정상 노인 대상 뇌기능 평가·치매 병리 확인...발병 예측 지표 연구
임현국·강동우 교수팀, 치매 예측 연구 'Scientific Reports' 발표
▲ 그림A. 베타 아밀로이드가 축적된 정상인과 좌측 베타 아밀로이드가 축적되지 않은 정상인의 기능 동기화의 비교 그림. 베타아밀로이드가 축적된 사람은 왼쪽 쐐기앞 소엽(precuneus, 푸른색)의 기능적 동기화가 저하됐다.
▲그림 B. 베타 아밀로이드가 축적된 정상인에서 베타 아밀로이드 단백질이 축적될수록 기능적 동기화는 쐐기 앞소엽, 복측 대상회(anterior cingulate)부분의 기능적 동기화가 저하(푸른색)됐다. 반대로 기능적 이상을 보상하기 위해 내측 측두엽의 기능적 동기화가 증가했다.
가톨릭의대 임현국(여의도성모병원 정신건강의학과·치매인지장애센터장)·강동우(서울성모병원 정신건강의학과) 교수팀은 인지기능이 정상 범주에 속하지만 알츠하이머병의 주 원인인 '베타 아밀로이드 단백질'이 뇌에 쌓여 있는 경우, 뇌의 '기능적 동기화'에 변화가 동반된다는 사실을 발견했다. 또 아밀로이드 베타 단백질 축적으로 인한 기억력 장애는 대부분 뇌의 기능적 동기화 장애를 통해 발현된다는 사실도 밝혀냈다.
최근 알츠하이머 치매의 진행 과정을 차단하기 위한 치료제 개발이 잇달아 실패하고, 치매 발병 이후 원인 물질인 베타 아멜로이드 단백질을 제거해도 병리 과정의 진행에는 영향을 미치지 못한다는 사실이 보고되면서 조기 발견과 예방의 중요성이 부각되고 있다.
뇌의 기능적 동기화란 특정 뇌 영역의 기능적 유사성을 측정하는 지표로 특정 뇌 영역의 신경 활성도를 반영하는 것으로 알려져 있다.
베타 아밀로이드 단백질은 알츠하이머 치매의 주된 원인 물질로 인지기능 저하가 나타나기 10∼15년 전부터 쌓이게 된다.
여러 연구에서 베타 아밀로이드 단백질이 서로 떨어진 뇌 영역 사이의 기능적 연결성에 변화를 초래한다는 사실이 보고됐다. 하지만 특정 뇌 영역 내에서 기능적 동기화에 생기는 변화에 대해서는 알려지지 않았다.
임현국·강동우 교수팀은 2010∼2016년까지 6년 동안 가톨릭중앙의료원 산하 병원의 치매 뇌 영상 데이터베이스에 저장된 영상을 통해 기능적 동기화에 변화가 동반된다는 사실을 확인했다.
교수팀은 인지 기능이 정상인 노인 61명을 대상으로 F-18 플로르베타벤 뇌 양전자 방출 단층촬영(PET)과 기능적 MRI(functional MRI)를 촬영, 베타 아밀로이드가 축척된 A그룹과 베타 아밀로이드가 축척되지 않는 B그룹으로 분류한 뒤 베타 아밀로이드 단백질의 대뇌 침착 여부와 뇌 기능 신경망의 기능적 동기화를 측정·분석했다.
분석 결과 A그룹은 B그룹에 비해 뇌 쐐기 앞 소엽에서 기능적 동기화가 저하되고, 저하된 기능을 보상하기 위한 내측 측두엽의 기능적 동기화가 증가한 것으로 밝혀졌다. 인지장애 발생 예측율은 90% 이상으로 파악됐다.
▲ 그림 C. 기능적 동기화 측정을 이용한 인지 장애 예측 모식도. 약 90% 이상의 인지 장애 예측력을 보이고 있다.
▲ 그림 D. 베타 아밀로이드의 대뇌 측정으로 인한 인지 장애 발생 메카니즘의 모식도. 베타 아밀로이드로 인한 인지 장애는 대부분 기능적 동기화 이상 후에 발생한다.
임현국·강동우 교수팀은 "이번 연구는 아밀로이드 베타 단백질이 축적될수록 쐐기 앞 소엽 내의 기능적 동기화가 저하되고, 치매의 진행에 따른 기능적 뇌손상을 보완하는 뇌 영역 내의 기능적 동기화가 증가한다는 사실을 최초로 확인한 연구"라면서 "특히 인지 기능에 문제가 없지만 뇌에 아밀로이드 베타 단백질이 축적되고, 이로 인한 뇌손상 과정은 진행하고 있는 전임상 치매 환자를 대상으로 연구를 진행했다는데 의미가 있다"고 설명했다.
이번 연구 결과는 신경과학 학술지 <Scientific Reports> 최근호에 게재됐다.
이번 연구는 인지기능 변화가 나타나기 전인 전임상 치매 단계에서 뇌기능을 평가함으로써 치매의 발병 가능성을 예측하고, 치매 예방과 차단 가능성을 제시했다는 평가를 받았다.
