가변 인덕터를 이용한, 교류 TMS의 반송주파수에 따른 쥐의 행동변화 관찰

Abstract

이 논문은 kHz 대역에서 교류 전류의 변조를 이용해 쥐 뇌의 감각 피질을 자극할 수 있는 시스템을 포함한다. 자극 파형의 변조 및 교류 전류의 반송주파수 변화를 이용해 여러 가지 자극을 쥐 뇌에 주었고, 이때 나타나는 행동적 반응을 관찰하였다. 자극에 이용한 시스템은 데이터 발생기, 인버터, 변압기, 코일을 이용했다. 데이터 발생기에서 조절 신호를 인버터에 인가해주면, 인버터에서 조절 신호에 따라 직류 신호를 교류 신호로 변환시켜 주고, 교류 신호가 변압기를 통과하면서 고전압 저전류의 신호가 저전압 고전류의 신호로 변환된다. 변환된 신호가 코일 입력단에 약 0.8∼1.2A 정도의 전류가 흐르게 해주고, 중심부에서 자기장이 발생할 수 있도록 해준다. 커패시터와 자극을 위해 사용한 코일의 인덕터가 대역 통과 필터로 작동해 특정한 주파수(85∼125kHz)를 가진 신호를 내보낼 수 있다. 자극을 위해 쥐머리에 지름 4mm의 플라스틱 지지대를 부착하였고, 지지대에 애나멜선을 100번 정도 감아, 쥐 뇌의 감각피질에 약 1.5mT정도의 자기장이 도달할 수 있도록 하였다. 자극에 사용된 자극 파형은 간헐적 세타 버스트 자극, 지속적 세타 버스트 자극, 뇌 심부 자극술 자극 프로토콜을 이용했으며, 반송 주파수로는 85∼125kHz의 주파수를 이용하였다. 반송 주파수의 변경을 위해 가변 인덕터를 자극 코일에 직렬로 달아 사용하였으며, 가변 인덕터는 자이레이터 구조를 이용하여 커패시터의 위상을 180도 변환하여 인덕터로 보이게 한다. 가변 인덕터의 션트 저항을 가변 저항으로 놓아, 션트 저항값을 변화시킴에 따라 인덕턴스를 바꿀 수 있었다. 자극은 쥐 뇌의 오른쪽 감각피질을 자극한 후 쥐의 왼발과 오른발에 각각 열, 압력, 염증 자극을 주었을 때 나타나는 행동 변화를 관찰했다. 자극결과 세타 버스트 자극(iTBS)에서만 열, 압력, 염증 자극에 대해서 자극을 하지 않았을 때보다 쥐가 열, 압력, 염증 자극에 대해 반응하는 역치 값이 낮아지는 것을 확인할 수 있었고, 반송 주파수에 따라 그 자극 양상이 달라지는 것을 확인할 수 있었다. 자극 결과 반송 주파수가 89kHz 미만일 때에는 간헐적 세타 버스트 자극(iTBS)의 효과를 볼 수 없었고, 반송 주파수가 89kHz 이상일 때에는 간헐적 세타 버스트 자극의 효과를 볼 수 있었다.