전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 g g j fig.5.수평반고리관의...

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J Korean Balance Soc 2006;5(1):111-125 교신저자 : 성 기 범 420-853 경기도 부천시 원미구 중동 1174 순천향대학교 부천병원 신경과 Tel: 032-621-5219, Fax: 032-621-5018 E-mail: [email protected] 전정안반사의 기본원리 순천향대학교 의과대학 신경과학교실 정원희, 이태경, 성기범 Basic Principles of Vestibulo-Ocular Reflex (VOR) Won-Hee Chung, M.D., Tae-Kyeong Lee, M.D., Ki-Bum Sung, M.D. Department of Neurology, College of Medicine, Soonchunhyang University, Bucheon, Korea 전정안반사(vestibulo-ocular reflex, VOR)란 머리의 운동 방향과 정반대 방향으로 똑같은 속도를 가진 안 구운동을 일으켜 신체의 움직임 중에도 물체의 상이 안정되게 하여 주는 반사성 안구운동으로, 반고리관 이 담당하는 회전운동에 대한 각(angular) 전정안반사 (AVOR)와 이석기관이 담당하는 선형운동에 대한 선 (linear or translational) 전정안반사(LVOR)의 두 가지 가 있다. 안구운동 중 전정 안구운동계가 가장 먼저 발달되었다고 하는데, 1) 이는 우리가 일상생활을 하려 면 신체를 이동(locomotion)하여야 하고, 이때 머리와 안구가 움직이게 마련이므로, 선명한 시력을 유지하 려면, 망막의 중심와 주위에 상이 맺혀지도록 하는 동 시에 맺혀진 상이 움직이지 말아야 함을 생각하면 너 무나 당연하다고 할 수 있을 것이다. 일상 생활에서 머리 운동은 주로 0.8~8.2 Hz의 주파수를 가지며 그 속도는 초당 100도 미만이지만, 20 Hz 정도의 빠른 주 파수도 포함된다고 한다. 2) 그러므로 안구운동 중 가 장 짧은 16 ms 이하의 잠복기를 가지며 3) 초당 350정도의 높은 속도에서도 작용하는 4) VOR이 절대적으 로 필요한 것이다. 머리의 운동과 정반대 방향으로 안 구가 움직이는 현상이 언제나 이로운 것은 아니다. 를 들면 움직이는 물체를 서서히 따라 보거나, 새로운 목표물로 시선을 빠르게 움직이는 경우에 인체는 정 상적으로 머리를 돌리는 동시에 원활추종운동이나 단 속운동 같은 안구운동을 이용하여 주시(gaze)를 이동 하게 되는데, 이때 AVOR에 의한 안구운동은 원하는 주 시의 방향과 정반대로 일어나 주시이동에 방해가 될 것 이므로 어떻게든 해결되어야(suppression or cancellation of AVOR) 할 것이다. 5-9) 또한 머리의 회전축은 안구의 회전축보다 후방에 위치하기 때문에 머리의 모든 회전운동에는 안구의 선형운동이 동반되게 되므로 이에 대한 보상이 필요 하게 된다. 10,11) AVOR을 담당하는 반고리관은 기계적 으로(mechanically) 저주파의 회전에는 반응이 떨어지 므로 시각계가 이를 보충을 하게 되는데, 머리의 옆에 눈이 위치하고 중심와가 없는(afoveate) 하등동물에서 는 시운동성계가, 머리의 앞부분에 눈이 위치하고 중 심와가 있는 고등동물에서는 원활추종운동이 이를 담 당하게 된다. 12-14) AVOR은 잠복기와 지속시간이 매우 짧은 개방회로로, 처리하는 데 시간이 걸리는 시자극 (visual input)으로 즉각적인 조절을 할 수 없기 때문에 뇌간에 존재하는 방정중로세포군(cell groups of para- median tract)이 실제로 행해진 안구운동을 감시하여 (efference copy), 15) 이를 전정소뇌로 보내어 시시각각 으로 AVOR을 통제하게 된다. 16) AVOR이 적당하지 않은 경우 나타나게 되는 과오신호(error signal)인 상 유동(drift of images or retinal slip) 정보는 하감람핵 (inferior olive nucleus)을 통해 타래(flocculus)로 보내져 운동학습(motor learning)이 일어나게 되고, 17-20) 여기서 나온 과오교정신호가 전정신경핵의 타래목표신경원 (floccular target neuron, FTN)에 보내지게 되어 장기적

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Page 1: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

J Korean Balance Soc 2006;5(1):111-125

∙교신 자 : 성 기 범

420-853 경기도 부천시 원미구 동 1174

순천향 학교 부천병원 신경과

Tel: 032-621-5219, Fax: 032-621-5018

E-mail: [email protected]

전정안반사의 기본원리

순천향 학교 의과 학 신경과학교실

정원희, 이태경, 성기범

Basic Principles of Vestibulo-Ocular Reflex (VOR)

Won-Hee Chung, M.D., Tae-Kyeong Lee, M.D., Ki-Bum Sung, M.D. Department of Neurology, College of Medicine, Soonchunhyang University, Bucheon, Korea

서 론

정안반사(vestibulo-ocular reflex, VOR)란 머리의

운동 방향과 정반 방향으로 같은 속도를 가진 안

구운동을 일으켜 신체의 움직임 에도 물체의 상이

안정되게 하여 주는 반사성 안구운동으로, 반고리

이 담당하는 회 운동에 한 각(angular) 정안반사

(AVOR)와 이석기 이 담당하는 선형운동에 한 선

(linear or translational) 정안반사(LVOR)의 두 가지

가 있다. 안구운동 정 안구운동계가 가장 먼

발달되었다고 하는데,1) 이는 우리가 일상생활을 하려

면 신체를 이동(locomotion)하여야 하고, 이때 머리와

안구가 움직이게 마련이므로, 선명한 시력을 유지하

려면, 망막의 심와 주 에 상이 맺 지도록 하는 동

시에 맺 진 상이 움직이지 말아야 함을 생각하면

무나 당연하다고 할 수 있을 것이다. 일상 생활에서

머리 운동은 주로 0.8~8.2 Hz의 주 수를 가지며 그

속도는 당 100도 미만이지만, 20 Hz 정도의 빠른 주

수도 포함된다고 한다.2) 그러므로 안구운동 가

장 짧은 16 ms 이하의 잠복기를 가지며3) 당 350도

정도의 높은 속도에서도 작용하는4) VOR이 으

로 필요한 것이다. 머리의 운동과 정반 방향으로 안

구가 움직이는 상이 언제나 이로운 것은 아니다.

