Overview of Auditory Evoked Potential

Lee, Sang Heun; Lee, Jung Rea

Review

Electrophysiology

Korean Journal of Audiology 2001;5(1):3-14.

Overview of Auditory Evoked Potential

Sang Heun Lee, Jung Rea Lee

Depatment of Otolaryngology, School of Medicine, Kyoung-pook National University, Dae-gu, Korea

청성유발전위의 개요

이상흔^, 이정래

경북대학교 의과대학 이비인후과학교실

교신저자：이상흔, 700-711 대구광역시 중구 삼덕 2가 52
전화) (053) 420-5784, 전송) (053) 423-4524, E-mail) leeshu@knu.ac.kr

서 론

청성유발전위(auditory evoked potential, AEP)는 현재 이과학과 청각학분야에서 중요한 부분을 차지하고 있으며, 청각계와 연관된 여러 복잡한 전기생리학적인 부분이 체계적으로 반응된 결과이다. 청성유발전위의 임상적 적용은 일반적인 청력검사를 적용할 수 없는 환자의 청각역치를 알아내는 것을 비롯하여 여러 이신경학적 질환을 찾아내는 도구로서의 역할을 충실히 하고 있다. 여기서는 그 기본 개념과 청성유발전위의 임상적 적응 및 다양한 청성유발전위들을 살펴보고자 한다.

연구배경

주변에서 어떠한 감각적인 자극이 주어지지 않은 상태에서 자발적으로 발생하는 중추신경계의 활동전위를 뇌파라고 한다. 이러한 뇌파는 1929년 Berger¹⁾에 의해서 인체에서 처음으로 밝혀졌다. 만일 중추신경계에 감각적인 자극이 주어졌을 때 그 배경에 깔려있는 뇌파 외에 자극과 연관된 어떠한 변화가 생기게 되는데, 이를 유발전위(evoked potential)라고 한다.
이러한 유발전위의 역사를 보면 1939년에 Davis²⁾는 깨어있는 사람과 수면중인 사람에게 청각자극을 주어서 나타나는 유발전위를 기록하였는데, 이 유발전위가 vertex부위에서 가장 잘 기록되어서 이를 ‘V potential’ 이라고 기술하였다. 그러나 자발적인 상태의 뇌파에 의해서는 그 유발전위가 아주 작고 관찰되지 않을 경우도 많으므로 이러한 배경의 잡음으로부터 그 유발전위만을 추출해 내는 기술이 필수적일 수 밖에 없었다. 컴퓨터의 도움에 의한 ‘평균가산’이 이러한 문제를 해결해 주었다. 1958년 Clark³⁾⁴⁾등은 뇌파와 같은 아날로그 정보를 컴퓨터를 이용하여 디지털 정보로 바꾸어 저장하였다. 이 평균가산의 원리는 반복적으로 자극을 함으로서 그 자극에 의한 반응은 계속적으로 더해져서 증폭되게 되며, 그 배경의 뇌파와 같은 잡음은 계속 더해지면 제로에 가깝게 된다는 것이다.
초기 청성유발전위에 대한 연구자들은 자극이 주어진 후 50~500 msec후에 발생하는 전위의 기원인 cortical origin에 대해서 주로 관심을 기울였다.^5-7) 이 무렵에 관심의 정도는 적었으나 자극후 15~50 msec에 일어나는 비교적 초중기의 유발전위에 관심을 가진 연구자들도 다수 있었다.^8-10) 또한 어떤 연구자들은 청신경을 비롯한 수 msec이내에 일어나는 초기의 유발전위에 관심을 가졌다.¹¹⁾
이러한 여러 연구자들의 노력에도 불구하고 청성유발전위는 Auditory brainstem response(ABR)이 발견되기 전까지는 임상적인 도구로서 널리 받아들여지거나 쓰여지지 못하였다. 1967년 Sohmer와 Feinmesser¹²⁾등이 처음 보고를 하였으며, 1970년 Jewett¹³⁾과 1971년 Jewett과 Wilston¹⁴⁾에 의해서 ABR에 대해서 체계적인 연구가 시작되었으며 이후 ABR은 가장 일반적이고 또한 가장 널리 쓰이는 청성유발전위가 되었다. 그리고 ABR이 관심을 받게 되고 널리 쓰이게 됨에 따라 다른 청성유발전위 역시 같이 관심을 받게 되었다. 이러한 관심과 여러 연구의 결과 좀 더 발달하게 되고 좀 더 세련되게 되며 그 임상적인 적용 또한 더욱 넓어지게 되었다(Table 1).

