White matter abnormalities and their impact on attentional performance in adult attention-deficit/hyperactivity disorder (2011)

https://doi.org/10.1007/s00406-011-0251-1

 

ADHD는 주의력 저하, 과잉 행동, 충동성을 특징으로 하는 신경발달장애로, 성인에서도 흔하게 지속된다. 뇌의 백질(white matter)은 신경 연결망의 핵심으로, 정보 전달에 중요한 역할을 한다. 이 연구는 성인 ADHD 환자를 대상으로 백질의 구조적 이상을 조사하고, 이를 주의력 성능과 비교하여 ADHD의 뇌 기능 이상을 확인했다. 연구 결과, ADHD 환자의 뇌 백질에 구조적 변화가 있었으며, 특히 좌측 백질 영역에서 이상이 두드러졌다. 이러한 변화는 주의력 저하와 밀접하게 연관되었다.

 

연구 설계 및 방법

1. 대상자

• ADHD 환자군: 성인 37명 (21명 남성, 16명 여성)
  • 모두 약물 미복용 상태로, 다른 정신질환 동반 없음
• 대조군: 건강한 성인 34명 (16명 남성, 18명 여성)
  • 연령, 성별, IQ 등에서 환자군과 일치

2. 측정 도구

• 확산텐서영상(DTI): 뇌 백질의 무결성과 확산 정도를 확인하는 영상 기법
  • FA (Fractional Anisotropy, 분수 비등방성): 백질의 구조적 무결성 지표
  • MD (Mean Diffusivity, 평균 확산도): 백질에서 물 분자의 확산 정도를 나타냄
• 주의력 평가
  • TOVA(Test of Variables of Attention): 주의력 지속 시간과 반응 시간 변동성을 측정
  • 반응 시간(Reaction Time, RT) 및 변동성: 주의력 조절의 안정성 평가
  • Stroop Test: 선택적 주의력 및 인지 통제 능력 평가

 

연구 결과

1. 백질의 구조적 이상

1) 좌측 하부 종방향 다발 (Left Inferior Longitudinal Fasciculus, ILF)

• ADHD 환자군에서 FA 값이 감소했다.
  • FA는 백질의 무결성을 나타내는 지표로, 감소는 백질 연결망이 손상되었음을 의미한다.
  • 이 다발은 시각 정보를 처리하고 주의력 네트워크를 연결하는 중요한 경로다.

2) 좌측 전두-후두 다발 (Left Inferior Fronto-Occipital Fasciculus, IFO)

• ADHD 환자군에서 MD 값이 증가했다.
  • MD는 물 분자의 확산 정도를 나타내며, 값이 증가하면 백질의 구조적 무결성이 약화된 것이다.
  • 이 경로는 전두엽과 후두엽을 연결해 시각적 처리와 인지 통제에 중요한 역할을 한다.

2. 백질 이상과 주의력 성능의 상관관계

1) 좌측 ILF와 주의력 저하

• 좌측 ILF의 MD 값이 높을수록 주의력 성능이 낮았다.
  • TOVA ADHD 점수가 낮을수록(주의력 저하), MD 값이 더 높았다.
  • 반응 시간 변동성(RT Variability): MD 값이 높아질수록 반응 시간의 변동성이 커졌다. 이는 주의력 조절이 불안정하다는 것을 의미한다.

2) 좌측 IFO와 주의력 성능

• 좌측 IFO에서도 백질 이상이 확인되었지만, 주의력 성능과의 상관관계는 ILF에 비해 약하게 나타났다.

 

 

좌측 하부 종방향 다발(Left ILF)에서의 MD(Mean Diffusivity, 평균 확산도) 값과 ADHD 환자의 주의력

1. MD vs TOVA ADHD Score

• X축: MD 값 (백질 무결성 손상 지표)
• Y축: TOVA ADHD 점수 (주의력 성능, 낮을수록 나쁨)

1-1. 결과 해석

• MD 값이 높아질수록 TOVA ADHD 점수가 낮아지는 경향을 보인다.

• 즉, 좌측 ILF의 백질 무결성이 약해질수록 ADHD 환자의 주의력 성능이 저하된다는 것을 의미한다.

1-2. 상관관계 의미

• MD는 백질 내 물 분자의 확산 정도를 나타내는 지표로, 값이 높다는 것은 백질의 구조적 무결성이 손상되었음을 의미한다.

• 좌측 ILF는 시각적 정보 처리 및 주의력 네트워크를 연결하는 중요한 경로다.

• 백질이 손상되면 정보 전달이 원활하지 않아 주의력을 유지하거나 집중하는 능력이 떨어진다.

• 그래프의 하향하는 선(Regression Line)은 MD와 주의력 저하 간의 음의 상관관계를 보여준다. 데이터 점들이 이 선 주변에 분포하면서, 이 경향이 일관되게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

2. MD vs Reaction Time Variability

• X축: MD 값 (백질 무결성 손상 지표)
• Y축: 반응 시간 변동성 (RT Variability, 값이 높을수록 불안정)

2-1. 결과 해석

• MD 값이 높아질수록 반응 시간의 변동성이 커지는 경향을 보인다.

• 즉, 백질 무결성이 약해지면 주의력 조절 능력이 불안정해져 반응 시간이 일정하지 않게 된다.

2-2. 상관관계 의미

• 반응 시간의 일관성은 주의력과 실행 기능의 중요한 지표다.

• 일반적으로 건강한 사람은 반응 시간이 일정하지만, ADHD 환자는 주의력이 흐트러져 반응 시간에 변동이 크게 나타난다.

• 좌측 ILF의 백질 이상이 이러한 주의력 불안정성을 유발할 수 있다는 것을 이 그래프가 보여준다.

• 그래프의 상향하는 선(Regression Line)은 MD와 반응 시간 변동성 간의 양의 상관관계를 보여준다. 데이터 점들이 이 선을 따라 상승하는 경향을 보이며, 백질 손상이 심할수록 RT 변동성이 증가함을 시각적으로 확인할 수 있다.

 

임상적 시사점

• 좌측 ILF의 중요성
  좌측 ILF는 시각 정보 처리와 주의력 유지에 중요한 역할을 하는 경로다. 이 경로의 손상이 ADHD 환자의 주의력 저하와 반응 시간 불안정성을 유발할 수 있음을 보여준다.
• 백질 무결성 손상과 ADHD
  이 그래프는 ADHD의 신경학적 원인을 백질 연결망의 구조적 이상으로 설명하며, 백질 무결성을 회복하거나 강화하는 치료법의 필요성을 시사한다.
• ADHD 환자에서 주의력 문제를 이해하기 위해서는 단순히 뇌의 특정 부위가 아닌 연결망의 건강을 함께 고려해야 한다는 점을 강조한다.

 

연구 결론

좌측 하부 종방향 다발(Left ILF)의 백질 무결성이 손상되면 ADHD 환자의 주의력 유지가 어려워지고, 반응 시간의 변동성이 커진다. 이는 백질 구조가 뇌의 다양한 영역을 연결하는 중요한 역할을 하기 때문이며, ADHD 증상의 신경학적 원인을 뇌 연결망 손상으로 설명할 수 있다. 이 연구는 ADHD 치료에서 뇌 연결망의 건강을 개선하는 접근이 필요함을 시사한다.