녹내장을 위한 뇌 자극: tDCS, TMS, 그리고 시각 피질 조절

서론

녹내장은 시신경을 손상시켜 주변 시야 상실을 유발하는 안과 질환입니다. 일단 손상이 발생하면, (안압을 낮추는 것과 같은) 기존 치료법으로는 상실된 시력을 회복할 수 없습니다. 따라서 연구자들은 비침습적 뇌 자극이 남아있는 시력을 개선하는 데 도움이 될 수 있는지 탐구해왔습니다. 두 가지 일반적인 방법은 두피에 약한 전기 또는 자기 펄스를 가하여 뇌 활동을 조절하는 **경두개 직류 자극 (tDCS)**과 **경두개 자기 자극 (TMS)**입니다. 소규모 연구들은 시각 처리 능력(대비 감도, 시야 결함 등)을 향상시킬 수 있는지 알아보기 위해 녹내장 환자를 대상으로 이러한 기술들을 테스트했습니다. 우리는 전극이나 코일이 어디에 배치되었는지, 자극 설정, 측정된 시력 향상 정도, 그리고 그 향상이 얼마나 지속되었는지를 기록하며 이러한 예비 및 대조 시험들을 검토합니다. 또한 가능한 메커니즘(뇌 가소성 증진 또는 신경 “잡음” 감소 등)과 훌륭한 가짜 자극 대조 연구 설계의 중요성(연습 효과나 위약 효과가 개선을 모방할 수 있기 때문에)에 대해서도 논의합니다.

뇌 자극 기술

tDCS는 두피에 부착된 전극을 통해 약한 일정한 전류를 사용하는 방식입니다. 극성에 따라 피질 흥분성을 증가(양극성)시키거나 감소(음극성)시킬 수 있습니다. 일반적으로 하나의 전극은 목표 뇌 영역(종종 후두 시각 피질) 위에 놓이고, 다른 전극(기준 전극)은 다른 곳(예: 뺨 또는 이마)에 놓입니다. 치료 세션은 보통 1–2 mA의 전류로 10–20분간 지속됩니다. TMS는 코일을 통해 짧은 자기 펄스를 사용하여 하부 피질에 전류를 유도합니다. 두 가지 방법 모두 많은 뇌 질환에 사용되어 왔으며, 시력의 경우 시각 경로의 가소성을 활용하여 잔여 시각 기능을 “향상”시키는 것을 목표로 합니다.

녹내장에서의 tDCS

녹내장 연구에서 연구자들은 일반적으로 **시각 피질(후두엽)**을 목표로 삼았습니다. 최근 무작위 배정 시험에서는 환자들이 2 mA로 20분 동안 양극성 tDCS (a-tDCS) 한 세션을 받았습니다. 양극은 Oz(정중 후두부)에, 음극은 뺨에 놓였습니다. 이 단일 세션은 가짜 자극(sham)과 비교하여 시야 감지 정확도(고해상도 시야 검사에서 약 3–5% 향상)를 미미하게 개선했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 다초점 시각 유발 전위(mfVEP) 또한 a-tDCS 후에 약간 더 높은 신호 대 잡음비와 더 빠른 반응을 보였습니다. 이러한 개선은 가짜 자극과 비교하여 통계적으로 유의미했지만, 크기는 매우 작았으며, 대략 검사-재검사 변동성 수준이었습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 다시 말해, 일부 검사에서 시력이 향상되었지만, 겨우 몇 퍼센트에 불과하여 일상생활에서는 눈에 띄지 않을 수 있습니다.

세션 매개변수: 일반적인 예비 연구에서는 후두부(Oz)에 1–2 mA의 a-tDCS를 20분 동안 한 번 적용했습니다. 한 연구에서는 가짜 자극과 비교하여 대체 파형(10 Hz 교류 tACS 및 랜덤 노이즈 tRNS)도 시도했지만, a-tDCS만이 명확한 효과를 보였습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 20–30분 이상 매우 높은 강도나 매우 긴 지속 시간을 사용한 연구는 없었습니다.

