Hunter, J. P., Katz, J., & Davis, K. D. (2003). The effect of tactile and visual sensory inputs on phantom limb awareness. Brain, 126(3), 579-589.
The effect of tactile and visual sensory inputs on
phantom limb awareness
다중적인 감각자극근 신체의 의식적 자각에 기여한다. 사지절단은 비정상적 신체자각의 결과를 초래할 수 있있지만, 그런 방법에서 손상이후 신체도식(body schema)을 구성하고 업데이트 하는 CNS는 잘 알려져 있지 않다고 알려져 있다. 본 연구의 목적은 한쪽 상지절단 이후 환상사지(phantom limb) 자각(PLA)에 입력되는 감각의 영향을 체계적으로 평가하는 것이다. 자발적인 환상감각과 촉각유발 환상감각 그리고 자각의 위치, 질 그리고 강도가 수술이후 첫번째 재활을 시행하고 있는 13명의 절단환자에서 평가되었다. 대상자들은 세 가지 시각조건에서 검증되었다: (1) 눈 뜬 상태; (2) 눈 감은 상태; (3) 거울을 통해 대상자들의 정상 손을 보는 동안 절단된 손의 환영을 만든 상태(즉, 거울에 의한 시각환영). 거울환영은 능동적인 수의운동에서 운동관련자극과 시각의 결합된 영향을 검증하는 것에 사용되기도 하였다. 자발적인 PLA는 13명의 절단환자 중 12명에서 보고되었고 정상적인 시각입력에 영향을 받지 않았다. 남아있는 사지 또는 얼굴의 촉각자극은 6명의 절단환자에게서 이중 지각표상(dual percept)을 유발하였다; 즉 이들 절단환자들은 마치 그들이 자극을 받고 있는 부위와 절단된 사지 모두에 적용되어지고 있는 것처럼 그 자극을 지각하였다. 이런 위치착각 현상(mislocation phenomenon)은 대부분 눈을 감음 조건에서 일반적으로 나타났다. 따라서, 정상시각은 촉각으로 유발된 이중지각의 환상요소를 강력하게 치환(override)할 수 있다. 여덟명의 사례에서 절단된 사지의 시각적 환영은 일시적으로 자발적 환상사지의 의식적 자각(conscious awareness)을 일시적으로(transiently) 유발하였다. 그러나 시각적 환영은 이중 지각을 유발하는 촉각자극의 용량을 변화시키지 않았다. 이런 결과는 다음과 같은 내용을 증명해 준다; (1) 절단된 신체부위의 환산 자각이 외상성 상지 절단 이후 14개월 이내에서 일반적이다. (2) 유발된 이중 지각은 자발적인 PLA보다 일반적으로 적었다. (3) 시각, 촉각 그리고 감각운동 시스템은 PLA에 기여하였다. (4) 그러나, 감각정보의 일치성에서 미묘한 변화들은 유발된 이중 지각과 자발적인 PLA에 모두 영향을 미쳤다. (5) 운동 시스템의 상태에 존재하는 감각운동 정보는 자발적인 PLA에 강력하게 영향을 주는 반면, 시각시스템은 대부분 유발된 PLA에 영향을 줄 수 있다.
