서     론

   전정계는 전정안구반사를 통해 시야를 안정시키고 전정척수반사를 통해 두부와 체간의 자세를 유지시키는 역할을 한다. 이러한 반사운동은 전정신경을 통해 들어온 신호가 직접 전정신경핵으로 투사되어 이루어진다. 전정신경핵은 이외에도 대뇌피질과 소뇌, 뇌간으로부터도 정보를 받고 경부의 고유수용체와 동안신경으로부터 오는 자극에 의해서도 흥분되므로 전정신경핵은 전정계 신호를 비롯한 공간과 자체에 대한 다양한 정보가 통합, 수렴되는 곳이라 할 수 있다. 따라서 시야의 안정이라는 기본적인 역할을 하는 전정안구반사의 각 신경원도 이런 신호의 흐름 속에서 상위신호의 영향에 따라 전정안구반사가 조절된다고 할 수 있다. 이에 전정신경핵에 집중되는 각종 신호와 정보들이 전정안구반사를 어떻게 조절하는지 혹은 이러한 신호들이 어떻게 통합되는 지가 연구의 대상이 되어왔다.
   임상적으로 전정기능의 상태를 평가하기 위한 검사들은 전정안구반사가 얼마나 적절히 작동하는 지, 그래서 얼마나 효과적으로 이루어져 시야를 안정시키는지에 대한 정보를 준다. 하지만 이러한 반사의 기전은 때로 보다 자연스러운 행동에 방해가 될 때가 있다. 예를 들면 독서를 하다가 오른쪽에서의 인기척을 확인하기 위해 주시의 방향을 바꿀 때 머리와 안구의 방향을 오른쪽으로 재조정해서 확인을 하려 할 것이다. 여기서 주시(gaze)란 공간에 대한 안구의 위치를 말하는데 주시의 변경은 머리회전 없이 안구의 단속운동만으로도 이루어 질 수 있지만 곁눈질을 해야 하는 특수한 상황을 제외하고는 머리의 회전과 안구의 단속운동이 같은 방향으로 일어나게 된다. 이럴 경우 전정안구반사는 의도하고자 하는 주시의 변화를 위한 안구운동방향과 반대쪽으로 움직이도록 작동되므로 뇌간에서는 이를 중재해 주는 기전이 필요하다. 본 연제에서는 전정안구반사에 의한 안구운동과 새로운 타겟을 찾기 위한 단속운동이 서로 반대로 일어나야 하는 경우의 안구운동은 뇌간에서 어떻게 조절되는지를 정리해 보고자 한다.

