Ocular-Motor Test: Saccades, Smooth Pursuit, and Optokinetic System

안구운동검사: 신속안구운동, 원활추종운동, 시운동성계

최광동

·최재환

·김지수

부산대학교 의과대학 신경과학교실·부산대학교병원¹, 양산부산대학교병원 신경과², 서울대학교 의과대학 신경과학교실·분당서울대학교병원 신경과³

Ocular-Motor Test: Saccades, Smooth Pursuit, and Optokinetic System

Kwang-Dong Choi, MD¹, Jae-Hwan Choi, MD², Ji Soo Kim, MD³

1Department of Neurology, Pusan National University Hospital, Busan; ²Department of Neurology, Yangsan Pusan National University College of Medicine, Yangsan; ³Department of Neurology, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, Seongnam, Korea

The study of eye movements is a scource of valuable information to both basic scientists and clinicians. Evaluation of the control of eye movements provides a unique opportunity to understand the workings of the brain and the clue to the localization of a disease process. Disorders of saccades consist of abnormalities of velocity, accuracy, initiation, and the presence of saccadic intrusions and oscillations. Saccadic disorders can be classified according to whether the saccadic pulse, the saccadic step, or the pulse-step match is inappropriate. Smooth pursuit can be quantified by measuring its onset and its maintenance. Step-ramp stimuli can be used to measure the onset of smooth pursuit, and during maintenance of smooth pursuit, gain is the most useful measurement. Bilaterally impaired pursuit is a nonspecific finding of many diffuse neurologic disorders, while unilateral impairement may suggest unilateral cerebral, brainstem, or cerebellar lesion.

Keywords: Ocular motor test; Saccades; Smooth pursuit; Optokinetic system

서  론

시력은 물체의 상이 중심오목(fovea)에 맺혔을 때가 가장 좋으며, 중 심오목에서 주변부 망막으로 갈수록 급격하게 감소한다. 따라서 선명 한 상을 얻기 위해서는 물체의 상이 중심오목의 0.5° 이내에 안정되게 머물러 있어야 한다. 일반적으로 망막에서 물체의 상이 움직이는 속 도 (retinal slip)가 2-3°/s를 넘어서면 시력이 감소한다.

안구운동계의 역 할은 물체의 상을 중심오목에 안정되게 유지하는 것이다. 이를 위해 서는 우선 망막의 주변부에 맺힌 상을 중심오목으로 옮겨야 하며(시 선이동 , gaze shift), 중심오목에 맺힌 물체의 상이 흔들리지 않도록 안 정되게 유지하여야 한다(시선유지, gaze holding). 안구운동은 크게 5 가지로 분류하는데, 양안이 같은 방향으로 움직이는 동향안구운동 (version)에는 1) 급속안구운동(saccades), 2) 추적안구운동(smooth

pursuit), 3) 전정안반사(vestibulo-ocular reflex, VOR) 및 4) 시운동성반 사 (optokinetic reflex, OKN)가 있고, 양안이 서로 반대방향으로 움직 이는 5) 이향안구운동(vergence)은 눈이 안쪽으로 향하는 눈모음 (convergence)과 눈이 바깥쪽으로 벌어지는 눈벌림(divergence)으로 이루어진다 . 안구운동은 또한 속도에 따라서 빠른 안구운동과 느린 안구운동으로 구분된다. 빠른 안구운동에는 급속안구운동과 안진 의 속상(rapid phase)이 포함되며, 나머지 안구운동들은 모두 느린 안 구운동에 속한다. 현재 중심오목에 맺혀있는 물체로부터 새로운 물체 로 시선을 옮기는 기능은 급속안구운동에 의해 이루어진다. 반면 현 재 중심오목에 맺혀있는 물체의 상이 흔들리지 않고 안정되게 유지시 키는 역할은 느린 안구운동들이 담당한다(Table 1).

안구운동의 조절에는 대뇌피질, 기저핵, 뇌간, 소뇌 등 모든 부위의 중추신경계와 말초전정계가 관여하므로 안구운동에 대한 정확한 평

Correspondence to:  Ji Soo Kim, MD

Department of Neurology, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 82 Gumi-ro 173 beon-gil, Bundang-gu, Seongnam 463-707, Korea Tel: +82-31-787-7463; Fax: +82-31-719-6828; E-mail: [email protected]

Received:  Nov. 6, 2012 / Accepted:  Nov. 6, 2012

REVIEW

가는 신경학적 검사에서 가장 중요한 부분을 차지하며, 특히 어지럼 증 환자의 진찰에서 필수적이다. 환자의 진찰에서는 위에서 열거한 5 가지 안구운동과 함께 이들 안구운동의 장애에 의해 발생하는 안진 (nystagmus)과 속진(saccadic intrusion and oscillation)을 관찰함으로 써 병변 부위를 예측할 수 있다.

임상에서는 이러한 모든 안구운동을 관찰할 수 있으나 임상진찰만 으로는 안구운동의 장애 정도를 정량화하고 객관적인 자료를 확보하 는데 한계가 있다. 또한 미세한 안구운동장애의 경우 임상검사로는 확인할 수 없는 경우도 많다. 이러한 점들을 보완하기 위해 다양한 기 록 방법을 통한 안구운동 검사가 개발되어 환자 진단에 이용되고 있 다 . 그러나 현재까지 개발된 안구운동의 기록 방법 또한 한계점들을 많이 갖고 있으므로 이러한 검사들은 임상진찰과 상호보완적인 관계 에 있다는 점을 인식하여야 한다.

