Structural and functional neuroimaging in attention-deficit/hyperactivity disorder (2018)

https://doi.org/10.1111/dmcn.14050

 

주의력결핍 과잉행동장애 (ADHD)는 주의력 저하, 과잉 행동 및 충동성을 특징으로 하는 신경발달장애다. 이 질환은 어린이와 성인 모두에게 영향을 주며, 최근 뇌 영상 연구를 통해 ADHD의 원인과 증상에 대한 새로운 이해가 제공되고 있다. 해당 리뷰 논문에서는 ADHD와 관련된 뇌 구조적 변화와 기능적 이상을 MRI, DTI, fMRI 등 최신 뇌 영상 기술을 바탕으로 자세히 살펴본다.

 

1. 뇌 구조적 변화

1-1. 총 뇌 부피 및 회백질 부피의 감소

• 주요 발견

  • ADHD 환자는 총 뇌 부피와 회백질(gray matter)의 부피가 일반인에 비해 작게 나타난다.

  • 특히 기저핵(Basal Ganglia), 소뇌, 전두엽에서 부피 감소가 두드러진다.

• 기저핵의 역할

  • 기저핵은 운동 제어, 주의력 조절, 충동 억제와 같은 기능을 담당하는 뇌 영역이다.

  • ADHD 환자는 기저핵 중 선조체 (Putamen)와 꼬리핵 (Caudate Nucleus) 부위의 부피가 감소했다.

  • 이러한 변화는 ADHD의 핵심 증상인 충동성 및 행동 조절 문제와 밀접하게 연결된다.

• 사례 연구

  • Hoogman et al. (2017) 연구: ADHD 환자 1,713명과 일반인 1,529명의 뇌를 분석한 결과, ADHD 그룹에서 편도체, 해마, 꼬리핵, 선조체 등의 부피가 유의미하게 감소한 것으로 나타났다.

1-2. 피질 두께와 표면적 변화

• 피질 두께 감소

  • ADHD 환자는 전두엽, 두정엽, 측두엽의 피질 두께 감소가 관찰된다.

    • 전두엽의 변화는 작업 기억 저하, 주의력 결핍, 충동적 행동과 관련이 있다.

  • Shaw et al. (2007) 연구: ADHD 어린이 그룹에서 피질 두께 성숙이 일반인에 비해 약 2~3년 정도 지연되었다.

• 피질 표면적 감소

  • ADHD 환자는 전체 뇌의 표면적이 감소하며, 특히 전두엽과 후두엽에서 두드러진다.

  • 표면적 감소는 뇌 발달이 지연된 결과이며, 이는 뇌 연결성과 기능에 영향을 미친다.

1-3. 백질 구조 및 연결성의 변화

• 백질의 역할

  • 백질 (White Matter)은 뇌의 정보 전달 통로로, 뇌의 다른 영역들 간의 신호를 연결하는 역할을 한다.

  • ADHD 환자는 백질 무결성이 저하되어 뇌 연결성에 문제가 생긴다.

• 주요 변화 영역

1. 뇌량 (Corpus Callosum): 양반구를 연결하는 백질 구조가 약화되어 정보 교환 속도가 저하된다.

2. 전두엽과 후두엽 연결: 주의력과 시각 처리 영역 간의 연결이 비정상적으로 나타난다.

• DTI 연구 결과

  • Fractional Anisotropy (FA) 값이 ADHD 환자에서 감소한 것으로 나타났다.

  • 이는 백질의 무결성 저하와 관련된 결과로, 정보 전달의 효율성 저하를 의미한다.

 

2. 뇌 기능적 변화

2-1. 작업 기반 기능적 MRI (fMRI)

• 전두엽-기저핵 네트워크의 기능 저하

  • ADHD 환자는 전두엽-기저핵 네트워크에서 활동 저하가 관찰된다.

  • 주요 증상과의 연관성:

    • 전두엽: 작업 기억, 주의력 유지, 반응 억제 기능

    • 기저핵: 행동 조절 및 운동 제어

• 보상 처리의 이상

  • 복측 선조체 (Ventral Striatum)의 반응 저하로 인해 ADHD 환자는 보상 예측에 대한 반응이 감소한다.

  • 즉각적인 보상에 더 의존하는 행동 패턴을 보이게 된다.

2-2. 휴지 상태 기능적 MRI (rs-fMRI)

• 기본 모드 네트워크 (DMN)

  • DMN은 뇌가 휴식 상태일 때 활성화되는 네트워크다.

  • ADHD 환자는 DMN과 인지 통제 네트워크 사이의 상호작용이 약화되어 집중력이 저하된다.

2-3. 기타 뇌 기능 연구

• fNIRS (기능적 근적외선 분광법)

  • ADHD 어린이와 성인은 우측 전두엽의 기능 저하가 확인되었다.

• MEG (자기뇌파검사)

  • ADHD 환자는 뇌의 기본 모드 네트워크와 주의력 네트워크 간의 연결에서 불균형이 나타난다.

 

3. 연령과 약물 효과

3-1. 연령에 따른 뇌 변화

• 어린이 ADHD 환자는 뇌의 성숙 지연이 특징적이다.
• 성인이 되면 일부 뇌 부위의 차이는 줄어들지만, 전두엽 기능 저하는 지속되는 경우가 많다.

3-2. 약물의 영향

• 메틸페니데이트와 같은 자극제는 ADHD 환자의 뇌 기능을 일시적으로 정상화시키는 효과가 있다.
• 하지만 약물의 장기적인 영향에 대해서는 추가 연구가 필요하다.

 

결론

• ADHD는 뇌의 구조적 변화와 기능적 이상을 기반으로 하는 신경발달장애다.
  • 주요 변화는 전두엽, 기저핵, 뇌량에서 나타나며, 이는 주의력 저하, 충동성, 보상 처리 이상과 연결된다.
  • 뇌 성숙이 지연되고 백질의 연결성 저하가 ADHD 증상을 심화시키는 주요 원인으로 밝혀졌다.
• ADHD의 원인을 더욱 명확히 하고, 장기적인 약물의 효과를 분석하는 연구가 필요하다.