시력 결과: 측정된 결과에는 시야 지수(예: 시야 검사에서의 감지 정확도 또는 평균 결함)와 때로는 대비 감도 또는 시력도 포함되었습니다. 위 시험에서 a-tDCS는 고해상도 시야 검사에서 감지 정확도를 소폭 증가시켰습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 표준 자동 시야 검사(평균 결함)나 시력에서는 큰 변화가 나타나지 않았습니다. 녹내장 시험에서는 대비 감도가 항상 측정된 것은 아니지만, 다른 안과 질환에서는 tDCS가 일시적으로 대비 역치를 높일 수 있습니다. 결정적으로, 녹내장 무작위 대조 시험(RCT)은 이러한 미미한 개선이 “임상적으로 의미 없을 수 있다”고 언급했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

효과 지속 시간: 이 연구들에서 효과는 자극 세션 직전과 직후에 테스트되었습니다. 이 시험에서는 몇 시간을 넘어 지속적인 추적 관찰이 보고되지 않았으므로, 한 세션의 효과가 얼마나 오래 지속되는지는 불분명합니다. 다른 연구(일반적인 시신경 손상 연구)에 따르면, 자극이 끝나면 어떤 개선이든 며칠 또는 몇 주에 걸쳐 종종 사라지는 것으로 나타났습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

TMS 및 기타 방식

TMS: 현재까지 녹내장을 위한 **반복 경두개 자기 자극 (rTMS)**에 대한 발표된 시험은 거의 없습니다. TMS는 시각 피질 뉴런을 흥분시킬 수 있으며, 맹인에게도 빛 번쩍임(포스펜)을 유도하기 위해 실험적으로 사용되어 왔습니다. 이론적으로 rTMS는 여러 세션으로 후두엽에 적용되어 피질 흥분성을 높이고 잔여 시력을 드러낼 수 있습니다. 그러나 녹내장에서 TMS를 통한 명확한 시력 향상을 보여준 잘 통제된 연구는 아직 없습니다. (TMS를 사용한 시야 연구의 대부분은 녹내장보다는 뇌졸중 관련 시력 상실에 집중되어 있습니다.)

대체 전기 자극: 일부 시험에서는 **경안와 교류 자극 (rtACS)**을 사용했는데, 이는 감은 눈꺼풀에 전극을 부착하여 망막/시신경을 자극하는 방식입니다. 이것이 주로 뇌보다는 눈을 목표로 하지만, 뇌 모니터링과 결합하여 사용되기도 했습니다. 시신경 손상(많은 녹내장 환자 포함)에 대한 rtACS의 한 대규모 무작위 배정 시험에서는 피험자들이 각각 50분씩 10일간 매일 세션을 받았습니다. 실제 자극 그룹과 가짜 자극 그룹 모두 정기 검사에서 시야가 개선되었으며, rtACS 그룹에서 평균적으로 약간 더 큰 개선을 보였습니다(중앙값 약 41.3% 대 29.3% 감지 증가 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)). 주요 결과에 대한 차이는 통계적 유의성에 도달하지 못했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 흥미롭게도, 2개월 추적 관찰에서 한 가지 측정치(정적 시야 검사 감도)에서는 rtACS에 유리한 미미한 그룹 간 우위가 있었습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 즉, 이는 어느 정도의 지속적인 이점을 시사하지만, 대부분의 개선은 가짜 자극 그룹에서도 나타나 학습 또는 위약 효과를 나타냅니다. 저자들은 rtACS가 뇌 가소성을 촉진하여 “부분적으로 시력을 회복시키는” 것으로 보인다고 결론지었지만 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), 전반적인 임상적 영향은 미미했습니다.