일반적인 안구운동검사에는 안진, 급속안구운동, 추적안구운동, 시운동성안진 , 온도안진검사(caloric test)와 전정안반사가 포함되나 온도안진검사 및 회전검사를 통한 전정안반사의 평가는 다른 장에서 기술되므로 본 장에서는 급속안구운동, 추적안구운동 및 시운동성 안진에 대해 기술한다.

급속안구운동(saccades)

급속안구운동은 현재 주시하고 있는 물체에서 다른 물체로 시선 을 신속하게 옮기는 기능을 담당하며, 주위 환경을 탐색하거나, 책을 읽는 것과 같은 일상 활동에서 가장 중요한 역할을 하는 공액(conju- gate) 안구 운동이다.

의도성 (volitional, voluntary) 급속안구운동은 개체의 의지에 의해 급속안구운동이 발생하는 경우로, 자극의 종류에 따라 시각유도성 (visually-guided) 및 기억유도성(memory-guided)으로 분류한다. 반사 성 (reflexive) 급속안구운동은 청각 또는 시자극에 의해 무의식적으로 시선을 옮기는 것을 말한다. 외부 자극 없이 개체가 불규칙적으로 주 변을 탐색하는 것을 자발(spontaneuous) 급속안구운동이라 한다.

Antisaccade란 시자극과 반대 방향으로 같은 거리만큼 쳐다보도록 하 는 것으로 주로 전두엽의 기능을 평가하기 위한 임상 검사에서 응용 된다 . 이외에도 안진의 빠른 성분(quick phase)이나 속진이 모두 급속 안구운동에 속한다.

급속안구운동의 유발자극(triggering signal)은 바라보려고 하는 물 체의 상과 중심오목 사이의 거리(retinal error signal)이다. 시선고정 및 급속안구운동의 조절에 관련된 시각 정보는 시피질을 거쳐 뒤쪽마루 엽 (posterior parietal cortex) 및 이마엽으로 전달된다. 대뇌에서 급속안 구운동의 유발에 직접 관여하는 부위는 이마엽시야(frontal eye field), 보조시야 (supplementary eye field)와 마루엽시야(parietal eye fields)이 다 . 이마엽시야는 주로 시자극에 의해 유도되는 의도성 급속안구운 동을 담당하고, 마루엽시야는 반사성 급속안구운동에 관여한다. 보 조시야는 망막 이외의 자극(extraretinal signal)에 의한 급속안구운동, 순차적 (sequential) 급속안구운동 및 급속안구운동의 설계(motor programming)에 관여한다. 이외에도 앞이마엽(prefrontal cortex), 뒤 쪽마루엽 및 해마 등이 시자극의 처리 및 기억과 관련하여 급속안구 운동을 조절한다.

급속안구운동에 대한 대뇌 피질의 명령은 뇌간의 전운동영역(pre- motor area)으로 직접 전달되기도 하나, 많은 부분은 꼬리핵(caudate nucleus) 및 흑질망상체(substantia nigra pars reticulata)를 거쳐 윗둔덕 (superior colliculus)로 향한다. 급속안구운동의 크기 및 방향에 대한 정보는 이마엽시야 및 윗둔덕을 통해 전달되는 것으로 생각된다. 흑 질망상체는 윗둔덕에 대한 긴장성 억제를 통해 반사성 또는 의도성 급속안구운동의 조절에 관여한다. 꼬리핵은 의도성 급속안구운동은 촉진시키고 , 불필요한 자극에 대한 반사성 급속안구운동은 억제하 여 시선 유지에 기여한다. 특히 윗둔덕을 통한 전달로는 기억유도성 급속안구운동 , 시선고정 및 해제(disengagement), 급속안구운동의 설 계 등에 관여한다.

급속안구운동의 발생은 안구운동신경에 대한 pulse-step (phasic- tonic) 양상의 신경 지배 변화로 설명한다.

Pulse는 안와의 점성력(vis- cous force)을 극복하면서 눈을 한곳에서 새로운 위치로 이동시키기 위해서 신경세포들이 매우 빠른 빈도로 폭발적으로 흥분하는 것을 말하며 , 안구의 이동속도에 대한 명령이다(velocity command). Pulse 에 의해 안구가 이동한 후에는, 안구가 원래의 위치(중앙)로 되돌아 오 려는 힘(탄점성력, viscoelastic force)에 대항하여 외안근이 일정 정도 로 수축하여야 하며 이를 담당하는 신경의 흥분을 step이라 한다.

수평 방향의 급속안구운동에 대한 pulse 명령은 교뇌정중곁그물 체 (paramedian pontine reticular formation, PPRF)에 있는 폭발세포 (burst cell)들이 담당하고,

수직 급속안구운동에 관여하는 폭발세 포는 안쪽세로다발머리쪽사이핵(rostral interstitial nucleus of medial

Fast eye movement : Gaze shift Saccades

Fast phase of physiologic or pathologic nystagmus Saccadic intrusion/oscillation

Smooth eye movement : Gaze stabilization Smooth pursuit

Vestibulo-ocular reflex Optokinetic nystagmus

Vergence: convergence, divergence

longitudinal fasciculus, riMLF)에 위치한다(Table 2).