Introduction
절단을 격은 사람들의 80% 이상이 환상지 감각(phantom limb sensation; PLS)를 경험한다. 그것은 잃어버린 신체부분으로 부터 기인하여 지각되는 감각경험으로 정의된다. 환상 감각은 통일된 현상은 아니다. 최근 임상과 실험적 관찰은 환상 현상의 다양한 형태가 독특한 기전과 일반적인 기전으로에서 나타날 수 있을 것이라 제시하고 있다. 따라서, 다양한 환상 현상에 대한 더 많은 이해는 잠재적인 기전이 되는 원일으로 이끄는 통찰을 제공해줄 수 있다. 몇몇 절단환자들은(13-24%) 따그끔거림, 가려움, 압박, 운동, 열감 또는 냉감과 같은 외수용감각과 고유수용감각으로 PLS를 설명한다. 그러나, 많은 환자들은(47-71%) 특정한 체성감각보다 사지가 존재한다는 일반적인 자각으로 그들의 환상 경험을 설명한다. 예를 들면, 절단환자들은 그들의 잃어버린 사지의 특정 자세, 모양 그리고 크기의 의식적 자각을 경험할 수도 있다. 따라서, 우리는 체성감각의 개념과 신체적 자각의 개념사이를 구분하길 원한다. 우리의 목적을 위하여 우리는 체성감각을 자극이 신체에 가해질때 일반적으로 유발되는 열감, 압박, 냉감, 관절위치 또는 통증과 같은 특정한 느낌으로 정의한다. 그러나 그것은 또한 실제적인 어떤 특정한 감각 없이 신체부위의 크기와 위치를 포함하는 신체의 부분의 일반적인 의식적 자각을 가질 수 있다. Berlucchi 와 Aglioti 는 '신체도식(body schema)' 과 '육체적 자각(corporeal awareness)'이라는 용어를 어떤 사람 자신의 신체의 역동적인 조직화와 다른 신체의 역동적인 조직화에 대한 감각 인상, 지각 그리고 생각들을 구성하는 정신적 구조물이라 표현하였다. 환상 현상의 그 상황을 이들 개념에 적용하여, '환상 감각(phantom sensation)'은 잃어버린 사지의 감각자극의 특정한 느낌이라 간주 될 것이다. 예를 들면, 절단환자들은 어떤 것이 실제로 환상지를 자극한다고 또는 차가운 물이 잃어버린 사지에 흘러내리고 있다는 경험을 할 수도 있다. 반면에 '환상지 자각(phantom limb awarness;PLA)'은 한 사람 자신의 잃어버렸던 사지의 출현/존재의 일반적인 지식으로 간주될 수 있다. 환상 현상의 보편적인 특징은 그들이 신체의 통합된 부분으로 경험 되어지는 것이다. 따라서 PLS는 항상 PLA에 의해서 동반되어지지만 PLA는 어떤 특정한 PLS 없이 발생될 수 있다.
PLS와 PLA는 모두 가벼운 접촉과 같은 촉각 자극에 의해서 유발되거나 자발적으로 유발될 수 있다. PLA 현상은 남아있는 사지에 적용된 촉각 자극이 자극 부위에 국한되거나 잃어버린 사지에 동시에 지각될 때 발생되는 이중 지각(dual percepts)을 포함한다. 관련된 감각은 신체 부위에 정밀하게 그리고 특정 신체의 양상으로(PLS) 또는 단지 모호한 일반적인 잃어버린 사지의 자각이 될 수 있다. 따라서 촉각 입력은 환상감각 그리고/또는 자각을 유도하거나 변화시킬 수 있다. 이중 지각은 얼굴 또는 양측 상체를 포함한 더 원거리의 신체부위의 촉각 자극으로부터 나타날 수도 있다. 먼 거리의 관련된 체성 환상 감각이 그들 원래의 기능을 동시에 유지하는 일차 체성감각 피질 네트워크의 신경에 대한 추가적인 새로운 수용적인 영역의 재지도화에 대한 지각적 상관성을 나타내준다는 증거가 있다.
Material and methodsSubjects편측 상지 절단을 격었고 2000년 1월에서 2002년 2월
사이에 두 곳의 절단환자를 위한 지역 재활센터에서 외래재활에 참여하고 있던 모든 환자들이 본 연구에 참여할 것을 요청 받았고, 본 연구는 두 재활센터에서 각각의 연구윤리 위원회의 승인을 받았다. 대상자 집단(cohort)이 그 기관에서 독특한 감각 증상을 가졌고 모든 상지 절단환자들 중 대표적인 환자들을 표본으로 하였다. 본 연구의 대상이 되기 전에 모집 시기에 모든 대상자들은 참여 동의를 획득하였다. 대상이 된 15명의 환자들 중 두 명이 제외되었다.
Table 1은 13명의 대상자들의 상세사항을 제공한다. 모든 대상자들은 직업관련 외상성 손상으로 인해 편측 상지절단을 격었는데 두명은 골육종과 혈구증가증으로 인하여 이차적으로 선택적 절단을 하였다.
Experimental design
각 대상자들은 한명의 연구자에 의해 간단한 형식의 인터뷰를 하였다. 그 인터뷰를 통하여 환자력, 최근 남아있는 사지(stump)의 감각과 통증, PLS, PLA, 환상지 통증, 통증강도와 비통증성 감각경험의 상상을 위한 VAS평정, 그리고 스텀프와 환상지 통증을 위한 McGill Pain Questionnaire를 작성하였다. 인터뷰 이후 유발된 PLS/PLA와 거울상자를 이용한 시각 환영을 검증하였다. 인터뷰와 검사는 녹화 되었고 데이터 수집을 정확히 완료하기 위하여 리뷰되었다.