를 들면 움직이는 물체를 서서히 따라 보거나, 새로운

목표물로 시선을 빠르게 움직이는 경우에 인체는 정

상 으로 머리를 돌리는 동시에 원활추종운동이나 단

속운동 같은 안구운동을 이용하여 주시(gaze)를 이동

하게 되는데, 이때 AVOR에 의한 안구운동은 원하는 주

시의 방향과 정반 로 일어나 주시이동에 방해가 될 것

이므로 어떻게든 해결되어야(suppression or cancellation

of AVOR) 할 것이다.5-9)

한 머리의 회 축은 안구의 회 축보다 후방에

치하기 때문에 머리의 모든 회 운동에는 안구의

선형운동이 동반되게 되므로 이에 한 보상이 필요

하게 된다.10,11) AVOR을 담당하는 반고리 은 기계

으로(mechanically) 주 의 회 에는 반응이 떨어지

므로 시각계가 이를 보충을 하게 되는데, 머리의 에

이 치하고 심와가 없는(afoveate) 하등동물에서

는 시운동성계가, 머리의 앞부분에 이 치하고

심와가 있는 고등동물에서는 원활추종운동이 이를 담

당하게 된다.12-14) AVOR은 잠복기와 지속시간이 매우

짧은 개방회로로, 처리하는 데 시간이 걸리는 시자극

(visual input)으로 즉각 인 조 을 할 수 없기 때문에

뇌간에 존재하는 방정 로세포군(cell groups of para-

median tract)이 실제로 행해진 안구운동을 감시하여

(efference copy),15) 이를 정소뇌로 보내어 시시각각

으로 AVOR을 통제하게 된다.16) AVOR이 당하지

않은 경우 나타나게 되는 과오신호(error signal)인 상

유동(drift of images or retinal slip) 정보는 하감람핵

(inferior olive nucleus)을 통해 타래(flocculus)로 보내져

운동학습(motor learning)이 일어나게 되고,17-20) 여기서

나온 과오교정신호가 정신경핵의 타래목표신경원

(floccular target neuron, FTN)에 보내지게 되어 장기

Page 2: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

Fig. 1. 세 개의 반고리 의 해부학 치 이들이 흥분될 때

각각 활성화되는 외안근들의 짝. III: 동안신경핵 IV: 활차신경핵

VI: 외 신경핵 AC: 반고리 HC: 수평반고리 IO: 하사근

IR: 하직근 LR: 외직근 MR: 내직근 PC: 후반고리 SO: 상사근

SR: 상직근.

인 AVOR 응(adaptation)이 일어나게 된다.21,22)

이 에서는 앞서 언 한 내용 기본 이고 필수

인 내용을 주로 수평(horizontal) AVOR을 로 들어

기술하고자 하며, AVOR 억압, 응 소뇌의 향

은 다른 을 참고하기 바란다.

정계의 해부 기 생리

측두골의 추체부에 치하고 있는 정기 은 두

가지 종류의 감각기 으로 구성되어 있다. 각 가속을

담당하는 반고리 은 수평면에 치한 수평(측)반고

리 과 수직면에 치한 후(하)반고리 , (상)반고

리 으로 이루어져 있으며, 선 가속과 력을 담당하

는 이석기 (otolith organ)은 난형낭(utricle)과 구형낭

(saccule)으로 이루어져 있다. 이들의 외부에는 골성미

로(bony labyrinth)가, 내부에는 막성미로(membranous

labyrinth)가 있으며, 골성미로와 막성미로 사이에는 세

포외 용액과 해질 성분이 비슷한 외임 액(perilymph)

이, 감각세포가 들어있는 막성미로 내에는 세포내 용

액과 해질 성분이 비슷한 내임 액(endolymph)이

차 있다. 반고리 은 직경이 6.5 mm되는 고리의 2/3

정도를 차지하는 내경이 0.4 mm되는 막으로 된 원통

이다. 반고리 의 한쪽에는 다른 곳보다 직경이 2배

정도 큰 팽 부(ampulla)가 있는데 수평반고리 과

반고리 은 난형낭의 앞부분에, 후반고리 은 부분

에 치한다. 두 개의 수직반고리 의 팽 부는 공통

각(common crus)의 반 편에 치한다.

세 개의 반고리 은 서로 직각을 이루는 삼차원

인 구조를 하고 있는데, 수평반고리 은 이름과는 달

리 정확히 수평면에 치하는 것이 아니라, 앞쪽이 뒤

쪽보다 30도 정도 높게 되어 있다. 반고리 과 후반

고리 모두 수직면에 치하는데, 시상면(sagittal

plane)에서 반고리 은 41도 외방으로, 후반고리

은 56도 후외방으로 치하게 된다(Fig. 1).

팽 부 내부에는 반고리 의 장축 방향과 수직방향

으로 놓여 있는 말안장 형태의 팽 부능(crista ampul-

laris)이 존재하는데, 제1형, 제2형 유모세포(hair cell)

와 지지세포 팽 부정(cupula)으로 구성되어 있으

며, 두부운동의 물리 힘을 기 상으로 환시

키는 수용기(receptor organ) 역할을 한다. 유모세포들

은 젤라틴 덩어리인 팽 부정으로 덮여 있고, 이들은 Fig. 2. 팽 부능 팽 부정의 모식도.

Page 3: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

빈틈없이 미로를 완 히 하고 있다(Fig. 2). 팽

부정은 과거에는 경첩처럼 꺾어 진다고 생각되어졌으

나, Fig. 2의 우측 그림처럼 내임 액이 이동하면 장

구의 드럼처럼 휘게 되며, 동시에 에 치한 유모세

포를 휘게 만든다.

반고리 에는 략 2만3천 개의 유모세포가, 이석

기 에는 략 5만2천 개의 유모세포가 각각 존재하

며,23,24)

략 5천 7백개의 신경세포가 반고리 을, 8천

6백 개의 신경세포가 이석기 을 지배한다.25)

유모세

포에는 두 종류가 있다. 라스크 모양의(flask-shaped,

or globular) 제1형은 한 개의 술잔(calyx) 구심성 신경

말단에 의해 세포 체가 둘러 싸여 있으며, 원심성

신경은 술잔과 연 하지만, 유모세포와 직 연 하

지 않으며, 주로 팽 부릉의 심부에 치한다. 그러

나 원통형 모양의(cylinder-shaped) 제2형은 작은 여러

개의 부톤(bouton) 구심성 신경말단과 기 부에서 연

되며, 원심성 신경도 기 부에 직 연 되어 있고,

주로 팽 부릉의 주변부에 치한다(Fig. 3).

유모세포의 첨부에는 섬모가 돌출되어 있는데, 가

장 긴 운동모(kinocilium)가 한 개 있으며, 운동모보다

작고, 그 길이가 각각 다른 여러 개의(30~100개) 부동

모(stereocilia)가 붙어 있다. 부동모는 첨단부의 소피

(cuticular plate)에 뿌리(rootlet)를 두고 있지만, 운동모

는 기 체(basal body)와 직 연결된 미소 (micro-

tubule)을 갖고 있는 진정(true) 섬모이다. 섬모는 계단

식 배열을 하고 있어, 운동모에 가까워 질수록 부동모

의 길이는 길어지게 된다. 섬모들은 마치 실로

꿰어져 있는 것처럼 tip-link, 혹은 cross-link라는 구조

물에 의해 서로 연결되어 있다(Fig. 3, 4).