분류 및 명칭

청성유발전위를 분류하는 방법은 여러 가지가 있으며, 완벽하게 표준화된 분류법은 아직 없다. 일반적으로 사용되는 분류법을 보면, 자극시간과 반응이 나타나는 잠복시간에 따라서 나누는 방법(short/early, middle, long/late), 발생하는 해부학적인 기원에 의해 나누는 방법(brainstem, cortical), 자극과 반응사이의 관련성에 의해서 나누는 방법(i.e. transient vs. sustained, exogenous vs. endogenous), 혹은 전극의 위치에 따른 방법(i.e. near-field vs. far-field) 등등이 있다. 이중 Davis¹⁵⁾에 의해 제안되었던 잠복시간에 따라 나누는 방법이 가장 흔히 널리 쓰인다. 주요한 청성유발전위는 그 잠복기에 따라서 크게 초기(10~15 msec), 중기(10~80 msec), 그리고 후기(80~750 msec)로 나뉠 수 있다(Table 2).
이들 흔히 쓰이는 청성유발전위의 물리적인 특성과 그 발생기원, 잠복기, 자극과 반응과의 관련성, 그리고 전극의 위치등을 간략하게 정리하면 Table 3과 같다.

기록에 영향을 미치는 변수들

AEP를 기록하고 그것을 해석하는데는 여러 가지 기술적인 변수, 그리고 피검자/환자의 변수, 검사자의 변수 등등이 연관되어져 있다. 그러한 변수들을 간략하게 살펴보면 Table 4와 같다.

피검자의 변수

여러 가지 피검자의 상태가 AEP에 영향을 줄 수 있는데, 그중에서 중요한 영향을 주는 것을 보면 나이, 성별, 각성상태 등등이 있을 것이다. 또한 체온도 영향을 줄 수 있으며, 여러 가지 마취를 비롯한 약물들도 영향을 줄 수 있다.

나 이
신생아에게서 얻어진 청성유발전위는 성인의 그것과 다르다는 것은 잘 알려져 있다. 현재 임상에 있어서 특히 청성뇌간유발반응의 경우, 그 반응이 성인과 같아지기까지는 생후 18~24개월정도가 걸린다.¹⁶⁾ 일반적으로 나이와 연관된 변화는 내이와 신경등의 성숙과 관련성이 있다. 이러한 발달은 말초에서부터 중추의 순서로 발달을 하므로 초기반응은 태어난지 얼마되지 않아서 성숙을 하지만 후기반응은 수년이 걸린다. 대부분의 성숙은 어린 시절에 이루어지므로 소아에게서 청성유발전위를 측정할 경우 그 나이에 따른 정상적인 참고치를 가지고 있어야 한다(Table 5).

성 별
   초기청성유발반응에서는 성별의 차이가 가장 많이 연구되었다. 일반적인 결과는 여성에게서 그 잠복기가 짧다는 것이다. 이러한 점에서 성별에 따른 정상치가 있어야 한다는 이론과 그 성별의 차이에 따른 잠복기의 차이는 크지 않으므로 그럴 필요까지 없다는 반대 이론도 있다. 여성에 있어서의 잠복기가 짧아지는 원인으로는 두개골과 뇌의 크기, 고음역의 청력정도, 기타 체온과 생리적인 문제¹⁷⁾등등으로 생각되고 있다(Table 5).

각성상태
청성유발전위는 피검자의 각성상태에 따라서 많은 차이를 보일 수 있다. 이는 신생아의 경우와 같이 검사시 움직임이 많아 근전위 등의 잡음이 많이 섞이는 것을 방지하기 위해 진정제나 수면제 등의 약물을 사용하는 경우가 있어서 특히 중요하다. 하지만 어떠한 청성유발전위는 이러한 각성상태에 따라서 크게 영향을 받으나, 일부 어떤 청성유발전위는 크게 영향을 받지 않는다. 일반적으로 말해서 초기반응은 크게 영향을 받지 않는 것으로 되어 있으나 청성중간반응, 청성후기반응 등은 수면상태에 따라서 크게 영향을 받는다.^18-20) 또한 청성후기반응중 P300은 각성상태뿐 아니라 그 집중상태(level of attention)에 따라서도 영향을 받는 것으로 알려져 있다.²¹⁾ 그러므로 청성중간반응, 청성후기반응을 측정하는 경우에 있어서 검사 중 피검자의 각성상태와 집중상태 등을 정확히 파악하는 것이 중요하다(Table 5).

약물의 영향
   여러 가지 약물들이 청성유발전위에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 특히 청성중간반응이나 청성후기반응등은 영향을 많이 받는 것으로 되어 있으며, 초기반응은 상대적으로 영향을 적게 받는 것으로 알려져 있다(Table 6).²²⁾

자극에 따른 변수

Stimulus type
   일반적으로 청성유발전위는 click음이나 tone음으로 자극하나, 다른 음향학적 자극도 역시 가능하다. 특히 ECoG나 ABR등의 초기반응을 유발하는 경우 이러한 자극은 동기화된 반응(synchronous response)을 많은 신경세포로부터 유발시킬 수 있어야 한다. 이러한 반응은 rapid onset transient stimulus가 적당한데 다양한 부분의 와우를 자극할 수 있기 때문이다. 임상적으로 가장 적당한 자극은 broad-band click이다. 이는 생성시간과 지속시간이 짧으며, 주로 1000~4000 Hz의 고음역 주파수대를 가지고 있어서 청신경세포를 동시에 효과적으로 흥분시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 주파수 특이성은 없다는 단점도 있다(Table 7).

