초전도직류자극

Transcranial direct-current stimulation
초전도직류자극
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아노달 tDCS 관리. 35cm2 크기의 양극(b)과 음극(c) 전극을 각각 F3와 우측 초경막 부위에 부착한다. 헤드 스트랩은 편의성과 재현성을 위해 (d)를, 고무 밴드(e)는 저항을 줄이는 데 사용한다.
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TDCS(Tranial Direct Current Current Current Stimulation, tDCS)는 머리 위의 전극을 통해 전달되는 일정하고 낮은 직류를 사용하는 신경전달의 일종이다. 원래는 뇌손상 환자나 주요 우울증 등 신경정신과 질환을 앓고 있는 환자를 돕기 위해 개발됐다. 일반적으로 같은 방식으로 교류를 사용하는 두개골 전기요법 자극과 대조할 수 있으며, 초전도 자기 자극도 마찬가지다.[1]

연구는 우울증 치료제로서 tDCS에 대한 증가하는 증거를 보여준다.[2][3][4] tDCS가 건강한 사람들의 인지력 향상에 유용한지에 대한 엇갈린 증거가 있다. TDCS가 파킨슨병과 알츠하이머병의 기억력 결핍,[5] 비신피질성 통증,[6] 뇌졸중으로 회복하는 사람들의 팔이나 다리 기능 및 근력 향상 등에 유용하다는 확실한 증거는 없다.[7] 정신분열증 관리에 있어 tDCS에 대한 지원 증거가 새롭게 등장하고 있으며, 특히 부정적인 증상에 대해서는 더욱 그러하다.[8][9]

효능

우울증

2015년 영국 국립보건의료원(NICE)은 추가 조사가 필요하지만 tDCS가 우울증에 대한 안전하고 효과적인 치료법이라고 판단했다.[4] 그 이후 여러 연구와 메타 분석은 tDCS가 우울증에 안전하고 효과적인 치료법임을 입증했다.[2][3][10]

2020년에 발표된 메타 분석 결과 우울증 치료제로 tDCS에 대한 중간에서 고품질 증거를 발견했다. 활성 tDCS는 엉터리 응답(각각 30.9% 대 18.9%), 완화(19.9% 대 11.7%), 우울증 개선 등에 비해 월등히 우수했다.[11] 영국 정신의학저널(British Journal of Healthy)에 게재된 2016년 메타분석에 따르면, 6번의 무작위 통제 실험에서 tDCS 치료 환자의 34%가 적어도 50%의 증상 감소(위약 19% 대비)를 보였다.[12]

기타 의료용

최근 tDCS에 대한 연구는 불안과[13] PTSD와 같은 다른 정신 건강 상태를 치료하는데 있어 유망한 결과를 보여주었다.[14] 그 주제에 대해 더 많은 연구가 필요하다. tDCS가 척수 손상 후 신경통 치료에 유용하다는 증거도 있다.[15] tDSC가 뇌졸중 후 일상 생활 평가 활동을 개선할 수 있다는 매우 낮거나 중간 정도의 품질의 증거가 있지만, 이러한 효과가 얼마나 지속되는지를 평가하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.[16][7]

안전

영국 국립 보건의료원(NICE)에 따르면 우울증에 대한 tDCS에 대한 증거는 큰 안전 우려를 제기하지 않는다.[17]

2017년 기준으로 2주 동안 최대 60분, 최대 4mA의 자극 시 부작용으로는 피부 자극, 자극 시작 시 포스페인, 메스꺼움, 두통, 현기증, 전극 밑 가려움 등이 있다. 우울증 치료에서 약 20-30분 동안 지속되는 일반적인 치료 세션은 몇 주 동안 매일 반복된다.[18] 장기 치료의 부작용은 2017년 현재 알려져 있지 않다.[19] 메스꺼움은 전정체계의 자극을 위해 전극을 마스토이드 위에 놓을 때 가장 흔하게 발생한다. 포스페인은 눈 근처에 전극을 놓으면 일어날 수 있는 잠깐의 섬광이다.[20][21]