Evaluation of spontaneous phantom sensations, awareness and/or pain인터뷰 동안 각 대상자는 스텀프 또는 환상지와 관련된 자발적 감각과 자각의 강도, 위치, 빈도, 질 그리고 위치를 설명할 것을 요청받았다.
Evaluation of evoked sensations and/or awareness
가벼운 촉각자극은 Ramachandran 과 동료들(Ramachandran et al., 1995)에 의해서 설명되었던 방식으로 솔과 면봉을 사용하여 동측 얼굴과 반대측 얼굴의 몇몇 위치 그리고 정상사지와 스텀프에서 근위부와 원위부의 몇몇 위치에 적용되었다. 자극은 두 가지 조건하에서 정적인 방식과 동적인 방식으로 적용되었다: 눈을 감은 상태와 그들이 피부를 가하는 촉각자극을 볼 수 있도록 눈을 뜬 상태. 자극은 반드시 각 위치가 각 시각 조건에서 적어도 두 번 검증되도록 무작위 방식으로 각 위치에 두 번에서 다섯 번 주었다. 각 대상자는 어떤 유발된 감각의 위치, 질 그리고 강도를 설명하라고 요청받았다. 절단된 사지와 정상적인 신체에서 느껴졌던 유발된 감각은 '이중 지각'으로 정의 되었다.
Visual illusion거울상자를 이용한 환영의 검사는
Ramachandran 과 동료들(Ramachandran et al., 1995)에 의해서 설명된 것으로 다음과 같다. 대상자는 거울로 나누어진 열려있는 상자에 양쪽 상지를 위치한 다음 정상손과 두 개의 정상손의 환영을 만들어 주는 거울 이미지를 바라보았다. 절단된 사지가 위치한 박스는 타올을 이용하여 덮지 않았다. 검사는 3단계로 구성되었다. 1단계에서 대상자들은 정상사지와 그 환영을 보았다. 그런 다음 그들은 정상손을 움직이고(손 돌리기, 주먹쥐기, 손가락 움직이기) 정상손과 그 환영을 지속적으로 보는 동안 환상지가 움직이는 상상을 하라고 요청받았다. 대상자들은 휴식시 그리고 움직일 때 발생되는 어떤 PLS 또는 PLA의 위치, 질, 자세 그리고 강도를 설명하라고 요청받았다.
2단계에서 대상자들은 촉각자극이 (1) 정상손에, (2) 스텀프에, (3) 그리고 스텀프 말단부에서 다양한 위치 그리고 정상사지에서 동일한 위치에 동시에 적용되는 동안 정상 사지와 그 환영을 보았다. 이것은 시각 환영과 촉각 입력을 상충 시키고 일치 시키는 세 가지 조건을 만든다. (1) 조건에서 대상자는 정상손에 촉각입력을 받고 정상손에 가해지는 자극과 거울에서 그 환영을 보았다. (2) 조건에서 대상자는 스텀프의 촉각자극을 받았지만 거울이 스텀프의 관찰을 막고 있기 때문에 자극이 가해지는 것을 보지 않았다. (3) 조건에서 대상자는 양쪽의 촉각자극을 동시에 받았고 거울상자는 두 개의 정상적이 상지에 대한 양측 자극의 환영을 만들었다.
거울상자 검사의 3단계는 사전에 스텀프의 촉각자극에 반응에서 이중지각을 보고한 대상자들만 포함하였다. 촉각자극은 사전에 이중지각을 유발하였던 스텀프의 지점과 이중지각과 관련된 환상과 연관있는 감각의 위치에 해당하는 정상손의 위치에 동시에 적용되었다. 따라서 대상자는 이중지각의 요소와 관련된 위치와 타이밍을 맞춘 자극의 환영을 보았다. Pavani 와 동료들(Pavani et al., 2000)의 관찰에 기반을 두고, 우리는 자극의 시각환영이 촉각유발 PLS와 시간적 공간적으로 일치할 것이며, 이중지각을 유발하는 능력을 증강시킬 것이라 가정하였다. 우리는 또한 시각환영이 더욱 특정한 감각 또는 더 국소화된 감각을 유발하는 것에 의하여 유발된 이중지각을 변화시킬 것인지에 관심을 두었다. 이들 과정동안 대상자들은 새롭게 유발된 어떤 PLS 또는 PLA의 위치, 질, 자세 그리고 강도를 설명하라고 요청받았다.
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