본 연구는 병원 데이터를 활용하여 임상, 신경생리학적, 확산 텐서 영상(diffusion tensor imaging) 특성을 포함한 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능(explainable artificial intelligence)을 개발한다. 2016년 1월부터 2023년 6월까지의 기간 동안 최초 뇌졸중 환자 92명의 후향적 데이터를 분석하였다. 종속 변수는 독립적 보행(mobility) 점수로서, 즉 0점(45점 이하) 대 1점(45점 초과)으로 정의되는 Berg Balance Scale을 각각 3개월 및 6개월 후에 측정하였다. 29개의 예측 변수를 포함하였다. 무작위 포레스트(random forest) 변수 중요도(variable importance)를 사용하여 Berg Balance Scale의 유의한 예측 변수를 식별하고, 1개월 후 Berg Balance Scale 및 피질척수로(corticospinal tract) 확산 텐서 영상 특성을 포함하여 이들이 예측 변수들과 갖는 연관성을 검정하였다. 이러한 연관성의 방향을 분석하기 위해 Shapley Additive Explanation 값(Shapley Additive Explanation values)을 계산하였다. 무작위 포레스트는 로지스틱 회귀(logistic regression)와 비교하여 더 높거나 유사한 곡선 아래 면적(area under the curve)을 보였는데, 예컨대 3개월 후 Berg Balance Scale에서는 91% 대 87%, 6개월 후 Berg Balance Scale에서는 92% 대 92%였다. 무작위 포레스트 변수 중요도 값과 순위를 기반으로 하면: (1) 3개월 후 Berg Balance Scale은 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도(Fugl-Meyer assessment scale), 병변 동측(ipsilesional) 피질척수로 fractional anisotropy, fractional anisotropy 측면성 지수(laterality index) 및 연령과의 강한 연관성을 보였고; (2) 6개월 후 Berg Balance Scale은 Fugl-Meyer 평가 척도, 1개월 후 Berg Balance Scale, 발목의 발바닥굽힘(plantar flexion) 근력, 무릎 폄(knee extension) 근력 및 고관절 굽힘(hip flexion) 근력과의 강한 관계를 보였다. 이러한 연관성은 SHAP 요약 플롯(SHAP summary plots)에서 모두 양(+)의 방향성을 나타냈다. 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도 또는 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy를 무작위 포레스트에 포함하면, 3개월 후 Berg Balance Scale이 45점 초과일 확률이 각각 0.11, 0.08 또는 0.08만큼 증가한다. 결론적으로 뇌졸중 후 안전한 균형은 초기의 운동 기능, Fugl-Meyer 평가 척도, 그리고 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy와 강하게 상관된다. 확산 텐서 영상 정보는 뇌졸중 후 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능 개발에 도움을 준다.

우리는 임상, 신경생리학 및 신경영상 변수를 사용하여 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점에서 균형 기능(Berg Balance Scale, BBS)의 초기 예측 인자를 규명하고자 하였다. 뇌졸중 후 편마비를 가진 79명의 환자가 포함되었다. 인구통계학적 특성, 뇌졸중 관련 특성 및 임상 변수[Mini-Mental State Examination, BBS, 편마비 환측 고관절·무릎·발목 근육의 근력, 그리고 Fugl-Meyer Assessment Lower Extremity (FMA-LE)]는 발병 후 평균 2주 시점에 평가되었다. 양측 경골신경에서의 체감각유발전위(somatosensory-evoked potentials, SEP)와 확산텐서영상(diffusion tensor imaging) 자료는 각각 발병 후 3주 이내 및 4주 이내에 수집되었으며, 이를 통해 SEP 진폭 비와 피질척수로(corticospinal tract)의 분획이방성(frational anisotropy) 측방성 지표(laterality index)를 산출하였다. 다중 선형 회귀분석에서 뇌졸중 후 3개월 시점의 더 높은 BBS를 독립적으로 예측하는 요인은 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE 점수, 그리고 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근의 근력이었다(조정 R2 = 0.563, P < 0.001). 뇌졸중 후 6개월 시점에서 더 높은 BBS의 유의한 예측 인자는 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE, 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근, 그리고 더 큰 SEP 진폭 비였으며(조정 R2 = 0.552, P < 0.001), 다만 후자의 증가 기여도는 비교적 작았다(R2 = 0.019). 우리는 연령과 환측 하지의 초기 운동 장애 정도가 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점의 균형 기능 상태를 예측하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었다.

