뇌자극치료 소개

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뇌자극치료는 정신과적 질환을 치료하기 위해 전기로 직접 뇌를 활성화하거나 억제하는 것입니다. 전기 자극은 뇌에 이식된 전극에 의해 직접적으로 혹은 두피에 배치된 전극을 통해 비침습적으로 주어질 수 있으며, 머리에 자기장을 형성하여 전기 자극을 유도할 수도 있습니다. 뇌자극치료는 약물치료 및 정신치료만큼 많이 사용되지는 않지만 이러한 치료에 반응하지 않는 난치성 정신과적 질환을 치료하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

전기경련치료(Electroconvulsive Therapy, ECT)는 오랜 역사와 함께 관련 연구가 가장 많이 이루어진 뇌자극치료입니다. 상대적으로 최근에 개발된 뇌자극치료로서는 미주신경자극치료(Vagus Nerve Stimulation, 미주신경자극치료), 반복경두개자기자극치료(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation, rTMS), 자기경련치료(Magnetic Seizure Therapy, MST), 뇌심부자극치료(Deep Brain Stimulation, DBS), 경두개직류자극치료(ranscranial direct current stimulation, tDCS)가 있습니다.

정신과적 치료 계획에는 뇌자극치료와 함께 약물치료와 정신치료가 포함될 수 있습니다. 치료 계획 수립은 반드시 개인의 필요와 의학적 상황에 따라 의사의 진료 하에 이루어져야 합니다.

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  • 반복경두개자기자극치료
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  • 뇌심부자극치료
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전기경련치료는 전류를 사용하여 중증 정신과적 질환을 치료하는 기법입니다.
일반적으로 약물치료나 정신치료 등 전통적인 치료를 시도한 후에도 환자의 질환이 개선되지 않는 경우
또는 자살 위험이나 긴장증과 같이 신속한 치료 반응이 필요한 경우에만 고려됩니다.

전기경련치료의 필요성
전기경련치료는 중증의 난치성 우울장애를 치료하기 위해 가장 흔히 사용되지만, 양극성장애 또는 조현병과 같은 다른 정신질환에도 처방될 수 있습니다. 또한 환자가 움직일 수 없거나 외부 세계에 반응할 수 없는 경우(예, 긴장증), 자살 위험성이 있는 경우 또는 심각한 우울장애의 결과로 영양실조 상태인 경우와 같이 생명을 위협하는 상황에서도 사용할 수 있습니다.
전기경련치료는 후속 치료 중 증상이 재발할 가능성을 줄이는 데에도 효과적입니다. 약물치료에 비해 전기경련치료의 두 가지 이점은 효과가 더 빠르게 나타난다는 점(적용 첫 주 안에 효과가 나타나기도 합니다.)과 약물 사용이 조심스러운 노인 환자들에게서 특히 빠르게 효과가 나타난다는 점입니다.
전기경련치료의 시행
전기경련치료를 시행하기 전 환자를 전신 마취로 진정시키고 시술 중 움직임을 방지하기 위해 근이완제를 투여합니다. 마취통증의학과 전문의, 정신건강의학과 전문의와 간호사가 포함된 훈련된 의료팀이 모든 시술 과정 중 호흡, 심박수 및 혈압을 모니터링합니다.
시술 절차는 다음과 같습니다. 첫째, 전극을 머리의 정확한 위치에 배치합니다. 둘째, 전극을 통해 전류가 뇌를 통과하여 일반적으로 1분 미만 동안 지속되는 발작을 일으킵니다. 환자는 마취상태에서 근이완제를 복용하였기 때문에 통증이 없고 전기자극을 느낄 수 없습니다. 셋째, 시술이 끝난 후 5-10분이 지나면 환자가 깨어납니다. 마취가 풀리면서 처음에는 기분이 나빠질 수 있습니다. 그러나 약 1시간 후에 환자는 보통 정신을 차리고 정상적인 활동을 재개할 수 있습니다.
전형적인 전기경련치료는 환자의 우울 증상이 호전될 때까지 일주일에 3회, 총 6-12회 정도 시행합니다. 증상이 재발할 가능성을 줄이기 위해 추가적 시술이 필요할 수도 있습니다. 전기경련치료의 유지치료는 환자에 따라 주 1회에서 월 1회까지 다양하게 할 수 있습니다. 전기경련치료를 받는 사람은 항우울제나 기분안정제를 흔히 함께 복용합니다.
전기경련치료의 부작용
전기경련치료와 관련된 가장 흔한 부작용으로는 두통, 복통, 근육통, 기억 손실이 있습니다. 일부 사람들에게서 특히 치료 시행 시점 근방의 기억 문제가 발생할 수 있습니다. 그러나 아무리 심각한 기억장애가 발생하더라도 전기경련치료 종료 수일 및 수주 후에는 대부분 회복됩니다. 연구에 따르면 기억 문제는 두피의 양쪽 모두에 전극을 부착하는 기존의 양측성 전기경련치료와 더 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 단측성 전기경련치료에서는 학습 및 기억과 관련된 뇌 영역의 반대쪽인 오른쪽 두피에 전극을 부착하므로 기억장애 부작용이 더 적은 것으로 밝혀지고 있어, 많은 의사, 환자 및 가족들이 보다 선호합니다.

