경두개자기자극술
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1. 개요
경두개자기자극술(TMS)은 전자기 유도를 사용하여 두피와 두개골을 통해 뇌의 특정 부위를 자극하는 비침습적 뇌 자극 기술이다. 18세기 후반 전기생리학 연구를 시작으로, 1980년대에 최초의 TMS 장치가 개발되었으며, 진단 및 치료 목적으로 사용된다. TMS는 코일을 통해 자기장을 생성하여 뇌의 뉴런을 탈분극 또는 과분극시키며, 단일 펄스, 반복적 TMS(rTMS) 등의 자극 방식을 통해 다양한 효과를 나타낸다.
TMS는 우울증, 강박 장애 등 정신 질환 치료에 사용되며, 진단 목적으로는 뇌 회로의 활동과 기능을 측정하는 데 활용된다. 부작용으로는 두통, 두피 통증, 간질 발작 위험 등이 있으며, 뇌 조직 자극의 국소화 어려움과 같은 한계가 존재한다. 최근 연구에서는 파킨슨병 치료, 인지 기능 연구 등에 TMS가 활용되고 있다.
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| 경두개자기자극술 | |
|---|---|
| 개요 | |
![]() | |
| 전문 분야 | 정신과, 신경과 |
| MeSH ID | D050781 |
| 상세 정보 | |
| 설명 | 자기장을 사용하여 뇌를 자극하는 방법 |
| 추가 정보 | |
| 임상 신경 생리학 저널 | 안전 및 TMS 사용 권장 사항 |
2. 역사
18세기 후반, 루이지 갈바니는 전기가 신체에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하여 전기생리학 분야의 기초를 다졌다.[34] 19세기에는 마이클 패러데이가 전류에 해당하는 자기장이 있으며, 하나를 변경하면 그에 상응하는 것을 유도할 수 있다는 전자기 유도 법칙을 발견했다.[35]
1930년대에는 우고 체를레티와 루치오 비니가 전기충격 요법(ECT)을 개발했다.[34] ECT는 정신 질환 치료에 널리 사용되었으나, 과도하게 사용되어 1970년대에 반발을 불러일으켰다.[34]
1980년 Merton과 Morton은 경두개 전기 자극(TES)을 사용하여 운동 피질을 성공적으로 자극했다. 그러나 이 과정은 매우 불편했고, 이후 앤서니 베이커는 TES의 대안을 찾기 시작했다.[36] 그는 뇌 내 전기 신호를 변경하기 위해 자기장 사용을 탐구하기 시작했으며, 최초의 안정적인 TMS 장치가 1985년에 영국 셰필드에서 개발되었다.[34][35][76] 원래는 진단 및 연구 장치로, 치료적 잠재력에 대한 평가는 나중에 이루어졌다.[34][35] 와전류에 의한 뇌 유도 자극의 원리는 19세기부터 이미 기술되었다. 대뇌 피질의 서로 다른 위치를 자극하고 반응을 측정함으로써 뇌 기능 매핑 등을 수행할 수 있다. fMRI 등의 뇌 기능 영상과 EEG 등의 데이터를 조합함으로써, 대뇌 피질 영역의 정보나 영역 간의 연결 등 정보를 얻을 수 있다.
미국 FDA는 2008년 10월에 TMS 장치를 처음으로 승인했다.[34] 현재 세계적으로 수천 대의 TMS 장치가 사용되고 있으며, TMS의 과학적, 진단적, 치료적 실험에 관한 3,000편 이상의 과학 논문이 발행되었다.
3. 원리
경두개자기자극술(TMS)은 전자기 유도를 사용하여 두피와 두개골에 전기적 전류를 생성한다.[18][19] 플라스틱으로 둘러싸인 전선 코일을 두개골 옆에 대고 활성화하면, 코일 평면에 직교하는 방향으로 변화하는 자기장을 생성한다. 변화하는 자기장은 뇌에 전기적 전류를 유도하여 피질 표면에 직접 가해지는 전류와 유사한 방식으로 근처의 신경 세포를 활성화시킨다.[20]
자기장의 세기는 자기 공명 영상(MRI)과 거의 비슷하며, 펄스는 특수 개조된 코일과 더 깊은 자극을 위한 기술을 사용하지 않는 한 일반적으로 뇌 속으로 5cm 이상 들어가지 않는다.[19]
경두개자기자극술은 큰 축전기에서 코일로 전류를 빠르게 방전시켜 강도가 2~3 테슬라인 펄스 자기장을 생성함으로써 이루어진다.[21] 뇌의 특정 부위에 자기장 펄스를 가하면 국소적인 전류가 발생하여 해당 부위의 뉴런을 탈분극 또는 과분극시킬 수 있다.