팽 부에서의 부동모와 운동모의 배열은 수평반고

리 과 수직반고리 이 각각 다르다. 수평반고리 은

난형낭에 가까운 쪽, 즉 내측(medial side)으로 운동모

가 치하지만, 수직반고리 에서는 정에서 먼 쪽,

즉 반고리 쪽으로 운동모가 치하는데, 반고리

에선 문측(rostral)으로, 후반고리 에선 미측(caudal)

으로 치하게 된다. Fig. 6에 그려진 수평반고리 의

유모세포들처럼, 반고리 내의 모든 유모세포들은

상기 언 한 형태 극성을 가지고 있다. 그러므로 수

평반고리 은 난형낭 쪽으로, 혹은 팽 부 쪽으로 흐

르는 내임 액의 운동에 의해 흥분되며, 두 개의 수직

반고리 은 반 방향으로의 흐름, 즉 팽 부로부터

Fig. 3. 유모세포의 모식도. I: 제1형 유모세포 II: 제2형 유모세포.

Fig. 4. 유모세포의 부동모, 운동모 tip-link 모식도.

멀어져 가는 내임 액의 운동에 의해 흥분되는데, 이

를 Ewald의 제일 법칙이라 한다.26) 앞서 언 한 로,

일측 수평반고리 과 반 측 수평반고리 , 일측

반고리 과 반 측 후반고리 , 일측 후반고리 과

반 측 반고리 은 각각 동일 평면상에 치하지

만, 운동모와 부동모의 방향은 각각 반 방향의 배열

Page 4: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

Fig. 5. 수평반고리 의 유모세포들의 형태 극성.

을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면 반 측은 억제

되게 되는데 이를 반고리 의 형태 극성(morpho-

logical polarity)에 의한 기능 극성(functional polarity)

의 차라고 하며, 상기 각 을 기능 (functional pair)

이라고 한다. 일례로, 우측 반고리 에서 내임 액

이 팽 부에서 멀어져 가게 흐르면 형태 극성에 의

해 좌측 후반고리 에선 내임 액이 팽 부 쪽으로

흐르게 된다. 이때 우측 반고리 은 흥분되지만, 좌

측 후반고리 은 억압되게 된다. 이 게 기능 을

이루는 반고리 은 운동시 항상 서로 반 의 반응을

나타내게 되는데, 이러한 상을 고 당기기(push-

pull) 반응이라고 한다.

유모세포는 세포와 평행하게 작용하는(Fig. 4, 5에

서 지면의 좌우로 향하는 힘) 단력(shearing force)에

가장 잘 반응하지만, 세포에 수직으로 작용하는(Fig. 4

5에서 상하로 향하는 힘) 압축력(compressive force)

에는 반응하지 않는다. 반고리 과 이석기 에 존재

하는 유모세포 공히, 부동모가 운동모 방향으로 굴

될 때 tip-link의 장력(tension)이 증가되며(Fig. 4 하부의

맨 우측), 섬모의 끝에 존재하는 이온통로(ion channel)

가 열려 구심성 정신경은 탈분극(depolarized)되며,

반 로 운동모가 부동모 방향으로 굴 되면 tip-link의

장력이 감소되고(Fig. 4 하부의 맨 좌측), 이온 통로가

닫히게 되어 구심성 정신경은 과다분극(hyperpola-

rized)된다.27,28)

섬모의 이러한 기계 인 굴곡이 기

인 신호로 달되는 과정은 다음과 같다. 부동모가

운동모 방향으로 굴곡될 때, 외임 액과 하고 있는

기 부분과는 다르게, K+ 이온이 풍부한 내임 액과

하고 있는 유모세포의 첨부의 이온 통로가 열리면

K+ 이온이 세포 내로 유입되고, 안정막 압(resting

membrane potential)이 상승되어 탈분극되고, 기 부에

존재하는 voltage dependent calcium channel이 열려, 세

포 내로 Ca2+

이온이 유입되고, 이는 세포 내에 존재

하는 연 소포(synaptic vesicle)에서 연 틈새(synaptic

cleft)로 신경 달물질을 유리시킨다. 자극이 멈추면

부분의 Ca2+

통로가 닫히고, 기 부의 K+ 통로가 열

려 유모세포는 안정상태로 되돌아가게 된다. 한편, 부

동모가 운동모로부터 멀어지게 구부러질 땐, 유모세

포의 기 측부(basolateral)의 K+ 통로가 열리고 K

+ 이

온이 세포 내로부터 간질액으로 유출되어 과다분극이

일어나게 된다. 이러한 이론을 “String hypothesis”라고

한다.29)

구심성 정신경의 분포는 동맥의 분포와 비슷하

다. 내이도의 길이는 15 mm 정도이고, 폭은 6 mm 정

도 된다.30)

바깥쪽은 사상 (lamina cribrosa)으로 덮여

있는데, 구심성, 원심성 신경 모두 이를 통해 미로와

연결된다. 시상 은 겸상능(crista falciformis)에 의해

상부와 하부로 나 어지는데, 양자 모두 골성 능(bony

crest)에 의해 방부와 후방부로 나눠진다. 약 3만 개

의 섬유로 구성된 청신경은 방 하부를 지나며, 약

1만 5천 개의 섬유로 구성된 정신경은 후방 반부

(half)를 지나게 되며, 안면신경은 방상부를 지나게

된다.25,31)

정기 의 감각상피세포를 지배하는 구심

성 신경의 세포체는 내이도 내에 치하는 정신경

(Scarpa’s ganglion)에 존재하는데, 상‧하 두 군으로

나 어지며, 상 정신경 에서 나오는 상 정(superior

vestibular)신경은 내이도의 후방 상부를 지나며, 반

고리 과 수평반고리 의 팽 부능, 난형낭반, 상

반부의 구형낭반을 지배하게 되고, 하 정신경 에서

나오는 하 정(inferior vestibular)신경은 내이도의 후

방 하부를 지나며, 후반고리 의 팽 부능과 부분

의 구형낭반을 지배하게 된다.

정신경 섬유 두꺼운 것은 감각상피의 심부

에 치하는 한 개 혹은 서 개의 술잔형 신경말단

Page 5: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

Fig. 6. 구심성 정신경말단의 종류. 정 앙은 팽 부릉의 단면

도임. a: simple calyx, b: complex calyx, c: dimorphic, d:

bouton unit. (modified from ref 32)

(제1형 유모세포)과 연 하며, 불규칙하고(irregular)