미주신경자극치료는 피부 아래 이식된 전류발생장치를 이용하여 좌측 미주신경에 전기자극을 가하는 방법입니다.
좌측 미주신경은 뇌간에서부터 목을 통해 가슴 및 복부로 이어지는 신경으로 뇌에서 신체의 주요 기관(예, 심장, 폐 및 내장기관)과
기분, 수면 등을 통제하는 뇌 영역 사이의 연결통로 역할을 합니다.

미주신경자극치료의 필요성
미주신경자극치료는 본래 뇌전증을 치료하기 위해 고안되었습니다. 과학자들은 미주신경자극치료가 기분, 특히 우울 증상을 경감시키는 효과가 있음을 알아냈습니다. 과학자들은 뇌 스캔을 사용하여 이 장치가 기분 조절과 관련된 뇌 영역에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. 미주신경자극치료의 전기자극은 세로토닌, 노르에피네프린, 가바 및 글루타메이트 등과 같이 기분과 관련된 특정 신경전달물질(뇌화학물질)의 방출량과 농도를 변화시키는 것으로 나타났습니다.
2005년 미국 식품의약국(Food and Drug Administration, FDA)은 첫째, 환자가 18세 이상이고, 둘째, 질병이 2년 이상 지속되었으며, 셋째, 증상이 중증이거나 재발성이고, 넷째, 4가지 이상의 다른 치료방법에도 우울 증상의 반응이 없는 난치성 우울장애 치료에 미주신경자극치료를 사용하도록 승인하였습니다.
미국 식품의약국에 따르면, 중증 우울장애 환자일지라도 미주신경자극치료를 1차 치료로 사용해서는 안 됩니다. 미주신경자극치료의 주요우울장애에 대한 효과성을 검증하는 초기 연구에서 일관되지 않은 결과들이 보고되었기 때문에 미국 식품의약국의 사용승인에도 불구하고 그동안 널리 사용되지 못하였습니다. 그러나 통제된 임상시험의 결과를 종합한 새로운 연구에서는 우울장애 환자의 32%가 미주신경자극치료에 반응하였고 14%가 거의 2년 동안 치료를 받은 후 증상이 완전히 완화된 것으로 나타났습니다.
미주신경자극치료의 시행
파동 발생기(pulse generator)라고 하는 스톱워치 크기의 장치를 환자의 가슴 왼쪽 윗부분에 외과적으로 이식합니다. 파동 발생기와 연결되어 있는 전기 리드선은 왼쪽 미주신경으로 연결됩니다. 파동 발생기에서는 일반적으로 5분당 30초 가량의 전기적 파동이 미주신경으로 전달됩니다. 단 파동 발생기가 어떻게 프로그래밍되어 있느냐에 따라 파동의 지속 시간과 주파수는 달라질 수 있습니다. 파동을 받은 미주신경은 이를 뇌에 전달합니다. 파동 발생기는 지속적으로 작동하며 약 10년 동안 작동 가능한 배터리를 가지고 있습니다. 그 이후에는 파동 발생기는 반드시 교체되어야 합니다. 장치가 작동하는 동안 환자가 통증이나 어떤 다른 종류의 감각을 느끼게 되는 경우는 보통 없습니다.
가슴 위 발생기가 삽입된 곳에 자석을 올려 놓음으로써 일시적으로 발생기를 비활성화시킬 수 있습니다. 만약 부작용을 참을 수 없거나, 호흡을 방해하는 격렬한 활동이나 운동을 할 때는 이를 비활성화시킬 수 있습니다. 자석을 치우면 장치는 다시 활동을 재개합니다. 미주신경자극치료는 난치성 우울장애 치료에 대한 훈련을 받고 전문적 지식을 갖춘 의사들만 처방하거나 모니터링할 수 있습니다.
미주신경자극치료는 우울장애의 증상을 개선하기 위한 것입니다. 환자가 효과를 느끼려면 몇 개월이 소요될 수 있으며, 모든 환자가 미주신경자극치료에 반응하는 것도 아닙니다. 미주신경자극치료는 약물치료 등 다른 전통적인 치료법과 함께 시행되어야 하기 때문에 환자는 다른 치료를 중단할 수 있을 것이라 생각해서는 안 됩니다.
미주신경자극치료의 부작용
미주신경자극치료는 부작용으로부터 자유롭지 않습니다. 장치 삽입 수술로 인해 감염 등의 합병증이 생길 수 있고, 장치가 헐거워지거나 이리저리 움직이거나 오작동을 일으킬 수 있으며, 이를 교정하기 위해 추가 수술이 필요할 수 있습니다. 일부 환자들은 증상이 개선되지 않거나 심지어 더 악화되기도 합니다. 그 외에도 목소리의 변화 또는 쉰 목소리, 기침 또는 인후통, 목 통증, 장치가 이식된 부위의 불편함 또는 따끔거림, 호흡 문제(특히 운동 중), 연하장애(음식을 삼키기 힘듦)와 같은 부작용들이 있을 수 있습니다. 미주신경자극치료의 장기적인 부작용에 대해서는 아직 알려져 있지 않습니다.