뇌 조직 내부에서 유도된 전기장은 막 전위의 변화를 일으켜 뉴런의 탈분극 또는 과분극을 유발하여 각각 흥분성을 높이거나 낮춘다.[21]
TMS는 일반적으로 사용되는 코일과 강도에 따라 표면에서 2~4cm 깊이까지 자극한다. 결과적으로, 얕은 뇌 영역만 영향을 받을 수 있다.[22] 심부 TMS는 뇌 속으로 최대 6cm까지 도달하여 다리 움직임을 제어하는 것과 같은 운동 피질의 더 깊은 층을 자극할 수 있다. 이 전류의 경로는 뇌가 불규칙한 모양에 가변적인 내부 밀도와 수분 함량을 가지고 있어 조직 전체에서 불균일한 자기장 강도와 전기 전도를 유발하기 때문에 모델링하기 어려울 수 있다.[23]
TMS가 어떻게 뇌에 영향을 미치는지에 대한 정확한 세부 사항은 아직 연구 중이다.
TMS는 간단히 말해 패러데이의 전자기 유도 법칙을 응용하여, 두피나 두개골 등의 절연 조직을 통과하여 전류를 불쾌감 없이 흐르게 하는 장치이다. 와이어 코일은 플라스틱 안에 넣어져 머리에 대어진다. 거대한 콘덴서로부터의 급속한 방전에 의해 코일에 전압이 인가되면, 그 코일에 급속한 전류의 변화가 생긴다. 이로 인해 코일 평면에 직교하도록 자기장이 발생한다. 자기장은 두피나 두개골에 방해받지 않고 통과하며, 두개골에 대한 접선 방향으로 코일의 전류와 반대 방향의 전류를 뇌 내에서 유도한다. 뇌 내에서 발생한 유도 전류는 피질 표면에 대한 전기 자극과 마찬가지로 인접한 신경 세포를 활성화시킨다. 뇌는 균일한 전기 전도체가 아니며, 불규칙한 형태를 하고 있기 때문에, 이 전류의 경로는 모델링하기에는 복잡하다. MRI에 기초한 정위 고정 제어에 의해, TMS 자극의 목표와의 오차는 수 mm 정도라고 한다 (Hannula et al., Human Brain Mapping 2005).
'''전형적인 예'''[86]
==== 자극 방식 ====
경두개자기자극술(TMS)의 효과는 자극의 주파수, 지속 시간 및 강도(진폭)에 따라 나눌 수 있다.[24]
단일 펄스 TMS는 자극 부위 아래의 신피질 뉴런을 탈분극시켜 활동 전위를 발생시킨다.[25] 일차 운동 피질에 사용하면 근전도검사에서 기록할 수 있는 운동 유발 전위(MEP)를 생성한다.[25] 후두엽 피질에 사용하면 피험자는 광인(빛 섬광)을 감지할 수 있다.[25] 대부분의 다른 피질 영역에서는 의식적인 효과는 없지만, 행동 변화나 뇌 활동 변화를 감지할 수 있다.[25]
반복적 TMS (rTMS)는 자극 기간을 넘어 지속되는 효과를 생성한다. rTMS는 자극 강도, 코일 방향, 주파수에 따라 피질척수로의 흥분성을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.[26] 1 Hz 미만의 저주파 rTMS는 피질 발화를 억제하는 반면, 1 Hz보다 큰 고주파 rTMS는 피질 발화를 유발한다.[26] 이는 장기 강화 (LTP) 및 장기 억제와 관련된 시냅스 효능 변화 때문으로 추정된다.[27][28]
인지심리학과 인지신경과학에서 TMS가 중요한 이유는 인과관계를 보여줄 수 있다는 점이다. fMRI같은 비침습적 뇌영상기법은 특정 과제 수행 시 활성화되는 뇌 영역을 보여주지만, 이것이 뇌 영역이 해당 과제 수행에 실제로 사용된다는 것을 의미하지는 않는다. 하지만 TMS를 통해 뇌 영역의 활동을 억제했을 때 과제 성적이 저하된다면, 그 뇌 영역이 해당 과제에 실제로 사용된다는 강력한 증거가 된다.
예를 들어, 숫자열 기억 과제에서 전전두피질(PFC)의 활동이 fMRI로 관측될 경우, TMS로 PFC를 간섭하면 피험자의 기억 능력이 저하되어 PFC가 단기 기억에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.