긴장성(tonic)으로 방 하며, 자극에 한 민감도가 높

아 이득이 높다. 얇은 섬유는 주변부를 지배하며, 여

러 개의 부톤형 신경말단(제2형 유모세포)과 연 하

며, 규칙 이고(regular) 상성(phasic)으로 방 하며,

자극에 한 민감도가 낮아 이득이 낮다. 간 두께의

섬유는 술잔형과 부톤형 신경말단 모두와 연 하며

(dimorphic) 팽 부릉 체에 골고루 분포하고 있는데,

심부의 섬유는 규칙 으로, 주변부의 섬유는 불규

칙하게 방 한다(Fig. 6).25,32,33) 구심성 정신경은 두

부의 회 이 없는 상태에서도 당 90번 정도의 자발

활동(spontaneous activity)이 찰되는데, 이를 안정기

방 (resting discharge)이라고 하며, 정계 긴장도

(vestibular tone)의 원인이 된다. 안정기 방 은 생리학

으로 요한 의미가 있는데, 첫째, 정계 신호는

(zero)에서 시작되는 신호가 아니라 안정시에도 일

정한 활동 가 존재하여, 활동 가 안정 시보다

낮아지면 억압성, 높아지면 흥분성으로 추신경계가

인식하게 되므로 정계는 억압, 흥분 양방향으로 모

두 반응할 수 있게 된다. 둘째, 쉼이 없이 계속해서 두

부의 운동 혹은 추신경계를 감시할 수 있게 되며,

셋째, 감각 역치(sensory threshold)를 낮추어 주는 작용

이 있어, 반응에 보다 민감하게(sensitive) 하여 다.34)

앞서 언 한 것처럼, 정과 반고리 으로 이루어지

는 고리의 직경에 비해 반고리 의 내경은 매우 작아

머리의 각운동시 발생하는 내임 의 흐름과 이에 따

른 팽 부정의 변이는 각운동의 가속도가 아니라 속

도와 비례한다.35,36)

다시 말하면 두부의 각운동의 정

보 즉 가속도는 이미 반고리 과 내임 액의 기계

성질에 의해 반고리 내에서 이미 한번 분되어 속

도로 변환되어 뇌로 달된다고 볼 수 있다.

내이도를 빠져 나온, 청신경보다 뒤쪽에 치하는

구심성 정신경은 소뇌교각(cerebellopontine angle)에

서 내측으로 이동하여, 하소뇌각(inferior cerebellar

peduncle)과 척수삼차신경로(spinal trigeminal tract) 사

이로 들어가서 뇌간의 정신경핵과 연 을 이루게

된다. 연수의 상부와 뇌교의 하부에 치하는 정신

경핵은 내측과 외측의 두 기둥으로 나눠져 있는데 상

(Bechterew’s), 하(Roller’s), 외(Deiter’s) 정신경핵은

외측기둥에, 내(Schwalbe’s) 정신경핵은 내측 기둥

에 치한다. 이밖에 여러 개의 부 정신경핵들이 뇌

간에 존재한다. 정신경핵은 어떤 의미에선 잘못 붙

여진 명칭이라고도 볼 수 있는데, 정신경핵은 미로

로부터의 정신호뿐만 아니라, 시각(vision), 체성

(somatic), 청각(auditory) 등의 다양한 감각 신호를 받

아 통합하여 뇌간, 소뇌, 시상, 피질, 척수 등으로 신

호를 통합하여 계하기 때문이다. 추성 정신경

계는 무 방 하고 복잡하므로, 자세한 내용은 문헌

을 참조하기 바란다.34-36)

정안반사에서의 안구운동

정안반사에서 나타나는 안구운동을 이해하기

한 기본 지식부터 먼 살펴보기로 한다.37-42)

1) 상직

근 상사근은 반 편 핵의 지배를 받는다. 2) 외향신

경핵은 동측의 외직근을 지배하는 운동신경원(motor

neuron)과, 반 편 동안신경핵 내의 내직근 아핵(sub-

nuclei)을 지배하는 간신경원(interneuron)의 두 가지

신경원으로 이루어져 있는데 후자를 핵간 신경원(inter-

nuclear neuron)이라고도 하며 핵 체에 골고루 분포

한다. 간신경원의 축삭은 외향신경핵 수 (level)에서

곧바로 교차하여 반 측 내측종속(medial longitudinal

fasciculus)을 따라 상행하여 동안신경핵 내의 내직근

아핵(subcunleus)으로 연결되어 그 쪽의 내직근을 지

배하게 된다.43,44)

3) 정안반사는 Scarpa 신경 , 정

Page 6: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

구분

반고리흥분되는 외안근 억제되는 외안근

수평반고리동측 내직근

반 측 외직근

동측 외직근

반 측 내직근

반고리동측 상직근

반 측 하사근

동측 하직근

반 측 상사근

후반고리동측 상사근

반 측 하직근

동측 하사근

반 측 상직근

Table 1. 정안반사에서 흥분되는 반고리 외안근과의 계

신경핵, 안구운동핵으로 이루어진 세 신경원궁(three

neuron arc) 반사이다. 이때 흥분성 신호는 교차하여

반 편 안구운동 신경원에 달되고, 억제성 신호는

다연 (multisynaptic)으로 동측의 안구운동 신경원에

달된다. 단 하나의 외로는 수평 AVOR에는 교차

되는 흥분경로 외에 다이터스 상행로(ascending tract

of Deiters)를 통해 동측의 동안신경핵으로 연결되어

동측의 내직근을 지배하는 경로가 있는데(Fig. 7), 이

경로의 정확한 기능은 밝 져 있지 않지만 LVOR과

련이 있다고 한다.45)

4) 모든 공액안구운동에서 작

용근(agonist)이 흥분되면 동시에 길항근(antagonist)은

억압된다는 Sherrington의 법칙은 정안반사에서도

용되므로, 정안반사에 의해 두 개의 외안근이 흥

분되게 되면, 이와 동시에 이들의 길항근인 두 개의

외안근은 억압되게 된다. 이는 앞서 언 한 일측의 반

고리 이 흥분되면 이와 기능 을 이루는 반 편

반고리 은 억압된다는 사실과도 부합된다. 다시 말

하면 한 개의 반고리 이 흥분되면 네 개의 외안근이

향을 받게 되는데, 두 개의 외안근은 흥분되고, 두

개의 길항근은 억압된다. 5) 반고리 을 자극하면 그

반고리 이 치한 평면상에서의 안구운동을 일으키

는 외안근이 흥분되는데 이를 Fluoren의 법칙(Fluoren’s

rule)이라고 한다.46)

수평반고리 이 흥분되면 작용방

향이 수평면인 내직근이나 외직근이 흥분되게 되고,

‧후반고리 이 흥분되면, 수직운동을 담당하는 네

개의 외안근, 즉 상직근, 하직근, 상사근, 하사근이 흥

분되게 된다. 이들을 정리하면 Table 1과 같으며, Fig.

1에 모식화되어 있다. 6) 다른 운동과 마찬가지로, 안

구운동도 안구가 일정한 속도를 가지려면 성과

항(viscous drag)을 이길 수 있는 힘이 있어야 하며, 원

하는 목표지 에 한 정보뿐만 아니라 원래의 치

로 안구를 돌이키려는 복원력(elastic force)을 이길 수

있는 힘이 있어야 원하는 곳에 안구가 머무를 수 있

게 된다. 그러나 VOR의 정신경핵 신경원처럼, 안구

운동에 여하는 모든 종류의 운동 신경원(premotor

neuron)에는 오직 속도 정보만이 달되게 되며, 치

에 한 정보는 없다. 수학 으로 거리를 미분하

면 속도가 되며, 속도를 분하면 거리가 된다. 그러

므로 안구의 치를 속도 정보로부터 구하려면 수학

인 분(mathematical integration)이 필요할 것이다.