Stimulus polarity
   극성(acoustic polarity)은 수화기의 박막에 의해 결정된 공기압의 상태를 표현한 것인데, 압축상(condensation or positive polarity), 희박상(rarefaction or negative polarity), 그리고 교대상(alternative polarity)등이 있을 수 있다. 압축상은 수화기 박막이 고막쪽으로 밀려서 외이도 내부 공기압이 표준상태보다 높아진 상태이며 고막은 중이쪽으로 밀리고 와우의 기저막은 아래쪽으로 움직인다. 희박상은 수화기 박막이 고막반대쪽으로 당겨져서 외이도 내부 공기압이 표준상태보다 낮게 된 상태이며 고막은 중이 바깥쪽으로 당겨지고 와우의 기저막은 위쪽으로 움직인다. 교대상을 사용하는 경우는 초기에 나타나는 cochlear microphonic등이 상쇄되어 나타나지 않을 경우가 있으므로 이 경우에는 적당하지 않으나, 초기의 잡음(artifact)을 제거할 목적이라면 교대상을 사용하는 것이 적당할 것이다.

Stimulus repetition rate
   자극 반복비율이란 1초당 자극을 몇회나 주느냐하는 것이다. 자극은 가능하면 천천히 주는 것이 그 반응의 적응을 막을 수 있어서 좋으나, 검사시간이 너무 길어지는 경향이 있으므로 어느정도 자극비율을 높이는 것이 임상적으로 필요하다. 일반적으로 10~40/sec정도의 자극을 사용하나, 특정한 청성유발전위에 맞추어서 사용하는 것이 좋다. 일반적으로 자극의 빈도는 초기청성유발반응의 경우 10~40/sec정도가 적당하며 중간반응의 경우 5~10/sec 정도, 후기반응은 0.5~1/sec 정도가 적당한 자극일 것이다. 예외적으로 40 Hz 반응의 경우는 대략 40/sec정도의 자극빈도가 좋다(Table 7).

기록에 따른 변수

증 폭
   증폭기(amplifier)는 전치증폭기(pre-amplifier)와 주증폭기(main amplifier)로 나누어진다. 전치증폭기는 전극과 전극상자를 통해 들어온 다양한 주파수와 진폭을 갖는 전위 중 일정 주파수 이하의 전위를 배제(high pass filter)하고 주증폭기가 받아들일 수 있는 정도로 증폭한다. 주증폭기는 전치증폭기에서 보내온 전위 중 일정주파수 이상의 전위를 배제(low pass filter)하고 평균가산 컴퓨터에서 충분히 처리할 수 있을 정도로 증폭하여 별도의 여과장치(filter) 또는 평균가산컴퓨터로 보낸다. 일반적으로 10,000배나 100,000배 정도 증폭을 하게 된다(Table 7).

필 터
   가전제품이나 X-ray view box 등에서 발생되는 잡음(60 Hz 또는 불특정주파수), 피검자의 움직임에 의한 전위(0.05~50 Hz), 근전위(약 100~500 Hz), 뇌파(30 Hz 이하)등등의 여러 잡음들로 인해서 그 신호를 뚜렷하게 관찰하기 곤란한 경우가 있다. 이러한 필요없는 주파수를 제거하고 필요한 주파수만을 증폭하여야 할 필요성에 의해서 필터가 고안되었다. 필터는 고역통과필터와 저역통과필터, 그리고 대역통과필터 등이 있다. 고역통과(high pass or low cut)는 특정 주파수 이하의 전위를 걸러낸 전위를 통과시키는 것을 말하며, 저역통과(low pass or high cut)는 고역통과와는 반대되는 개념이다. 대역통과는 특정 주파수 이하와 이상을 걸러내고 그 사이의 주파수 대역만을 통과시키는 것을 말한다. 감쇄주파수(cut-off frequency)는 필터를 통해 불필요한 주파수를 제거하기 시작하여 전위가 최고 정점으로부터 3 dB 낮아진 점의 주파수를 말하고 감쇄율은 음계(octave)당 전위의 감쇄정도를 dB/oct.로 표시한다(Table 7).

