연구책임자: 김 연 희 포천중문의대 재활의학과 부교수 뇌신경망 가소성 및 재조직 기능 연구 연구책임자: 김 연 희 포천중문의대 재활의학과 부교수

2차년도의 연구목표 및 내용 뇌 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명 DB 관리 S/W의 보완과 표준뇌 완성을 위한 DB 구축 운동 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명 대뇌피질, 피질하부 및 뇌기저핵 등 운동신경망의 손상부위에 따른 신경망 재조직 양상 규명 뇌손상 후 시간에 따라 신경망재조직의 양상변화와 운동기능과의 연관성 규명 주의력 장애와 관련된 뇌 신경망 변화 및 가소성과 재조직 규명 인지재활훈련에 따른 변화 약물 처치에 따른 변화 DB 관리 S/W의 보완과 표준뇌 완성을 위한 DB 구축 DB 관리 S/W의 보완 검색 조건의 추가, 영상 출력의 다양화, GUI 환경 개선 등의 S/W 수정 및 보완 성별에 따른 DB 구축 성별에 따라서 100 case 이상의 데이터 획득

연구 내용 운동 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명 주의력 장애와 관련된 뇌 신경망 변화 및 가소성과 재조직 규명 훈련에 의한 운동피질의 재조직 양상 규명 손상부위에 따른 운동신경망의 회복기전 주의력 장애와 관련된 뇌 신경망 변화 및 가소성과 재조직 규명 뇌손상 환자에서 인재재활 훈련 후 신경망의 변화 양상 규명 뇌손상 환자에서 약물처치 후 신경망의 변화 양상 규명 DB 관리 S/W의 보완과 표준뇌 완성을 위한 DB 구축 DB 관리 SW의 수정 및 보완 성별에 따른 DB 구축

연구 결과 1. 운동 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명 연구 결과 1. 운동 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명

뇌졸중 후 단기간의 집중 훈련 후 운동신경망의 재조직 양상 규명 (n=8) Clinical Test & fMRI Gross Motor Activities Fine Motor Activities Occupational Therapy Intensive Training Clinical Test & fMRI 5~6 hours with constraint or without constraint

Good Function & Plasticity Pre-Training Post-Training Patient 1 Patient 2

Moderate Function & Plasticity Pre-Training Post-Training Patient 3 Patient 4

Moderate Function & Plasticity Pre-Training Post-Training Patient 5 Patient 6

Poor Function & Plasticity Pre-Training Post-Training Patient 7 Patient 8

만성 뇌졸중 환자에서 과제지향적 치료에 의한 대뇌피질 활성화 양상의 변화(1.5T fMRI) fMRI images before (A), and after (B), task-oriented training for 4 weeks. The contralateral SMC was newly activated in 2 patients (patients 1, and 2; single arrow). Ipsilateral SMC activity disappeared in 2 patients (patients 3, and 4; double arrow). The ipsilateral PMC (patient 1) and SMA (patient 3) disappeared and the contralateral PMC was newly activated in patient 2. Pre-TT; Pre-Task-oriented Training Program, Post-TT; Post-Task-oriented Training Program.

미만성 축색 손상환자의 운동신경기능 회복 기전 (fMRI & TMS) (n=8) The contralateral primary sensori-motor cortex centered on the precentral knob was activated by the hand movements in a control subject (A) and in a patient (arrow) (C). The motor evoked potential (MEP) recorded from an abductor pollicis brevis muscle on stimulating the contralateral hemisphere in the same control subject (B) and in the same patient (D). The MEP of the patient was dispersed compared with that of the control subject. 

뇌손상으로 인한 편마비환자에서 보상운동패턴이 있는 환자의 대뇌피질 활성화 양상 (n=12)

Compensatory Movement Pattern Non-Compensatory Movement Pattern Average No.of activated voxels of contra. SM1 Percent of patients showing ipsilateral SM1 Unaffected Affected Compensatory group 62 135 83% Non-compensatory group 76 7

2. 주의력 장애와 관련된 뇌 신경망 변화 및 가소성과 재조직 규명

뇌손상 환자에서 인재재활 훈련 후 정확도 및 반응시간의 변화 (n=4) Accuracy Data (%) Reaction Time (msec.)