배경: 실어증은 뇌졸중 후 장애의 가장 흔한 원인 중 하나이다. 뇌졸중 후 실어증의 증상과 영향은 이질적이므로, 실어증 환자에서 병변의 국소적(지형학적) 이질성이 언어 손상의 서로 다른 영역과 어떻게 연관되는지 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 좌표 기반 메타분석을 통해 복셀 기반 병변-증상 매핑 연구의 신경해부학적 기반을 포괄적으로 개관하고자 한다. 방법: 우리는 뇌졸중 후 실어증에서 병변-증상 매핑 연구에 대한 메타분석을 수행하였다. 사전에 정해진 포함 기준을 충족한 25개 연구로부터 실어증을 가진 2,007명의 좌표 기반 구조 신경영상 데이터를 확보하였다. 결과: 전반적으로, 우리의 결과는 실어증에서 나타나는 특징적인 병변 양상이 서로 다른 언어 기능과 과제와 연관됨을 보여주었다. 섬-운동(insular-motor) 영역에 대한 손상은 이해가 보존된 상태에서 발화를 손상시켰으며, 병변이 섬-운동 영역과 하두정소엽(inferior parietal lobule)을 모두 침범하는 경우에도 유사한 양상이 관찰되었다. 전두 영역의 병변은 비교적 양호한 이해와 함께 발화를 심각하게 손상시켰다. 반복(repetition) 선택적 결손은 후상측 측두이랑(posterior superior temporal gyrus)을 침범하는 병변에서만 나타났다. 전(前)측에서 후(後)측으로 이어지는 측두 피질의 손상은 의미(semantics) 결손과 연관되었다. 결론: 병변의 지형학적 지도와 특정 언어 결손 간의 연관 양상은 특정 기저 언어 경로에 대한 핵심적인 통찰을 제공한다. 본 메타분석 결과는 실어증의 서로 다른 증상 복합체와 손상의 서로 다른 기저 위치 사이의 연계를 포착함으로써 언어 처리의 이중 경로 모델을 강력히 지지한다.

본 연구는 병원 데이터를 활용하여 임상, 신경생리학적, 확산 텐서 영상(diffusion tensor imaging) 특성을 포함한 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능(explainable artificial intelligence)을 개발한다. 2016년 1월부터 2023년 6월까지의 기간 동안 최초 뇌졸중 환자 92명의 후향적 데이터를 분석하였다. 종속 변수는 독립적 보행(mobility) 점수로서, 즉 0점(45점 이하) 대 1점(45점 초과)으로 정의되는 Berg Balance Scale을 각각 3개월 및 6개월 후에 측정하였다. 29개의 예측 변수를 포함하였다. 무작위 포레스트(random forest) 변수 중요도(variable importance)를 사용하여 Berg Balance Scale의 유의한 예측 변수를 식별하고, 1개월 후 Berg Balance Scale 및 피질척수로(corticospinal tract) 확산 텐서 영상 특성을 포함하여 이들이 예측 변수들과 갖는 연관성을 검정하였다. 이러한 연관성의 방향을 분석하기 위해 Shapley Additive Explanation 값(Shapley Additive Explanation values)을 계산하였다. 무작위 포레스트는 로지스틱 회귀(logistic regression)와 비교하여 더 높거나 유사한 곡선 아래 면적(area under the curve)을 보였는데, 예컨대 3개월 후 Berg Balance Scale에서는 91% 대 87%, 6개월 후 Berg Balance Scale에서는 92% 대 92%였다. 무작위 포레스트 변수 중요도 값과 순위를 기반으로 하면: (1) 3개월 후 Berg Balance Scale은 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도(Fugl-Meyer assessment scale), 병변 동측(ipsilesional) 피질척수로 fractional anisotropy, fractional anisotropy 측면성 지수(laterality index) 및 연령과의 강한 연관성을 보였고; (2) 6개월 후 Berg Balance Scale은 Fugl-Meyer 평가 척도, 1개월 후 Berg Balance Scale, 발목의 발바닥굽힘(plantar flexion) 근력, 무릎 폄(knee extension) 근력 및 고관절 굽힘(hip flexion) 근력과의 강한 관계를 보였다. 이러한 연관성은 SHAP 요약 플롯(SHAP summary plots)에서 모두 양(+)의 방향성을 나타냈다. 1개월 후 Berg Balance Scale, Fugl-Meyer 평가 척도 또는 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy를 무작위 포레스트에 포함하면, 3개월 후 Berg Balance Scale이 45점 초과일 확률이 각각 0.11, 0.08 또는 0.08만큼 증가한다. 결론적으로 뇌졸중 후 안전한 균형은 초기의 운동 기능, Fugl-Meyer 평가 척도, 그리고 병변 동측 피질척수로 fractional anisotropy와 강하게 상관된다. 확산 텐서 영상 정보는 뇌졸중 후 안전한 균형을 예측하기 위한 설명가능한 인공지능 개발에 도움을 준다.