연구 결과 – 이점과 한계

여러 연구에서 시력의 개선은 일반적으로 미미하고 단기적이었습니다. 예를 들어, 위 경두개 시험에서 대비 감도는 크게 변하지 않았으며, 시야 개선은 기준선보다 겨우 몇 퍼센트 포인트 높을 뿐이었습니다. 환자들은 이러한 작은 변화를 거의 인지하지 못합니다. 대부분의 보고서는 자극 직후의 개선을 설명하며, 장기적인 지속성에 대한 증거는 거의 없습니다. rtACS 시험에서는 한 가지 측정치에서 2개월 후에도 작은 시야 개선이 지속되었지만 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), 다른 많은 측정치들은 퇴보했습니다. 단일 세션 tDCS 효과도 반복적인 세션 없이는 사라질 것으로 예상됩니다.

더욱이, 위약 효과는 중요합니다. 일부 연구에서는 가짜(비활성) 자극을 사용했을 때도 시력 검사 결과가 개선되는 것을 발견했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 그래서 더 큰 시험에서는 가짜 자극 반응자에서 29%의 개선을 보였습니다. 안과 질환 전반에 걸친 비침습적 자극에 대한 최근 검토에서는 (시력, 시야 감지 등에서) 작은 평균 이점이 부분적으로 위약 또는 연습 효과를 반영할 수 있다고 결론지었습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 다시 말해, “활성” 자극은 가짜 자극보다 아주 미미한 차이로만 우수했으며, 때로는 가짜 자극의 개선이 활성 자극만큼 컸습니다. 이러한 불확실성은 우리가 초기 예비 결과를 신중하게 해석해야 함을 의미합니다.

가능한 메커니즘

뇌 자극이 정말로 시력을 향상시킨다면, 어떻게 작용할까요? 한 가지 아이디어는 피질 가소성입니다. 시각 피질은 눈 손상 후 약한 경로를 강화하고 “백업” 회로를 드러낼 수 있습니다. 자극은 성장 인자 수준을 높이거나 신경전달물질을 변화시켜 뇌가 적응하기 더 쉽게 만들 수 있습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 예를 들어, 양극성 tDCS는 뉴런을 약간 탈분극시켜 시각 영역의 시냅스 가소성을 잠재적으로 향상시키는 것으로 생각됩니다. 또 다른 아이디어는 잡음 감소입니다. 퇴화하는 시력에서는 눈에서 오는 잔여 신호가 “신경 잡음”에 묻힐 수 있습니다. 일부 연구(다른 망막 질환 연구)에서는 잡음을 줄이는 것이 인식을 빠르게 개선할 수 있다고 제안합니다. 예를 들어, 증식성 당뇨망막병증에 대한 한 시험에서는 음극성 tDCS(과잉 활동 뉴런을 억제할 수 있음)를 적용하는 것이 시각 과제를 개선한다는 것을 발견했습니다. 저자들은 tDCS가 무작위 신경 활동 수준을 낮춰 실제 시각 신호를 명확하게 했을 가능성이 있다고 제안했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 비유하자면, 녹내장에서 살아남은 망막 신경절 세포가 잡음이 많다면, tDCS는 그 잡음을 “억제”하고 대비 또는 시야 감도를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

반면에, 일부 효과는 전혀 생리학적이지 않을 수 있습니다. 자극은 각성도를 높이거나 “뭔가가 일어나고 있다”는 위약감을 증가시켜 검사 수행 능력을 향상시킬 수 있습니다. 실제로, 시신경 자극 시험에서는 전류의 상당 부분이 깊은 피질이 아닌 망막과 시신경을 통해 전달된다고 언급했습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 해당 저자들은 치료 후에도 뇌 동기화 (시각 영역의 EEG 리듬) 변화를 주장하지만, 비특이적 효과를 배제하기는 어렵습니다. 이러한 가능성을 구분하기 위해 미래 연구에서는 뇌 측정(EEG 또는 fMRI 등)과 시력 검사를 결합해야 합니다.