이를 수행하는 곳이 바로 뇌간에 치하고 있는 신경

분체(neural integrator, NI)이며, 수평운동은 Nucleus

prepositus hypoglossi와 내 정신경핵에, 수직 회

운동은 interstitial nucleus of Cajal에 치한다. 즉 신경

분체는 운동 신경원으로부터 달받은 속도 정보

를 분하여, 안구운동 신경원으로 목표 지 의 치

에 한 정보를 달해주는 계역할을 하고 있다고

볼 수 있다.37)

이러한 원리는 VOR 안구운동에도 용

이 되는데 이를 간 (indirect) VOR이라고 한다.47)

NI

의 충실도(fidelity)는 시간상수(time constant, Tc)로 표

시할 수 있다. Tc란 일정 치에서 이 치까지 거

리의 63%만큼 원 치로 돌아가는 데, 즉 제일 안 로

부터 37% 되는 지 으로 되돌아가는 데 걸리는 시간

을 단 로 표시한 상수이다. 그러므로 Tc가 길면

길수록 NI의 기능이 더욱 좋다고 할 수 있다. 만일 Tc

가 무한히 길다면 안구는 편심(off center) 치에서

원히 머무를 수도 있을 것이다. 그러나 실제로는 NI

가 완 하지 않기 때문에 안구는 결국 제일 안 로

돌아가게 되는데, 이러한 NI의 불완 성을 “내재 으

로 출 (inherently leaky)”이라 표 한다. 방정 로

세포군은 뇌간의 안구운동 정보, 특히 안구가 일정

치에서 지속 으로 머물도록 하는 데 필요한 정보를

소뇌의 타래로 보내는데, 이들 사이에 존재하는 양성

되먹이기(positive feedback) 기 에 의해 신경원은 반

복되어 흥분되게 되며, 결국 이로 인해 내재 으로 불

완 한 NI의 기능이 향상되게 된다.48)

앞서 언 한 기본지식을 바탕으로 수평 AVOR의

를 들어 정신경핵 신경원과 안구운동핵과의 연결

을 설명하고자 한다. 앞서 언 한 로 일측 수평반고

리 이 자극되면 동측 내직근과 반 편 외직근이 흥

분되어, 은 흥분된 수평반고리 의 반 편으로 편

Page 7: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

Fig. 7. 우측 수평반고리 의 흥분시 흥분되는 외안근. III: 동안

신경핵, IV: 활차신경핵, VI: 외 신경핵, XII: 신경핵, AC: 앞

반고리 , ATD: 다이터스상행로(ascending tract of deiters),

D: 하 정핵, HC: 수평반고리 , IC: 카할 간질핵, L: 외 정핵,

LR: 외직근, M: 내 정핵, MLF: 내측종속, MR: 내직근, N: 설

하핵, OD: 우안 OS: 좌안, PC: 뒤반고리 , S: 상 정핵.

우측 수평 반고리 이 흥분되면 우측의 내직근과 좌측의 외직근

이 흥분되어 안구는 좌편시된다. 다이터스상행로는 흥분성이지만

동측 지배임. 화살표는 유발된 안구운동의 느린 성분을 나타냄.

Fig. 8. 좌측으로 yaw회 시 에서 바

라본 좌측 수평반고리 내 정핵의

2차 정신경원의 반응 회로도. 얇은 화

살표는 안구의 운동을, 반고리 내의 굵

은 화살표는 내임 액의 흐름을 나타냄.

외 신경핵 사다리꼴 도형은 간신경

원을 표시함. I: 제1형 신경원 II: 제2형 신

경원 III: 동안신경핵 VI: 외 신경핵, VIII:

내 정핵, HC: 수평반고리 , MLF: 내측

종속 OD: 우안 OS: 좌안, SG: 정신경

되게 된다(Fig. 7).

내 정핵의 2차 정신경원(secondary vestibular

neuron)은 크게 두 종류로 나 수 있는데, 동측으로

향하는 yaw 회 에 의해 흥분되는 신경원을 제1형

(type I), 반 측으로 향하는 yaw 회 에 의해 흥분되

는 신경원을 제2형(type II)이라고 한다. 기능 으로

제1형은 흥분성, 억제성 두 종류가 있지만, 제2형은

억제성 한가지 종류만 있으며 동측의 흥분성 제1형

억제성 제1형 신경원 모두를 억제한다. Fig. 8처럼

머리를 왼쪽으로 회 시키면 내임 액은 성에 의해

반 방향으로 움직이게 된다. 이에 따라 좌측 수평반

고리 에서는 운동모를 향해 부동모가 움직이게 되어

흥분이 유도되나, 우측 수평반고리 에서는 운동모에

서 부동모가 멀어지므로 억제가 유도된다. 좌측 반고

리 에서 유도된 흥분 자극은 좌측 내 정핵으로

달되고 제1형 신경원이 흥분된다(복실선). 좌측의 억

제성 제1형 신경원의 섬유는 좌측 외 신경핵을 억압

하여 좌측으로 향하는 수평공액 운동을 억제한다(굵

은 선). 한편 흥분성 제1형 신경원의 흥분 섬유는

반 편으로 교차하여 우측 외 신경핵과 우측 제2형

신경원을 흥분시킨다(굵은 실선). 우측 외 신경핵으

로 들어온 섬유는 우측 외직근을 흥분시키는 동시에

좌측 내측종속을 따라 주행하여 좌측 동안신경핵 내

의 내직근을 담당하는 아핵으로 달되어 좌측 내직

근을 작동시킨다. 정리하면 좌측으로 회 시 우측 외

직근 좌측 내직근이 작동되며(좌측 흥분성 제 1형

Page 8: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

Fig. 9. 좌측으로 yaw회 시 에

서 바라본 우측 수평반고리 내

정핵의 2차 정신경원의 반응 회

로도. 얇은 화살표는 안구의 운동을,

반고리 내의 굵은 화살표는 내임

액의 흐름을 나타냄. 외 신경핵

사다리꼴 도형은 간신경원을

표시함. I: 제1형 신경원 II: 제2형 신

경원 III: 동안신경핵 VI: 외 신경핵,

VIII: 내 정핵, HC: 수평반고리 ,

MLF: 내측종속 OD: 우안 OS: 좌안,

SG: 정신경 .

신경원으로부터 교차되어 우측 외 신경핵으로 달

된 흥분 작용으로 인하여), 좌측 외직근 우측 내직

근은 억압된다(좌측 억압성 제1형 신경원에 의한 좌

측 외 신경핵의 억압으로 인하여).