이 "노크아웃"법(또는 가상 병변법)은 온라인 TMS와 오프라인 rTMS 두 가지 방식으로 수행된다. 온라인 TMS는 과제 수행 중 특정 시간대에 TMS 펄스를 뇌의 특정 영역에 가하는 방법으로, 뇌 영역이 과제를 언제, 어떻게 처리하는지에 대한 정보를 제공하며, 플라시보 효과나 다른 뇌 영역에 의한 기능 보충 효과를 줄일 수 있다. 오프라인 rTMS는 rTMS를 몇 분간 실시한 후 과제 성적을 측정하는 방법으로, 뇌 처리 시간대에 대한 지식이 필요 없지만, 플라시보 효과의 영향을 받기 쉽고, 효과가 일정하지 않다는 단점이 있다.
==== 코일 종류 ====
원형 코일은 초기 경두개자기자극술(TMS)에 사용된 기본 형태의 코일이다.[30][31] 이후 뇌에서 더 초점화된 활성화 패턴을 제공하기 위해 8자형 코일(나비형 코일)이 개발되었다.[31] 8자형 코일은 보다 집중된 자기장을 생성하여 국소적인 활동을 유발한다.[30][31]
이중 원뿔 코일은 머리 모양에 더 잘 맞도록 설계되어 더 깊은 부위의 자극이 가능하다.[31] H-코일(심부 TMS)은 더 광범위한 활성화와 더 깊은 자기 침투를 허용하여 다리와 골반 바닥을 제어하는 운동 피질과 소뇌의 더 깊은 영역에 영향을 미칠 수 있지만, 증가된 깊이는 덜 초점화된 자기 펄스를 희생한다.[4] 자기 코일 설계의 차이는 재료 유형, 기하학적 구조 및 관련 자기 펄스의 특정 특성을 포함하며, 이는 결과 비교 시 고려해야 할 중요한 요소이다.[29] 코어 재료는 자성 불활성 기질('공기 코어')이거나, 고체 강자성 활성 물질('고체 코어')일 수 있으며, 고체 코어는 자기장으로의 전기 에너지 전달을 더 효율적으로 만들고 열로 인한 에너지 손실을 줄여 과열로 인한 중단 없이 더 높은 부피의 치료 프로토콜로 작동할 수 있다.[30]
3. 1. 자극 방식
경두개자기자극술(TMS)의 효과는 자극의 주파수, 지속 시간 및 강도(진폭)에 따라 나눌 수 있다.[24]
단일 펄스 TMS는 자극 부위 아래의 신피질 뉴런을 탈분극시켜 활동 전위를 발생시킨다.[25] 일차 운동 피질에 사용하면 근전도검사에서 기록할 수 있는 운동 유발 전위(MEP)를 생성한다.[25] 후두엽 피질에 사용하면 피험자는 광인(빛 섬광)을 감지할 수 있다.[25] 대부분의 다른 피질 영역에서는 의식적인 효과는 없지만, 행동 변화나 뇌 활동 변화를 감지할 수 있다.[25]
반복적 TMS (rTMS)는 자극 기간을 넘어 지속되는 효과를 생성한다. rTMS는 자극 강도, 코일 방향, 주파수에 따라 피질척수로의 흥분성을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.[26] 1 Hz 미만의 저주파 rTMS는 피질 발화를 억제하는 반면, 1 Hz보다 큰 고주파 rTMS는 피질 발화를 유발한다.[26] 이는 장기 강화 (LTP) 및 장기 억제와 관련된 시냅스 효능 변화 때문으로 추정된다.[27][28]
인지심리학과 인지신경과학에서 TMS가 중요한 이유는 인과관계를 보여줄 수 있다는 점이다. fMRI같은 비침습적 뇌영상기법은 특정 과제 수행 시 활성화되는 뇌 영역을 보여주지만, 이것이 뇌 영역이 해당 과제 수행에 실제로 사용된다는 것을 의미하지는 않는다. 하지만 TMS를 통해 뇌 영역의 활동을 억제했을 때 과제 성적이 저하된다면, 그 뇌 영역이 해당 과제에 실제로 사용된다는 강력한 증거가 된다.
예를 들어, 숫자열 기억 과제에서 전전두피질(PFC)의 활동이 fMRI로 관측될 경우, TMS로 PFC를 간섭하면 피험자의 기억 능력이 저하되어 PFC가 단기 기억에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있다.
