편측무시환자에서 우측으로 편향된 공간탐색의 모델링 및 후두정엽피질의 역할

Abstract

편측무시는 뇌경색이나 뇌출혈 등의 뇌 손상으로 인해 나타날 수 있는데 주로 우측 뇌 손상 특히 우측 후두정엽피질 (right posterior parietal cortex)과 관련이 있다. 편측무시환자는 환측부위 (주로 우측) 반대방향의 (주로 좌측) 공간적 정보를 처리하는데 어려움을 갖게 된다. 다양한 검사방법 등을 통해서 편측무시환자들이 우측으로 편향된 공간탐색과 자기중심적 기준좌표계 (egocentric reference frame)를 가지는 것으로 알려졌다. 그러나 이러한 기존 연구들은 머리의 움직임을 통제한 조건에서 수행이 되었는데 이것은 실제생활의 조건과는 차이를 보인다. 이에 본 연구에서는 시선의 분포와 머리의 움직임이 자기중심적 기준좌표계에 미치는 영향을 분석하고, 자기중심적 기준좌표계에서 우측 후두정엽피질의 역할을 규명하여, 편측무시환자에서의 손상된 자기중심적 기준좌표계를 모델링 하는 것을 목표로 한다. 시선의 분포와 머리의 움직임을 통제하기 위해 세 가지 종류의 gaze restriction mark와 일곱 가지의 visual target arrangements가 사용되었다. 그리고 뇌 메커니즘을 이해하기 위해 자기중심적 기준좌표계와 연관이 있다고 알려진 right inferior parietal lobule (rIPL)과 right superior parietal lobule (rSPL)에 TMS (transcranial magnetic stimulation)를 이용해 일시적인 가상의 뇌손상을 유발하였다. 또한 편측무시환자를 대상으로 동일한 과제를 수행해 증상의 정도에 따라 자기중심적 기준좌표계에 미치는 영향도 함께 관측하였다. Gaze restriction mark에 의해 시선의 분포가 통제되는데, gaze restriction mark가 왼쪽에 위치하는 경우 자기중심적 기준좌표계는 왼쪽 방향으로 이동하였다. 또한 자기중심적 기준좌표계의 이동 정도는 visual target이 오른쪽에 위치할수록 감소하였다. Gaze restriction mark가 오른쪽에 위치하는 경우 자기중심적 기준좌표계는 오른쪽 방향으로 이동하고, visual target이 오른쪽에 위치할수록 증가하였다. 정상인 피험자에서 visual target의 위치와 동일한 방향으로 자기중심적 기준좌표계의 이동을 보였다. 이는 머리의 움직임이 시선의 분포와 마찬가지로 공간탐색이나 자기중심적 기준좌표계에 영향을 미치기 때문인 것으로 생각된다. 그리고 시선의 분포가 머리의 움직임보다 자기중심적 기준좌표계에 미치는 영향이 더 큰 것으로 생각된다. TMS를 이용한 rIPL과 rSPL의 자극을 통해 우측으로 편향된 자기중심적 기준좌표계가 유도되었다. 기존의 연구에서 IPL과 SPL을 포함하는 posterior parietal cortex가 자기중심적/환경중심적 기준좌표와 연관이 있다고 보고되었으나 아직까지 명확한 뇌 메커니즘의 규명에는 이르지 못하고 있다. 따라서 rIPL과 rSPL이 자기중심적 기준좌표계와 밀접한 관계가 있음은 의심할 수 없는 사실이나, 단지 dorsal/ventral attention network으로 제한하여 접근하는 것은 뇌 메커니즘을 설명하는데 충분치 않을 것으로 생각된다. 편측무시환자는 visual target의 위치에 따라 다른 자기중심적 기준좌표계의 변화를 보였다. 좌측 visual target에 대해서는 손상되지 않은 자기중심적 기준좌표계를 보였으나 visual target이 우측에 위치할수록 자기중심적 기준좌표계도 우측으로 이동하였다. 또한 편측무시환자의 증상과 비례하여 자기중심적 기준좌표계가 우측으로 편향되었다. 또한 편측무시환자에서 머리의 움직임이 증상의 정도보다 자기중심적 기준좌표계에 미치는 영향이 더 큰 것으로 생각된다. 본 연구를 통해 편측무시환자의 자기중심적 기준좌표계 특성과 관련된 뇌 메커니즘을 이해하고자 하였다. 실험결과 시선의 분포와 머리의 움직임이 자기중심적 기준좌표에 영향을 끼치는 것으로 생각되며 편측무시환자에서도 동일한 특성을 발견하였다. 또한 TMS를 이용한 실험을 통해 SPL과 IPL이 자기중심적 기준좌표계와 직접적인 연관이 있음을 확인하였다.; Hemispatial neglect is a common disabling condition following unilateral brain damage, particularly of the right hemisphere. Neglect patients often fail to orient, report, and respond to stimuli toward the contralesional (left) side of space. In several investigations have been revealed biased visuospatial exploration and egocentric reference frame in hemispatial neglect. However the several studies were accomplished in controlled head restrained condition though it was unusual in real life. In this investigation we considered role of distribution of eye positions and head movements in the egocentric reference frame, brain mechanism in the posterior parietal cortex related with the egocentric reference frame, and modeling of defective egocentric reference frame in hemispatial neglect. To control distribution of eye positions, three condition of gaze restriction mark were used and seven sort of visual target arrangements were used to control head movements. TMS (transcranial magnetic stimulation) was used to induce temporal virtual lesion in specific brain region where considered to have relation with the egocentric reference frame, such as right inferior parietal lobule (rIPL) and right superior parietal lobule (rSPL), to understand related brain mechanism. Conventional tests to evaluate