반복경두개자기자극치료 자석으로 뇌를 활성화하는 기술입니다. 1985년에 처음 개발된 반복경두개자기자극치료는 우울장애, 정신병적 장애, 불안장애 및 기타 다양한 정신과적 질환들의 치료 방법으로 연구되어 왔습니다. 전기로 뇌 전반을 자극하는 전기경련치료와는 달리 반복경두개자기자극치료는 뇌의 특정 부위를 자극하는 것이 가능합니다. 과학자들은 뇌의 특정 부위만을 집중적으로 자극하는 것이 전기경련치료에서 나타나는 부작용을 줄일 수 있는 방법이라고 생각합니다. 그러나 그 부위가 어디인지에 대해서는 아직까지 의견이 분분합니다.

반복경두개자기자극치료의 필요성
2008년 반복경두개자기자극치료는 현재의 우울삽화에서 한 개 이상의 항우울제에 반응하지 않는 환자를 위한 주요우울장애 치료법으로 미국 식품의약국의 승인을 받았습니다. 다른 나라에서도 반복경두개자기자극치료는 약물에 반응하지 않는 우울장애 환자들에 대하여 전기경련치료를 대신할 치료 방법으로 사용되고 있습니다.
반복경두개자기자극치료의 우울장애 치료 효과에 대한 초기 연구들은 대개 일관적이지 않았지만, 2010년 미국 국립정신보건원(National Institute for Mental Health, NIMH)이 지원한 첫 대규모 임상 시험에서 그 효과가 입증되었습니다. 난치성 우울장애 환자 대상으로 1차 반복경두개자기자극치료를 실시한 결과 14%가 증상의 완화(remission)를 경험한 반면, 거짓 치료 (sham) 집단에서는 5%만이 증상이 완화되었습니다. 거짓 치료(sham)란 플라시보와 유사하지만 불활성된 약물과는 달리 실제 반복경두개자기자극치료를 모방한 비활성된 유사 치료를 말합니다. 2차 단계에서는 이전 단계에서 실제 반복경두개자기자극치료를 받은 집단과 거짓 치료를 받은 집단 모두에게 실제 반복경두개자기자극치료를 받게 하였는데 이 때에는 거의 30%의 환자들이 증상의 완화를 보였습니다.
반복경두개자기자극치료의 시행
일반적인 반복경두개자기자극치료 세션은 30-60분 동안 지속되며 마취가 필요하지 않습니다. 우선, 이마의 특정 부위, 즉 기분 조절에 관여할 것으로 여겨지는 뇌 부위 근처에 전자기 코일을 위치시킵니다. 다음 코일을 통해 짧은 전자기 파동을 가합니다. 자기 파동은 두개골을 쉽게 통과하고 목표가 되는 뇌 영역의 신경 세포를 자극하는 작은 전류를 발생시킵니다.
이러한 유형의 파동은 일반적으로 약 5 cm 이상 전달되지 않기 때문에 과학자들은 뇌의 어떤 부위에 영향을 미치며 어떤 부위에 영향을 미치지 않을 것인지를 선택할 수 있습니다. 자기장의 강도는 자기공명영상(Magnetic resonance imaging, MRI)과 비슷한 정도입니다. 일반적으로 환자들은 자기 파동이 가해질 때 머리를 살짝 두드리는 것 같은 느낌을 받습니다.
