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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery > Volume 59(6); 2016 > Article
Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 2016;59(6): 430-436.
doi: https://doi.org/10.3342/kjorl-hns.2016.59.6.430
Recordings of Cortical Auditory Evoked Potentials in Cochlear Implant Listeners: A Preliminary Study.
Jee Yeon Lee, Chan Joo Yang, Hwan Seo Lee, Won Sub Lim, Hyun Moon, Soo Jung Nam, Hong Ju Park
Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine, Seoul, Korea. dzness@amc.seoul.kr
인공와우 환자에서의 대뇌피질청각유발전위의 측정: 예비 연구
이지연 · 양찬주 · 이환서 · 임원섭 · 문 현 · 남수정 · 박홍주
울산대학교 의과대학 서울아산병원 이비인후과학교실
ABSTRACT
BACKGROUND AND OBJECTIVES:
There is a need for fast and reliable objective measures of cochlear implant (CI) performance, especially in young children. The aim of the study was to investigate the detection and characterization of cortical auditory evoked potentials (CAEP) of different types of sound stimulation in CI listeners using a commercially available system, HEARLab™.
SUBJECTS AND METHOD:
Sound field CAEPs were obtained from 10 CI listeners, using three natural speech sounds (/m/, /g/, and /t/) presented at 55, 65, and 75 dB SPL. Detection rates, the latencies and amplitudes of CAEP waves were analyzed and compared with those of the normal hearing (NH) group.
RESULTS:
It was possible to detect CAEP responses in all CI listeners. Of the three stimuli (/m/, /g/, /t/), /g/ was the most robust waveform, although this was not statistically significant. Latencies for the /m/ stimulus were relatively longer than those for /t/ and especially for /g/, suggesting that CI listeners hear high-frequency sounds better than low-frequency sounds. When compared to the NH group, CAEP of CI listeners tended to show smaller amplitudes of various waves and longer latencies especially at P1 wave.
CONCLUSION:
CAEP responses could be obtained in all CI listeners and normal adults successfully, indicating that CAEP can be applied clinically as an objective assessment tool of hearing. Further studies are needed for CI listeners especially in infants and toddlers using this protocol to assess its clinical usefulness.
Keywords: Auditory cortexAuditory evoked potentialsCochlear implantsNormal hearing

Address for correspondence : Hong Ju Park, MD, PhD. Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Asan Medical Center, University of Ulsan College of Medicine, 88 Olympic-ro 43-gil, Songpa-gu, Seoul 05505, Korea
Tel : +82-2-3010-3700, Fax : +82-2-489-2773, E-mai : dzness@amc.seoul.kr


전농 환자에 있어 보청기나 인공와우 등을 이용한 빠른 청각재활이 필수적이며, 이러한 청각재활에 있어 정확한 환자의 청각학적 평가는 청각재활 전에 적절한 재활방법을 결정하는 데 중요하며, 청각재활이 잘 이루어지고 있는지를 확인하는 데 중요하다. 특히, 신생아나 나이가 적은 소아의 경우에 객관적인 청력평가가 필수적이다. 대뇌피질청각유발전위(cortical auditory evoked potentials, CAEP)검사는 청각역치뿐 아니라 중추청각능력의 확인 및 가소성의 확인, 말소리의 신경부호화를 객관적으로 평가할 수 있는 검사로, 보청기나 인공와우를 통한 청각재활을 평가할 수 있는 객관적 도구 중의 하나이다.1,2) 대뇌피질청각유발전위의 주요한 구성 요소는 P1, N1, P2로, 각 파형은 정상청력을 가진 성인에서 소리 자극 후 50, 100과 180
~200 msec에 나타난다. 기존의 보고에서 인공와우 환자에서도 정상인과 유사한 대뇌피질청각유발전위 파형이 유발될 수 있음이 보고되며,1,3,4) 특히 선천성 전농 소아의 경우 3.5세 이전에 인공와우 수술을 받을 경우에는 수술 후 6개월 이내에 정상인의 파형과 유사한 잠복기를 보일 수 있으나, 이후로는 이러한 가소성이 점차 감소되어 수술 이후에도 잠복기와 진폭의 차이가 유지됨이 관찰된다.1) 인공와우 환자에서의 CAEP 결과가 점차 많이 보고되어 왔으나, 현재까지 국내에서는 정상인과 인공와우 환자의 CAEP반응에 대한 보고는 없었다. 따라서, 본 연구는 인공와우 성인 환자에서 CAEP의 발현 빈도를 확인해보고, 자극음에 따른 CAEP의 발현 양상을 확인하고, 그 특성을 정상인에서의 결과와 비교해 보고자 하였다.