간질이 있는 사람과 같이 발작에 걸리기 쉬운 사람은 tDCS를 받아서는 안 된다.[20] 쥐에서 명백한 뇌 손상이 발생하는 현재 밀도를 결정하기 위한 연구가 완료되었다. 음극 자극에서는 전류 밀도가 142.9 A/m로2 52400 C/m2 이상의 전하 밀도를 전달하여 랫드에 뇌 병변을 일으키는 것으로 조사되었다. 이는 2009년 현재 사용 중인 프로토콜보다 2배 이상 높은 수준이다.[22][23][24]

작용기전

tDCS는 전기 신호를 전달하여 뇌세포를 자극하고 활성화시킨다. tDCS에 의해 생성되는 피질 흥분성의 지속적인 변조는 재활을 촉진하고 다양한 신경정신과 질환을 치료하는 효과적인 해결책이 된다.[25] 자극이 뇌 기능을 변화시키는 방법은 뉴런의 휴식막 전위를 탈극화시키거나 초극화시키는 것이다. 양성자극(anodal tDCS)이 전달되면 전류는 휴식막 전위의 탈극화를 일으켜 신경의 흥분성을 높이고 보다 자발적인 세포 발사가 가능하다. 음극자극(경구 tDCS)이 전달되면 전류가 휴식막 전위의 극지방화를 일으킨다. 이것은 자발적 세포 발화 감소로 인해 뉴런의 흥분성을 감소시킨다.[20][26]

우울증 치료의 경우 tDCS 전류는 특히 전두엽에 위치한 등측전전두피질(DLPFC) 좌측을 목표로 한다. 좌 DLPFC는 침체된 인구에서 낮은 활동과 관련이 있는 것으로 나타났다.[27][11]

tDCS는 자극이 끝난 후에도 피질 변화를 이룰 수 있다. 이 변화의 지속시간은 자극의 길이와 자극의 강도에 따라 달라진다. 자극의 지속시간이 증가하거나 전류의 강도가 증가함에 따라 자극의 효과는 증가한다.[28] tDCS는 장기적 잠재력과 장기적 우울증을 모두 촉진하기 위해 제안되었으며,[20][26] 검증을 위해 추가적인 연구가 필요하다.

작전

초전도 직류 자극은 전극을 통해 일정하고 낮은 직류 전류를 전달함으로써 작용한다. 이러한 전극이 관심 영역에 놓이면 전류는 추간 내 전류 흐름을 유도한다. 그러면 이 전류 흐름은 어떤 유형의 자극이 사용되고 있는지에 기초하여 자극을 받고 있는 특정 부위의 신경 흥분성을 증가시키거나 감소시킨다. 이러한 신경의 흥분성의 변화는 뇌 기능의 변화로 이어지며, 이것은 인간의 뇌의 기능에 대한 더 많은 정보를 제공할 뿐만 아니라 다양한 치료에도 사용될 수 있다.[20]

부품.

초전도 직류 자극은 단지 몇 부분만 필요로 하는 비교적 간단한 기술이다. 여기에는 두 개의 전극과 일정한 전류를 전달하는 배터리 구동 장치가 포함된다. 제어 소프트웨어는 자극을 받는 사람이나 실험자가 어떤 유형이 투여되고 있는지 알 수 없도록 자극 유형이 다른 여러 세션이 필요한 실험에도 사용할 수 있다. 각 장치에는 양극 전극과 음극 음극 전극이 있다. 전류는 양극에서 간섭 전도 조직을 거쳐 음극으로 흘러 회로를 만드는 것으로 "컨벤션적으로" 기술된다. 금속 와이어로 구성된 기존 전기 회로에서는 음극에서 양극으로 실제로 흐르는 음극 전자의 움직임에 의해 전류 흐름이 생성된다는 점에 유의하십시오. 그러나 머리와 같은 생물학적 시스템에서는 전류가 양전하 또는 음전하일 수 있는 이온의 흐름에 의해 생성된다. 양전하가 음전하로 흐른다. 음전류가 음전하로 흐른다. 음전하 는 음전하로 흐른다. 기기는 자극 지속시간뿐만 아니라 전류를 제어할 수 있다.[29]