symptom severity were performed by hemispatial neglect patients for understanding symptom severity influence on the egocentric reference frame. In gaze restriction conditions, distributions of eye positions were controlled while participants performed whole task in every visual target positions. Participants showed leftward shifted egocentric reference frame in leftward restricted gaze condition and this pattern was reduced gradually as the visual target was appeared on the right side. Moreover, participants showed rightward shifted egocentric reference frame in rightward restricted gaze condition and this pattern was increased gradually as the visual target was appeared on the right side. In each visual target position, head movements were controlled while participants performed whole task in every gaze restriction conditions. Participants showed leftward/rightward shifted egocentric reference frame in the left/right visual target. It seems that the head movements may have influence on the visual exploration field and the egocentric reference frame as the distribution of eye positions. Moreover, it is considered that the distribution of eye positions had more influence on the egocentric reference frame than the head movements. Rightward shifted egocentric reference frame was induced with temporal virtual lesion both in the superior parietal lobule and inferior parietal lobule. In several neuroimaging studies on spatial judgment revealed a strong involvement of posterior parietal cortex during egocentric and allocentric perceptual tasks. According to the investigations reported, both dorsal and ventral attention network include the superior parietal lobule and inferior parietal lobule were involved for the egocentric reference frame, even some of different insights existed. It is considered, that the rIPL and rSPL in the posterior parietal cortex play important part in the egocentric reference frame, which is not enough to understand all reference system for spatial information processing. Moreover, there would be limitation to interpretation reference frame by just the dorsal and ventral attention mechanism. Hemispatial neglect patients showed different pattern of the egocentric reference frame depend upon the visual target position. They reported unimpaired egocentric reference frame in the left visual target, and rightward shifted egocentric reference frame was gradually increased as the visual target was appeared on the right side. Moreover, lateralized impairment in the egocentric reference frame was getting worse as hemispatial neglect symptoms were severe. It is considered, that the head movement has more effect to the egocentric reference frame than the symptom severity in hemispatial neglect. In conclusion, the present results suggest that an interpretation of hemispatial neglect based on deviation of the visual exploration (egocentric reference frame) and the brain mechanism. It was considered, that the distribution of eye positions and the head movements have main effect to the egocentric reference frame, moreover, it was also revealed in hemispatial neglect. In investigation using TMS (transcranial magnetic stimulation) to induce temporal virtual lesion, it is shown that the dorsal and ventral attention network include the superior parietal lobule and inferior parietal lobule have relation to deploy the egocentric reference frame.