대상 및 방법

연구 대상
언어습득 후 발생한 난청을 주소로 인공와우를 사용하는 성인과 정상성인을 대상으로 전향적 연구를 시행하였다. 인공와우를 사용하는 환자의 CAEP의 발현 양상과 각 파형의 진폭과 잠복기를 확인하고 정상청력을 가진 성인 16명(남 6명, 여 10명, 연령범위: 23
~33세)으로부터의 CAEP의 정상 진폭과 잠복기와 비교하였다.
정상 대상자는 중이 병변 및 다른 이과적인 병력이 없고 어떠한 신경학적 병력이 없는 오른손잡이 16명을 대상으로 하였다. 순음청력검사 결과, 양측 귀 모두 250~8000 Hz에서 15 dB HL 이하로 각 주파수에서 5 dB 이내의 양이 차이를 보이며, 어음인지도(word recognition score) 결과가 92% 이상인 대상자로 하였다.
인공와우 사용자의 CAEP의 진폭과 잠복기를 측정하기 위하여 인공와우 착용 성인 10명(남 8명, 여 2명)을 대상으로 하였고, 평균나이는 40.3세(연령범위: 20~60세), 인공와우 착용기간은 평균 3년이었으며, 인공와우 착용 후 평균역치는 28 dB HL이었다(Table 1).

연구장비
순음청력검사는 ORBITER 922 audiometer(Madsen, Denmark)와 TDH-39 headphone을 사용하여 측정하였고, 중이검사는 GSI Tympstar middle ear analyzer(Grason-Stadler Inc., Eden Prairie, MU, USA)를 사용하여 측정하였다. CAEP는 전기적으로 보호가 된 방음실에서 실시하였으며, 측정기기는 HEARLabTM 시스템(Frye Electronics Inc., Tigard, OR, USA)을 사용하였다.

CAEP 측정
활성전극(active electrode)은 두정부(vertex, Cz), 기준 전극(reference electrode)은 인공와우 어음처리기를 착용하지 않은 반대측 유양돌기(right mastoid)에, 접지전극(ground electrode)은 앞이마(forehead)에 부착하였으며, 모든 전극의 임피던스는 5 kΩ 이하가 되도록 조정하였다. 정상인에서는 인공와우 환자와 유사한 청각 환경을 제공하기 위해 우측 귀는 earplug를 이용하여 막은 상태에서 활성전극(active electrode)은 두정부(vertex, Cz), 기준 전극(reference electrode)은 우측 유양돌기(right mastoid)에, 접지전극(ground electrode)은 앞이마(forehead)에 부착하였다. 따라서, 좌측 귀를 통한 소리자극에 대한 우측 대뇌 피질에서의 CAEP 반응을 기록하였다.
HEARLabTM 검사 시 피검자는 스피커로부터 1 m 떨어진 의자에 앉아 소리 자극방법은 정상성인의 경우 자극강도 55, 65, 75 dB SPL에서 약 30 ms 동안 지속되는 /m/, /g/, /t/의 3가지 자극음을 제시하였다. 이 자극음은 각각 500, 1500, 3000~4000 Hz에서 가장 높은 말소리 에너지가 나타내며, 각각 저주파수, 중주파수, 고주파수의 말소리 주파수를 대변한다. 각 소리 자극에 따른 반응은 150회 이상 적절한 반응이 나올 경우 검사를 중단하였으며, 소리 자극을 주기 200 ms 이전부터 소리 자극 후 600 ms 이후의 시간창에서의 반응을 분석하였다. 검사 시간 동안 피검자는 자신이 선택한 소리가 나오지 않는 영상을 보며 각성 상태를 유지하도록 하였다.
HEARLabTM 시스템의 경우 Hotelling's T2 분석을 적용한 자동화된 통계적인 절차(automated statistical procedure)를 사용하여 각 파형의 존재 여부를 확인하였으며,5) 본 연구에서는 각 조건에서 P1, N1, P2의 peak를 직접 체크하여 잠복기와 진폭을 측정하였으며 이의 변화양상을 비교하였다(Fig. 1).

통계분석
통계분석은 SPSS 21(IBM Corporation, Armonk, NY USA)을 사용하여 실시하였다. 인공와우 착용군에서 /m/, /g/, /t/의 3가지 자극음에 따른 진폭과 잠복기의 차이는 Wilcoxon signed ranks test를 이용하여 분석하였다. 정상군과 인공와우 착용군 간의 CAEP 각 파형의 진폭 및 잠복기의 차이를 알아보기 위하여 Mann-Whitney U-test로 분석하였다. 모든 통계분석은 유의수준 0.05 이내일 경우 의미 있는 것으로 판단하였다.