세우다

tDCS 장치를 설정하려면 전극과 피부를 준비해야 한다. 이렇게 하면 피부와 전극 사이의 저저항 연결이 보장된다. 전극의 세심한 배치는 tDCS 기법의 성공에 매우 중요하다. 전극 패드는 크기마다 다양한 크기로 제공되며, 각 크기마다 이점이 있다. 더 작은 크기의 전극은 부위의 집중적인 자극을 얻는 반면 더 큰 전극은 관심 영역 전체가 자극을 받는다는 것을 보장한다.[30] 전극이 잘못 배치되면 의도한 것과 다른 부위나 많은 부위가 자극을 받아 결함이 발생할 수 있다.[20] 전극 중 하나는 관심 영역 위에 놓고 다른 전극인 기준 전극을 다른 위치에 배치하여 회로를 완성한다. 이 기준 전극은 보통 관심 영역보다 몸의 반대쪽 목이나 어깨에 놓인다. 관심 영역이 작을 수 있으므로 fMRI나 PET와 같은 뇌 영상 기법을 사용하여 전극을 배치하기 전에 이 부위를 찾는 것이 유용한 경우가 많다.[20] 전극을 올바르게 배치하면 자극을 시작할 수 있다. 많은 장치는 전류를 "램프 업"하거나 필요한 전류에 도달할 때까지 점진적으로 증가시킬 수 있는 내장 기능을 가지고 있다. 이것은 tDCS를 받는 사람이 느끼는 자극 효과의 양을 감소시킨다.[31] 자극이 시작된 후에는 장치에 설정된 시간 동안 전류가 지속된 후 자동으로 차단된다. 최근 두 개의 큰 패드를 사용하는 대신, 특정 피질 구조를 타겟팅하기 위해 여러 개의 작은 크기의 젤 전극을 사용하는 새로운 접근법이 도입되었다. 이 새로운 접근 방식을 HD-tDCS(High Definition tDCS)라고 부른다.[30][32] 시범 연구에서 HD-tDCS는 스폰지 tDCS보다 더 크고 오래 지속되는 운동 피질 흥분성 변화를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다.[33]

자극의 종류

자극에는 음극, 음극, 엉터리 세 종류가 있다. 양극 자극은 자극받는 부위의 신경 흥분성을 높이는 양(V+) 자극이다. 음극(V-) 자극은 자극받는 부위의 신경 흥분성을 감소시킨다. 음극자극은 뇌의 한 부분의 과잉활동으로 야기되는 정신질환을 치료할 수 있다.[34] 엉터리 자극은 실험에서 조절제로 사용된다. 엉터리 자극은 짧은 전류를 방출하지만 자극 시간의 나머지 시간 동안 꺼지지 않는다. 엉터리 자극으로, tDCS를 받는 사람은 그들이 장기적 자극을 받지 않고 있다는 것을 알지 못한다. 엉터리 자극에 노출된 대상과 음극 자극에 노출된 대상의 결과를 비교함으로써 연구자들은 위약 효과보다는 현재의 자극에 의해 얼마나 많은 효과가 발생하는지 알 수 있다.

가정 행정

최근에는 우울증과 같은 의료 상태를 치료하는 것에서부터 일반적인 인지 웰빙을 증진시키는 것까지 가정 내 사용을 위한 TDCS 기기가 연구되고 만들어지고 있다.[35][36] 가정 기반 tDCS 치료의 효능, 타당성, 수용성을 확립하기 위한 임상시험이 필요하다.[37]

역사

관심 영역을 자극하기 위해 직류(DC)를 사용하는 tDCS의 기본 설계는 100년 이상 존재해왔다. 동물과 인간의 전기를 시험하는 이 기술을 이용해 19세기 이전에 완성한 초보적인 실험들이 많이 있었다. 루이지 갈바니와 알레산드로 볼타는 동물 세포 전기의 근원에 대한 탐사에 tDCS의 기술을 활용한 두 명의 연구자였다. tDCS가 임상계에 처음 들어온 것은 이러한 초기 연구 때문이었다. 1801년 조반니 알디니(갈바니의 조카)가 우울증 환자의 기분을 좋게 하기 위해 직류 자극 기술을 성공적으로 사용한 연구를 시작했다.[38]

1960년대 연구자 D. J. 알버트의 연구 결과 그 자극이 피질 흥분성을 변화시킴으로써 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다는 것을 증명했을 때 초뇌 직류 자극에 대한 관심이 잠깐 높아졌다.[39]: 49–64 그는 또한 양성과 음의 자극이 피질 흥분성에 다른 영향을 미친다는 것을 발견했다.[39]: 65–77 연구는 계속되었는데, TMS나 fMRI와 같은 다른 기술에서 얻은 지식으로 인해 더욱 힘을 얻었다.[28][20]

다른 장치와의 비교

초자연적 전기 자극 기술. tDCS는 일정한 전류 강도를 사용하는 반면 tRNS와 tACS는 진동 전류를 사용한다. 수직 축은 전류 강도(mA)를 나타내고 수평 축은 시간 코스를 나타낸다.