이 "노크아웃"법(또는 가상 병변법)은 온라인 TMS와 오프라인 rTMS 두 가지 방식으로 수행된다. 온라인 TMS는 과제 수행 중 특정 시간대에 TMS 펄스를 뇌의 특정 영역에 가하는 방법으로, 뇌 영역이 과제를 언제, 어떻게 처리하는지에 대한 정보를 제공하며, 플라시보 효과나 다른 뇌 영역에 의한 기능 보충 효과를 줄일 수 있다. 오프라인 rTMS는 rTMS를 몇 분간 실시한 후 과제 성적을 측정하는 방법으로, 뇌 처리 시간대에 대한 지식이 필요 없지만, 플라시보 효과의 영향을 받기 쉽고, 효과가 일정하지 않다는 단점이 있다.
3. 2. 코일 종류
원형 코일은 초기 경두개자기자극술(TMS)에 사용된 기본 형태의 코일이다.[30][31] 이후 뇌에서 더 초점화된 활성화 패턴을 제공하기 위해 8자형 코일(나비형 코일)이 개발되었다.[31] 8자형 코일은 보다 집중된 자기장을 생성하여 국소적인 활동을 유발한다.[30][31]
이중 원뿔 코일은 머리 모양에 더 잘 맞도록 설계되어 더 깊은 부위의 자극이 가능하다.[31] H-코일(심부 TMS)은 더 광범위한 활성화와 더 깊은 자기 침투를 허용하여 다리와 골반 바닥을 제어하는 운동 피질과 소뇌의 더 깊은 영역에 영향을 미칠 수 있지만, 증가된 깊이는 덜 초점화된 자기 펄스를 희생한다.[4] 자기 코일 설계의 차이는 재료 유형, 기하학적 구조 및 관련 자기 펄스의 특정 특성을 포함하며, 이는 결과 비교 시 고려해야 할 중요한 요소이다.[29] 코어 재료는 자성 불활성 기질('공기 코어')이거나, 고체 강자성 활성 물질('고체 코어')일 수 있으며, 고체 코어는 자기장으로의 전기 에너지 전달을 더 효율적으로 만들고 열로 인한 에너지 손실을 줄여 과열로 인한 중단 없이 더 높은 부피의 치료 프로토콜로 작동할 수 있다.[30]
4. 임상적 이용

TMS는 수술이나 전극 삽입이 필요하지 않다.
TMS는 진단 및/또는 치료 목적으로 사용될 수 있다. 효과는 자기 펄스의 주파수와 강도, 치료 기간에 따라 다르며, 이는 투여되는 총 펄스 수를 결정한다.[5] TMS 치료는 미국 FDA에서 우울증 치료에 대해 승인되었으며, 영국에서는 NICE에서 승인되어 개인 병원과 일부 VA 의료 센터에서 제공된다. TMS는 경두개 전기 자극에서 발생하는 통증 감각 없이 피질 조직을 자극한다.[6]
TMS와 rTMS의 이용은 진단에의 이용과 치료에의 이용으로 나눌 수 있다.
==== 진단 ====
TMS는 임상적으로 인간의 특정 뇌 회로의 활동과 기능을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 가장 일반적으로 단일 또는 쌍 자기 자극을 사용한다.[7] 가장 널리 받아들여지는 용도는 과거 또는 진행성 신경학적 손상과 관련된 손상을 평가하기 위해 중추 신경계의 일차 운동 피질과 말초 신경계 사이의 연결을 측정하는 것이다.[7][8][9][10] TMS는 척수병증, 근위축성 측삭 경화증(ALS), 다발성 경화증 등의 진단 도구로 유용하다.[11]
현재 TMS는 인간의 특정 뇌 회로의 기능과 활동을 측정하기 위해 임상적으로 이용되고 있다. 가장 강력하고 널리 사용되는 이용법으로, 일차 운동 피질과 근육의 연결을 측정, 즉 운동 유발 전위(MEP)의 진폭, 운동 유발 전위의 잠복기, 중추 신경 전도 시간(CMCT)의 측정이 있다. 이 이용법은 뇌경색, 척수 손상, 다발성 경화증 및 운동 신경원 질환 환자에게 효과적이다.
다양한 질병의 환자에게서 이상한 결과를 보이는 측정법이 많이 존재하지만, 효과적이고 재현성을 가진 것은 적고, 더 중요한 것은, 이러한 측정법의 진단 기준이 아직 밝혀지지 않았다. 그중 가장 유명한 것으로, 쿠지라이 등에 의해 보고된, 운동 피질의 피질 내 회로(intracortical circuits)를 측정하는 단시간 간격 피질 내 억제(SICI)가 있다. 다만, 플라시보(위약) 효과에 관해서는 주의가 필요하다.