급속안구운동이 일어나는 동안에는 안구운동신경(ocular motor nerve)들이 폭발적으 로 흥분하는데, 폭발세포는 보통 때는 가만히 있다가 운동신경들이 흥분하기 직전에 빠른 빈도로 흥분하는 특성을 보인다. 폭발세포의 흥분 빈도는 급속안구운동의 속도(크기 및 방향)에 따라 차이가 있으 며 최고 초당 800회에 이른다.

폭발세포의 흥분은 안구운동신경의 흥분 및 이로 인한 급속안구운동의 발생과 시간적으로 밀접한 상관 관계가 있고, 폭발세포의 흥분 빈도는 안구의 운동 속도와 비례하는 것으로 미루어 폭발세포가 급속안구운동에 대한 명령을 운동신경에 내리는 것으로 생각된다.

급속안구운동과 관련해서 흥분도가 변하는 또 다른 세포로 정지 세포 (pause cell)가 있다.

정지세포는 폭발세포를 긴장성으로 억제하 며 , 평상시에는 일정한 정도로 흥분하고 있다가 폭발세포가 흥분하기 직전에 흥분을 멈춘다. 급속안구운동이 발생하기 위해서는 폭발세포 가 흥분하기 전에 정지세포가 억제되어야 하며, 대뇌에서 전달되는 급속안구운동의 유발신호(trigger signal)가 이 역할을 담당한다. 정지 세포는 교뇌의 중앙 부위인 솔기사이핵(nucleus raphe interpositus)에 위치한다 . 임상적으로 정지세포의 병변은 속진이나, 급속안구운동의 속도저하를 일으킬 것으로 생각된다.

Step에 대한 명령은 중추신경망(central neural network)인 신경적분 체 (neural integrator)에 의해 이루어진다. 신경적분체는 안구의 운동 속도에 대한 명령인 pulse를 위치에 대한 명령(step)으로 바꾸어 운동 신경에 전달한다. 수평 방향 급속안구운동에 대한 신경적분체는 설 하전신경핵 (nucleus prepositus hypoglossi) 및 안쪽전정신경핵(medial vestibular nucleus)이며, 수직 방향 급속안구운동에 대한 신경적분체 의 역할은 카할사이핵(interstitial nucleus of Cajal), 안쪽전정신경핵 및 설하전신경핵이 담당한다.

신경적분체의 병변에서는 주시안진 (gaze-evoked nystagmus)이 발생한다(Table 2).

실험적으로 소뇌를 잘라내면 급속안구운동의 겨냥과다(hyper- metria)가 발생하나, 속도나 잠복기에는 변화가 없다. 겨냥과다는 급속 안구운동이 중앙으로 향할 때(centripetal) 더 심하게 관찰된다. 겨냥

과다가 심하여 주시점을 중심으로 왕복하는 일련의 급속안구운동이 발생하는 것을 거대속진(macrosaccadic oscillation)이라 한다. 또한 소 뇌 병변에서는 pulse-step 부조화에 의해, 급속안구운동 후에 안구가 중앙으로 미끄러지는 현상을 관찰할 수 있다(postsaccadic drift, glis- sade). 겨냥이상(dysmetria)은 소뇌의 등쪽벌레엽(dorsal vermis) 또는 꼭지핵 (fastigial nucleus)의 병변에서, postsaccadic drift는 타래(floccu- lus) 및 부타래(paraflocculus)의 병변에서 발생한다. 일반적으로 겨냥 과다는 심부(deep) 소뇌핵 병변에서 심하게 관찰되며, 소뇌 피질의 병 변에서는 겨냥과다 및 겨냥부족(hypometria)이 서로 혼재되는 양상 을 보인다. 꼭지핵 병변에서는 병변 쪽으로 향하는 급속안구운동이, 위소뇌다리 (superior cerebellar peduncle) 병변에서는 병변의 반대측 을 향하는 급속안구운동이 겨냥과다를 보인다(contrapulsion).

1. 검사 방법

급속안구운동은 표적이 상하좌우로 항상 일정하게 움직이거나 (fixed saccades), 아니면 표적이 불규칙하게 움직이도록 하여 환자가 표적의 움직임을 예상하지 못한 상태에서 평가한다(random sac- cades). 급속안구운동의 속도는 진폭에 의해 달라지며, 초기의 장애는 비교적 큰 진폭의 운동에서만 관찰되므로 5-30°까지 다양한 진폭의 자극을 주어야 한다. 자극의 방향 또한 상하좌우로 균등하게 배치하 여야 하며, 제일안위로 향하는 자극(centripetal)과 제일안위에서 멀어 지는 (centrifugal) 자극이 골고루 섞이도록 한다. 검사 목적에 따라 표 적의 움직임을 먼저 주고 이를 기억하여 나중에 따라 보도록 하는 기 억유도성 (memory guided) 급속안구운동과 자극과 반대 방향으로 같 은 크기 만큼을 쳐다보게 하는 antisaccades 방법을 이용하기도 한다.

2. 검사결과의 판독

급속안구운동은 1) 속도, 2) 잠복기 및 3) 정확도로 평가한다.