초전도자기자극(TMS)에서는 빠르게 변화하는 자기장을 이용하여 뇌의 작은 전류를 유도하는 전기 코일을 두피에서 관심 영역 위로 잡는다. TMS에는 두 가지 유형이 있다: 반복 TMS와 단일 펄스 TMS. 둘 다 연구 요법에 사용되지만 자극 기간보다 오래 지속되는 효과는 반복 TMS에서만 관찰된다. tDCS와 유사하게, 이 기법을 사용하여 뉴런 활동의 증가 또는 감소를 얻을 수 있지만, 이를 유도하는 방법은 매우 다르다.. 초전류 직류 자극은 다른 효과를 일으키는 두 가지 다른 방향의 전류를 가지고 있다. 반복 TMS에서는 높은 주파수를 사용하여 신경활동의 증가를 유도하고 낮은 주파수를 사용하여 신경활동의 감소를 유도한다.[29]

tDCS와 관련된 변형으로는 tACS, tPCS 및 transranial Random Noise Stimulation(tRNS), 일반적으로 transranial Electrical Stimulation(tRNS), 또는 TES가 있다.[40]

리서치

우울증

우울증 환자에 대한 tDCS 치료의 안전성과 효과성 판단:

  • 주요 우울 장애에 대한 tDCS 치료를 조사하는 위약 통제 재판의 체계적 검토가 2020년에 발표되었다.[11] 메타분석은 2018년 12월까지 9개 대상 연구(572명 참여자)에 걸쳐 결과를 취합해 대응과 완화, 우울증 개선에 필요한 오즈비(OR)와 개수를 추정했다. 그 결과 9개 대상 연구의 엉터리(572명 참여자)에 비해 활성 tDCS의 유효성이 통계적으로 우월한 것으로 나타나 증거에 대한 중간/높은 확실성을 보였다. Active tDCS was significantly superior to sham for response (30.9% vs. 18.9% respectively; OR = 1.96, 95%CI [1.30–2.95], NNT = 9), remission (19.9% vs. 11.7%, OR = 1.94 [1.19–3.16], NNT = 13) and depression improvement (effect size of β = 0.31, [0.15–0.47]).[11]
  • 2016년 메타분석 결과 tDCS로 치료받은 사람의 34%가 위약 19%에 비해 50% 이상 증상 감소 효과를 보였다.[12]
  • 브루노니가 실시한 2017년 연구에서는 6주간의 tDCS 치료를 통해 우울증 환자의 41%(비례 22%, 항우울제 47%)에서 우울증 증상이 절반 이상 감소하는 결과를 얻었다.[41]
  • 2015년 영국 국립 보건의료원(NICE)은 tDCS가 안전하고 우울증 치료에 효과적인 것으로 나타났다고 밝혔다. 2014년까지 주요 우울 장애(MDD)에서 몇 번의 소규모 무작위 임상시험이 있었으며, 대부분은 우울증 증상 완화를 발견했다. 치료 저항성 MDD에는 두 개의 RCT만 있었다. 둘 다 작았고, 하나는 효과를 발견했고 다른 하나는 그렇지 못했다.[42] 데이터의 한 메타 분석은 증상 감소에 초점을 맞추고 가짜 치료와 비교했을 때 효과를 찾았지만 재발에 초점을 맞춘 다른 메타 분석은 엉터리 치료와 비교했을 때 효과를 발견하지 못했다.[42]

기타 장애

인식

tDCS가 건강한 사람들의 인지력 향상에 유용한지에 대한 엇갈린 증거가 있다. 몇몇 리뷰는 작지만 중요한 인지적 개선의 증거를 발견했다.[43][44][45][46] 그[48] 중 하나가 복수세션 tDCS 재판의 대상 내 효과와[49] 증거를 간과했다는 비판을 받았음에도 다른 검토에서는 전혀 증거를 발견하지 못했다.[47][48]

