자세조절 시각계 몸감각계 안뜰계 감각통합

효과적인 자세조절은 공간에서의 신체 위치를 조절하기 위한 힘을 만든다. 언제, 어떻게 회복력을 가하는가를 알기 위해서, 중추신경계는 신체가 공간의 위치를 파악하고 그것이 정지나 동작상태에 대한 정확한 상황을 파악한다. 중추신경계는 시각계, 몸감각계(고유감각수용기, 피부수용기 및 관절수용기) 및 안뜰계를 포함하여 감각을 통합하여 정보를 제공한다.

시각계 기여 (Visual Contributions)

시각입력은 창문이나 도어와 같은 우리들을 에워싸고 있는 많은 것들이 수직으로 정렬되어 있기 때문에, 수직성의 기준만이 아니라 에워싸고 있는 물체에 관해서 머리의 위치와 움직임에 관한 정보를 제공한다. 게다가, 시각계는 머리가 앞쪽으로 움직이면, 주위의 물체는 반대방향으로 움직이기 때문에, 머리의 움직임을 알려준다. 시각입력은 주변 자극이 자세조절을 위해 더 중요하다는 것을 시사하는 몇 가지 증거가 있기는 하지만, 주변 시각 정보와 중심오목 정보의 양쪽을 포함하고 있다. 시각입력은 정상상태 자세조절을 위한 중요한 정보 제공처지만, 이들이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 그 이유는 대부분의 사람이 눈을 감고 있어도 또는 어두운 방안에 있을 때에도 서 있는 동안에 균형을 유지할 수 있기 때문이다. 게다가, 시각입력이 항상 자기 운동 (self-motion)에 대한 방향성 정보의 정확한 출처가 되는 것은 아니다. 운전자가 정지신호에서 자동차 안에 앉아 있고 운전자 옆의 자동차가 움직인다면, 운전자는 어떻게 하는가? 운전자는 신속하게 브레이크에 발을 올려놓는다. 이러한 상황에서는 시각 입력은 움직임의 신호를 보내고, 뇌는 처음에 이것을 자기의 움직임, 즉 내 차가 굴러가고 있다고 해석한다. 따라서, 뇌는 다리와 발의 운동신경세포에 신호를 보내 브레이크를 밟아 움직임을 멈춘다. 따라서 뇌는 시각정보를 잘못 해석할지도 모른다. 시각계는 외심적 운동 (exocentric motion)이라 불리는 물체의 움직임과 자기중심적 운동(egocentric motion)이라 불리는 자기 운동을 구별하기 어렵다. 많은 연구는 선천성 실명이 있는 사람들이 처음에 자세조절(정적 및 동적)의 결손을 나타낼지도 모른다는 것을 보여주고 있다. 그러나, 이들 결손은 다른 기능을 하고 있는 감각계 (고유수용성 및 안뜰성)에 의해서, 그리고 대뇌겉질의 신경 가소성 변화를 통해 보상된다. 따라서, 시각은 정상상태 균형의 조절에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 시력이 존재할 때, 그것은 정적인 입각자세 때에 정상상태 균형조절에 능동적으로 기여한다. 연속적 또는 일시적 시각운동의 단서에 대응한 흔들림을 조사하는 연구는 정상상태 자세조절에 대한 시각입력의 중요성을 뒷받침하고 있다. 이러한 유형의 실험에서는 바닥이 고정되어 있으나, 벽과 천장이 앞뒤로 이동 가능한 방에 실험대상자가 서서 반대방향으로 흔들리는 것처럼 보이는 환상을 만들어낸다는 새로운 패러다임을 사용하였다. 움직이는 방은 정적인 입각자세가 흔들리는 동안의 시각적 단서를 시뮬레이션 하는 느린 진동, 또는 예상하지 못한 균형사실을 시뮬레이션하는 시야에 대한 갑작스러운 외부 교란을 만들어내기 위해 사용되었다. 작은 연속적인 방의 진동에 반응하여, 신경학적으로 손상이 없는 성인은 방의 진동으로 흔들리고 따라서, 시각입력이 정적인 입각자세 동안의 성인의 정상상태 균형에 영향을 준다는 것을 보여 주고 있다.

몸감각계 기여 (Somatosensory Contributions)