==== 치료 ====
경두개자기자극술(TMS)은 우울증, 섬유근육통, 신경병성 통증을 포함한 여러 질환에 적용될 수 있다는 일부 증거가 있다.[12]
국립 보건 및 임상 우수성 연구소(NICE)는 2015년에 영국에서 우울증 치료를 위한 TMS 사용을 승인했다.[54] NICE는 "우울증에 대한 반복 경두개 자기 자극술에 대한 증거는 주요 안전 문제를 보이지 않는다. 단기적 효능에 대한 증거는 적절하지만 임상 반응은 다양하다. 우울증에 대한 반복 경두개 자기 자극술은 임상 거버넌스 및 감사를 위한 일반적인 절차와 함께 사용할 수 있다"라고 밝혔다.
대한민국에서는 2019년 6월부터 치료 저항성 우울증에 대한 건강보험 적용이 시작되어[82] TMS 치료의 접근성이 높아졌다는 긍정적인 평가를 받는다.
==== 우울증 치료 ====
경두개자기자극술(TMS)은 항우울제에 반응하지 않는 치료 저항성 우울증 환자에게 효과적인 대안 치료법이다. 전기 경련 요법(ECT)에 비해 부작용이 적고, 마취가 필요 없다는 장점이 있다.[84]
대한민국에서는 2019년 6월부터 치료 저항성 우울증에 대한 건강보험 적용이 시작되어[82] TMS 치료의 접근성이 높아졌다는 긍정적인 평가를 받는다.
TMS 치료의 관해율은 연구마다 차이가 있지만, 유지 요법과 병행 시 약 50-60% 정도로 보고된다.[83] 6주간의 TMS 치료에서의 관해율은 27.1%이며, 3주간의 항우울제 유지 요법 도입 후에는 36.5%로 증가한다. 이후 24주간의 유지 요법에서 증상이 악화된 환자에게 추가 TMS를 병용하면 관해율은 더욱 높아진다.[83]
TMS의 부작용으로는 자극 부위의 통증이나 불쾌감, 두통 등이 있을 수 있다.[83] rTMS의 경우 두통, 두피 통증, 자발적 경련 등이 나타날 수 있다.[84]
==== 기타 질환 ====
유럽 경제 지역에서 다양한 버전의 딥 TMS H-코일은 알츠하이머병,[49] 자폐증,[49] 양극성 장애,[48] 간질,[44] 만성 통증,[48] 주요 우울 장애,[48] 파킨슨병,[45][46] 외상 후 스트레스 장애(PTSD),[48][47] 정신분열증(음성 증상)[48] 및 금연 보조[49]등의 질환에 대해 CE 마킹을 획득했다.
2018년 8월, 미국 식품의약국(US FDA)은 이스라엘 기업 브레인스웨이(Brainsway)가 개발한 경두개자기자극술(TMS)의 강박 장애(OCD) 치료 사용을 승인했다.[41] 2020년, 미국 FDA는 미국 회사인 매그벤처(MagVenture Inc.)가 개발한 TMS의 OCD 치료 사용을 승인했고,[42] 2023년에는 미국 FDA가 미국 회사인 뉴로네틱스(Neuronetics Inc.)가 개발한 TMS의 OCD 치료 사용을 승인했다.[43]
4. 1. 진단
TMS는 임상적으로 인간의 특정 뇌 회로의 활동과 기능을 측정하는 데 사용될 수 있으며, 가장 일반적으로 단일 또는 쌍 자기 자극을 사용한다.[7] 가장 널리 받아들여지는 용도는 과거 또는 진행성 신경학적 손상과 관련된 손상을 평가하기 위해 중추 신경계의 일차 운동 피질과 말초 신경계 사이의 연결을 측정하는 것이다.[7][8][9][10] TMS는 척수병증, 근위축성 측삭 경화증(ALS), 다발성 경화증 등의 진단 도구로 유용하다.[11]현재 TMS는 인간의 특정 뇌 회로의 기능과 활동을 측정하기 위해 임상적으로 이용되고 있다. 가장 강력하고 널리 사용되는 이용법으로, 일차 운동 피질과 근육의 연결을 측정, 즉 운동 유발 전위(MEP)의 진폭, 운동 유발 전위의 잠복기, 중추 신경 전도 시간(CMCT)의 측정이 있다. 이 이용법은 뇌경색, 척수 손상, 다발성 경화증 및 운동 신경원 질환 환자에게 효과적이다.