1) 속도

급속안구운동이 발생하기 위해서는 신경세포들의 폭발적 흥분이 필요하므로 , 신경세포에 이상이 생기면, 제일 먼저 나타나는 증상이 급속안구운동의 속도저하이다. 따라서 속도저하는 안구운동장애를 나타내는 가장 예민한 지표이나, 경미한 경우에는 안구 운동의 측정 없이 알아내기 힘든 경우가 많다(Table 3). 급속안구운동의 속도는 진 폭에 따라 지수함수적으로 증가하며(main sequence),

최고속도는 700°/sec에 달한다. 예를 들어, 15° 급속안구운동의 평균속도는 400°/

sec인데 비해 30°에서는 550°/sec이다(Fig. 1). 질병 초기의 속도저하는 주로 큰 진폭의 급속안구운동에서 관찰된다. 급속안구운동의 속도 저하는 폭발세포에서 외안근까지의 병변에 의해 발생하며, 정지세포

Pulse Step

Burst Pause Neural integrator

Horizontal PPRF Nucleus raphe  

interpositus Medial vestibular nucleus Nucleus prepositus hypoglossi Flocculus

Vertical  riMLF Nucleus raphe  

interpositus Interstitial nucleus of Cajal Medial vestibular nucleus Nucleus prepositus hypoglossi Flocculus

의 병변에서도 속도저하가 발생할 수 있다. 폭발세포 이전 단계의 급 속안구운동 신경로 병변에서는 속도저하가 관찰되지 않는다.

2) 잠복기

목표물이 나타나고 나서 급속안구운동이 발생하기 까지 걸리는 시 간으로 정상인에서는 200 msec 내외이다. 잠복기는 나이가 들면서 증 가하며 , 이는 중추신경계에서의 처리시간(processing time)이 늦어지 기 때문으로 생각된다. 잠복기가 비정상적으로 연장되는 질환들은 표 에서와 같다(Table 4).

3) 정확도

정상인에서도 15° 이상 떨어진 표적에 대한 최초 급속안구운동은 부정확하여 대개 표적에 미치지 못하며(겨냥부족), 약 200 msec의 잠 복기를 두고 이를 교정하는 작은 진폭의 이차 급속안구운동이 발생 한다 . 정확도는 최초 급속안구운동 진폭을 표적의 이동 진폭으로 나 누어 100을 곱한 값(%)으로 표시한다. 무작위 급속안구운동검사 (random saccades test)에서 정상인의 최초 급속안구운동은 평균 90%

정도의 정확도를 보인다. 급속안구운동이 3번 이상에 걸쳐 목표물에

다다르거나 정확도가 정상치 이하일 때를 겨냥부족이라 한다. 정상인 에서 급속안구운동이 표적을 지나치는 경우는 없으며, 겨냥과다는 소뇌의 이상을 시사한다(Fig. 2). 환자에서 겨냥부족과 겨냥과다가 섞 여 있을 때는 정확도의 수치가 정상으로 계산될 수 있으므로 결과해 석에서는 단순히 정확도 수치 만을 참고해서는 안되며, 급속안구운 동의 기록을 직접 확인하는 것이 필요하다. 급속안구운동의 정확도 에 관계하는 구조물로는 이마엽시야, 뒤쪽마루엽, 등가쪽이마엽, 등 쪽벌레엽 및 꼭지핵 등이 있다. 등쪽소뇌(dorsal cerebellum, 소엽 VI, VII)의 병변에서는 겨냥과다가 그 외의 병변에서는 겨냥부족이 관찰 된다 . 외측연수증후군에서는 병변을 향하는 급속안구운동의 겨냥과 다 및 반대편으로 겨냥부족이 관찰되며 이를 saccadic lateropulsion이 라고 한다(Fig. 3). 급속안구운동의 정확도는 나이가 들면서 점차 감소 한다 .

Right eye

Right eye

R L 15°

5 sec Left eye

Left eye Target

Amplitude (deg)

40 20 0 20 40 40 20 0 20 40

800 600 400 200 0

Deg/sec

Fig. 1. Amplitude-velocity relationship of saccades (main sequence).

Table 4. Prolonged saccadic latency Congenital ocular motor apraxia Ataxia telangiectasia Hemispheric lesion 

Frontal lobe Posterior parietal lobe Dorsolateral prefrontal cortex Superior colliculus lesion Basal ganglia disorders

HD Parkinsonism

Fig. 2. Saccadic hypermetria (arrow).

Target

Eye

2 sec

Fig. 3. Saccadic lateropulsion. Recording shows ipsilesional hypermetria (ar- row-head) and contralesional hypometria (arrow).

Target

Eye

Table 3. Low peak saccadic velocity Damage to burst or pause neuron  Internuclear ophthalmoplegia  Ocular motor nerve palsies

Ocular myopathies or neuromuscular junctional disorder  MG 

Dysthyroid myopathy  CPEO

Others

Cerebral hemispheric lesion Drugs

Mental fatigue

원활추종운동(Smooth Pursuit)

1. 원활추종운동의 기능

시력은 물체의 상이 오목(fovea)에 맺혔을 때가 가장 좋으며, 중심오 목에서 주변부 망막으로 갈수록 급격하게 감소한다. 따라서 선명한 상을 얻기 위해서는 물체의 상이 중심오목의 0.5° 이내에 안정되게 머 물러 있어야 한다. 일반적으로 망막에서 물체의 상이 움직이는 속도 (retinal slip, 상유동)가 2-3°/s를 넘어서면 시력이 감소한다.