인공와우 착용군의 CAEP의 발현율
Hotelling's T2 분석을 적용한 자동화된 통계적인 절차(automated statistical procedure)를 사용하여 각 파형의 존재 여부를 확인할 경우, 인공와우 착용 성인의 경우 10명 모두에서 CAEP반응을 확인할 수 있었으나, 이 중 1명은 P1, N1 파형은 명확히 관찰되었으나, P2 파형이 명확히 관찰되지 않아 9명의 피험자의 결과를 이용하여 각 파형의 진폭 및 잠복기를 분석하였다.

인공와우 착용군에서의 소리에 따른 CAEP 파형의 변화
/m/, /g/, /t/의 3가지 자극음에 따른 진폭의 크기는 /g/ 자극음에 대한 파형이 전반적으로 가장 큰 경향을 보였으나 통계적으로 의미가 있지는 않았다(p>0.05). 55 dB SPL의 작은 소리 자극을 줄 때 /t/ 자극음에 대한 P1, P2 파형의 진폭이 의미 있게 작았다(p<0.05)(Table 2, Fig. 2). 잠복기의 경우, /m/ 자극음에 대한 파형의 잠복기가 /g/ 또는 /t/의 자극음에 의한 파형에 비해 상대적으로 작은 경우가 많았다(Table 2, Fig. 2).

인공와우 착용군과 정상군에서의 CAEP 파형 차이
정상군과 인공와우 착용군의 CAEP 파형의 진폭과 잠복기는 Table 2, Fig. 3과 같다. 진폭의 경우, 다양한 소리의 크기와 종류에 따라 정상군에서 인공와우 착용군보다 높은 진폭을 나타내는 경우가 많았다(Fig. 3). 잠복기의 경우, 정상군보다 인공와우 착용군에서 더 긴 잠복기를 나타내었으며, 특히 /m/, /g/, /t/ 자극음에 관계 없이 인공와우 착용군의 P1 잠복기는 정상군보다 통계적으로 더 긴 잠복기를 보였다(p<0.05)(Fig. 3).



