대뇌와 기저핵의 병변에서 발생할 수 있는 눈운동이상박재한

(1)

대뇌와 기저핵의 병변에서 발생할 수 있는 눈운동이상

박재한

대구가톨릭대학교 의과대학 신경과학교실

Ocular Motility Disorders Associated with Cerebral and Basal Ganglia Lesion

Jae Han Park

Department of Neurology, School of Medicine, Catholic University of Daegu, Daegu, Korea

Descending pathways from cerebral cortical areas are contributing to the control of gaze, starting with smooth-tracking pathways and then saccades. No direct projection exists from cortical neurons to ocular motoneurons, instead, several intermediate struc- tures play important roles, including the basal ganglia, pontine nuclei, cerebellum, and brainstem reticular formation, and abnor- mal eye movements can indicate the presence of neurodegeneration. In some patients, oculomotor signs are key to making a diagnosis. Careful clinical examination of eye movements in patients with neurodegenerative disorders is, therefore, a good indica- tor to understanding of basal ganglia and cerebral cortex function related to control of gaze.

Keywords: Eye movement; Basal ganglia; Cerebral cortex

서 론

전두엽눈영역(frontal eye field) 과 두정엽눈영역(parietal eye field)에 서 위둔덕에 이르는 두 개의 경로를 통해 신속보기와 관련된 신호가 전달되는데, 첫 번째 경로는 전두엽눈영역에서 위둔덕에 이르는 경로 이며 두 번째 경로는 두정엽눈영역에서 위둔덕에 이르는 경로이다. 각 각은 위둔덕에 직접적인 신호를 보낼 뿐만 아니라 간접적으로 기저핵 (basal ganglia)을 통하여 신호를 보내기도 한다.¹또한 첫 번째 경로는 의도신속보기(volitional saccade)에 더 관련이 있으며 두 번째 경로는 반사적 신속보기(reflexive saccade)와 더 관련이 있다.¹따라서 대뇌피 질에서 기저핵을 통한 눈운동발생 경로에 손상을 받으면 눈운동이 상이 나타나게 되는데 여기서는 대뇌피질과 기저핵에 이상을 일으키 는 퇴행성 질환들을 중심으로 눈운동이상의 임상적 특징과 그 기전 에 대해 살펴보고자 한다.

파킨슨병(Parkinson’s disease, PD)

파킨슨병은 운동완만, 비대칭적인 안정시떨림, 톱니바퀴경축 그리 고 자세불안정과 같은 중요 증상들을 가지고 진단할 수 있다. 일부 눈 운동의 이상이 같이 나타나는 경우가 많지만 이는 정상적인 노화의 과정이나 파킨슨병과 유사한 다른 질환에서도 보일 수 있어 특징적이 라고 볼 수는 없다. 여기서는 파킨슨병에서 나타날 수 있는 눈운동이 상에 대해 살펴보도록 한다.

1. 시고정이상(Fixation abnormalities)

주시고정을 하는 동안 많은 파킨슨병 환자에서 사각파된떨림 (square-wave jerk)이 관찰된다. 사각파된떨림은 신속보기침입(saccadic intrusion)의 일종으로 0.5도의 작은 진폭의 신속보기가 200-400 ms 의 시간 동안 반복하여 나타나는 현상이다. 하지만 사각파된떨림은 정상인 경우나 다른 퇴행성질환에서도 나타날 수 있어 파킨슨병의 특징적인 증상이라고 할 수는 없다.¹

ISSN: 2234-0971 대한안신경의학회지: 제6권 Supplement

Clin Neuroophthalmol 6(Suppl):S44-47, April 2016

(2)

대뇌와 기저핵의 병변에서 발생할 수 있는 눈운동이상 • ^박재한

Clin Neuroophthalmol 6(Suppl):S44-47, April 2016 http://neuro-ophthalmology.co.kr S45

2. 신속보기이상(Saccadic abnormalities)