전정안구반사의 해부와 생리

   전정안구반사는 머리가 회전할 때 그 반대방향으로 같은 크기의 안구운동이 일어남으로써 망막에 맺히는 상이 일정하도록 하는 장치로 전정구심성신경, 전정신경핵의 사이신경원(interneuron), 외안근의 운동신경원의 세개의 신경원으로 이루어진 반사궁(direct VOR pathway)이 담당하고 있다.¹⁾ 이렇게 단순한 세개의 신경반사궁의 반응시간은 매우 짧아 머리회전에 대한 보상성 안구운동의 지연은 5~15 ms정도밖에 되지 않는다.²⁾³⁾ 전정안구반사는 공간에서의 시축을 효과적으로 안정시킬 수 있고 달리기와 같이 빠른 머리움직임이 동반되는 일상적인 활동에서도 망막에 맺히는 상을 일정하게 유지시킬 수 있는 것이다(Fig. 1).⁴⁾⁵⁾ 편의상 본 연제에서는 수평면상의 머리회전에 의한 전정안구반사에 초점을 맞추어 설명하도록 하겠다.
   외측 반고리관으로부터의 구심성 전정신경은 일차적으로 문측 내전정핵(rostral medial vestibular nucleus, MVN)와 복측 외전정핵(ventro-lateral vestibular nucleus, VLVN)로 투사한다.⁶⁾ 이곳에서 이차신경원의 상당수는 직접 외안 운동신경원으로 투사되고 이외에도 안구의 위치와 주시유지를 위한 신경적분체와 수평안구운동의 흥분성 방출신경원(burst neuron)이 위치하는 nucleus prepositus hypoglossi, 뇌교 망상체(reticular formation) 등으로도 투사하는데 이들은 간접 전정안구반사의 경로에 포함되어 있다.⁷⁾⁸⁾⁹⁾
   전정신경핵의 신경원들은 수평면상에서의 머리와 안구운동에 대한 감수성에 따라 몇 가지 군으로 나뉘어 진다.^10)11)12)13) 그리고 수평전정자극을 주었을 때 동측 회전시 흥분하면 1형, 억제되면 2형 신경원으로 구분하기도 한다 그 중 어둠 속에서 머리를 의자에 고정하고 정현파 전신회전(sinusoidal whole body rotation)을 시키면 Fig. 2와 같이 반응하는 신경원이 있는데 우측 전정신경핵에 있는 사이신경으로 우측 방향의 회전에 흥분하는 1형 전정신경원이다. 이 신경원의 특징은 안구의 위치가 좌측에 있을 때 흥분하고 이러한 흥분은 우측으로 향할수록 점차 감소하는 선형반응을 보인다(Fig. 2A). 그리고 우측으로 향하는 단속운동에서는 반응이 정지한다(Fig. 2A 화살표). 또 이 신경원은 머리회전에 민감하게 반응하여 주시의 방향에 상관없이 우측 전정계의 흥분에 따라 반응이 증감하는데(Fig. 2B and C) 이런 특성을 갖는 신경원을 position-vestibular-pause (PVP) 신경원이라고 한다. PVP라는 명명은 전정안구반사에 의해 머리움직임과 반대로 향하는 안구의 위치(position)와 동측으로의 머리회전 속도(vestibular)에 민감하게 반응하고, 때때로 이들은 동측으로 향하는 안구의 단속운동이 있는 경우는 흥분(firing)이 정지(pause) 하기 때문에 붙여진 이름이다. 이러한 PVP 신경원은 동측의 반규관으로부터 전달된 구심성신경을 받아들이고 외안 운동신경원으로 투사하는 직접 전정안구반사의 사이신경원으로 생각된다.^6)12)14) 수평면상의 움직임에 반응하는 대부분의 PVP신경원은 흥분성 신호를 반대측 외전 신경핵으로 전달하거나 Deiter 상행로를 통해 동측의 동안신경핵의 내직근 분지로 투사하며 일부가 억제성 신호를 동측의 외전신경핵으로 투사한다(Fig. 3). 또 외전신경핵은 동측의 외직근을 흥분시키고, 사이신경원(interneuron)를 통해 반대측 내직근을 지배하는 동안신경핵에 투사한다. 이렇듯 전정안구반사에 의한 수평안구운동은 외직근과 내직근에 주어진 힘의 합에 의해 결정된다고 할 수 있다.

