.

자극 기간 직전이나 직후에 피험자에게 다가가거나 떠나지 않도록 주의하십시오. 이러한 움직임이 결과에 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 다른 혈자리에 대해서도 동일한 절차를 반복하십시오. 감각 대조군 또는 가짜 침 치료의 경우, 5.88 von frame 단섬유(monofilament)와 동일한 패러다임을 사용하여 해당 혈자리에 표면 촉각 자극을 전달합니다.

이는 혈위에 실제 침 자극을 주기 전에 수행합니다. 필라멘트를 자유롭게 탭핑하거나, 침용 가이드 튜브를 통해 필라멘트를 삽입하여 수행할 수 있습니다. 침 자극이 완료되면, 바늘이 조작에 저항하는 힘을 기록하십시오.

각 스캔이 끝날 때마다 침술사가 아닌 다른 조사자가 피험자에게 경험한 감각을 0에서 10까지의 척도로 등급을 매기도록 요청하십시오. 침술 감각 목록은 문헌에 나오는 일반적인 통증 설문지가 아니라 침술 학계의 기준에 따라 도출되었습니다.

그 후 fMRI 데이터는 기(chi), 기와 날카로운 통증이 혼합된 느낌, 침 자극 없음, 그리고 날카로운 통증만 느껴지는 경우 등 심리적 반응에 따라 분류됩니다. 날카로운 통증만 느껴지는 경우는 매우 드뭅니다. 여기 AFNI로 처리한 몇 가지 대표적인 fMRI 데이터를 살펴보겠습니다.

FS LO free surfer와 같은 다른 소프트웨어를 사용할 수도 있습니다. 기능적 스캔 영상이 코호트의 고해상도 해부학적 지도 위에 겹쳐져 있습니다. 여기에 표시된 모든 그룹 지도는 보정되지 않은 P < 0.0001 수준에서 임계값을 설정하였습니다.

먼저, 침 치료의 디시(deci)가 촉각 자극과 어떻게 다른지 살펴보겠습니다. 이는 침 치료를 받은 37명의 피험자 그룹에서 얻은 데이터입니다. 양쪽 반구의 내측 전전두엽 피질, 내측 두정엽 피질 및 내측 측두엽에서 비활성화된 구조의 디시 클러스터가 나타났습니다.

이러한 변화는 촉각 자극에서는 드물게 나타났습니다. 우측 외측 측두엽 또한 침 치료 중에 더 뚜렷한 비활성화를 보였습니다. 비활성화와 대조적으로, 촉각 자극은 감각 운동 영역 BA 43 및 연합 피질 BA 22의 더 많은 활성화를 나타냈습니다.

우측 전방 섬엽은 촉각 자극 시에는 그렇지 않았으나 침술 자극 시에는 역설적으로 활성화되었습니다. 여기에서 정신물리학적 반응과 혈역학적 반응 사이의 상관관계를 볼 수 있습니다. 이 그래프는 DEI와 날카로운 통증의 조합 대비 침술 deci를 나타냅니다.

통증이 없는 상태에서 나타났던 내측 전전두엽 피질, 내측 두정엽 피질 및 내측 측두엽의 뚜렷한 비활성화는 통증이 존재하는 상태에서는 완화되었습니다. 감각 운동 및 연합 피질의 활성화가 더 두드러졌으며, 중대상회, 보조 운동 영역, 후대상회, BA 23, 편도체 및 소뇌 충부와 같은 일부 변연계 영역이 활성화되었습니다.

결정 과정 중 섬엽(insula)의 활성화는 우측 전방 구역으로 국한되었으나, 통증 시의 활성화는 특정 국소 부위를 나타내지 않았습니다. 여기서는 48명의 피험자를 대상으로 침 자극 시 변연계-부전두엽 신피질 네트워크(limbic paralymbic neocortical networks, LP NN)와 디폴트 모드 네트워크(default mode network, DMN)의 중첩을 확인할 수 있습니다. 일반 선형 모델 분석 및 모델 프리 퍼지 클러스터 분석(model free fuzzy cluster analysis)을 통해 내측 전전두엽 피질, 내측 두정엽 피질 및 측두엽의 LP NN에서 침 자극 동안 비활성화된 영역의 클러스터들이 DMN의 핵심 영역과 뚜렷한 유사성을 보임을 나타냈습니다. 지금까지 침 치료가 인간의 뇌에 미치는 역동적인 효과를 모니터링하는 방법을 살펴보았습니다.

이 절차를 수행할 때 fMRI를 사용하는 경우, 피험자의 편안함과 심리 물리적 반응에 주의를 기울여 CHI를 생성하고 유해한 자극을 피하는 것이 중요하다는 점을 기억하십시오. 이상입니다. 시청해 주셔서 감사하며, 실험에 좋은 결과가 있기를 바랍니다.