Effects of the Symmetric Upper Extremity Motion Trainer on the Motor Function Recovery after Brain Injury: An fMRI Study

뇌손상 후 운동신경기능 회복에 대한 대칭형 상지 운동기구의 효과: 기능적 뇌 자기공명영상 연구

  • Tae Ki-Sik (Department of Biomedical Engineering, Institution of Medical Engineering, Yonsei University) ;
  • Choi Hue-Seok (Department of Biomedical Engineering, Institution of Medical Engineering, Yonsei University) ;
  • Song Sung-Jae (Department of Mechanical Engineering, Wonju National College) ;
  • Kim Young-Ho (Department of Biomedical Engineering, Institution of Medical Engineering, Yonsei University)
  • 태기식 (연세대학교 의공학과, 의료공학연구원) ;
  • 최희석 (연세대학교 의공학과, 의료공학연구원) ;
  • 송성재 (원주대학 동력기계과) ;
  • 김영호 (연세대학교 의공학과, 의료공학연구원)
  • Published : 2005.03.01

Abstract

The effect of the developed symmetric upper extremity motion trainer on the cortical activation pattern was investigated in three chronic hemiparetic patients using both fMRI and Fugl-Meyer test. The training program was performed at 1 hr/day, 5 days/week during 6 weeks. Fugl-Meyer tests were performed every two weeks during the training. fMRI was performed at 3T scanner with wrist flexion-extension in two different tasks before and after the training program: the only unaffected hand movement (Task 1) and passive movements of affected hand by the active movement of unaffected hand (Task 2). fMRI studies in Task 1 showed that cortical activations decreased in ipsilateral SMC but increased in contralateral SMC. Task 2 showed cortical reorganizations in bilateral SMC, PMA and SMA. Therefore, it seems that the cortical reorganization in chronic hemiparetic patients can be induced by the training with the developed symmetric upper extremity motion trainer.

본 연구에서는 건측 손의 운동에 따라 환측 손이 대칭적으로 운동하며 두 가지 운동이 가능한 대칭형 상지 운동기구를 개발하고 개발된 대칭형 상지운동 기구를 이용한 6주간의 훈련 후 상지운동 기능 평가인 Fugl-Meyer 검사를 실시하고 기능적 자기공명영상(fMRI)을 통한 뇌 활성화의 변화를 관찰하였다. 편마비 환자를 위하여 건측 손의 운동을 환측 손으로 전달하여 손목의 굴곡과 신전, 전완의 회내와 회외 운동을 유도하는 대칭형 상지 운동기구를 제작하고 제작한 기구의 운동효과를 검증하기 위하여 대뇌병변이나 정신분열증 경험이 없는 오른손잡이인 성인 3명을 대조군으로 선정하고 편마비 발생 후 2년 이상 경과하여 손상된 상지의 자발적 회복과정이 끝났고 제시된 과제 수행이 가능한 만성 편마비 환자 남성 3명을 환자군으로 선정하였다. 제작된 대칭형 상지 운동기구를 이용한 총 6주간의 훈련 후 측정된 Fugl-Meyer 검사에서 훈련에 참가한 모든 편마비 환자들의 상지 운동기능이 현저하게 향상되었다. 또한 만성 편마비 환자를 대상으로 하여 제작된 기구를 적용하여 뇌 활성화를 관찰하기 위해 영상 촬영을 진행하는 동안 모든 피검자들에게 대조군에게는 우세 손을 환자군에게는 건측 손만 손잡이를 잡고 손목의 굴곡/신전 운동(과제 1)을 하고, 양손 모두 손잡이를 잡은 채로 건측 손만을 움직여서 환측 손이 수동적으로 대칭 운동(과제 2)을 하는 두 가지 과제를 수행하게 하였다. 과제 1에서는 운동 전에 비해 대측 SMC의 활성 강도가 증가되고 동측 SMC는 감소하였다. 과제 2에서는 환자에 따라 운동 전에 다양한 영역에서 활성화되다가 운동 후 양측 SMC 및 SMA, PMA 영역 등의 이차 운동영역의 재조직화가 관찰하여 각 과제에 대한 운동 전후의 대뇌 피질의 재조직화가 손의 운동성 회복과 관련이 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 만성편마비 환자에게 본 기구를 적용시켰을 때 물리 치료적 중재로 인한 운동기능 회복 향상과 손 운동에 대한 기능적 자기공명 영상을 비교함으로써 대뇌 피질의 재조직화를 관찰할 수 있었다.