원활추종 운동은 중심오목에서 천천히 움직이는 작은 물체를 따라 봄으로써, 물체의 상이 중심오목에서 안정되게 머물러 있게 하는 역할을 한다.

원활추종운동계는 또한 시운동성안진의 초기 가속에도 관여하며, 시각 자극(visual input)을 통해 전정안반사를 억제하거나 보강하는 역할을 한다. 따라서 한 환자에서 원활추종운동, 시운동성반사 및 시 각에 의한 전정안반사의 조절은 보통 같은 정도의 장애를 보인다.

2. 원활추종운동의 생리

원활추종운동에 대한 자극은 중심오목에서의 상유동이다. 중심 오목에서 물체가 움직이면 약 100-125 ms의 잠복기 후에 원활추종운 동이 시작된다.

원활추종운동 초기의 유도기(pursuit initiation)에 의 해 운동 시작 100-300 ms 후에 물체의 속도와 안구의 속도가 대략 일 치하게 된다. 일단 안구의 가속이 끝나면 원활추종운동의 속도는 물 체의 속도에 맞춰 일정하게 유지되며, 이 시기를 유지기(pursuit main- tenance)라 한다. 원활추종운동의 유도가 망막에서의 상유동에 의해 발생하는데 비해, 유지는 efference copy와 같은 망막 외의 정보(extra- retinal signal)에 의해 조절되는 것으로 생각된다.

3. 원활추종운동을 담당하는 해부학적 구조물

망막에서 표적의 움직임에 관한 정보는 가쪽무릎체(lateral genicu- late body)의 거대세포층(magnocellular layer)을 통해 시피질로 전달되 고 , 마루-관자-후두엽 접합부에 위치한 운동인식영역에서 해석된다 (Fig. 4). 일측성 시피질 병변에서는 병변 반대편의 시야 결손 부위에서 움직이는 표적에 대한 원활추종운동이 사라진다.

시피질은 같은 쪽 중간관자엽 (middle temporal, MT)으로 연결되며, 이러한 연결은 망막 순서적 (retinotopic) 특성을 갖는다. MT의 세포들은 움직이는 시표적 의 속도 및 방향에 대한 정보를 담고 있으며, 30°/s 정도의 속도에 가장 민감하다 .

원활추종운동이 일어나고 있는 상태에서 MT 세포를 자 극하면 추종안구운동의 속도가 증가한다.

반면에 MT 영역에 병변 이 생기면 물체의 움직임을 인식하지 못하고(akinetopsia),

원활추종 운동의 초기유도(initiation)가 감소하며, 움직이는 자극에 대한 신속 운동이 불규칙해진다.

안쪽위관자엽(medial superior temporal,

MST)은 인접한 MT로부터 정보를 받으며, 시자극과 안구운동에 대 한 정보를 통합하는 역할을 한다. 한쪽 MST를 자극하면 자극한 쪽으 로의 원활추종운동 속도는 증가하고, 반대편을 향하는 추종운동의 속도는 감소한다. MST에 병변이 생기면 병변 쪽을 향하는 원활추종 운동에 장애가 생기며,

병변 반대쪽 시야에 제시된 물체의 움직임을 인식하지 못한다. 뒤쪽마루피질(posterior parietal cortex, area 7a) (Fig.

4)은 표적의 속도 및 방향성보다도 표적 자체의 특성에 의해 흥분하 는 경향을 보이며, 병변이 생기면 특히 배경하에서 움직이는 표적을 따라보는데 장애가 발생한다.

이마엽시야(frontal eye field)의 일부도 MT, MST, 뒤쪽마루피질과의 상호연결을 통해 원활추종운동 명령에 관여하며 , 이 부위를 자극하면 자극한 쪽으로 원활추종운동이 발생 한다 .

이마엽시야의 신경세포는 표적이 움직이고 나서 100 ms 후에,

In humans, MT and MST may form a contiguous cortical area.

FEF, frontal eye field; FST, fundus of the superior temporal area; ip, intraparietal  sulcus; L, large saccade region of FEF; LIP, lateral intraparietal area; M1, primary  motor cortex; MST, medial superior temporal visual area; MT, middle temporal  visual area; ps, principal sulcus; PSR, principle sulcus region; S, small saccadic  region of FEF; S1, primary sensory cortex; SEF, supplementary eye field; SMA,  supplementary motor cortex; SP, smooth pursuit region of FEF; STP, superior  temporal polysensory area; sts, superior temporal sulcus; V1, primary visual  cortex; V3A, parietal visual area V3a; VIP, ventral intraparietal area; 5, area 5; 7,  area 7; numbers refer to Brodmann’s areas.

A

B

눈이 움직이기 20 ms 전에 흥분하는 특성을 보인다.

이마엽시야는 주로 원활추종운동의 예측(predictivity) 성분에 관여하며, 병변에 의 해 원활추종운동의 장애가 발생하더라도 시운동성안진은 영향을 받 지 않는다.

마루 -관자-후두엽의 접합부에서 기원하는 원촬추종운동에 대한 명령은 가쪽뇌실(lateral ventricle)의 바깥쪽으로(internal sagittal stria- tum), 내측시상층으로 내려와 속섬유막(internal capsule)의 후각(pos- terior limb)을 통과한 후 중간뇌를 거쳐 교뇌의 등가쪽교뇌핵(dorso- lateral pontine nucleus, DLPN)과 교뇌덮개그물핵(nucleus reticularis tegmenti pontis, NRTP)으로 전달된다. DLPN의 신경세포들은 동측 또는 반대편으로의 추적안구운동 때 흥분하며, 이 신경세포들을 선 택적으로 자극하면, 추적안구운동을 새로이 발생시키지는 못하나, 이미 진행 중인 동측으로의 추적안구운동 속도를 증가시킨다(MST 의 자극과 동일).