파킨슨병과 관련된 신속보기이상에 대한 많은 연구들을 통해 세 가지의 특징적인 신속보기이상이 알려지게 되었다. 첫째는 정상인과 비교하였을 때 파킨슨병 환자에서 반사적 신속보기에 비해 의도신속 보기가 더 힘들다는 것이고, 둘째는 파킨슨병 환자에서 시각자극에 대해 부적절한 반사적 신속보기가 잘 나타나는 것이며, 셋째로 정상 적인 신속보기를 하다가 항신속보기(antisaccades)로 갑자기 눈운동 을 바꾸는 경우에 잘 따라가지 못하는 것이다.¹ 목표물이 주어진 신속 보기에서 파킨슨병 환자들은 측정과소신속보기(hypometric saccades)가 흔하게 나타나며 병이 진행할수록 여러 번의 반복적인 신속 보기로 목표물을 주시하게 되어 계단(staircase) 같은 균열된 형태로 나타나게 된다. 일반적으로 신속보기 최고속도(peak velocity of saccades)는 정상이지만 일부 진행된 파킨슨병에서는 속도가 느려지기 도 한다. 이러한 신속보기이상은 크게 두 가지 기전으로 설명되는데, 첫째는 위둔덕에서 신속보기를 조절하는 기능에 영향을 받아서 생긴 다는 것이다. 위둔덕은 신속보기를 억제하고 있는 휴지신경세포(om- nipause neuron)와 신속보기를 발생시키는 돌발파신경세포와의 연결 을 통해 신속보기의 발생에 중요한 역할을 하는데 흑질그물부(substantia nigra pars resticulata, SNpr)에 의해 억제신호를 받고 있으며, 흑 질그물부는 또한 꼬리핵(caudate nucleus)에 의해 억제신호를 받고 있 다.² 예를 들어 전두엽이 흥분되면 꼬리핵을 활성화시켜 흑질그물부 를 억제하게 되고 순차적으로 흑질그물부에 의한 억제신호가 약해짐 에 의해 위둔덕이 활성화되어 신속보기가 일어난다. 따라서, 이러한 기저핵 신경회로에 이상이 생기면 신속보기의 이상이 발생하게 되는 데 파킨슨병에서는 흑질그물부의 과한 활성으로 신속보기가 억제된 다. 또한 전두엽에서 위둔덕에 이르는 신경로는 반사적 신속보기보다 의도신속보기에 더 관여하므로 파킨슨병에서는 앞에서 언급한 것처 럼 의도신속보기인 두 표적을 1초 간격으로 스스로 번갈아 보기(self- paced refixation saccade), 항신속보기, 기억유도신속보기(memory- guided saccade)의 이상이 반사적 신속보기보다 잘 나타난다(Fig. 1).

둘째는 전두대뇌피질의 기능 장애가 신속보기의 이상을 유발한다 는 것인데, 기능영상을 통한 연구에서(functional imaging study) 항신 속보기에서 발생하는 이상과 대뇌피질의 기능이상과의 연관성이 확 인되었으며, self-paced saccades의 이상에도 연관이 있는 것으로 알려 져 있다.²

3. 부드런따라보기이상(Smooth pursuit abnormalities) 파킨슨병 환자에서 일반적으로 부드런따라보기이상이 나타나는 데, 동일한 나이대와 비교하여 큰 차이를 보이지는 않는다. 주로 부드 런따라보기의 이득(gain: eye velocity/target velocity)이 감소하고 교정

신속보기(catch-up saccades)가 나타나며 잠복기(latency)가 느려지게 된다. ^1,2

4. 전정안구반사(Vestibular ocular reflex, VOR)

온도안진검사와 같은 낮은 주파수의 자극에서는 전정안구반사의 이상을 보이지만 일상 생활을 수행하는 고주파수의 자극에서는 정상 적인 반응을 보이기 때문에 파킨슨병 환자가 진동시각(oscillopsia)을 호소하는 경우는 드물다. 파킨슨병에서 흔하게 나타나는 눈운동이 상을 요약하면 Table 1과 같다.