평균가산
두피전극을 통해 얻어진 전위에는 뇌간유발전위보다 10배 또는 그 이상 강한 잡음이 자극과 관계없이 불규칙하게 발생되지만, 유발전위는 자극에 의해서만 일정한 진폭으로 발생된다. 따라서 자극할 때마다 평균가산시켜주면 잡음의 진폭이 현저하게 감소하게 되며 유발전위는 일정하게 유지된다. 이러한 가산의 횟수는 많이하면 할수록 파형은 더 정확하게 얻을 수 있으나 검사시간이 길어진다는 단점이 있다. 보통 유발전위의 진폭이 잡음의 진폭보다 4배 정도일 때 파형관찰에 이상적이어서 각각의 청성유발전위에 맞추어 평균가산처리를 하는 것이 좋다. 예를 들어 청성뇌간유발전위의 경우 최소 자극 횟수는 2000회 정도가 적당하다(Table 7).
위에서 살펴 보았듯이 청성유발전위를 측정하기 위한 변수들은 다양하며 각각의 청성유발전위마다 다르다. 또한 각 검사실이나 실험실마다 서로 다른 parameter하에서 측정을 함으로서 서로의 결과들을 발표하거나 비교하는데 어려움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 검사를 표준화할 필요성이 생겼다. 1994년 ASHA(American Speech-Language-Hearing Association)에서 처음으로 청성뇌간유발반응에서의 표준화를 발표하였다(Table 8). 하지만 아직 다른 청성유발전위에서는 이러한 발표가 없는 상태이며 표준화되어있지 못하며, 표준화의 필요성이 요구되고 있는 상황이다. 또한 청성유발전위의 종류도 다양하며 각각의 특성 또한 서로 다르다. 그러므로 임상적용에 있어서 각각의 특징을 파악하는 것도 역시 중요하지만 서로의 청성유발전위를 비교하여 그들의 특징 장단점을 숙지하여 서로 상호보완할 수 있으면 더욱 좋을 것이다. 일반적으로 보아 ECoG나 ABR등의 초기반응은 그 안정성이나 재현성에서는 중기나 후기반응에 비해서 우수하지만 주파수 응답성에서는 우수하지 못하다. 이에 비해 중기나 후기반응은 주파수 응답성이 뛰어나지만 수면이나 각성상태, 약물 등의 영향을 많이 받는 것으로 알려져 있다(Table 9 and 10). 각각의 청성유발전위들의 특징들을 보면 다음과 같다.

Electrocochleography(ECoG)

Electrocochleography(ECoG)는 청각계의 가장 말초부위인 와우와 청신경에서 유래하는 소리자극에 관련되어 나타나는 유발전위를 말한다. 이 소리자극에 의해 유발된 전위는 cochlear microphonic(CM) potential과 청신경의 summating potential(SP), compound action potential(CAP)을 포함하여 청신경계의 한부분과 연관되어져 있다. 이러한 전위, 특히 SP, AP로부터 얻어진 정보들은 유용하게 쓰일 수 있다. 특히 Meniere 병이나 기타 내림프 수종(endolymphatic hydrops)환자들의 판단과 그 추적관찰, 수술중 수술로 인한 손상으로 인해서 말초청각신경계에 대한 수술중 감시, 그리고 최적의 조건을 가지지 못한 상태에서 측정되거나, 혹은 청력손실이 상당한 환자에게서 뇌간유발반응검사를 할 경우(I)파를 증강시킬 때 등에 쓰일 수 있다.²³⁾

ECoG 기록방법

와우나 말초 청신경으로부터 나오게 되는 전위를 감지하기 위해선 그 반응이 발생하는 부위에 전극을 부착하는 것이 필수적이다. 인간에게서 임상적으로 ECoG를 측정하기 위해서, 전극은 중이내의 갑각이나, 고막, 혹은 외이도에 부착시켜야만 한다. 이러한 전극은 여러 가지 방법으로 구분할 수 있다(Table 11). 이중 가장 흔히 쓰이는 침습적 전극은 국소마취를 한 후 고막을 뚫고 바늘전극을 쓰는 방법이다(TT-ECoG). 보통 TT 전극을 통해서 얻어지는 반응은 강하고 안정성 있으며 강한 자극에서는 약 20~40 microvolt 정도의 진폭을 보인다. 이처럼 반응이 상대적으로 강하기 때문에 자극에 대한 반응을 보기위한 반복횟수가 상대적으로 적게 필요하다(100~200회). 이중 가장 최근에 소개된 것이 고막형 전극(TM-ECoG)을 이용한 비침습적인 방법인데, 이는 침습적인 방법을 통해서 얻어진 것과 거의 유사한 반응을 얻을 수 있다고 한다.

ECoG의 특징

Fig. 1은 고막형 전극을 통한 전형적인 ECoG 반응을 나타낸 것이다. SP는 작은 언덕모양으로, 혹은 AP의 경사에서 약간의 변화 정도로 나타난다. Meniere 병을 가지고 있다고 의심되는 환자에게서 SP와 AP사이의 관계를 알기 위해서 ECoG를 하는 경우, 청성뇌간유발반응검사와는 다른 해석기준이 필요하다. ECoG에서는 우선 측정되어져야 할 것이 SP와 AP의 진폭이 된다. 이들 반응의 잠복기는 거의 의미가 없다. 게다가 SP와 AP의 절대적인 진폭은 개인에 따라서 차이가 크므로 흔히 쓰이는 방법은 SPAP의 진폭의 비를 보는 방법이다(일반적으로 ≥0.40이면 비정상적으로 본다.), 비록 ECoG가 Meniere병을 진단하는데는 한계가 있지만(Meniere병을 가진 환자의 2/3만이 SP-AP 비율의 비정상적인 증가를 보인다), 이 방법은 객관적이며, 비침습적이며, 현재로선 이 질환에 대해서는 어떤 진단적인 검사보다도 정확하다. 하지만 정상적인 SPAP의 비율이 보인다고 해서 이 질환을 배재할 수 있는 것은 아니다는 것을 명심하여야 한다.