상부 NRTP를 자극하면 주로 상방 안구운동이 발 생한다 .

DLPN의 일측성 병변에서는 주로 병변 쪽을 향하는 원활추 종운동의 장애가 관찰된다.

교뇌핵의 정보는 주로 소뇌의 타래(flocculus)와 곁타래(parafloccu- lus)로 전달된다.

원활추종운동의 조절에는 곁타래가 좀 더 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으며, 타래는 주로 전정안반사의 조절 에 관여한다.

곁타래와 타래의 Purkinje세포는 원활추종운동이나 전정안반사의 억제 동안에 주시(gaze) 속도에 따라 흥분하는 특성을

보인다 .

소뇌 전체를 실험적으로 절제하면 원활추종운동이 완전

히 사라지나, 양쪽 곁타래와 타래만을 실험적으로 절제하면 원활추 종운동의 이득이 감소하며,

일측성 병변에서는 병변 쪽을 향하는 추종운동의 장애가 발생한다. 뒤쪽 벌레엽의 VI 및 VII 소엽에 위치한 Purkinje 세포도 주시 속도에 따라 흥분하나, 원활추종운동의 장애에 의해 발생하는 상유동에도 반응한다는 점이 특징이다. 다시 말하면 뒤쪽 벌레엽 세포는 공간 내 표적의 속도에 대한 정보을 담고 있다.

소뇌 뒤쪽 벌레엽의 일측성 병변에서는 주로 병변 쪽을 향한 원활추 종운동의 장애가 발생한다.

꼭지핵(fastigial nucleus)의 아래 부위도 원활추종운동에 관여한다. 이 부위의 신경세포는 주로 원활추종운 동의 유도기(initiation period)에 폭발적으로 흥분하며 추종운동이 지속되는 동안 경미한 흥분을 보인다.

Muscimol을 이용하여 아래꼭 지핵 한쪽을 억제하면 반대편을 향하는 원활추종운동의 초기 가속 이 감소하며, 동측을 향하는 추종운동의 가속은 증가한다. 또한 지속 기의 원활추종운동은 모든 방향으로 영향을 받으나, 병변 반대편을 향하는 수평원활추종운동이 가장 장애를 보인다.

소뇌를 거친 원활추종운동 명령은 뇌간의 전정신경핵을 통해 안 구운동핵 (ocular motor nucleus)으로 전달된다. 원활추종 안구운동로 는 두 번에 걸쳐 교차하며, 첫 번째 교차는 뇌간의 DLPN에서 소뇌로

갈 때, 두 번째 교차는 전정신경핵과 반대편 외전신경핵 사이에서 일 어난다 (Fig. 5).

4. 원활추종운동의 검사

임상에서는 1 m 정도의 거리에서 좌우 또는 상하로 움직이는 작은

표적을 따라보게 하면서 따라잡기 단속운동(catch-up saccades)의 발

생유무를 관찰한다. 처음에는 낮은 속도로 일정하게 표적을 이동시

킨다 . 원활추종운동은 다양한 약물에 의해 영향을 받을 수 있다는 점

을 고려해야 하며, 소아에서는 다양하게 나타날 수 있고 연령이 증가

할수록 기능이 감소한다는 점을 고려한다면, 다양한 연령의 정상인

을 대상으로 한 경험이 필요하다고 할 수 있다. 정상인에서 수평 방향 의 원활추종운동은 대칭적으로 알려져 있으나, 수직 방향의 원활추 종운동에서는 상향 운동보다 하향 운동에서 이득이 작아 따라잡기 단속운동이 좀 더 관찰된다.

경미한 비대칭성이나 추종운동의 역전 현상을 유발하기 위해서는 OKN drum을 이용하는 것이 유용하다. 한쪽으로 원활추종의 장애 가 있을 때는 그 쪽으로 OKN drum을 돌릴 때 교정성 안진이 줄어드 는 현상을 관찰할 수 있다.

전기안구운동도 (electro-oculography), 비디오안구운동도(video- oculography), 자기추적코일(magnetic search coil) 등을 이용하여 원활 추종운동을 계량화할 수 있다. 측정 목적에 따라 다양한 방법으로 표 적을 제시할 수 있다(Fig. 6). 일반적으로 원활추종운동의 초기 유도 기를 연구하기 위해서는 일정한 속도(ramp)로 움직이는 표적을 쳐다 보게 하거나 순간적인 표적 이동 후에 일정한 속도로 움직이게 하는 (step-ramp) 방식의 표적제시가 유용하며, 유지기의 기능을 보기 위해 서는 일정한 속도로 움직이는 표적을 쳐다보게 하거나(triangle), 부드 럽게 왕복하는 표적을 따라보게 하여 평가한다.

원활추종운동의 기능은 이득(gain), 위상(phase) 및 대칭성(asym- metry)으로 평가한다.