모든 과학자들이 환자의 머리에 자석을 위치시키거나 전자기 파동으로 자극하는 것이 가장 좋은 치료방법이라고 생각하는 것은 아닙니다. 반복경두개자기자극치료를 단독으로 시행하는 것이 좋은지 약물치료 또는 기타 정신치료와 함께 제공하는 것이 더 효과적인지 아직 알려지지 않았습니다. 반복경두개자기자극치료의 안전하고 효과적인 사용법을 알아내기 위해 더 많은 연구가 진행 중입니다.
미주신경자극치료의 부작용
환자들은 자석이 위치한 머리 부분에 불편감을 느낄 수 있습니다. 시술 중 두피, 턱 또는 얼굴 근육이 수축하거나 따끔거릴 수 있습니다. 가벼운 두통이나 일시적인 현기증이 나타나는 경우도 있습니다. 공식적으로 보고된 사례는 많지 않지만 시술 중 발작을 일으키는 경우도 있습니다. 반복경두개자기자극치료의 안전성에 대한 두 건의 대규모 연구에서는 대부분의 부작용이 경도나 중등도의 두통이나 두피 불편감 등이며 발작은 발생하지 않은 것으로 나타났습니다. 그러나 이 치료법은 등장한 지가 얼마 되지 않았기 때문에 장기적인 부작용에 대해서는 아직 알려진 바가 없습니다.

자기경련치료는 기분장애 치료법으로서 아직 초기 단계이지만, 초기 연구 결과는 긍정적입니다. 최근 8건의 임상 연구를 종합한 리뷰 논문에서 주요우울장애 또는 양극성장애 환자들 중 30-40% 정도가 자기경련치료 후 증상 완화를 보였습니다.

자기경련치료의 시행
2자기경련치료는 전기경련치료와 반복경두개자기자극치료의 측면을 모두 가지고 있습니다. 반복경두개자기자극치료와 마찬가지로 자기경련치료는 전기 대신 자기 파동을 사용하여 뇌의 특정한 부위를 집중하여 자극할 수 있습니다. 그러나 반복경두개자기자극치료와는 달리 자기경련치료는 전기경련치료처럼 환자에게 발작을 유도하는 것을 목표로 합니다. 따라서 파동 주파수는 반복경두개자기자극치료보다 더 높게 설정되며 전기경련치료와 같이 환자를 마취시키고 발작 중 움직임을 방지하기 위해 근육 이완제를 투여하게 됩니다. 자기경련치료의 목적은 전기경련치료의 효과를 유지하면서도 인지적 부작용을 줄이는 것입니다.
자기경련치료의 부작용
전기경련치료와 마찬가지로 자기경련치료 역시 마취제 노출 또는 발작 유도로 인한 부작용 위험이 있습니다. 동물 및 인간 대상 연구 모두에서 자기경련치료는 전기경련치료에 비해 기억력 감퇴가 적고 발작이 짧으며 회복 시간 또한 빠른 것으로 나타났습니다.