진행핵상마비(Progressive supranuclear palsy, PSP)

진행핵상마비는 경축이 대칭적으로 나타나고 자세불안정이 심해 1년 이내에 넘어짐이 생기며, 진전이 드물고 도파민 치료에 반응을 잘 하지 않는 것이 파킨슨병과 구별되는 특징이다. 눈운동의 관점에서 보 면 수직핵상주시마비(supranuclear vertical gaze palsy)가 파킨슨병과 진행핵상마비를 구분하는 중요한 특징이다. 초기에는 수직눈운동

Fig. 1. Saccadic neural circuit of the basal ganglia and cerebral cortex.

FEF, frontal eye field; SEF, supplementary eye field; DLPC, dorsolateral prefrontal cortex; PEF, parietal eye field; SNr, substantia nigra pars reticulata; NRTR, nucleus reticularis tegmental pontis; PPRF, paramedian pontine reticular formation; cMRF, central mesencephalic reticular formation.

Frontal FEF PreSEF/SEF

(DLPC)

PEF (PPC) Parieral

IML

Caudate STN

NRTP

Cerebellar vermis

Fastigial nucleus

SNr

Superior colliculus

Midbrain (riMLF)

Vertical & Torsional saccade

Horizontal saccade

Pons (PPRF) (-)

(+) (-)

(3)

Park JH • Ocular motility: cerebral and BG lesion

Clin Neuroophthalmol 6(Suppl):S44-47, April 2016 S46 http://neuro-ophthalmology.co.kr

(주로 하방주시가 먼저)에 이상이 보이며 이어 수평눈운동에도 장애 가 발생하고 결국에는 전정안구반사를 제외한 모든 수의적 눈운동 이 마비된다.³ 여기서는 진행핵상마비에서 나타날 수 있는 눈운동이 상에 대해 살펴보도록 한다.

1. 시고정이상

주시고정을 하는 동안 많은 진행핵상마비 환자에서도 사각파된떨 림(square-wave jerk)이 관찰된다. 앞에서도 말했듯이 사각파된떨림은 정상인에서도 보일 수 있는데 진행핵상마비에서 보이는 사각파된떨 림은 정상인에 비해 진폭이 크고, 빈도가 잦으며 수직방향의 이상이 더 크게 나타난다.¹

2. 신속보기이상

진행핵상마비 환자에서 신속보기는 크기와 속도에서 모두 이상을 보인다. 특히 수직신속보기의 속도가 느려지고 크기가 작아지는 것이 진행핵상마비를 의심하는 중요한 소견인데, 일반적으로 초기에는 신 속보기의 속도가 먼저 감소하고 정확도는 유지되다가 병이 진행하면 서 측정과소신속보기의 형태를 나타내게 된다. 수평신속보기는 주로 병이 진행한 후반기에 이상을 보이기 때문에 병이 초기에 수평신속보 기의 이상이 뚜렷하다면 진행핵상마비가 아닐 가능성을 생각해야 한 다. 진행핵상마비의 초기에 나타나는 신속보기의 느려짐은 중뇌망상 체(mesencephalic reticular formation) 중에서도 특히 안쪽세로다발입

쪽사이질핵(rostral interstitial medial longitudinal fasciculus, riMLF)의 관련성을 시사한다.⁴ 또한 수평 또는 수직신속보기를 발생시키는 돌 발파신경세포에 연결되어 있는 휴지신경세포가 있는 교뇌의 솔기사 이핵(nucleus raphe interpositus)과도 관련이 있는데 초기에 수직신속 보기장애만 선택적으로 나타나는 것으로 봐서는 riMLF와의 관련성 이 더 클 것으로 생각된다. 수직방향으로의 측정과소신속보기는 Cajar 사이질핵과 관련이 있을 것으로 생각된다.^2,4

3. 부드런따라보기 이상

진행핵상마비 환자들도 부드런따라보기이상이 나타나는데 신속 보기보다는 늦게 나타나며 주로 수직따라보기의 이상이 수평따라보 기보다 먼저 나타난다. 부드런따라보기의 이상에서 나타나는 교정신 속보기는 신속보기의 장애 때문에 동반되지 않을 수 있다. 신속보기 와 부드런따라보기의 이상은 시선이동안진(optokinetic nystagmus)과 전정안구반사의 시각억제에도 역시 이상을 초래한다. 신속보기 및 따 라보기의 장애 정도에 따라 다양하게 나타나지만 시선이동안진의 이 득도 감소되어 있으면서 중심 위치로 복귀시키는 신속운동(resetting quick phase)이 감소되거나 보이지 않는다. 진행핵상마비 환자에서 부 드런따라보기이상은 전두엽, 교뇌핵, 소뇌의 가능이상과 관계가 있을 것으로 생각한다.^1,2