다양한 질병의 환자에게서 이상한 결과를 보이는 측정법이 많이 존재하지만, 효과적이고 재현성을 가진 것은 적고, 더 중요한 것은, 이러한 측정법의 진단 기준이 아직 밝혀지지 않았다. 그중 가장 유명한 것으로, 쿠지라이 등에 의해 보고된, 운동 피질의 피질 내 회로(intracortical circuits)를 측정하는 단시간 간격 피질 내 억제(SICI)가 있다. 다만, 플라시보(위약) 효과에 관해서는 주의가 필요하다.
4. 2. 치료
경두개자기자극술(TMS)은 우울증, 섬유근육통, 신경병성 통증을 포함한 여러 질환에 적용될 수 있다는 일부 증거가 있다.[12]국립 보건 및 임상 우수성 연구소(NICE)는 2015년에 영국에서 우울증 치료를 위한 TMS 사용을 승인했다.[54] NICE는 "우울증에 대한 반복 경두개 자기 자극술에 대한 증거는 주요 안전 문제를 보이지 않는다. 단기적 효능에 대한 증거는 적절하지만 임상 반응은 다양하다. 우울증에 대한 반복 경두개 자기 자극술은 임상 거버넌스 및 감사를 위한 일반적인 절차와 함께 사용할 수 있다"라고 밝혔다.
대한민국에서는 2019년 6월부터 치료 저항성 우울증에 대한 건강보험 적용이 시작되어[82] TMS 치료의 접근성이 높아졌다는 긍정적인 평가를 받는다.
4. 2. 1. 우울증 치료
경두개자기자극술(TMS)은 항우울제에 반응하지 않는 치료 저항성 우울증 환자에게 효과적인 대안 치료법이다. 전기 경련 요법(ECT)에 비해 부작용이 적고, 마취가 필요 없다는 장점이 있다.[84]대한민국에서는 2019년 6월부터 치료 저항성 우울증에 대한 건강보험 적용이 시작되어[82] TMS 치료의 접근성이 높아졌다는 긍정적인 평가를 받는다.
TMS 치료의 관해율은 연구마다 차이가 있지만, 유지 요법과 병행 시 약 50-60% 정도로 보고된다.[83] 6주간의 TMS 치료에서의 관해율은 27.1%이며, 3주간의 항우울제 유지 요법 도입 후에는 36.5%로 증가한다. 이후 24주간의 유지 요법에서 증상이 악화된 환자에게 추가 TMS를 병용하면 관해율은 더욱 높아진다.[83]
TMS의 부작용으로는 자극 부위의 통증이나 불쾌감, 두통 등이 있을 수 있다.[83] rTMS의 경우 두통, 두피 통증, 자발적 경련 등이 나타날 수 있다.[84]
4. 2. 2. 기타 질환
유럽 경제 지역에서 다양한 버전의 딥 TMS H-코일은 알츠하이머병,[49] 자폐증,[49] 양극성 장애,[48] 간질,[44] 만성 통증,[48] 주요 우울 장애,[48] 파킨슨병,[45][46] 외상 후 스트레스 장애(PTSD),[48][47] 정신분열증(음성 증상)[48] 및 금연 보조[49]등의 질환에 대해 CE 마킹을 획득했다.2018년 8월, 미국 식품의약국(US FDA)은 이스라엘 기업 브레인스웨이(Brainsway)가 개발한 경두개자기자극술(TMS)의 강박 장애(OCD) 치료 사용을 승인했다.[41] 2020년, 미국 FDA는 미국 회사인 매그벤처(MagVenture Inc.)가 개발한 TMS의 OCD 치료 사용을 승인했고,[42] 2023년에는 미국 FDA가 미국 회사인 뉴로네틱스(Neuronetics Inc.)가 개발한 TMS의 OCD 치료 사용을 승인했다.[43]
5. 부작용 및 한계
경두개자기자극술(TMS)은 뇌 내에서 전류를 유도하는 방법이기 때문에, 간질 발작을 일으킬 가능성이 있다.[4] 다만, 간질 환자나 약물 투여를 받고 있는 환자를 제외하면 TMS의 위험성은 매우 낮다. 5Hz 이상의 주파수로 높은 강도로 실시하는 rTMS는 위험성이 유의하게 높아지는 것으로 나타났다.[4]
많은 피험자에게서 보고되는 다른 TMS의 부작용으로는 다음과 같은 것들이 있다.[4]
경두개자기자극술(TMS)을 이용한 뇌 조직 자극에는 몇 가지 한계점이 존재한다.