우리는 임상, 신경생리학 및 신경영상 변수를 사용하여 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점에서 균형 기능(Berg Balance Scale, BBS)의 초기 예측 인자를 규명하고자 하였다. 뇌졸중 후 편마비를 가진 79명의 환자가 포함되었다. 인구통계학적 특성, 뇌졸중 관련 특성 및 임상 변수[Mini-Mental State Examination, BBS, 편마비 환측 고관절·무릎·발목 근육의 근력, 그리고 Fugl-Meyer Assessment Lower Extremity (FMA-LE)]는 발병 후 평균 2주 시점에 평가되었다. 양측 경골신경에서의 체감각유발전위(somatosensory-evoked potentials, SEP)와 확산텐서영상(diffusion tensor imaging) 자료는 각각 발병 후 3주 이내 및 4주 이내에 수집되었으며, 이를 통해 SEP 진폭 비와 피질척수로(corticospinal tract)의 분획이방성(frational anisotropy) 측방성 지표(laterality index)를 산출하였다. 다중 선형 회귀분석에서 뇌졸중 후 3개월 시점의 더 높은 BBS를 독립적으로 예측하는 요인은 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE 점수, 그리고 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근의 근력이었다(조정 R2 = 0.563, P < 0.001). 뇌졸중 후 6개월 시점에서 더 높은 BBS의 유의한 예측 인자는 더 젊은 연령, 더 높은 FMA-LE, 더 강한 편마비 환측 고관절 신전근, 그리고 더 큰 SEP 진폭 비였으며(조정 R2 = 0.552, P < 0.001), 다만 후자의 증가 기여도는 비교적 작았다(R2 = 0.019). 우리는 연령과 환측 하지의 초기 운동 장애 정도가 뇌졸중 후 3개월 및 6개월 시점의 균형 기능 상태를 예측하는 데 도움이 될 수 있다고 결론지었다.

배경: 실어증은 뇌졸중 후 장애의 가장 흔한 원인 중 하나이다. 뇌졸중 후 실어증의 증상과 영향은 이질적이므로, 실어증 환자에서 병변의 국소적(지형학적) 이질성이 언어 손상의 서로 다른 영역과 어떻게 연관되는지 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 좌표 기반 메타분석을 통해 복셀 기반 병변-증상 매핑 연구의 신경해부학적 기반을 포괄적으로 개관하고자 한다. 방법: 우리는 뇌졸중 후 실어증에서 병변-증상 매핑 연구에 대한 메타분석을 수행하였다. 사전에 정해진 포함 기준을 충족한 25개 연구로부터 실어증을 가진 2,007명의 좌표 기반 구조 신경영상 데이터를 확보하였다. 결과: 전반적으로, 우리의 결과는 실어증에서 나타나는 특징적인 병변 양상이 서로 다른 언어 기능과 과제와 연관됨을 보여주었다. 섬-운동(insular-motor) 영역에 대한 손상은 이해가 보존된 상태에서 발화를 손상시켰으며, 병변이 섬-운동 영역과 하두정소엽(inferior parietal lobule)을 모두 침범하는 경우에도 유사한 양상이 관찰되었다. 전두 영역의 병변은 비교적 양호한 이해와 함께 발화를 심각하게 손상시켰다. 반복(repetition) 선택적 결손은 후상측 측두이랑(posterior superior temporal gyrus)을 침범하는 병변에서만 나타났다. 전(前)측에서 후(後)측으로 이어지는 측두 피질의 손상은 의미(semantics) 결손과 연관되었다. 결론: 병변의 지형학적 지도와 특정 언어 결손 간의 연관 양상은 특정 기저 언어 경로에 대한 핵심적인 통찰을 제공한다. 본 메타분석 결과는 실어증의 서로 다른 증상 복합체와 손상의 서로 다른 기저 위치 사이의 연계를 포착함으로써 언어 처리의 이중 경로 모델을 강력히 지지한다.