Fig. 9는 머리를 왼쪽으로 회 시킬 때 우측에서 나

타나는 변화를 보여주고 있다. 좌측 흥분성 제1형 신

경원으로부터 교차하여 우측 제2형 신경원으로 달

된 흥분 작용(굵은 실선)은 우측 제1형 신경원들을 억

압한다(굵은 선). 결과 으로 우측 억압성 제1형 신

경원은 탈억제(disinhibited)되고, 흥분성 제1형 신경원

은 억압된다. 동시에 우측 정신경 로부터 오는 흥

분성 자극이 감소하므로(복실선) 우측 흥분성 제1형

신경원은 탈흥분(disfaciliated)되고 억압성 제1형 신경

원은 탈억제 된다. 따라서 본래 흥분 기능을 담당하

던, 즉 좌측으로 교차하여 좌측 외 신경핵 좌측

제2형 신경원을 흥분 시키는 작용을 하는 우측 흥분

성 제1형 신경원은 억제 탈흥분되어 기능이 떨어

지고(굵은실선), 본래 우측 외 신경핵을 억제하는 기

능을 담당하는 우측 억압성 제1형 신경원은 탈억제되

어 기능이 증가하게 된다(복 선). 즉, 좌측 외직근

우측 내직근은 억제되고(우측 흥분성 제1형 신경원의

억제 탈흥분에 의한 좌측 외 신경핵의 억제로 인

하여), 우측 외직근 좌측 내직근은 흥분된다(우측

억압성 제1형 신경원의 탈억제에 의한 우측 외 신경

핵의 흥분으로 인하여). 한편 좌측 제1형 신경원들은

모두 흥분되게 된다. 이는 우측 흥분성 제1형 신경원

의 억제 탈흥분으로 인한 좌측 제2형 신경원의 기

능이 떨어져, 좌측의 흥분성 억압성 제1형 신경원

들이 모두 탈억제되기 때문이다. 이들을 종합하면 머

리를 좌측으로 회 할 때 우측으로 향하는 수평공액

안구운동계는 흥분되고 좌측으로 향하는 수평공액안

구운동계는 억압되어, 안구는 머리의 회 각도만큼

정반 로 회 하게 되는 것이다.

진자 모델

진자(pendulum)모델은 반고리 의 생리학 특성을

가장 잘 나타내 주는 이론인데,37,49) 이 모델의 복잡한

수학공식은 생략하고 요 만 간단히 정리하면 다음과

같다. 머리에 각가속이 주어질 때, 팽 부정-내임 액

Page 9: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

Fig. 10. 3가지 종류의 각가속 자극법.

은 하나의 물체로 작용하게 되어 뉴우턴의 제3 법칙

인 작용-반작용의 법칙을 따르게 된다. 회 가속도에

비례하는 머리 회 에 의한 힘은, 1) 팽 부정의 변

거리와 비례하는 팽 부정의 탄성에 의한(elastic) 힘,

2) 팽 부정의 변 의 속도에 비례하는 팽 부정-내

임 액의 성에 의한(viscous) 힘, 3) 팽 부정-내임

액의 이동의 가속도에 비례하는 팽 부정-내임 액의

질량에 의한 성(inertial)의 힘의 합으로 이루어진 미

분방 식으로 표시될 수 있다. Fig. 10처럼 각 가속을

주는 방법에는 3가지가 있는데 1은 가장 생리 으로

볼 수 있는 정 (사인) 자극으로, 실제 생활에서 일

어나는 머리의 회 은 서로 다른 주 수와 진폭을 갖

는 정 의 복합으로 이루어져 있다. 2는 등가속 자

극으로 일정한 양의 각가속을 서서히 주어 일정한 속

도에 도달하면, 그 속도를 일정 시간동안 유지 하다

서서히 각가속을 여주는 방법이며, 3은 실제 생활

과는 가장 거리가 멀지만 순간 으로 가능한한 최

의 각가속을 주어 단시간내에 등속도를 얻는 방법으

로 충동(impulse) 자극이라고 한다. 2와 3을 공히 속도-

스텝(velocity-step) 자극이라고 한다. 진자 모델에 의

하면 실제 생활과 비슷한 정 자극에서는 탄성과

질량이 무시될 정도이므로 앞서 언 한 미분 방정식

의 우측 1)과 3)항이 지워지게 되어, 등식의 좌항은 머

리 회 의 각가속, 우항은 팽 부정-내임 액의 변

속도로 간단히 표시되며, 양쪽 항을 분하면 팽 부

Fig. 11. 각가속과 팽 부정의 이동거리와의 계.

정의 변 는 머리회 의 가속도가 아닌 속도와 비례

하게 된다는 것을 알 수 있다. 한편 등가속 자극에서

는 내임 액의 흐름이 멈추면 팽 부정이동의 속도

가속도가 제로가 되므로 팽 부정의 변 는 머리

회 의 가속도에 비례하게 되며, 충동 자극에서는 정

자극처럼 팽 부정의 변 는 머리 회 의 속도

에 비례하게 된다.

이러한 회 자극에 한 팽 부정의 시간에 따른

이동은 Fig. 11에 표시되어 있다. 그림의 1처럼 등가

속 자극을 주면 팽 부정은 양지수함수 으로 이동하

는데, 머리 회 속도의 크기에 상 없이 최종지 의

63%되는 지 에 언제나 일정한 시간에 도달하게 되

는데 이 시간을 시간상수(Tc)라 하며 내임 액의

도에 비례하고, 팽 부정의 탄성에 반비례한다. 나머

지 이동도 같은 비율로 진행되는데, 다시 말하며 1배

의 Tc 시간 동안 남아 있는 거리의 63%가 변 된다.

략 3배의 Tc 시간 동안 체 변 의 95%가 일어나

게 된다. 팽 부정은 최종지 에 도착된 뒤로부터 같

은 방법으로 음지수함수 으로 원 으로 되돌아 오게

된다. 원숭이 1차 구심성 정 신경원의 Tc는 약 7

정도 된다고 한다.34,50) 그림의 2처럼 충동 자극을 주

면 팽 부정은 곧바로 최종 치로 이동하게 되며

같은 Tc를 갖는 음지수함수 으로 원 치로 돌아오

게 된다.

속도 장기

지속 인 회 자극에 한 정신경핵 신경원의

Page 10: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

Fig. 12. 속도-스텝 자극에 한 구심성 말 정신경(a), 속도

장기 에 의한 반응(b), 응이 용되어 실제로 측정되는

정신경핵 신경원의 반응(c). c 반응의 말기에 방향이 바 는 것

도 응의 효과이다. Fig. 13. 시 정상호작용이 모델(modified from ref 12).