뇌심부자극치료는 본래 파킨슨병 환자들의 떨림, 경직, 보행장애 및 행동제어 문제들을 해결하기 위해 만들어졌습니다.
뇌심부자극치료를 시행하기 위해서는 한 쌍의 전극을 뇌에 이식하고 가슴에 파동 발생기를 이식해야 합니다.
자극은 지속적이며 그 빈도와 수준은 개인의 상황에 맞게 조절할 수 있습니다.

뇌심부자극치료는 주로 강박장애나 우울장애 환자들을 대상으로 연구가 진행되어 왔습니다. 현재 뇌심부자극치료는 강박장애 치료를 위해 사용할 경우 인도주의적 의료기기에 대한 허가기준 적용면제 (HDE) 대상이나, 우울장애 치료에 대한 사용은 여전히 실험적 단계에 머물러 있습니다. 한 고찰 논문에 따르면 우울장애에 대한 뇌심부자극치료의 치료 효과를 다룬 22개의 논문 중 세 개만이 뇌심부자극치료를 시행하지 않은 대조군을 포함하고 있는 신뢰할 만한 임상적 논문이었습니다. 해당 고찰 논문에서는 평균적으로 뇌심부자극치료를 시행한 환자들의 40-50%에게서 50% 이상의 증상 개선을 기대할 수 있다고 보고하였습니다.
뇌심부자극치료의 시행
뇌심부자극치료는 기본적으로 뇌 수술을 필요로 합니다. 우선 머리를 민 다음 머리가 움직이지 않도록 머리를 견고한 프레임에 나사로 고정시킵니다. 이후 MRI를 사용하여 머리와 뇌를 스캔하여 해당 스캔 결과를 수술 중의 가이드로 이용합니다. 수술 도중 환자는 깨어 있는 상태로 수술을 하는 의사에게 수술 중 피드백을 제공하는데, 머리 부위는 국소 마취제로 마비되어 있으며 뇌는 통각을 느낄 수 없기 때문에 환자는 통증을 느끼지 않습니다.
수술 준비가 끝나면 머리에 두 개의 구멍을 뚫게 됩니다. 수술 집도의는 가느다란 관을 해당 구멍을 통해 뇌 속으로 밀어 넣음으로써 양쪽 뇌의 특정 영역에 전극을 배치하게 됩니다. 우울장애의 경우 뇌심부자극치료의 주 목표 부위는 Area 25라고 불리는 슬하전대상피질(subgenual cingulate cortex)입니다. 이 부위는 우울장애 또는 기타 기분장애 환자들에게서 과활성화되는 경향이 있는 것으로 알려져 있습니다. 이후 추가 연구들에서는 우울장애과 관련되어 있는 몇 가지 다른 영역 역시 다룬 바 있습니다. 현재 뇌심부자극치료는 우울장애 치료를 위해 여러 가지 영역들을 함께 목표로 합니다. 강박장애의 경우 배측 캡슐/배측 선조체(ventral capsule/ventral striatum)에 전극이 배치됩니다.
전극이 이식되고 환자가 전극 배치에 대한 피드백을 제공한 후 환자는 전신 마취를 받습니다. 이후 전극이 가슴 쪽의 배터리로 작동되는 파동 발생기와 전선으로 연결됩니다. 이곳에서 전기 파동이 뇌의 전극을 통해 지속적으로 전달됩니다. 이 장치가 우울장애이나 강박장애를 어떻게 개선하는지는 아직까지 불분명하지만 과학자들은 전기 파동이 오작동하는 뇌 영역을 정상적으로 작동하도록 ‘재설정’하는 역할을 한다고 생각합니다.
미주신경자극치료의 부작용
뇌심부자극치료는 뇌 수술 시 발생하는 모든 유형의 위험, 즉, 뇌출혈 또는 뇌졸중, 감염, 방향 감각의 상실 또는 혼란, 원치 않는 기분 변화, 운동 장애, 현기증, 수면장애와 같은 위험을 안고 있습니다. 뇌심부자극치료의 시술 절차는 아직 연구 중이기 때문에 확인되지 않은 다른 부작용이 있을 수 있습니다. 뇌심부자극치료의 장기적인 효과 및 부작용에 대해서는 아직 알려져 있지 않습니다.