Auditory Brainstem Response(ABR)

청성뇌간유발반응검사는 가장 흔히 쓰이는 청성유발전위로 귀에 적당한 소리자극을 준 이후 처음 10~15 msec에 나타나는, 청신경과 뇌간의 청신경로에서 기원하는 신경전기적인 반응을 원거리 기록방법(far-field recording)을 이용하여 기록하는 것이다. 이 반응은 실제로 그 전위가 발생하는 부위인 뇌간과 기록을 하는 두피사이에 거리가 멀기 때문에 원거리기록(far field record)라고 한다. 이 청성뇌간유발반응은 이신경학적 질환을 진단하는데, 그리고 일반적인 청력검사로서 측정이 곤란한 경우 청각역치를 알아내는데 유용한 방법이다.

ABR 기록하는 방법

자극에 대해서 본다면 청성뇌간유발반응검사는 기본적으로 개시반응(onset response)이다. 그러므로 가장 효과적으로 자극하는 방법은 단순한 acoustic transient, click이 좋다. 일반적인 earphone에 의해서 음향적인 에너지가 전달된다면 2000~4000 Hz에서 가장 강력한 에너지가 전달된다. tone이 자극에 쓰이기도 하는데, 이는 반응의 동시성이 적기 때문에 상당한 어려움이 있다. monopolar자극이 일반적으로 바람직하다. 자극의 빈도는 이신경학적 검사를 목적으로 할 경우 느린 것이 유리하고(10~20 per second), 청각역치를 판단하는데는 좀더 빠른 것이 유리하다(30 to 70 per second). 청각역치를 아는데는 자극음의 강도는 다양하게 할 수 있으며, 이신경학적 검사가 목적인 경우는 말초청각장애에 따라서 70~100 dB HL 정도의 강도를 사용하는 것이 좋다.
청성뇌간유발반응검사는 머리 주변의 3개의 전극으로부터 기록될 수 있는데, 일반적으로 활동전극은 머리의 가운데(vertex or forehead)에 붙이고 기준전극과 접지전극은 양측 유두돌기나 귓볼에 혹은 외이도에 부착하게 된다. 기록은 2개의 channel로 하는게 좋은데(하나는 자극하는 동측에, 하나는 자극의 반대편에)이는 하나의 channel을 이용하는 것보다 반응이 보다 잘 기록된다. 가능하다면 filter는 30~3000 Hz정도가 적당하다. 만일 검사환경이 허락치 않아서 잡음이 많은 경우 좀더 좁은 filter를 사용할 수 있다. 특히 청각역치를 측정할 경우에 있어서는 ABR의 slow component를 보존하기 위해서 lower frequency쪽 filter를 50 Hz 이상으로 올리는 것은 좋지 않다. ABR의 반응의 slow component들이 V파의 모양을 좀더 정확하게 보여준다고 한다. 이러한 느린 부분은 빠른 부분보다 그 진폭이 더 크며, 그로 인해서 감지하기가 더 용이하여 그 청각역치를 측정하는데는 더 유리하다. 분석시간은 10~20 millisecond가 이신경학적 진단을 위해서는 충분하지만, 신생아의 청각역치를 측정하는 데에 있어서는 20~25 msec가 필요한 경우도 있다. 앞에서 언급하였듯이 표준화된 측정기준은 Table 8과 같다.

청성뇌간유발반응의 특징

정상인에게 있어서 청성뇌간유발반응은 처음 수 msec에 나타나는 5~7개의 vertex-positive peak로 특징지워진다(Fig. 2). 이러한 peak들은 여러 신경들의 동시적인 방류에 의해서 나타나는데, 처음발표한 Jewett에 의해서 이들 peak를 각각 로마숫자로서 표기하였다. 이들 peak의 신경학적 기원에 대해서는 일부만이 밝혀져 있는데, 일반적으로 I, II파는 청신경에서 유래한다고 하며 (I)파는 그 proximal부위에서, (II)파는 그 distal부위에서 발생한다고 한다. (III)파 이상의 파는 좀 더 상위수준의 여러 신경핵들이 연관되어 있을 것으로 보인다.
ABR은 수면이라든가 기타 전신마취약을 비롯한 여러 약제에 대해서 거의 영향을 받지 않는다. 다만 여성과 남성간에 작은 차이가 존재하는데, 여성에게서 (V)파의 잠복기가 약간 짧으며(0.2 millisecond), 진폭이 약간 더 크다. 연령의 차이는 생후 2세가 될 때까지 큰 영향을 미치는데, 이 기간동안에 절대적인 잠복기가, 그리고 파간의 잠복기가 약 1.5~2msec 정도 짧아진다. 그리고 이 나이가 된 이후에는 어느정도 일정하다.