Tc는 10~20 정도로, 구심성 정신경의 Tc보다 길

게 측정된다. 이러한 AVOR 기능의 향상은 속도 장

(velocity storage)에 의하는데, 이는 일차 구심성 신호

에 보내어지는 양성되먹임의 효과, 다시 말하면 머리

회 의 속도 성분의 부분 분에 의해 이루어 지게

된다.51,52)

이러한 추신경계의 기 은 일차 정신호

를 보존하고 연장할 수 있게 된다. 무엇 때문에 일차

정신호가 연장되는 것일까? 주 의 회 혹은 주

수가 제로로 볼 수 있는 등속도 회 시 앞서 언

한 것처럼 팽 부정은 7 정도의 시간 상수를 가지

고 원래의 치로 돌아올 것이다. 그러므로 20여

정도면 팽 부정은 제자리도 돌아와 멈추게 될 것이

며(Fig. 12의 1), 이 때 비록 머리는 계속해서 회 하

고 있지만 팽 부정의 편 에 비례하는 구심성 정

신호는 휴지기 방 상태로 되돌아가, 추신경계는

머리가 정지하고 있다는 잘못된 정신호를 받게 될

것이다. 따라서 추신경계는 일차 정신호를 서서

히 충 시켰다가 팽 부정이 제자리로 돌아간 뒤에

서서히 방 시켜 주 수에 한 반고리 의 한계를

부분 으로 극복 시켜주기 때문에 속도 장이라는 이

름이 붙여지게 되었다. 속도 장기 은 한 신체의

움직임 일어나는 안구운동의 속도 축을 력 성

의 방향과 맞추어주는 역할을 담당한다.53-55)

교통섬유

와 내측 정신경핵이 속도 장기 을 담당하는 구조

물로 알려져 있다.21,51,56-58)

내 신경핵을 연결하는

교통(commissural)섬유는 정신경핵에 양성되먹임을

하며, 연수의 앙을 단하면 속도 장기 이 상실

된다.56)

속도 장을 담당하는 교통섬유는 앞서 언

한 직 AVOR을 담당하는 교통섬유보다 문측에

치한다고 한다. 비록 속도 장기 은 추신경에 의

해 발생하지만 구심성 정신경의 긴장성 방 이 필

수 인데 이는 정신경을 단하면 AVOR의 Tc가

감소하는 것으로 유추할 수 있다.58)

속도 장기 은

상유동(retinal slip) 뿐만 아니라,51)

체성감각 이석

기 의 정보로도 유발될 수 있다.59)

소뇌의 결 은 속

도 장기 을 억압하고 있어, 병변시에는 속도 장기

이 극 화되어 여러 가지 변화가 나타나게 된

다.60,61)

Fig. 12는 속도-스텝 자극 후 나타나는 안구운

동의 시간에 따른 느린 성분의 속도를 표시한 것으로

속도 장기 과 응(adaptation)의 효과를 보여 다.

속도 장기 에 의한 이론 인 반응(b)은 구심성 말

정신경에서의 반응(a)보다 Tc가 길지만, 실제

인 정신경핵 신경원에서 측정한 반응(c)은 이들의

간 정도인데, 이는 응 때문에 발생하게 된다.

응이란 지속 인 자극시, 운동이 일어나고 있는 쪽으

로 이동하는 추신경계에 존재하는 제로속도기

(zero-velocity reference level)의 개념으로 이해할 수 있

다.62-64)

그림의 c처럼 지속 인 한쪽 방향으로의 회

에 한 반응은 약해지고, 반응이 완 히 멈추고

난 뒤에도 반 방향의 반응이 나타나는 것은 응에

의한다.

시 정 상호작용

VOR이 효과 으로 일어나려면 정계와 시각 정

보와의 다양한 상호작용이 필수 인데, 이 에서는

이 몇 가지 요한 시 정 상호작용(visual-vestibular

interaction)만을 기술하고자 한다. 시각에 의한 안반사

(visuo-ocular reflex, 시안반사)와 AVOR은 서로 독립된

체계이지만 때로는 서로 상호 보완 으로 작동하게

된다(Fig. 13). AVOR의 자극은 머리의 속도이지만, 시

Page 11: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

Fig. 14. 암시야에서 주어진 정 각회 자극의 주 수에 따

른 이득 상.

안반사의 자극은 목표물 (target)의 속도인데 후자는

머리의 움직임이 있는 경우, 공간에서의 안구와 두부

의 움직임을 가감하여 계산된다(1). 개방회로인 AVOR

과는 다르게 시안반사는 음성되먹임이 들어있는 폐쇄

회로이다(2). 그러나 양자 공히 직 인 경로 뿐만

아니라 간 인 속도 장기 을 통해서도 정보를 안

구운동신경원(3)에 보낸다. 이러한 독립 이고도 상호

보완 인 두 체계의 최종 명령은 원활추종운동 혹은

안진의 느린 성분으로 나타나게 된다.12)

유도된 안구

운동의 이득은 두 체계 공히 자극의 속도와 주 수에

향을 받게 되는데, 시안반사는 주 , 속도에선

이득이 거의 1에 가까워 효과 으로 작용하지만, 목

표물의 속도가 100도 이상이거나, 주 수가 1Hz 이상

이 되면 기능이 격히 떨어지게 된다.65)

반 로 AVOR

은 고속도, 고주 의 머리 회 에선 이득이 거의 1에

가깝지만, 주 , 속도에서는 기능이 떨어지게 된

다. 를 들면 정상인에게 깜깜한 곳에서 당 30도의

속도, 주 수 0.1 Hz의 정 자극을 주었을 때

AVOR의 이득은 0.6 정도된다고 한다.12,66)

Fig. 14는 암시야에서 주어진 정 회 자극의

주 수에 따른 AVOR의 이득 상에 한 그래

이다. 의 그림에서 알 수 있듯이 AVOR의 이득은

주 수에서 격히 감소하며, 상은 선행(lead)된

다. 여기서 선행의 의미를 해석하는 데에는 주의를 요

하는데 이 그래 는 속도에 한 선행이므로 원래의

머리 회 자극인 가속도에는 지연(lag)되는 것과 같

은 것이다.

AVOR에서의 시안반사의 역할을 이해하기 해선

먼 원활추종운동계와 시운동성계의 기본 생리를

알고 있어야 한다. 망막의 상유동에 의해 유발된 원

활추종 운동신호는 선조피질(striate cortex)을 거쳐

간 자엽(middle temporal, MT), 상내측 자엽(medial

superior temporal, MST) 후두정엽(posterior parietal)

의 세 곳으로 달된다.67)

MT와 MST로부터의 원활추

종운동 정보는 측뇌실의 내측시상층(internal sagittal

striatum)을 따라 속섬유막(internal capsule)의 후 즈핵

(retrolenticular) 부 를 통해 뇌각(cerebral peduncle)

의 바깥쪽으로 주행하여,58,59)

교뇌의 등가쪽교뇌핵

(dorsolateral pontine nuclei, DLPN)에 연 하게 된다.70)

두엽으로부터의 정보는 뇌각의 안쪽을 통과하여

DLPN에 연 하게 된다. DLPN은 소뇌각(middle cere-

bellar peduncle)을 통해 반 편으로 교차하여 타래, 곁

타래(paraflocculus), 등쪽벌 (dorsal vermis), 꼭지핵

(fastigial nucleus)으로 정보를 보내게 되고, 이들에서

출발한 정보는 동측 상, 내측 정신경핵과 연결되며,

이들은 다시 교차하여 반 편 외 신경핵과 연결되어

수평 원활추종운동이 일어나게 되며 이를 직 경로

혹은 원활추종경로라고 한다. 수직 원활추종운동은

소뇌의 y군(y-group) 정핵이 담당하게 된다. 시각

자극에 해 시추 운동을 만들어낼 수 있는 경로로

는 상기 언 한 원활추종운동 경로뿐만 아니라, 부

시각계(accessory optic system)와 부시각로핵 (nucleus

of optic tract)에 의한 경로인가 있는데 이를 간 경로

혹은 속도 장경로라고 한다. 부시각계는 주로 반

편 망막으로부터 상유동 정보를 받는, 뇌에 치한

4가지의 핵으로 구성되어 있으며 하올리 핵의 등쪽

(dorsal cap of the inferior olive), NPH, 내측 정핵 등

으로 정보를 보낸다.37,71)

심와가 없는 동물이나 원

숭이와는 다르게 인간에서는 간 경로는 퇴화되어 있

다. 에 언 한 원활추종운동의 경로는 Fig. 15에 요

약되어 있다.