1) 이득

이득은 표적의 이동 속도에 대한 안구의 속도 비를 말한다. 이득은 표적의 크기, 밝기, 가속, 이동 속도 및 궤적(trajectory) 등에 의해 영향 을 받는다. 일반적으로 원활추종운동의 최대속도는 100°/s 이내이며, 물체의 가속이 100°/s

을 넘어서면 이득은 급격하게 감소한다.

이득 은 또한 연령이 증가할수록 점차 감소한다.

사인파형으로 표적이 왕복할 때 표적의 최고이동속도(peak velocity)는 진폭(amplitude) 및 빈도 (frequency)에 의해 결정되므로(V

= 2πAf, A=amplitude,

f= frequency), 다양한 진폭과 빈도를 조합하여 검사자가 원하는 자극 조건을 구성할 수 있다. 일반적으로 표적의 최고이동속도는 50°/s 이 내 , 왕복 빈도는 2 Hz 이내로 설정한다. 같은 최고 속도라도 가속도에 의해 원활추종운동이 영향을 받으므로 표적의 최고속도만으로 이득 을 단순 비교해서는 안된다.

2) 대칭성

수평 방향의 원활추종운동은 대칭적이나, 수직 운동에서는 아래 쪽을 향하는 원활추종운동의 이득이 위를 향할 때보다 작은 것이 일 반적이다 .

원활추종운동의 장애는 망막에서의 위치에 상관없이 한쪽 방향 으로만 나타나는 일방성(unidirectional), 시야의 한쪽에서만 양쪽 방 향으로 발생하는 망막성(retinotopic), 머리의 위치를 기준으로 한쪽에 서만 발생하는 두위성(craniotopic) 및 모든 방향으로 장애를 보이는 경우 (omnidirectional)로 나눌 수 있으나, 흔히 일방성 장애 여부만을 평가한다 .

한쪽으로의 마비(unidirectional pursuit paresis)는 모이랑(angular gyrus) 및 관자-후두-마루엽 접합부의 일측성 병변에서 병변 방향으 로 발생한다(Table 5, Fig. 7).

이 부위는 원숭이의 MT 및 MST에 해당 되며 물체 운동의 인식(motion perception)에 관여한다.

급성 병변에 서는 원활추종운동 및 시운동성안진의 장애가 동시에 관찰되나, 1-2 주가 경과하면서 시운동성안진은 회복되는데 반해 원활추종운동마

suit.

Sinusoid

Triangle

Step-ramp

Fig. 7. Unidirectional deficit of horizontal smooth pursuit.

Target

Eye

Table 5. Unidirectional impairment of smooth pursuit Ipsilateral

Parieto-temoro-occipital lobe (MT/MST) Frontal eye field

Internal capsule Midbrain tegmentum Basis pontis Cerebellar flocculus Contralateral

Caudal pontine tegmentum Lateral medullary syndrome Fastigial nucleus

비는 지속된다.

이 부위의 병변은 보통 반대편 반맹(contralateral hemianopia)과 동반되나, 원활추종운동장애는 시야장애와는 상관 없이 발생하며, 가쪽무릎체 이전의 병변이나 시피질에 국한된 병변에 의한 반맹에서는 발생하지 않는다. 병변 반대쪽으로의 마비는 경미하 며 , 주로 열성반구(nondominant hemisphere)의 급성 병변에서 관찰된 다 . 이마엽시야는 MT/MST 해당 부위로부터 정보를 받으며, 이마엽시 야 및 뒤쪽이마엽의 일측성 병변도 병변 쪽으로 원활추종운동마비 를 일으킨다.

대뇌에서 DLPN으로 향하는 원활추종운동신경로가 손상을 입어도 병변 쪽으로 마비가 생길 수 있으며, 뒤쪽시상, 속섬유 막 후각, 덮개앞영역(pretectum) 및 중뇌 피개(tegmentum) 부위에서도 발생할 수 있다.

DLPN의 병변에서도 동측으로의 원활추종운동장 애가 발생하여 초기유도 및 유지에 이상이 관찰된다.

외측연수증후 군에서는 병변의 반대편을 향하는 원활추종운동의 장애가 관찰된 다 . 말초전정계의 병변에 의해 안진이 있는 환자에서는 병변 반대편을 향하는 원활추종운동에 장애가 있는 것처럼 기록될 수 있다. 이는 안 진의 서상(slow phase)이 병변 쪽을 향하여 추종안구운동에 영향을 주기 때문이며 진정한 원활추종운동의 장애는 아니다. 따라서 자발 안진이 있는 환자에서는 추종안구운동의 해석에 주의하여야 하며, 대칭성을 따질 때에는 안진의 서상 성분을 고려하여야 한다.

모든 방향으로의 마비(omnidirectional pursuit paresis)는(Fig. 8) 대 뇌 , 소뇌 또는 뇌간의 미만성 병변이나 다양한 약제, 피로, 노화에 의 해서 발생한다(Table 6). 모든 방향으로의 마비는 특별히 국재화 가치 (localizing value)는 없으나 뇌의 기능 장애를 나타내는 예민한 지표라 할 수 있다. 항경련제, 마약, 신경안정제, 각성 상태 저하 등에서 비정상 적인 소견을 보일 수 있다.

