알쯔하이머형 치매환자의 Optimized VBM: 뇌 회색질 감소와 임상척도와의 연관성

지금까지 다루어 본 "Voxel-Based Morphometry—The Methods" 은 복셀에 관해서 뇌 구조 분석을 어떻게 하면 좋은 성능 및 효율로 분석할 수 있을 지에 대한 논문을 다루어 보았습니다.

그에 이어 이번에는 실질적인 VBM을 활용해서 어떤 인사이트를 도출하며 가치 창출을 할 수 있는 지 알아보겠습니다.

본 논문의 목적은 VBM을 활용하여 알쯔하이머형 치매 환자(AD)의 뇌회색질 부피 감소 양상을 분석하고, 인지 기능과의 연관성을 알아보고자 합니다.

Q. 알쯔하이머형 치매?
치매의 가장 흔한 원인인 알쯔하이머형 치매(Alzheimer’s disease: 이하 AD)는 점진적인 기억력 장애와 함께, 한 가지 이상의 인지 장애를 특징으로 하며, 임상 증상 발현 수년 전부터 뇌에 조직학적 변화가 나타납니다. AD의 병리 소견은 시납스와 신경원의 소실에 의한 피질의 뇌회색질 위축이 특징이며 위축이 가장 먼저 시작되는 부위는 내측두엽에 있는 해마, 부해마회(entorhinal 및 perirhinal cortices)와 편도핵입니다.

분석은 매틀랩 SPM을 활용하여 회색질, 백질 그리고 뇌실로 분할하였다고 했으며, 예시로 SPM을 활용하면 아래와 같이 분석을 진행할 수 있습니다.

뇌 회색질의 전반적인 차이 비교

그렇다면 실질적으로 어떤 결과를 얻을 수 있었는 지 확인해 보겠습니다.

t-test

• 전체 뇌 용적 비교
  전체 뇌 용적의 경우 AD군은 1413±96 mL, 정상군은 1452±125 mL 으로 의미있는 차이를 보이지 않았습니다.

• 뇌 회색질 용적 비교
  뇌 회색질의 용적은 AD군의 경우 552±39 mL, 정상군의 경우 632±51 mL 으로 통계적으로 유의한 차이를 보였습니다(p<0.001).

• 뇌 회색질의 국소 분포 차이의 비교
  양측 편도핵/해마 복합체, 양측 부해마회, 양측 하측두회, 좌측 상측두회, 좌측 대상회전(cingulate gyrus), 양측 도피질(insular cortex), 양측 중전두회(middle frontal gyrus), 좌측하전두회(inferior frontal gyrus), 양측 두정후두고량(parietooccipital sulcus) 주변피질 등의 광범위한 구역에서 유의한 부피 감소를 보였으며, 좌측 전 중심회(precentral gyrus)의 일부에서도 의미있는 감소를 보였습니다(p<0.01, corrected). 특히 내측두엽 구조의 회색질 감소는 좌측 대뇌에서 좀 더 뚜렷하였습니다.

이와 같이 뇌 전체 용적에 관해서는 유의미한 차이를 보이지 않았지만, 이에 반해 뇌 회색질 용적만 비교하였을 때는 t-test 결과 유의미한 차이를 보이며, VBM을 통한 분석으로 정상군과 AD군 간의 회색질 차이의 가치 있는 결과를 얻었습니다.

정상군과 AD군 간의 뇌 회색질 분포 결과 사진

정상군에 비해 AD군에서 회백질 부피가 현저히 감소한 뇌 영역

결론적으로 본 논문에서는 VBM을 이용하여 AD환자에서 전체 뇌 회색질 부피가 감소되고, 내측두엽 및 그 외 전두두정엽에 국소적으로 뇌회색질 부피가 유의하게 감소됨을 증명하였습니다.

기존의 전체적인 뇌 겉표면만 분석할 수 있었던 방식과 달리 Voxel을 활용하여 뇌의 세부적인 부분까지 관찰을 진행하며, 위와 같이 유의미한 가치를 도출함을 확인해 볼 수 있습니다.