배경: 뇌졸중 후 주요 언어 경로의 구조적 연결성(structural connectivity)이 시간에 따라 어떻게 변화하는지, 그리고 그러한 변화가 실어증 회복에 기여하는지 여부는 불명확하다. 목적: 확산 텐서 영상(diffusion tensor imaging, DTI)을 사용하여 종단적(arcuate fasciculus, AF) 상윤상다발의 무결성 변화와 뇌졸중 후 실어증 회복과의 연관성을 조사한다. 방법: 최초 발생한 좌측 반구 뇌졸중으로 인한 실어증 환자 35명을 대상으로, 발병 후 1개월 및 6개월 시점에 한국어판 서부 실어증 검사(Western Aphasia Battery)와 DTI를 시행하였다. 두 AF 양측 다발의 분획 이방성(fractional anisotropy, FA), 평균 확산(mean diffusivity, MD), 방사상 확산(radial diffusivity, RD), 축상 확산(axial diffusivity, AD)을 분석하여 다발 무결성의 시간에 따른 변화를 평가하고, DTI 지표의 변화(Δ; 추적 - 초기)와 언어 점수 간 상관관계를 확인하였다. 결과: = .031). 우측 AF 지표의 변화와 언어 점수 사이에는 상관관계가 없었다. 좌측 AF에서 FA가 증가한 군은 FA가 감소한 군보다 더 유의한 언어 개선을 보였다. 결론: 아급성기 동안 실어증 환자에서 양측 반구 모두에서 AF의 무결성이 감소하였으며, 좌측 AF의 구조적 연결성 변화는 언어 개선과 연관되었다.

배경 및 목적: 이명(tinnitus)은 외부의 음원 없이 울림이나 윙윙거림과 같은 소리를 개인이 지각하는 질환이다. 정확한 원인은 완전히 이해되지 않았으나, 최근 연구에서는 변연계(limbic system)를 포함한 비청각적 뇌 구조의 관여가 시사되고 있다. 본 연구의 목적은 이명 환자와 대조군 사이에서 특정 뇌 구조의 용적을 비교하는 것이다. 방법: 복셀 기반 형태계측(voxel-based morphometry)과 세부영역 용적분석(subfield volumetry)을 적용하여 이명 환자 53명과 연령 및 성별을 일치시킨 대조군 52명의 뇌 구조를 분석하였다. 편도체(amygdala), 해마(hippocampus), 시상(thalamus)의 용적을 측정하고 군 간 비교하였다. 결과: 이명 환자는 대조군에 비해 전체 편도체, 기저핵(basal nucleus), 우측 외측핵(right lateral nucleus), 좌측 부주변핵(left paralaminar nucleus)에서 용적이 더 컸다. 또한 해마에서 소마상피질(subiculum head), 좌측 섬모(fimbria), 좌측 전소마상피질 두부(left presubiculum head)도 이명 환자에서 더 큰 것으로 나타났다. 두 군 간 총 시상 용적 또는 시상 하부핵(thalamic subnuclei)에서는 차이가 없었다. 시상, 편도체, 해마의 회백질 용적은 이명 군에서 유의하게 더 높았다. 또한 대상 고랑(cingulate sulcus)의 양측 변연 가지(marginal branches), 좌측 상측 두정엽(left superior parietal lobule), 좌측 하두정 고랑(left subparietal sulcus)의 피질 두께도 이명 군에서 더 높았다. 결론: 본 연구의 결과는 이명에서 변연계의 관여를 시사하며, 이 질환에 대한 이해를 심화시킨다. 본 연구에서 사용한 세부영역 용적분석 기법은 특정 신경학적 및 정신의학적 질환과 연관된 구조적 차이를 규명하는 데 도움이 될 수 있다.