미래 시험 – 엄격성 개선

지금까지의 미미하고 혼합된 결과들을 고려할 때, 향후 시험들은 신중하게 설계되어야 합니다. 핵심 요소는 다음과 같습니다:

• 무작위 가짜 자극 대조 설계: 모든 실제 자극 그룹은 (예: 짧은 전류 상승 후 지속적인 자극 없음)과 같은 감각을 모방하는 가짜 치료를 받아야 합니다. 환자와 검사자 모두 맹검되어야 합니다. 이는 학습 및 위약 효과를 설명하는 데 중요합니다.
• 다중 세션: 단일 세션은 단기적인 효과만을 제공합니다. 신경 가소성 변화는 종종 반복을 필요로 하므로, 시험은 반복 세션(예: 1–2주 동안 매일)을 테스트해야 합니다. VIRON 시험은 녹내장을 위해 각각 25분씩 10회의 세션을 진행하고 있습니다 (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov).
• 객관적인 결과: 자동 시야 검사(평균 결함, 총 편차), 대비 감도 차트, 심지어 전기생리학(VEP 또는 EEG)과 같은 표준화된 시력 검사를 보조 측정치로 사용해야 합니다. 고해상도 시야 검사는 작은 변화를 감지할 수 있지만, 결과는 정상적인 검사 변동성을 초과해야 합니다. 환자가 보고한 시력 설문지를 포함하면 실제 영향력을 측정할 수 있습니다.
• 추적 관찰 측정: 지속성을 평가하기 위해 마지막 자극 후 몇 주 뒤에 시력을 재검사해야 합니다. 효과가 지속된다면, 추적 관찰 시 시야(또는 시력)가 기준선보다 좋아야 합니다.
• 신경 영상 / 생리학: 기능적 MRI 또는 EEG와 결합하면 자극 후 뇌의 시각 네트워크가 변화하는지 보여줄 수 있습니다. 예를 들어, 치료 전후에 시각 자극을 제시하면서 fMRI를 수행하거나, 시각 영역의 휴지기 연결성을 측정할 수 있습니다. 이는 지각 변화가 신경 상관관계를 가지는지 확인하는 데 도움이 되며, 단순히 검사 연습으로 인한 변화와 가소성 변화를 구분할 수 있습니다.

이처럼 엄격한 시험들은 뇌 자극이 녹내장에 정말 도움이 되는지, 아니면 단순히 위약과 유사한 효과인지 명확히 할 것입니다. 그때까지 tDCS와 TMS는 유망한 연구 도구로 남아있지만, 환자에게는 아직 입증되지 않은 치료법입니다.

결론

요약하자면, 녹내장에서 뇌 자극에 대한 예비 연구들은 시야 검사 또는 대비 과제에서 작은 개선을 보고하지만, 이러한 개선은 종종 가짜 자극에서 관찰된 개선과 유사합니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 최근 무작위 배정 시험에서는 후두부 a-tDCS 단일 세션이 가짜 자극보다 겨우 몇 퍼센트 더 나은 감지 정확도를 보였습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 더 큰 시신경 연구에서는 여러 날 동안의 경안와 전류 후 일부 시야 개선을 보였지만, 치료 직후 가짜 자극과의 차이는 유의미하지 않았습니다 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). 이러한 개선의 보고된 “지속성”은 다양합니다. 한 시험에서는 2개월 후 한 가지 측정치에서 실제 자극에 대한 작은 이점을 발견했지만 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), 대부분의 효과는 지속되지 않았습니다.

기전적으로, 개선은 실제 신경 가소성 변화 – 뇌가 남아있는 망막 신호를 더 잘 활용하기 위해 재배선하는 것 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) – 또는 단순히 비정상적인 신경 잡음의 감소 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov)를 반영할 수 있습니다. 또는 동기 부여 또는 위약 요인이 일부 개선을 설명할 수 있습니다. 현재의 증거는 아직 예비적입니다. 미래 연구에서는 tDCS 또는 TMS가 녹내장 환자에게 도움이 되는지 확실히 입증하기 위해 잘 통제된 반복 세션 시험과 객관적인 측정 및 뇌 영상이 필요합니다.