전정안구반사로의 조절：주시안정 vs 주시변경

   머리의 움직임에도 망막에 일정한 상을 맺게 하는 전정안구반사는 말초전정기의 신호가 전정신경핵의 PVP 신경원에 전달되어 일어나고(Fig. 4A), 머리를 고정시킨 상태에서 새로운 목표로 주시변경을 위한 단속운동에서는 반대측 상구(superior colliculus)로부터의 흥분신호가 동측의 방출신경원(burst neuron)로 전달되어 이루어 진다(Fig. 4B). 
   회전의자검사를 할 때와 같이 머리를 고정시키지 않는 대부분의 일상생활에서는 공간에서의 새로운 목표를 보기 위해 시축을 이동시키기 위해 목표 쪽 방향으로 안구의 단속운동과 머리의 움직임이 같이 일어나는 경우가 대부분일 것이다. 이를 주시변경(gaze shift)이라고 한다.¹⁵⁾ 이럴 때도 전정안구반사는 생길 것이며 이에 의한 안구운동은 의도하는 주시의 방향과 반대방향으로 작동될 것이다. 
   Dichgans 등은 새로운 목표를 보기 위해 머리운동과 동반된 주시방향의 변화가 있을 경우의 안구운동은 머리회전에 따른 전정안구반사를 통한 안구움직임과 머리 방향의 변화에 따라 공간에서의 시축을 이동시키기 위해 머리 회전만큼의 발생하는 안구의 단속운동의 합으로 이루어 진다고 생각하였고,¹⁶⁾¹⁷⁾ Lanman 등에 의해 선형가중가설(linear summation hypothesis)로 정리되었다(Fig. 4C).¹⁸⁾ 즉 수평면에서의 주시변경시 외전신경핵의 활동은 1형 PVP 신경원과 방출신경원의 두 전운동신경핵(premotor nucleus)의 선형합으로 나타난다는 것이다. 
   그러나 이러한 가설은 완와 내 안구움직임의 한계를 벗어난 머리 움직임에서도 정확하게 조절되고 있는 부분에 대해서는 설명하기 어렵고, 주시방향의 변화시의 전정안구반사의 이득은 감소한다는 보고가 잇따르며 설득력을 잃게 되었다. 머리와 안구운동에 의한 주시변경이 클 경우 전정안구반사는 거의 작동을 하지 않으며,^19)20)21) 주시변경이 작은 경우에도 이는 상당히 감소되어 있는 것으로 보고되고 있다. 특히 주시변경이 50도 미만에서는 전정안구반사의 이득(안구속도의 변화/머리회전속도의 변화)의 감소정도는 주시변경이 커질수록 커진다고 알려져 있다.^21)22)23)
   최근 주시변경시의 전정안구반사의 이득이 억제되는 기전을 밝히기 위한 연구는 Cullen 등에 의해 이루어졌는데 그녀는 전정안구반사에 관여하는 사이신경(PVP신경원)을 직접 녹음 분석하여 신경생리학적 기전을 밝히는데 많은 기여를 하였다.²⁴⁾ 이들의 실험과정을 요약하면 다음과 같다. 우선 원숭이의 머리를 고정한 상태에서 전극을 전정신경핵에 위치시키고 단속운동, 안구추적운동, 수평면상에서의 회전검사(passive whole body rotation, PWBR)를 통해 수평회전운동에 반응하는 1형 PVP신경원으로 확인되면(Fig. 2) 머리고정을 풀어 같은 신경원에서 자발적인 머리운동과 동반된 주시변화에 따른 여러가지 지표를 녹음하였다. Fig. 5A에서 보면 주시, 안구 및 머리의 위치 변화에 따른 PVP신경원의 흥분정도는 선형가중가설 모델(VORd model, 굵은 선)과는 달리 안구의 단속운동이 있을 동안은 없거나 상당히 억제되어 있음을 알 수 있다(Fig. 5A, 검은 화살표 부분). 그리고 Fig. 5B에서 보면 앞서 언급한 바와 같이 PVP신경원의 감약정도도 주시변경의 폭과 비례하여 증가함을 알 수 있다. 또한 이 그림에서는 이전의 다른 연구자들에 의해 이루어진 VOR 이득의 감약정도 결과와도 일관된 결과를 나타내고 있다. 한편 머리가 계속 움직이더라도 주시변경이 끝나면 방출신경원은 불활성화 되어 시야의 안정을 위해 머리 회전에 따른 PVP의 활성은 즉시 재개되는 것을 볼 수 있다(Fig. 5A, 빈 화살표 부분).
   Cullen 등은 이러한 PVP신경원 반응의 감약과 회복의 기전을 단속운동을 제어하는 뇌간의 방출신경원(burst neuron)에 의한 활성/불활성으로 설명하고 있다. 즉, PVP신경원은 안구의 위치정보와 전정신호를 받아 활동하고 있다가도 단속운동이나 전정안진의 fast component, 주시변경 기간 동안에는 뇌간의 방출신경원의 흥분에 의한 제 2 형 사이신경(억제성)의 활성화를 통해 억제된다는 것이다. 이러한 개념을 Fig. 6의 모델로 설명하고 있고, 주시변경기간에 나타나는 방출신경원의 흥분은‘gate’장치를 통해 조절 받고 있음을 그림에서 보여 주고 있다. 

결     론

   공간에 대한 안구의 위치를 주시(gaze)라고 정의한다. 머리를 움직일 때 시야를 안정시키기 위해서는 주시가 고정되어야 하지만 새로운 타겟을 보기 위해 머리를 움직인 경우라면 주시를 이동해야 한다. 주시의 목적이 시야를 안정시켜야 하는 경우에는 머리가 능동적인 운동을 할 때이던 혹은 회전의자 검사때와 같이 고정된 상태에서 수동적으로 움직이던, 전정신경핵의 전정안구반사를 담당하는 사이신경(i.e. PVP neuron)은 미로에서 감지한 머리움직임에 대한 정보를 충실히 전달하여 머리움직임과 반대방향으로 동량의 안구움직임이 일어나도록 안구운동신경원을 흥분시킨다. 그러나 머리움직임의 목적이 주시의 변경일 경우에는 전정신경핵의 전정안구반사를 담당하는 제 1 형 신경원의 이득을 줄임으로써 전정안구반사가 약화되어 나타남을 알 수 있다. 따라서 궁극적인 안구의 움직임은 머리움직임의 목적에 따라 합목적적으로 이루어지며, 이를 위한 신호통합은 전정신경핵의 신경원에서 이루어지는 것이다. 

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