뇌손상 환자에서 인재재활 훈련 후 신경망의 변화 양상 (n=4) Visuospatial Attention Task Pre-Training Post-Training

Cingulate Activity pre- and post- CogRehab Training Visuospatial Attention Task Pre-Training Post-Training

뇌손상 환자에서 인재재활 훈련 후 신경망의 변화 양상 (n=4) Verbal Working Memory Task Pre-Training Post-Training

뇌손상 환자에서 콜린성 약물 처치 후 정확도 및 반응시간의 변화 (n=4) Accuracy Data (%) Reaction Time (msec.)

뇌손상 환자에서 콜린성 약물처치 후 신경망의 변화 양상 (n=4) Visuospatial Attention Task Pre-Training Post-Training

(Post minus Pre Medication) Subtraction Map (Post minus Pre Medication) Pre-Medication Post-Medication

뇌손상 환자에서 콜린성 약물처치 후 신경망의 변화 양상 (n=4) Verbal Working Memory Task Pre-Training Post-Training

3. DB관리 S/W의 보완과 표준뇌 완성을 위한 DB 구축

연구 목표, 필요성, 범위 연구 목표 연구의 필요성 연구의 범위 DB 관리 S/W를 보완하고 표준뇌 완성을 위한 DB를 구축하여 한국인이나 동양인에 맞는 표준뇌를 개발한다. 연구의 필요성 현재 대부분의 뇌기능 영상 분석 S/W는 서양인의 표준 뇌를 Template로 사용 (ex. SPM 99 – Talairach system) 한국인 뇌는 서양인의 뇌와 형태학적, 해부학적 차이가 있음 한국인의 기능적 뇌 지도의 정확도를 높이기 위해서는 한국인의 해부학적 표준뇌가 필요 연구의 범위 검색조건의 추가, 영상 출력의 다양화, GUI 환경 개선 등의 DB 관리 S/W 수정 및 보완 성별에 따라서 100 case 이상의 데이터 획득

연구 내용 DB 관리 S/W 보완 DB Table 수정 질문지와 검사지를 바탕으로 데이타를 효율적으로 관리할 수 있도록 피검자 정보들을 일관성있게 분류하여 새로이 설계 S/W 수정 새로운 DB Table과 연계되도록 GUI 개선 모든 객관적 데이터 검색기능 추가 피검자 정보 및 질문지 내용 피검자 기본정보, 현재병력, 과거병력, 행동과 생활습관, 능력과 취미, 현재건강과 신체상태, 영상정보 등을 포함 Edinburgh Handedness Inventory, State-Trait Anxiety Inventory, Type A Behavior, Self-Rating Depression Scale, 사상체질 검사, Symptom Checklist, 지능진단 검사, 성격요인 검사 등을 포함

Graphic User Interface 사용자 인증 ODBC설정, 데이타삽입, 데이타삭제, 검색 피검자 정보 피검자 영상

Graphic User Interface Data Input 피검자자기본정보 현재 병력 사항 과거 병력 사항 행동 & 생활습관 영상 정보 능력 & 취미 현재건강과 신체상태 질문지 검사 기록

연구 내용 성별에 따른 DB 구축 Pulse sequence 3D MP_RAGE (Inversion Recovery Gradient Echo Type) Parameters TR = 10 ms, TE = 4 ms, TI = 100 ms, FOV = 220192192 mm, # of Slices = 128 Slice Gap = 0, Slice Thickness = 1.5mm Matrix Size = 256224128 획득된 피검자 수 및 연령정보

향후 계획 과제목표 향후계획 운동 신경망의 가소성 및 재조직 기전 규명 뇌손상 후 시간에 따라 신경망재조직의 양상변화와 운동기능과의 연관성 규명 주의력 장애와 관련된 뇌 신경망 변화 및 가소성과 재조직 규명 인지 훈련과 약물처치의 대상수 추가 인지 훈련과 약물처치 후 connectivity의 변화 양상 규명 DB관리 S/W의 보완과 표준뇌 완성을 위한 DB 구축 GM, WM, CSF 등의 segmentation 및 volumetry 20대와 40대의 성별 표준뇌 완성 및 비교분석