ABR의 임상적용

유소아의 경우나 협조가 곤란한 피검자, 그리고 위난청자의 청력검사에 유용하게 쓰일 수 있다. 이 경우 뇌간유발반응의 역치는 일반적인 청력검사에 의한 역치 보다 성인에서는 5~10 dB, 소아에서는 10~20 dB 정도 높게 나타난다. 또한 난청의 유형감별에도 도움을 줄 수 있다.
후미로성 병변은 뇌간유발반응의 파형, 진폭 및 잠복시간 등에 다양한 변화를 가져온다. 이를 이용하여, 뇌간유발반응의 잠복시간변화분석이 후미로성 병변진단에 주로 이용되며, 1977년 Selters와 Brackmann²⁴⁾등은 후미로성 병변에 대해 4가지 잠복시간 평가기준을 설명하였다. 감각신경성 난청이 있으면서 후미로성 병변이 의심될 경우 보다 정확한 결과판정을 위해 V파의 잠복시간에 대한 보정이 필요하다.
뇌간유발반응검사는 이음향방사(otoacoustic emission, OAE)와 더불어서 신생아에서 쉽게 시행할 수있는 객관적인 검사로 신생아선별청력검사(newborn auditory screening)에 널리 이용되고 있다. 1980년 이후 유발반응은 ICU환자의 감시에 널리 이용되고 있다. 이는 대부분의 ICU 환자는 혼수상태이거나 매우 제한된 신체적 반응을 보여 신경학적 검사를 통한 평가가 어렵기 때문이다. 뇌간유발반응검사는 1980년 중반이후 소뇌교각종양의 수술(중두개와 접근법, 후두와 접근법, 후S자정맥동 접근법), 전정신경절제술, 안면신경 혈관감압술 등의 이신경과적 수술시에도 이용되고 있다.²⁵⁾

Middle Latency Components & 40 Hz Response

청성중간반응(auditory middle latency response, AMLR)는 소리가 귀에 전달된지 약 10~80 msec후에 나타나는 파형을 말한다. 가장 저명한 파형은 Pa라고 표시하는데, 약 25~35 msec후에 나타난다. Pb는 Pa가 나타난후 약 25 msec후에 나타나며, Pc는 존재할 경우 Pb가 나타난 후 약 25 msec후에 나타난다(Fig. 3). AMLR은 신경에서 기원한다는 주장과 근육에서 기원한다는 주장이 있는데, 대부분은 신경에서 기원한다고 생각한다. 근육에서 기원하는 부분은 이개뒷부분의 근육의 수축으로 나타나는데, 보통 자극후 12~20 msec후에 나타난다. 만약 이 부분이 나타난다고 하더라도 신경에서 기원한 파형에 비해서 보통 훨씬 작으므로 묻혀버리는 경우가 대부분이다. 이러한 근원성에서 기원한 잡음(noise)는 많은 경우에 있어서 표면전극을 유두부위에서 떨어진 귓밥이나 목에 부착을 하고, 환자에게 가능하면 목의 근육을 이완시키라고 함으로서 피할 수 있다. 이러한 AMLR의 정확한 신경학적 기원에 대해서는 아직 확실하게 알려지지 않고 있다. 여러 연구들은 primary auditory cortex와 subcortical generator에 대해서 주로 행해지고 있어 cortical structure들은 주로 이러한 반응의 안정성(stability)과 연관되어진 듯 하며 subcortical structure부위는 좀더 불안정하며 각성상태에 따라서 변동하는 듯 하다.
이러한 AMLR의 한 변이형태가 40 Hz response²⁶⁾인데, 이 이름이 말해주듯이, 초당 40회의 자극을 주면서 얻어지는 반응이다. 이 40 Hz response는 Galambos에 의해서 자세히 기술되었다. 앞서 살펴보았듯이, Pa는 청각자극이 있은 후 약 25 msec후에 나타나며, Pb는 Pa가 나타난지 약 25 msec후에 그리고 Pc는 Pb가 나타난지 약 25 msec후에 나타난다. 초당 40회의 자극을 준다는 것은 첫 자극을 준후 25 msec 후에 다음자극을 주게 되며 또다시 25 msec후에 자극을 주게 된다. 이처럼 매 25 msec마다 자극을 줌으로서 이에 대한 반응은 서로서로 더해지게 되며 결국은 40 Hz의 sine wave모양과 유사한 모양을 하게 된다(Fig. 4).
AMLR과 40 Hz 반응은 ABR과 같은 stimulus-onset-dependent하지 않다. 그래서 tonal stimulus와 좀더 긴 rise time을 가지고 자극한 후 그 반응을 기록할 수 있다. 그러므로 AMLR과 40 Hz 반응은 청신경계에 대한 좀더 주파수 특이적인 반응을 볼 수 있다. AMLR을 위한 자극으로서는 초당 10회 이상의 자극을 주면 그 반응의 해석능을 감쇄시킨다. 비록 AMLR과 40 Hz 반응이 주로 저주파수 반응이지만, 여과후 변질되는 것을 예방하기위해 넓은 주파수대의 자극음을 사용하는 것이 좋다.