구조적 자기공명영상(sMRI)은 고해상도의 해부학적 정보를 제공함으로써 신경학적 질환 평가에서 핵심적인 역할을 한다. 최근 정량적 후처리(postprocessing) 기법의 발전은 미학적(visual) 평가를 넘어 sMRI의 활용 범위를 확장하여, 다양한 신경 및 정신질환과 연관된 미세한 형태학적 변화를 탐지할 수 있게 하였다. 본 리뷰는 뇌 용적측정(brain volumetry), 형상 분석(shape analysis), 복셀 기반 형태측정(voxel-based morphometry; VBM), 표면 기반 형태측정, 소스 기반 형태측정(source-based morphometry), 복셀 기반 병변-증상 매핑(voxel-based lesion-symptom mapping; VLSM)을 포함한 sMRI 기반 분석의 현재 임상적 적용을 요약한다. 용적 및 형상 기반 분석은 특정 뇌 영역의 위축과 아영역(subregional) 형태학적 변화에 대한 평가를 가능하게 하는 반면, VBM 및 표면 기반 형태측정은 조직 용적과 피질 표면의 구조(architecture)에 대한 상보적 통찰을 제공한다. 소스 기반 형태측정은 구조적 공변성(structural covariance)의 네트워크 수준 패턴을 밝히며, VLSM은 특히 뇌졸중(stroke)에서 병변 위치와 기능적 결과를 직접적으로 연관시킨다. 이러한 방법론들이 알츠하이머병(Alzheimer's disease), 파킨슨병(Parkinson's disease), 다발성 경화증(multiple sclerosis), 간질(epilepsy), 주요우울장애(major depressive disorder)와 같은 질환에서 임상적으로 관련성이 있음이 입증되었다. 전통적 영상 기법으로는 쉽게 감지되지 않는 구조적 뇌 변화들을 정량화함으로써, 이러한 도구들은 진단 정확도를 향상시키고 예후 예측을 지원하며 치료 효과의 모니터링을 용이하게 한다. 본 리뷰는 sMRI 후처리 기법들이 임상 신경학으로 점차 통합되고 있음을 강조한다.

뇌졸중 후 우울증(PSD)은 뇌졸중 이후 가장 흔한 정신과적 합병증 중 하나로, 생존자의 최대 1/3에 영향을 미치며 기능 장애의 정도와 회복 궤적 모두에 실질적으로 큰 영향을 줄 수 있다. 이 환자군에서 우울 증상과 인지 기능장애 사이의 상호적 관계는 흔히 입증되어 왔으며, 이들의 상관관계 및 공통의 신경해부학적 기전을 명확히 할 필요가 강조된다. 이를 위해 PSD와 연관된 인지 기능장애 및 영상 연구를 통합하여, 총 125명의 편측 뇌졸중 환자를 우울 증상의 유무에 따라 BDI 절단점 점수 14를 기준으로 두 군으로 분류하였다. 주요성분분석(PCA)을 통해 PSD 환자 64명과 PSD가 없는 환자 61명에서 인지 검사 변수 16개를 대상으로 분석한 결과, 인지 기능의 4가지 주요 성분이 추출되었다. 그중 주의(attention) 요인은 집단 간 유의한 차이를 보였으며, PSD 군이 비(非)PSD 군보다 더 큰 주의력 장애를 나타냈다. 복셀 기반 병변-증상 매핑(VLSM)에서는 주의 수행이 집단 전반에 걸쳐 좌측 섬엽(left insula)의 병변과 유의하게 연관됨이 추가로 확인되었다. 중요하게도, 병변 군집은 PSD가 있는 환자에서 더 광범위했으며, 이는 뇌졸중 후 우울 증상에서 섬엽 손상의 역할이 더 두드러짐을 시사한다. 종합하면, 본 연구 결과는 섬엽이 주의 처리와 PSD의 병태생리에 모두 핵심적으로 기여함을 보여주며, 섬엽이 뇌졸중 생존자에서 우울 증상과 밀접하게 연관된 주의 네트워크를 매개한다는 점을 시사한다.