우선, 올바른 자극을 위한 용량(시간 및 기술적 필드 매개변수)에 대한 불확실성이 존재한다.[71] 신경생리학은 신경 질환에 대한 이러한 치료의 본질에 대해 세포 수준에서 지식이 부족하며,[72] 이 방법은 뇌를 자연적인 전자기장보다 몇 배, 심지어 수십 배나 더 강렬한 자기장에 과도하게 노출시킨다.[73][74]
또한, 치료가 필요한 특정 신경 네트워크에 대한 자극 효과를 국소화하는 것이 불가능하다.[75] 정신 과정과 관련된 신경 활동, 인지 기능의 신경 상관관계는 현대 연구에서 여전히 흥미로운 질문이다. 비침습적 뇌 조직 자극은 특성이 제대로 파악되지 않은 넓은 영역을 대상으로 하며, 정의되지 않은 방사선 용량과 대상은 치료 과정에서 건강한 세포를 파괴할 수 있다. 자기장이 치료가 필요한 뇌의 신경 구조에만 도달하는지 불분명하기 때문에 이러한 불확실성은 자기장으로 신경 질환을 치료하는 데 어려움을 준다. 따라서 자기장 노출은 건강한 신경 구조를 파괴할 수 있다. 자극 효과를 국소화할 수 없다는 것은 자극을 원하는 신경 네트워크에만 정확히 타겟팅하는 것을 어렵게 만든다.[75]
5. 1. 부작용
경두개자기자극술(TMS)은 일반적으로 안전한 시술로 알려져 있지만, 몇 가지 부작용이 있을 수 있다.[13] 이상 반응은 일반적으로 더 높은 주파수의 자극과 함께 증가한다.[4]가장 흔한 부작용은 두통, 두피 통증, 불쾌감 등이다.[4] TMS 펄스에 의해 일어나는 큰 클릭 소리가 발생할 수 있다. 두피 아래에 있는 신경 및 근육을 자극받는 것에 의한 불쾌감이나 통증이 있을수 있다.[4]
드물게 실신, 경련, 경조증, 인지 변화 등이 발생할 수 있다.[4][14][15] 실신은 흔하지 않지만, 간질 발작이 보고된 바 있다.[4][14][15] 단기적인 불편함, 통증, 이명, 기억 상실, 짧은 에피소드의 경조증, 인지 변화, 높은 수준의 불안, 청력 손실, 손상된 작업 기억, 그리고 전자기 유도에 의한 심장 박동기와 같은 이식형 장치 내의 전류 유도가 있을 수 있다.[4][16]
TMS와 rTMS는 뇌 내에서 전류를 유도하는 방법이기 때문에, 간질 발작을 일으킬 가능성이 있다. 다만, 간질 환자나 약물 투여를 받고 있는 환자를 제외하면 TMS의 위험성은 매우 낮다. 5Hz 이상의 주파수로 높은 강도로 실시하는 rTMS는 위험성이 유의하게 높아지는 것으로 나타났다.[4]
5. 2. 한계
경두개자기자극술(TMS)을 이용한 뇌 조직 자극에는 몇 가지 한계점이 존재한다.우선, 올바른 자극을 위한 용량(시간 및 기술적 필드 매개변수)에 대한 불확실성이 존재한다.[71] 신경생리학은 신경 질환에 대한 이러한 치료의 본질에 대해 세포 수준에서 지식이 부족하며,[72] 이 방법은 뇌를 자연적인 전자기장보다 몇 배, 심지어 수십 배나 더 강렬한 자기장에 과도하게 노출시킨다.[73][74]
또한, 치료가 필요한 특정 신경 네트워크에 대한 자극 효과를 국소화하는 것이 불가능하다.[75] 정신 과정과 관련된 신경 활동, 인지 기능의 신경 상관관계는 현대 연구에서 여전히 흥미로운 질문이다. 비침습적 뇌 조직 자극은 특성이 제대로 파악되지 않은 넓은 영역을 대상으로 하며, 정의되지 않은 방사선 용량과 대상은 치료 과정에서 건강한 세포를 파괴할 수 있다. 자기장이 치료가 필요한 뇌의 신경 구조에만 도달하는지 불분명하기 때문에 이러한 불확실성은 자기장으로 신경 질환을 치료하는 데 어려움을 준다. 따라서 자기장 노출은 건강한 신경 구조를 파괴할 수 있다. 자극 효과를 국소화할 수 없다는 것은 자극을 원하는 신경 네트워크에만 정확히 타겟팅하는 것을 어렵게 만든다.[75]
TMS와 반복 경두개자기자극술(rTMS)은 뇌 내에서 전류를 유도하는 방법이기 때문에, 간질 발작을 일으킬 가능성이 있다. 다만, 간질 환자나 약물 투여를 받고 있는 환자를 제외하면 TMS의 위험성은 매우 낮다. 또한, 5Hz 이상의 주파수로 높은 강도로 실시하는 rTMS는 위험성이 (여전히 낮지만) 유의하게 높아지는 것으로 나타났다.