경두개직류자극치료는 일정한 세기의 직류 전류를 사용하여 뇌를 자극하는 방법으로 최근 가장 많이 연구되고 있는 뇌자극술 중 하나입니다. 반복경두개자기자극치료는 신경의 막전위 변화를 유발하지만, 경두개직류자극치료는 전류를 통해 보다 직접적으로 신경을 활성화시킵니다. 정신건강의학과 영역에서 경두개직류자극치료는 주요우울장애 환자들을 대상으로 가장 많이 연구되었는데, 비교적 일관되게 긍정적인 치료 효과를 나타냈습니다. 약물남용장애 및 치매 등 다른 정신건강의학과 질환에서도 임상연구가 시도되었으나 치료 효과가 없거나 미미하였습니다. 경두개직류자극치료는 아직 미국 식품의약국의 승인을 받지 못한 상태입니다. 경두개직류자극치료는 반복경두개자기자극치료와 같은 뇌자극술에 비해 자극용 기기가 작고 가벼우며 저렴한 장점이 있습니다.

경두개직류자극치료의 시행
경두개직류자극치료는 두피에 위치한 두 개의 전극 사이로 약 1-2 mA의 직류 전류를 약 20여 분 정도 흘려 보내어 뇌의 특정 부위를 자극합니다. 대개 자극하려는 목표 부위에 양극 전극(anode)을 위치시키고, 음극 전극(cathode)은 기준 전극이 되어 전류 회로가 만들어집니다. 일반적으로 양극이 위치한 부위의 뇌신경은 활성화되고, 음극 부위는 신경 활성이 억제되는 것으로 알려져 있습니다.
경두개직류자극치료의 주된 기전은 축색돌기(axon)의 방향에 따라 전류가 흘러가면서 역치 하에 있는 신경막의 휴지 전위가 탈분극 또는 과분극되어 신경 활동에 변화가 생기는 방식입니다. 자극이 길어질수록 뇌신경 활동의 변화는 더 오래 유지되는 경향을 보입니다. 전반적으로 글루타메이트 신경의 칼슘 의존적인 시냅스의 변화가 경두개직류자극치료 자극에 따라 신경의 가소성이 유지되는 데 결정적인 역할을 하는 것으로 생각됩니다. 또한 경두개직류자극치료의 자극으로 신경이 활성화되면 신경막 전위가 바뀔 뿐 아니라 신경막의 저항도 감소하는데, 이러한 변화가 자극 주변부 신경계의 전반적인 변화에 중요한 역할을 하는 것으로 보입니다.
경두개직류자극치료의 부작용
경두개직류자극치료로 인한 부작용은 대부분 따끔거림이나 가려움 또는 두통 등의 경미한 증상으로 자극이 끝나면 사라지는 것으로 알려져 있습니다. 하지만 일부 연구에서는 경두개직류자극치료가 피부에 화상과 같은 부작용을 유발하였으며, 자극이 끝나도 피부 병변이 남아있다고 보고하였습니다. 또한 일부 우울장애 환자에서 경조증 또는 조증 삽화를 유발하는 문제도 보고된 바 있습니다.

*출처

https://www.nimh.nih.gov/health/topics/brain-stimulation-therapies/brain-stimulation-therapies

노대영; 강리영; 김도훈. 정신질환에서 뇌자극술의 적용. 생물정신의학, 2017, 24.4: 167-174.