청성중간반응의 임상적용

AMLR과 40 Hz 반응이 ABR에 비해서 좀더 주파수 특이성이 있기 때문에 이는 초기청성유발반응검사에 비해서 청각역치를 판단하는데는 더 유리할 수 있다. 이러한 중간잠복기반응은 다양성을 가지며 특히 이러한 측정이 필요할 것으로 생각되는 신생아와 소아에서는 더욱 심하다. 몇몇 연구자에 의하면 이러한 청성중간잠복기반응은 12~14세가 되어서야 성인의 파형을 보인다고 보고하고 있다. 이러한 다양성으로 인해서 이를 소아에게 사용할 경우 주의를 요한다. 성인에 있어서는 AMLR과 40 Hz 반응은 청각역치를 알아내는데 아주 훌륭한 수단이 될 수 있으며 기능성 청각장애가 있는 환자를 조사하는데 유용하다.
AMLR은 청각중추신경계의 질환을 아는데도 역시 유용하다.²⁷⁾²⁸⁾ 예를들어 편측의 측두부위에 이상이 있는 경우 Pa의 진폭이 감소하는 것을 볼 수 있다. 게다가 AMLR은 청각중추신경계의 성숙도를 아는데 도움이 된다.

Auditory Late Latency Response(ALR)

청성유발반응의 마지막부분은 청성후기반응(Auditory late latency response,ALR)으로 분류된다. 이들은 다시 “외인성” 청성후기반응과 “내인성” P300 반응으로 구분될 수 있다. 외인성 반응이란 자극의 물리적 특성(강도, 횟수, 등등)에 기본적인 영향을 받는 반응을 말하며, 내인성 반응이란 이러한 물리적인 반응의 특성에는 큰 영향을 받지 않는다고 할 수 있다. 간단히 말하면 외인성 반응은 외부사건(stimulus)에 의해서 조절되며 내인성 반응은 내부사건(cognition)에 의해서 조절되는 것을 말한다.
기본적이 구성은 180~200 msec에서 보이는 vertex-positive peak인데, 이를 P2라고 하였다. 이 P2에 앞서서 negative peak이 90~100 msec에서 보이는데, 이를 N1이라고 하였다. 또 P2 이후에 260~290 msec에 나타나는 negative peak을 N2라고 하였다(Fig. 5). 이들 파형의 기원은 측두엽과 두정엽의 대뇌피질이라고 생각된다. 이들 후기 청성유발반응은 각성상태에 따라서 많은 영향을 받으며, 임상적 적용에 있어서는 한정적으로 쓰이고 있다.

P300 response

P300 반응은 가장 잘 알려진 내인성 유발반응이다. 이는 약 300 msec의 잠복기를 가지는 큰(10 to 20 microvolt) 진폭의 vertex-positive 파형이다(Fig. 6). 이러한 P300 반응이 나타나기 위해서는 환자는 인식단계에서 어떤 예상치 못한 자극에 대한 각성이 필수적이다. 이 P300 반응은 집중하는 중추신경계의 부분에서의 전기생리학적인 반응에 의해서 나타난다고 생각된다. 전형적으로 P300을 유발하는 방법이 “oddball procedure” 이다. 여기서는 저주파수와 고주파수의 두가지 음향자극을 교대로 주게 되는데, 이때 하나의 음향자극은 드물게 주게 된다. 이렇게 자주오는 음향자극과 드물게 오는 음향자극을 임의로 주게되면 유발반응이 나타나게 된다. 실제 검사에 있어서는 환자에게는 자주들리는 음향자극속에서 드물게 들리는 음향자극의 숫자를 세도록 가르치면 된다.
Fig. 6에서 보듯이 드문 자극에 반응하여 유발된 전위는 약 300 msec 주변에서 큰 파형의 peak를 보여준다. 실제적인 P300의 잠복기는 청각정보를 처리하는 시간에 따라 다른데 보통 240~450 msec정도 된다. 20대 이후로는 나이가 듦에 따라서 이러한 P300 반응의 잠복기는 증가한다고 보고되고 있다. 아직 임상적 적용에는 한계가 있다. 하지만 P300 반응은 청각처리에 문제가 있거나 어떤 신경학적 혹은 인지능력에 이상이 있는 환자의 진단에 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다.

결 론

청성유발전위는 청각학적, 이과학적, 그리고 신경학적인 질환들에 있어서 이들을 진단하고, 판단하며, 감시하는데 있어서 아주 훌륭하고 강력한 도구이다. 앞서 이러한 청성유발전위의 발달과 그 역사적인 배경을 살펴보았으며, 현재 임상적으로 적용되고 있는 것들을 아울러 살펴 보았다. 또한 청성유발전위를 측정함에 있어서 영향을 줄 수 있는 여러 변수들에 대해서 간략하게 살펴보았다.
비록 이 논문이 청성유발전위에 대한 깊이있는 지식을 제공해 주지는 못할지라도 전반적인 내용을 살펴보고 이에 대한 관심을 가질 수 있게 한다면 독자들에게 많은 도움이 될 수 있을 것이라고 믿는다.