많은 피험자에게서 보고되는 다른 TMS의 부작용으로는 두피 아래에 있는 신경 및 근육을 자극받는 것에 의한 불쾌감이나 통증, TMS 펄스에 의해 일어나는 큰 클릭 소리 등이 있다.
6. 연구 방향
파킨슨병의 경우, 초기 연구 결과는 저주파 자극이 약물 관련 이상운동증에 영향을 미칠 수 있으며, 고주파 자극은 운동 기능을 개선한다는 것을 시사한다.[32][33]
인지심리학과 인지신경과학에서 TMS가 중요한 이유는 TMS가 인과관계를 나타낼 수 있다는 점이다. 비침습적 매핑 기법인 fMRI 등을 통해, 피험자가 특정 과제를 수행할 때 어떤 뇌 영역이 활성화되는지 알 수 있다. 그러나 이것은 그 뇌 영역이 실제로 그 과제를 수행하기 위해 사용되고 있다는 증거가 되지 않는다. 왜냐하면, 이 사실은 그 뇌 영역이 그 과제와 ''관련되어 있다''는 것을 보여주는 것에 불과하기 때문이다. 그러나 반면, 그 영역의 활동을 TMS로 억제(즉, "노크아웃")한 결과, 피험자의 과제 성적이 저하되었다면, 그 뇌 영역이 그 과제에 실제로 ''사용되고 있다''는 강력한 증거가 된다.
''예를 들어, 피험자에게 어떤 숫자열을 기억하게 하고 복창시키는 과제에서, 전전두피질 (PFC)의 활동이 fMRI에 의해 관측되었을 경우, 단기 기억에서 이 영역의 역할을 시사한다. 이때, 실험자가 TMS로 PFC에 간섭하면, 피험자의 숫자열을 기억하는 능력이 저하되어, PFC가 단기 기억에 중요한 역할을 한다는 증거를 얻을 수 있다. 왜냐하면 피험자의 PFC 능력 저하가 단기 기억의 감소를 일으켰기 때문이다.''
이 "노크아웃"법(또는 가상 병변법 (virtual lesioning))은 두 가지 방법으로 수행된다.
- 온라인 TMS (Online TMS): 피험자가 과제를 수행하는 동안, 과제 내 특정 시간대(대략 1-200ms 정도)에 TMS 펄스 자극을 뇌의 특정 영역에 가하는 방법. 이 자극으로 인해, 과제 성적이 특이적으로 변화한다. 이를 통해, 자극한 뇌 영역이 과제 내 특정 시간대에 그 과제와 관련되어 있다는 것을 알 수 있다. 이 방법의 장점은 실험 결과로부터 특정 뇌 영역이 그 과제를 언제, 어떻게 처리하는지에 대한 정보를 얻을 수 있으며, 플라시보 효과나 다른 뇌 영역에 의한 기능 보충 효과가 발생하는 시간을 없앨 수 있다는 점이다. 반면, 이 방법의 단점으로는 자극을 가하는 위치 외에도, 문제되는 뇌 영역이 그 과제와 관련된 대략적인 시간대를 피험자가 미리 알고 있어야 하므로, 자극에 의한 효과가 나타나지 않는다고 해서 결정적인 증거가 되지 않는다는 점이 있다.
- 오프라인 rTMS (Offline repetitive TMS): 사전에 피험자의 과제 성적을 측정해 두고, 그 다음 rTMS를 몇 분간 실시한 후, 다시 한 번 과제 성적을 측정하는 방법. 이 방법의 장점은 뇌 처리의 시간적 스케일에 대한 지식을 필요로 하지 않는다는 점이다. 그러나, 플라시보 효과에 대한 도파민의 기여[79]로 인해, 오프라인 rTMS는 플라시보 효과의 영향을 매우 받기 쉽다는 단점이 있다. 또한, 오프라인 rTMS의 효과는 피험자 간 또는 동일 피험자 내에서도 일정하지 않다. 이 방법의 파생으로, 반복 자극법을 통해 과제 성적을 올리는 "강화"법이 있지만, "노크아웃"법보다 더 어렵다.
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