4. 전정안구반사와 이향운동

진행핵상마비 환자에서 전정안구반사는 비교적 말기까지 보전되 지만 이향운동은 병의 초기부터 이상이 생겨 진행하면서 사라지게 된다. 드물게 핵간안근마비 형태의 눈운동이상이 이향운동의 이상 에 의해 나타날 수 있는데 이러한 경우에는 전정안구반사를 통해 운 동장애가 극복된다. 진행핵상마비에서 흔하게 나타나는 눈운동 이 상을 요약하면 Table 2와 같다.

Huntincton병(Huntincton’s disease, HD)

Huntincton병은 4번 염색체의 IT 15 유전자의 이상으로 인해 생기 Table 1. Oculomotor findings in Parkinson’s disease

Oculomotor findings in Parkinson’s disease Fixation may be disrupted by square-wave jerks

Hypometria of horizontal and vertical saccade, leading to a multistep or fragmented response

Normal saccadic velocity except in some advanced cases

Impaired smooth pursuit, due partly to inadequate catch-up saccades Normal VOR for natural head movement

Impaired convergence

Table 2. Oculomotor findings in progressive supranuclear palsy (PSP) Oculomotor findings in PSP

Slow vertical saccades with a preserved range of movement (early phase) Loss of vertical saccades and quick phase-vertical saccadic palsy (late phase) Horizontal saccades become slow and hypometric

Fixation disrupted by horizontal saccadic intrusion (square-wave jerk) Impaired vertical and horizontal smooth pursuit

Preservation of rotational VOR, with tonic deviation of the eyes in the orbit in the direction of slow phases of nystagmus

Loss of convergence; horizontal disconjugacy suggesting INO VOR, Vestibular ocular reflex; INO, Internuclear ophthalmoplegia.

Table 3. Oculomotor findings in Huntincton’s disease Oculomotor findings in Huntington’s disease

Difficulties initiating saccades—facilitated by an associated head thrust or blink Difficulties suppressing reflexive saccades to novel visual stimuli (especially during the antisaccade task)

Slow saccades, especially vertically, and in patients with early age of onset Impaired vertical and horizontal smooth pursuit

Impairment of smooth pursuit

Preservation of vestibulo-ocular reflex (VOR) and gaze-holding

(4)

대뇌와 기저핵의 병변에서 발생할 수 있는 눈운동이상 • ^박재한

Clin Neuroophthalmol 6(Suppl):S44-47, April 2016 http://neuro-ophthalmology.co.kr S47

는 유전성 질환으로 무도병(choria), 근긴장이상(dystonia), 운동지속 불능(motor impersistence)을 보이며 인지장애와 행동변화를 일으킨 다. 또한 자발적인 주시의 장애가 흔히 발생하여 신속보기의 시작이 잘 되지 않고 반응이 느려지게 되므로 병이 진행할수록 물체를 주시 하기 위해 고개를 돌리게 된다. 부드런따라보기도 이상을 보이지만 주 시고정(gaze holding)과 VOR은 일반적으로 유지된다. Huntincton병 에서 나타나는 눈운동이상을 요약하면 Table 3과 같다.¹

REFERENCES

1. Leigh RJ, Zee DS. The neurology of eye movement. 5th ed. New York: Ox- ford University Press, 2015;916-1023.

2. The Korean Society of Neuro-ophthalmology. Neuro-opthalmology. 1st ed. Seoul: Shinheung medscience, 2013;369-382.

3. Baehr M, Frotscher M. Duus’ Topical diagnosis in neurology. 4th ed. Stutt- gart, New york: Thieme, 2005;116-223.

4. Burger KM, Tuhrim S, Naidich TP. Brainstem vascular stroke anatomy.

Neuroimag Clin N Am 2005;15:297-324.