대뇌피질청각유발전위(CAEP)검사에서 쉽게 관찰되는 소리 자극에 의해 유발되는 강한 양성 파형은 시상(thalamus)에서 청각피질(the lateral portion of Heschl's gyrus, layers II–VI)의 신경으로의 반복적인 흥분성 입력신호에 의해 발생하는 것으로 생각된다.6) 초기에는 청각피질의 심층부(layers IV-VI)의 반응으로 발현되나, 점차 시상-대뇌피질, 대뇌피질-대뇌피질의 연결이 강화됨에 따라 청각피질의 표층부(layers II-III)가 성숙되어 10세경이 되면 음성 파형(N1)이 발현되게 되어 강한 양성 파형은 두 가지 양성 파형(P1, P2)으로 분리되어 발현되게 된다.3,7)
본 연구에서 모든 인공와우 착용 환자군에서 성공적으로 CAEP 파형을 관찰할 수 있었다. 이는 30 dB SPL 이상의 소리에 의해 성공적으로 CAEP 파형을 얻을 수 있다는 과거의 보고와 일치하는 소견이다.8) 이러한 성공적인 CAEP의 기록은 향후 의사소통이 불가능한 소아 환자에서의 인공와우를 통한 성공적인 청각재활을 확인할 수 있는 하나의 도구로 사용될 수 있음을 시사한다. 또한, CAEP의 파형의 크기는 순음이나 말소리 자극의 크기에 따라 변함이 보고되었으며, 소리 자극이 커질수록 CAEP의 진폭도 커지며, 잠복기는 점차 감소되는 것으로 보고된다.9) 본 연구에서는 인공와우 착용군에서 CAEP의 진폭이 정상군에 비해 감소하는 경향을 보였으며, 이는 개개인의 청력역치의 차이에 의해 이러한 진폭의 차이가 발생할 수도 있으나, 인공와우 착용 후 시간이 흐름에 따라 유발되는 진폭의 차이가 다양하게 변화함이 보고되어,7) 향후 많은 환자에서 정기적으로 장기적 추적관찰을 통한 연구가 필요하리라 생각된다.
대뇌피질청각유발전위(CAEP)검사에서 소리자극 후 약 60~300 ms 이후에 관찰되는 P1 잠복기는 중추청각로에서의 신경연접의 지연을 반영하는 것으로 생각되며, 나이가 듦에 따라 중추청각로가 성숙됨에 따라 점차 감소된다.10) 청력이 소실된 후에는 P1 잠복기는 연장되지만, 청력 개선이 이루어짐에 따라 점차 연장되는 정도가 감소하여 정상화되는 것으로 보고된다.1) 인공와우 수술 전 3.5년 이내의 소리자극이 없는 경우에는 술후 6개월 이내에 잠복기가 정상화가 되지만, 인공와우 수술 전 7년 이상의 소리자극을 받지 못한 경우에는 수술을 하더라도 수년이 지난 상태에서도 잠복기가 정상화되지 않음을 관찰하여, 선천성 난청의 경우 인공와우수술이 조기에 이루어져야 한다는 보고도 있다.10,11) 따라서, 인공와우 환자에서 수술 후 일정 기간을 주기로 이러한 CAEP 검사를 반복하여 시행하여 P1 잠복기가 점차 정상화되는 것을 확인한다면 인공와우 프로그램의 적절성을 확인할 수 있는 하나의 도구가 될 수 있을 것으로 추정된다.1,12) 또한, 신생아나 소아에서 인공와우의 프로그램을 할 때 각 전극에서의 전류의 동적범위(range of electrical currents)의 결정에 있어 전기유발복합활동전위(electrically-evoked compound action potential)검사, 전기등골근반사역치(electrical stapedius reflex threshold), 행동관찰을 통한 검사법뿐 아니라 CAEP 검사를 이용하여 도움을 얻을 수 있음이 보고된다.13) CAEP 검사는 청신경에서의 반응을 검사하는 것이 아니라 청각피질에서의 반응을 확인하여 소리 자극의 인지를 확인할 수 있는 직접적인 검사로, N1-P2 복합체의 진폭을 이용하여 청각역치를 정확히 측정할 수 있음이 보고된다.14)
본 연구는 성인에서 시행되었으나 향후 임상적인 사용은 신생아를 포함한 나이가 적은 소아에서 보청기나 인공와우를 이용하여 청각재활이 이루어질 경우에 적절한 청각재활이 이루어지고 있는지 확인하는 도구로 사용될 것으로 생각된다. 소아의 행동 관찰을 통해 성공적인 청각재활의 확인이 가능한 경우도 있으나, 이는 많은 경험과 시간이 소요되는 단점이 있다. 대뇌피질청각유발전위(CAPE)검사도 검사를 시행하는데 있어서 시간이 비교적 많이 소요된다는 단점이 있기는 하지만 대뇌피질청각유발전위(CAPE)검사를 통한 확인은 행동관찰을 통한 검사법(behavioral observation audiometry)과 비교하여 저, 중, 고주파수의 자극음의 인지 여부를 보다 객관적으로 확인할 수 있는 장점이 있다.15) 청성뇌간반응(auditory brainstem response)이나 청성지속반응(auditory steady-state response)검사를 통해서도 청각재활의 적정성을 확인할 수 있으나, 대뇌피질청각유발전위(CAEP) 검사를 통한 확인은 이러한 검사 방법과 비교하여 여러 장점을 가진다.16) 순음을 기본적인 자극음으로 사용하는 다른 검사와 비교하여 대뇌피질청각유발전위는 음향학적으로 보다 자연적인 소리를 자극음을 사용하며, 대뇌 청각피질에서의 반응을 확인하여 와우부터 대뇌청각피질까지의 청각 경로에서의 문제가 없음을 확인할 수 있는 장점이 있어 소리의 인지 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다.17) 또한, 청각신경병증(auditory neuropathy spectrum disorder) 환자의 일부에서 청성뇌간반응이 관찰되지 않더라도 대뇌피질청각유발전위 반응이 관찰됨이 보고되었다.18,19) 짧은 언어음(speech sounds)을 이용한 대뇌피질청각유발전위검사를 통해 보청기를 통한 청각재활이 적절히 이루어지는지 확인할 수 있음이 다양한 연구를 통해 확인되었다.18,20) 따라서, 신생아나 나이가 적은 소아에서 대뇌피질청각유발전위검사를 통해 보청기를 통한 청각재활이 적절히 이루어지는지 확인되지 않는다면 인공와우의 필요성을 결정하는데도 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다. 물론, 모든 난청 환자에서 대뇌피질청각유발전위 반응이 관찰되지는 않기 때문에,15) 대뇌피질청각유발전위 반응을 포함한 추가적인 검사를 통한 종합적인 판단이 필요하겠다.
본 연구를 통해서 인공와우 환자에서 대뇌피질청각유발전위(CAEP)검사를 통해 소리자극에 대한 파형의 발현을 확인함으로써, CAEP 검사를 통해 객관적으로 청각재활을 확인할 수 있음을 알 수 있었다. 그러나, 인공와우 소아 환자에서 적절한 청각재활이 이루어지고 있는지 대뇌피질청각유발전위 반응을 이용한 연구는 아직 부족한 상태이다. 향후 소아 인공와우 환자를 추가한 보다 광범위한 환자군을 대상으로 연구를 진행하여 각 파형의 특성의 변화를 확인하는 연구가 필요할 것으로 생각된다.


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