Altered Resting State Functional Connectivity of Anterior Cingulate Cortex and Executive Dysfunction in Obsessive-Compulsive Disorder

Abstract

서론: 앞쪽 띠피질은 강박증의 유력한 신경해부학적 가설인 피질-피질하 신경회로 이상 모델을 구성하는 중요한 뇌부위로서, 강박증 환자에서 앞쪽 띠피질의 기능 이상은 강박 증상 및 실행기능의 손상과도 관련되어 있을 가능성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 운동기능 조절, 주의력 통제, 상반된 정보들을 바탕으로 한 의사결정 및 감정조절 등 각각의 수행 기능에 따라 앞쪽 띠피질을 다섯 개의 세부 영역으로 나눈 후, 이러한 세부 영역 각 부위들과 다른 뇌 부위들 사이의 휴지기 기능적 뇌연결성을 관찰하고 정상인의 경우와 비교한 후, 강박증 환자에서 앞쪽 띠피질과 다른 뇌부위들 사이의 휴지기 기능적 뇌연결성의 변화가 다양한 실행기능의 손상 사이의 관계를 규명하고자 하였다.

방법: 본 연구에서는 이전에 정신과 약물 투약력이 없거나 혹은 연구 참여 당시로부터 최근 4주 이상의 기간 동안 정신과 약물을 투약하지 않은 21명의 강박증 환자와 22명의 정상 대조군을 대상으로 하여, 특정한 과제를 수행하지 않는 휴식 상태에서 기능적 뇌 자기공명영상을 촬영하였다. 이와 같이 얻어진 영상을 이용하여, 앞쪽 띠피질의 전장에 걸쳐 균일한 간격으로 분포된 관심 영역 중, 이전의 기능적 뇌영상 연구를 통해 앞쪽 띠피질이 수행하는 다양한 실행기능과의 관련성이 시사되는 다섯 개의 관심 영역을 선정하고, 이들 관심 영역들 각각과 이외의 다른 뇌 영역들 사이에 구성되는 휴지기 기능적 뇌연결성의 양상을 탐색하였다. 더불어, 강박증 환자군과 정상 대조군 사이에서 휴지기 기능적 뇌연결성의 강도가 유의한 차이를 보이는 경우, 앞쪽 띠피질의 관심영역과 해당 뇌영역 사이 기능적 연결성의 강도와 실행기능 손상 정도 사이의 관련성을 검증하였다.

결과: 강박증 환자와 정상 대조군 모두에서, 앞쪽 띠피질의 문측으로부터 미측까지 분포하는 다섯 개의 관심영역들은 각기 서로 다른 형태의 휴지기 기능적 뇌연결성을 보이는 공통점이 있었다. 두 군을 비교하였을 때, 정상 대조군에 비해 강박증 환자군은 앞쪽 띠피질과 시상, 하측 두정엽 및 담장(claustrum)과의 휴지기 기능적 뇌연결성이 유의하게 감소되어 있었다. 이 중 앞쪽 띠피질의 무릎 위쪽 부위에 위치한 S5 관심영역과 담장 사이의 기능적 연결성이 강할수록 레이 복합도형검사의 구조화 점수가 우수하였고, 앞쪽 띠피질의 무릎 밑쪽 부위에 위치한 S7 관심영역과 우반구의 하측 두정엽 사이의 기능적 연결성이 강할수록 길 만들기 검사 A형 수행시의 수행시간이 짧아지는 양상이 관찰되었다.

결론: 본 연구의 결과는 강박증의 피질-피질하 신경모델을 구성하는 앞쪽 띠피질과 다른 뇌 영역들 사이의 휴지기 기능적 뇌연결성 변화가 강박증에서의 실행기능 손상과 관련되어 있음을 보여 준다. 또한 전전두엽의 영역들뿐만 아니라 하측 두정엽 또한 강박증의 피질-피질하 신경모델에서 정보처리 속도 등과 관련하여 중요한 구성 요소로 작용할 가능성을 시사한다.

Introduction: The anterior cingulate cortex (ACC) is one of the prefrontal targets of the cortico-striato-thalamo-cortical (CSTC) loops in obsessive-compulsive disorder (OCD) and has been regarded as a neural correlate of executive dysfunction. We investigated the resting state functional connectivity networks (rs-FCNs) of ACC functional subdivisions with the aim of clarifying the relationship between rs-FCN derangements and executive dysfunction in patients with OCD

Methods: Twenty-one patients with OCD were recruited from Seoul National University Hospital and 22 healthy volunteers (HC) underwent a resting state functional magnetic resonance imaging (fMRI) scan. The rs-FCN maps were depicted using five region-of-interest (ROI) seed regions systemically placed throughout the ACC. Correlations between the five neuropsychological test performances and the regional ACC seed-based rs-FCNs with significantly altered functional connectivity strength were examined in between-group analyses.

Results: The rs-FCNs showed rostral/caudal functional distinction in both groups. Between-group analyses revealed significantly weaker functional connectivity of the OCD group in the claustrum, thalamus, and inferior parietal lobule (IPL). Stronger rs-FC between ACC Seed S5 and the right claustrum correlated with higher Rey–Osterrieth Complex Figure Test organization scores. The prolonged Trail Making Test part-A reaction time demonstrated a correlation with weaker rs-FC strength between ACC Seed S7 and the right IPL.

Conclusion: Altered strengths in the functional connectivity between ACC seeds versus specific brain areas of the CSTC loop may be the neural correlates of executive dysfunction in OCD. Additionally, the inferior parietal lobule could be one of the important brain regions included in the OCD pathophysiologic loops.