시운동성안진 및 후안진(Optokinetic nystagmus  and afternystagmus)

1. 시운동성안진(optokinetic nystagmus, OKN) 및 후안진의 생리

시운동성계 (optokinetic system)는 계통발생학적으로 오래된 체계 이며 , 원활추종운동이 망막중심오목에서 움직이는 물체의 주시 유지

에 관여하는데 반해 시운동성계는 전체 망막이 관여하는 원시적인 형태의 추종안구운동이라 할 수 있다. 시운동성계의 정확한 해부학 적 경로는 알려져 있지 않으나, 추종안구운동계와 일부 중복될 것으 로 생각되며, 시연합영역 (visual association area, Brodman area 18, 19) 에서 교뇌의 수평안구운동 중추인 외전신경핵까지 이어진다. 시각 정 보가 안구운동세포에 전달되는 경로는 두 가지이다. 하나는 빠른 운 동 전달의 성격을 지닌 직접경로(direct pathway)이고, 다른 하나는 전 정안반사와 서로 공유하고 있는 간접경로(indirect pathway)로서 속도 저장기전 (velocity storage mechanism)에 중요한 역할을 한다. 속도저 장기전은 시운동성안진에 의해 서서히 보강되어, 자극이 끝난 후에 시운동성후안진 (optokinetic afternystagmus)을 발생시킨다. 직접경로 는 일차시피질(primary visual cortex)을 통하여 안구운동세포로 전달 되는 경로이며, 간접경로는 덮개앞핵(pretectal nuclei)과 부시각로(ac- cessory optic tract)를 경유한다. 직접 경로는 피질경로(cortical path- way)로, 간접 경로는 피질하경로(subcortical pathway)로도 불린다. 원 활추종운동은 직접경로만을 활성화하지만 시운동성계는 직접경로 와 간접경로 모두를 자극한다. 직접경로는 주로 시운동성안진과 시운 동성후안진 (optokinetic afternystagmus, OKAN)의 초기에 관여한다.

중심오목이 발달되지 않은 동물에서는 피질하경로에 의한 시운동성 안진만이 나타나지만 중심오목이 발달될수록 피질경로가 시전정반 사 (visual-vestibular reflex)에서 점차 중요한 역할을 한다. 그러므로 인 간에서는 개나 고양이보다 시운동성후안진이 잘 나타나지 않는다.

Table 6. Omnidirectional impairment of smooth pursuit Degenerative

AIDS AD PD PSP SCA Schizophrenia Drugs

Ethanol Barbiturates Benzodiazepines Carbamazepines Chloral hydrates Lithium Methadone Phenytoin Others

Senescence Inattention Fig. 8. Omnidirectioal deficit of smooth pursuit. 

Target

Eye

2. 시운동성안진과 시운동성후안진의 검사

시운동성안진을 자극하기 위해서는 표적이 시야 전체를 차지하여 야 하며, 그렇지 않을 때는 원활추종운동이 주된 역할을 하므로 추종 안구운동 검사와의 차별성을 찾기 힘들다. 흔히 피검자 주위로 줄무 늬가 그려진 원형통을 설치하고 통을 다양한 속도로 회전시키거나, 통 내부의 벽면에 줄무늬를 비춘 후 이를 회전시켜 검사한다. 시운동 성후안진은 자극이 끝난 후에 남아있는 안진을 암실에서 기록하여 평 가한다 . 사람에서 줄무늬가 움직이기 시작하여 안구운동이 최고속도 에 이르기까지는 주로 원활추종안구운동계가 작용하며 최고속도를 유지하는 데는 주로 시운동성계가 작용하는 것으로 알려져 있다.

3. 시운동성안진과 시운동성후안진의 해석

일반적으로 시운동성안진의 느린 추적 성분은 추종안구운동의 이 상과 같이 나타나고, 빠른 성분은 단속안구운동 이상과 함께 관찰된 다 . 시운동성안진의 해석은 추종안구운동에서와 대동소이하다. 시 운동성계의 이상은 말초 및 중추성 전정신경계 병변, 그리고 시각로 (visual pathway)의 병변에서 관찰될 수 있다.

말초전정계의 일측성 병 변에서는 병변 쪽으로 향하는 시운동성안진의 서상 속도는 증가하 고 , 반대편으로는 감소하므로, 양 방향 시운동성안진 사이에 비대칭 이 관찰된다.

또한 일측성 병변에서는 시운동성후안진이 양방향으 로 감소하는데, 자극이 병변 반대 방향으로 향할 때 더 심하다.

양측 성 미로 병변에서 시운동성안진은 정상이나 시운동성후안진은 소실

된다 .

중추전정계의 병변에 의해 속도저장기전이 손상되면, 시운

동성후안진도 소실될 수 있다. 단속안구운동의 속도, 정확도 및 잠복 기에 이상이 있으면, 시운동성안진도 비정상적으로 관찰될 수 있다.

시운동성안진에 대한 자극을 멈춘 후 암실 상태에서 같은 방향으로 잠시 지속되는 안진을 시운동성후안진이라고 하며, 이러한 안진이 10-30초 정도 지속되다가 방향을 반대로 바꾸는 경우도 있는데 이 바 뀐 방향의 안진을 2차 후안진이라고 한다. 시운동성후안진은 하등동 물에서는 잘 나타나지만 인간에서는 약하거나 또는 나타나지 않아서 실제 진단 가치는 명확하지 않다.

ACKNOWLEDGEMENTS

This work was supported by a grant of the Korean Heath Technology R&D Project, Ministry of Health and Welfare, Republic of Korea (A070001).

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