REFERENCES

Berger H. Uber das electroenkaphalogram des menschen. Arch Psychiatr Nervenkr 1929;87:527-70.
Davis H, Davis PA, Loomis AL, Harvey EN, Hobart G. Electrical reaction of the human brain to auditory stimulation during sleep. J Neurophysiol 1939;2:500-14.
Clark WA Jr. Average response computer(ARC-1), Quarterly progress report No. 49. Research Laboratory of Electrics, Massachusetts Institute of Technology. Cambridge, MA: MIT Press; 1958.
Clark WA Jr, Goldstein MH Jr, Brown RM, Molnar CE. O'Brien DF, Zieman HE. The average response computer (ARC): A digital device for computing averages and amplitudes and time histograms of electrophysiological responses. Trans IRE 1961;8:46-51.
Davis H, Yoshie N. Human evoked cortical responses to auditory stimuli, Physiologist 1963;6:164.
Davis H, Engebretson M, Lowell EL, Mast T, Satterfield J, and Yoshie N. Evoked responses to clicks recorded from the human scalp. Annals of the New York Academy of Science 1964;112:224-5.
McCandless GA, Bes L. Evoked responses to auditory stimuli in man using a summing computer. Journal of Speech and Hearing Research 1964;7:193-202.
Geisler CD, Frishkopf LS, Rosenblith WA. Extracranial responses to acoustic clicks in man. Science 1958;128: 1210-1.
Goldstein R, Rodman LB. Early components of averaged evoked responses to rapidly repeated auditory stimuli. Journal of Speech and Hearing Research 1967;10:697-705.
Mendel MI, Goldsein R. The effects of test conditions on the early components of the averaged electroencephalic response. Journal of Speech and Hearing Research 1969; 12(2):344-50.
Ruben R, Sekula J, Bordley J. Human cochlear response to sound stimuli. Ann Otol Rhinol Laryngol 1960;69: 459-76.
Sohmer H, Feinmesser M. Cochlear action potentials recorded from the external ear in man. Ann Otol Rhinol Laryngol 1976;76:427-35.
Jewett DL, Romano ML, Willistom JS. Human evoked potential: Possible brainstem components detected on the scalp. Science 1970;167:1517-8.
Jewett DL, Wiiliston JS. Auditory far fields averaged from the scalp of humans. Brain 1971;4:681-96.
Davis H. Principles of electric response audiometry. Ann Otol Rhinol Laryngol 1976;85:1-96.
Salamy A, Mckean CM. Postnatal development of human brainstem potentials during the first year of life. Electroencephalography and clinical neurophysiology 1976;41: 418-26.
Stockard JJ, Stockard JE, Eharbrough FW. Brainstem auditory evoked potentials in neurology: Methodology, interpretation, clinical application, In: Electrodignosis in clinical neurology, ed. Aminoff MJ. New York, Churchill Livingtone, 1980.
Amadeo M, Shagass C. Brief latency click evoked potentials during waking and sleep in man. Psychophysiology 1973;10:244-50.
Sohmer H, Gafni M, Chisin R. Auditory nerve and brainstem responses:Comparison in awake and unconscious subjects. Arch Neurol 1978;35:228-30.
Sanders RA, Duncan PG, McCullough DW. Clinical experiance with brainstem auditory performed under general anesthesia. J Otolaryngol 1979;8:24-31.
Picton TW, Hillyard SA. Human auditory evoked potentials: II. Effects of attention. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology 1974;36:191-9.
James W, Hall III JW. Handbook of auditory evoked responses, Needham Heights, Allyn and Bacon, 1992.
Ferraro J, Fergusen R. Tympanic ECochG and conventional ABR: Acombined approach for the identification of waveI and the I-V interwave latency. Ear and Hearing 1989; 10:161-6.
Selters WA, Brackmann DE. Acoustic tumor detection with brainstem electric response audiometry. Arch Otolaryngol. 1977;103:181-7.
Lambert P, Ruth R. simultaneous recording of noninvasive ECoG and ABR for use in intraoperative monitoring. Otolaryngol Head Neck Surgery 1988;98:575-80.
Galambos R, Makeig S, Talmachoff P. A 40Hz auditory potential recorded from the human scalp. Proc Natl Acad Sci USA. 1981;78:2643-7.
Kileny P, Pacciortti D, Wilson A. Effects of cortical lesions on midle latency auditory evoked potential (MLR). EEG and Clinical Neurophysiology 1987;66:108-20.
Kraus N, McGee T. Clinical applications of the middle latency response. J Am Acad Audiology 1990;1:130-3.