소아 ADHD에서 나타나는 비정상적인 기능적 연결성

This posting is based on the journal review "Abnormal Functional Connectivity in Children with Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder by Dardo Tomasi and Nora D. Volkow."

주의력결핍및과잉행동장애(Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder, ADHD)는 다음과 같은 특징을 보인다.

• 주의력 결핍과 과잉/충동적인 행동 양상일 보인다.
• 동기부여 장애가 동반된다는 인식이 증가되고 있다.
• 뇌의 도파민 신경전달물질 분비에 손상이 있다.

ADHD는 PET연구에서 reward-motivation pathway (midbrain, caudate, and ventral striatum)의 도파민 신경전달이 비정상적인 것으로 나타났다. reward-motivation pathway의 결함은 주의력 결핍과 낮은 동기부여와 관련이 있다 [1,2]. 전두엽피질의 도파민 부족은 '주의집중장애'를 일으킨다고 알려져 있다. 

도파민은 대체로 억제성 신경전달물질이기 때문에, 도파민 시냅스의 활동을 증가시키는 약물들은 다른 많은 뉴런들의 활동을 감소시키고 여러 뇌 부위에서의 전체적인 활동을 감소시킨다. 뇌의 전체적인 활동을 감소시키는 약물이 어떻게 각성과 활동의 증가 및 집중력 향상을 이끌어 내는지 의아할 것이다. 이에 대한 한가지 설명은 도파민의 활동이 높아지면 뇌의 '배경잡음'이 대부분 감소되고, 따라서 신호 대 잡음비가 증가된다는 것이다. -생물 심리학(제6판, 시그마프레스) 중-

또한, resting state fMRI 연구에서는 inferior frontal and superior parietal cortices, cingulum, and cerebellum 등의 영역에서 BOLD 신호의 low frequency fluctuation (LFF) 값이 갑소된 것으로 밝혀졌다.

그렇다면 ADHD 환자의 parietal cortex 영역과 anterior cingulum 영역에서 LFF가 감소한 것을 신경병리학적 측면에서 어떻게 이해할 있을까? [3]

• parietal cortex 영역에서의 LFF 신호 감소는 ADHD 환자들에게서 executive-attention 기능이 떨어져 있기 때문으로 이해할 수 있다.
• 또한, reward-motivational network에서 중요한 역할을 수행하는 anterior cingulum 영역의 LFF 감소는 ADHD 환자들이 보상과 동기부여와 관련된 기능을 제대로 수행하지 못함으로 해석할 수 있다.

Tomasi and Volkow는 ADHD에서 나타나는 비정상적인 functional connectivity density (FCD)가 reward-motivational (ventral striatum and orbito-frontal cortex), attention (parietal cortex), and executive (dorsal cingulate) 영역들과 관련이 있을 것이라는 가정하에 몇가지 분석을 수행했다.

연구 결과 중에 관심있게 본 것은, 약물에 한번도 노출되지 않은 (medication naive) ADHD 환자의 경우에 OFC/insula and ventral striatum 영역의 short-range FCD가 정상인 집단 보다 높다는 것이다. 하지만, 약물치료를 받은 ADHD 환자와 정상인 집단간의 OFC/insula와 ventral striatum 영역의 short-range FCD는 차이를 보이지 않았다. 저자들은 이것을 통해서 'ADHD 치료를 위한 stimulant medication이 reward-motivation 영역의 short-range FCD를 회복시키는 역할을 수행한다'고 주장하고 있다.

임상에서 사용되는 중추신경자극제(Medication Stimulant)는 단기적으로 dopamine 등 신경전달물질을 활성화 시키고 ADHD에 흔히 수반되는 주의 산만함, 과잉 활동과 충동성 등을 감소시키고, 집중력, 기억력, 학습 능력이 전반적으로 좋아진다고 알려져 있다.

References:

1. Volkow N, Wang G, Kollins S, Wigal T, Newcorn J, Telang F, et al. (2009): Evaluating dopamine reward pathway in ADHD: Clinical implications, JAMA 302: 1084-1091.
2. Volkow N, Wang G, Newcorn J, Kollins S, Wigal T, Telang F, et al. (2011): Motivation deficit in ADHD is associated with dysfunction of the dopamine reward pathway. Mol Psychiatry 16:1147-1154.
3. Rubia K, Halari R, Cubillo A, Mohammand A, Brammer M, Taylor E (2009): Methylphenidate normalises activation and functional connectivity deficits in attention and motivation networks in medication-naive children with ADHD during a rewarded continuous performance task. Neurophamocology 57:640-652.