2015년 수백 개의 tDCS 실험 결과를 검토한 결과, 건강한 모집단에서 단일 세션 tDCS의 순인지 효과(긍정적이든 음적이든)를 뒷받침할 통계적으로 결정적인 증거가 없다는 것을 발견했다. - tDCS가 인지력 향상에 유용하다는 증거는 없다.[48] 같은 저자들의 두 번째 연구는 tDCS가 어떤 신경생리학적 결과에 대해 통계적으로 거의 신뢰할 수 있는 영향이 없다는 것을 발견했다.[47]

파킨슨병, 알츠하이머병, 정신분열증

TDCS가 알츠하이머병,[5] 정신분열증,[50] 비신피질성 통증의 기억력 결핍에 유용하다는 확실한 증거는 없다.[6] 파킨슨병과 알츠하이머병의 기억력 결핍을 개선시키기 위해 tDCS를 사용하는 것에 대한 임상실험이 몇 차례 진행되었는데, 결과는 엇갈렸다.[5] 조현병을 대상으로 2013년 현재 실시된 연구에서는 초기에 큰 효과 크기가 증상 개선을 위해 발견되었지만, 이후 대규모 연구에서는 더 작은 효과 크기를 발견하였다(아래 정신 질환의 tDCS 사용에 관한 섹션 참조).[50] 연구는 대부분 환청 같은 긍정적인 증상에 집중되어 왔다; 부정적인 증상에 대한 연구는 부족하다.[50]

스트로크

tDCS가 뇌졸중 후 상지 기능 향상에 도움이 된다는 확실한 증거는 없다.[51][52] 뇌졸중에서는 2014년 현재 진행된 연구 결과 tDCS가 뇌졸중 후 상지 기능 향상에 효과가 없는 것으로 나타났다.[51][52] 일부 리뷰에서는 뇌졸중 후 실어증 개선에 tDCS의 효과를 제시했지만, 2015년 코크란 리뷰는 tDCS를 기존 치료와 결합하는 것으로는 아무런 개선점을 찾을 수 없었다.[53][52][54] 2013년 현재 시행된 연구는 뇌졸중에 따른 시력 결핍 개선에 tDCS가 효과적일 수 있음을 시사한다.[52]

기타

2012년 현재 tDCS의 통증 치료 사용에 대한 연구를 실시한 결과, 이 연구는 품질이 낮으며 통증 치료에 tDCS의 사용을 권장하는 근거로 사용할 수 없는 것으로 나타났다.[6] 척수손상에 따른 만성통증에서는 연구결과가 고품질이며 tDCS가 비효율적이라는 것을 밝혀냈다.[55] tDCS도 중독에서 연구되어 왔다.[56][57] 주요 우울장애를 치료하는 것 외에도, TDCS가 섬유근육통 및 갈망장애를 치료하는 데 적절할 수 있다는 것을 나타내는 일부 온건한 (B급) 증거가 있다.[58]

tDCS는 신경과학 연구에 사용되어 왔으며, 특히 특정 뇌 영역을 특정 인지 작업이나[59] 심리 현상에 연결하려고 시도했다.[60] 소뇌는 뉴런의 농도가 높고 두개골 바로 아래에 위치하며, 뇌의 운동과 연관 부분에 대한 다중 상호 해부학적 연결로 인해 연구의 초점이 되어 왔다.[61] 대부분의 그러한 연구는 건강한 모집단과 환자 모집단에서 소뇌 tDCS가 운동, 인지 및 정서적 기능에 미치는 영향에 초점을 맞추고 있지만, 일부 연구에서는 소뇌를 통해 소뇌의 다른 영역에 대한 기능적 연결성을 연구하기 위해 소뇌를 채택하기도 한다.[62]

규제승인

tDCS는 영국, EU, 호주, 멕시코의 주요 우울증(MDD)에 대해 CE가 승인한 치료법이다. 2015년 현재 tDCS는 미국 FDA로부터 어떠한 사용도 승인받지 못했다.[54] 2012년 작성된 FDA 브리핑 문서에는 "치료 tDCS에 대한 규정이 없다"[63]고 명시되어 있다.

참고 항목

참조

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