다음으로는 시운동성계와 정계의 상호작용에

해 알아보자.72)

Fig. 16은 원숭이에서 동측으로 회 하

Page 12: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정안반사의 기본원리

Fig. 15. 원활추종운동의 경로. 굵은

실선은 직 경로인 원활추종경로,

가는 실선은 기능이 약한 간 경로

인 속도 장 경로, 선은 확립 되지

않은 경로를 나타냄.

는 속도-스텝 자극에 반응하는 정신경핵의 제1형

신경원의 방출을 나타낸 그림이다. A와 같이 깜깜한

곳에서 등속도로 의자를 회 시키면, 안정기 방 에

서 가속되어 일정한 수 에 도달한 신경원의 방출은

음지수 으로 감소하게 되고, 감속 시는 방출이 속

히 감소하게 되며, 의자가 멈추면 안정기 방출 보다

더 감소되었다가 안정기 방출상태로 돌아오게 된다.

안정기 방출보다 더 감소되는 상은 깜깜한 곳에서

회 이 멈추는 경우, 안구가 의자의 회 방향으로 편

되어 나타나는 회 후안진(postrotartory nystagmus)

의 기 이 된다. B는 시운동성 자극이 등속도로 회

하는 원통 안에서 고정된 의자에 앉아 을 뜨고 있

는 경우의 반응이다. 의자가 정지해 있었으므로 정

자극이 존재하지 않음에도, 제1형 신경원들은 반응을

보이는데, A와는 달리 시운동성 자극의 회 동안 감

속 없이 유지되었다. 이때 제1형 신경원들은 주

시운동성 자극에는 반응이 좋지만, 고주 에 자극에

한 반응은 미미한데, 이는 지속 인 회 운동, 다시

말하면 느린 회 시 AVOR을 도와주는 것이 시운동

성계의 목 하나라는 사실과 부합된다고 볼 수

있다. 시운동성 자극이 멈춘 뒤에도 반응은 수 동

안 지속된다는 사실은 하나의 요한 사실로, 생

리학 으로 시운동후안진(optokinetic after nystagmus,

Fig. 16. 신경핵의 제1형 정신경원의 속도-스텝 각가속

자극 시운동성 자극에 한 반응 그래 . A는 깜깜한 곳에서

의자를 회 시킬 때, B는 시운동성자극이 회 하는 원통 안의

고정된 의자에 앉아 있을 때, C는 밝은 불빛 하에서 의자를 회

시킬 때를 각각 나타냄(modified from ref 72).

Page 13: 전정안반사의 기본원리전정안반사의 기본원리 G G J Fig.5.수평반고리관의 유모세포들의 형태적 극성. 을 가지고 있게 되어, 일측이 흥분하면

정원희 외

Fig. 17. 원숭이에서 속도-스텝 시운동성 자극에 한 안구운동

의 느린 성분의 시간에 따른 변화. 화살표는 불을 키고 끈 시

을 나타냄(modified from ref 51).

OKAN)의 기 에 해당된다. 한편 C처럼 밝은 불빛 아

래서 의자를 회 시키면, 정반응과 시운동성운동이

동시에 일어나게 되어 신경원의 방출은 회 이 유지

되는 동안 감속 없이 일정 수 을 유지하게 되며, 감

속시나 회 이 멈춘 뒤에도 안정기 방 이하로 떨어

지지 않게 된다. 바꿔 말하면 회 후 안진은 OKAN에

의해 상쇄된다고 할 수 있다. OKAN은 회 이 멈추는

순간 C처럼 회 후안진을 상쇄시켜 어떠한 안구운동

도 일어나지 못하도록 하여 상을 안정시켜 주는 역할

을 한다고 볼 수 있다.

Fig. 17은 Fig. 16의 B 조건 하에서 나타나는 원숭이

의 실제 느린 안구운동을 나타낸 것이다.51) 시운동성

자극에 한 반응은 두 가지로 구성되어 있는데, 불을

켜자마자 바로 안구운동의 속도가 가 르게 상승하고

(1), 그 뒤 보다 서서히 속도는 증가하여(2) 항정상태

에 도달하게 된다(3). 불을 끄면 1과 비슷한 수 까지

빠르게 속도가 감소하며(4), 그 뒤 서서히 OKAN으로

소멸하게 된다. 1단계는 원활추종운동이 담당하며, 그

뒤로 서서히 시운동성계가 2단계처럼 작동하기 시작

하면 원활추종계는 작용을 멈추게 된다. 3단계의 말

기에 시운동성계의 기능이 떨어지거나, 한계를 벗어

나는 자극의 경우는 다시 원활추종계가 작동하게 되

며, 불을 끄게 되면 두 운동계 모두 작동을 멈추게 되

는데, 원활추종계의 기능은 곧바로 완 히 멈춰 4단

계처럼 속도가 작스럽게 감소하게 되지만, 시운동

성계는 속도 장기 에 의한 작용이 남아있어 안구는

5단계처럼 서서히 소멸하게 되는 것이다. 원활추종계

는 Fig. 15의 직 경로인 피질경로가, 시운동계는 간

경로인 피질하 경로가 담당하게 된다. 앞서 언 한

것처럼 인간에서는 피질하 경로는 역할이 아주 미미

하며, 엄 한 의미의 시운동성계라고 할 수 있는 피질

하경로도 Fig. 15에서 볼 수 있듯이 피질경로인 원활

추종경로의 향을 받는 다는 사실을 명심하여야 한

다. 종합하면 시운동성계의 빠른 성분(component)은

기(early), 원활추종, 직 (direct) 수의 (voluntary)

성분이라고 칭하며, look 안진이라고도 한다. 반면에

시운동성계의 느린 성분은 잠복기가 늦으므로 후기

(late) 성분, 속도 장 기 에 의해 발생하며, 자극이

멈추고 난후에도 OKAN의 형태로 계속해서 나타나므

로 속도충 성분, 간 (indirect) 불수의 (invol-

untary) 성분이라고 칭하며, stare 안진이라고도 한다.

마지막으로 시고정(visual fixation)의 VOR에 한

향, 머리와 안구가 동시에 회 할 때 나타나는

AVOR 상쇄 혹은 억압(AVOR cancellation or suppres-

sion), 여러 가지 상황에서의 AVOR의 응(adaptation),

AVOR에 한 소뇌의 역할 정 보상(compensation)

등은 임상 으로 매우 요하므로 다른 을 참고하

기 바란다.

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