몸감각계는 지지기저면에 관해서 신체에 대한 위치 및 움직임 정보를 중추신경계에 제공한다. 또한, 신체 전체에 걸치는 몸감각 입력은 신체분절 상호간의 관계에 대한 정보를 알려준다. 보통은 단단하고 평탄한 표면에 서 있을 때, 몸감각 수용기는 수평면에 대한 신체의 위치와 움직임에 관한 정보를 제공한다. 그러나, 우리가 상대적으로 움직이고 있는 표면(예: 보트) 또는 수평이 아닌 표면(경사로와 같은)에 서 있다면, 표면을 기준으로 하여 수직방향성을 설정하는 것은 적절하지 않다. 그 이유는 이들 조건하에서 그것은 안정된 기준이 아니기 때문이다. 이들의 상황에서, 지지면과 관련된 신체의 위치를 알려주는 몸감각 입력은 도움이 되지 않는다. 정상상태 자세조절에서 몸감각 단서의 중요성은 혈관 허혈(마취 또는 냉각)에 기인하는 다리에서부터 구심성 입력의 감소가 정적 입각자세 동안 압력중심(COP) 운동 증가를 야기한다는 것을 보여주는 연구에 의해서도 입증되었다. 그러나, 신체의 모든 부위의 몸감각 입력은 정적인 입각자세 동안에 정상상태 균형에 기여하고 있는 것 같다. 눈, 목 및 발목의 근육을 자극하기 위해 소형 진동기 (minivibrator)를 사용하는 연구에서는 선 자세의 실험대상자의 방향을 특정한 신체 흔들림을 만들어냈다. 예를 들어, 전경골근(TA)을 진동시키면, 뒤쪽으로의 신체 흔들림으로 일어나는 것과 같이, 근육방추들 신경을 신장시키고 흥분시켰다. 중추신경계는 보상적인 앞쪽으로의 흔들림을 만들어낸, 앞정강근을 수축시킴으로 써 지각된 뒤쪽으로의 신체 흔들림에 반응하였다. 눈, 목 및 발목의 근육을 동시에 진동시키면, 그 효과는 추가되었다.  손가락 끝을 가볍게 접촉시키면 감소된 지지기저면에 서 있는 실험대상자의 자세 흔들림을 감소시킨다는 것을 보여주었 다. 흔들림은 특히 눈을 감고, 접촉이 없는 조건에서 가장 컸다. 흔들림은 가벼운 접촉 및 힘을 주고 접촉하는 조건에서 동등하게 감소하였으며, 이것은 흔들림을 감소시키는 이용 가능한 지지라기보다는 몸감각 방향성 단서였다는 것을 시사하고 있는 것이다. 이들 모든 연구의 결과는 신체의 모든 부위로부터 몸감각 정보가 정상상태 자세조절의 유지에서 중요한 역할을 수행한다는 것을 증명한다. 이 패러다임은 고령자만이 아니라 양측성 안뜰 기능부전, 다운증후군, 또는 손상된 근골격 구성요소(전십자인대)가 있는 사람들에게도 임상적으로 적용할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 연구에서는 최소한의 추가적인 몸감각 정보조차도 이들 환자의 자세 흔들림을 감소시킬 수 있다는 것을 시사하고 있다.

안뜰계( Vestibular)기여 감각 통합 (Sensory Integration)

정상상태 자세조절을 위한 안뜰계에서부터의 정보는  주요한 정보제공처다. 안뜰계는 중력과 관성력에 관하여 머리의 위치 및 움직임에 대한 정보를 중추신경계에 신호보내, 자세조절을 위한 중력-관성력의 기준 틀(gravitoinertial frame of reference)을 제공한다. 안뜰신호 단독으로는 신체가 공간에서 어떻게 움직이고 있는가에 대한 참모습을 중추신경계에 제공할 수 없다. 예를 들어, 중추신경계는 안뜰 입력만을 사용하여 단순한 머리의 끄덕임 (안정된 몸통에 대한 머리의 움직임)과 앞쪽으로의 굽힘 (움직이는 몸통과 연동시킨 머리의 움직임)을 구별할 수 없다. 일상생활에서는 예를 들어, 어두운 방, 움직이는 표면, 시각적인 환경과 같은 다양한 감각 환경에서 균형을 유지할 필요가 있다. 중추신경계는 이들의 다양한 조건하에서 자세조절을 위한 감각정보를 어떻게 조직화하고 선택하는 것일까? 정상상태 선 자세 균형에 대한 감각입력의 이용 가능성과 정확성을 조절하기 위해 움직이는 플랫 폼과 시각적 환경 (visual surround)을 사용하였다. 연구의 프로토콜에서 실험대상자가 자세 방향성을 위한 시각 및 몸감각 입력의 이용 가능성과 정확성을 바꾸는 여섯 가지의 서로 다른 조건하에서 정적으로 서 있는 동안에 신체 흔들림이 측정되었다. 각 조건 내에서 이용 가능한 정확한 감각입력과 부정확한 감각입력도 또한 설명하고 있다. 조건(1)은 실험대상자는 눈을 뜬 상태와, 조건(2) 눈을 감은 상태, 또는 자기가 움직이고 있지 않다는 착시 (visual illusion)를 주면서 사람이 흔들리는 것과 같은 방향 및 속도로 움직이는 상자와 같은 갇힌 공간 내에서 단단하고 평탄한 표면 위에 서 있다. 조건 4~6은 신체의 흔들림과 함께 지지면이 회전하는 것을 제외하고 1~3과 동일하다. 서로 다른 조건에서 신체 흔들림의 양의 차이는 감각입력의 변화가 있을 때 균형을 유지하는 실험대상자의 능력을 결정하기 위해 사용된다. 성인은 표면이 다단하고 평탄할 때에 흔들림이 가장 적었다. 이 조건에서, 지지면 방향성의 입력은 시각입력의 이용 가능성과 정확성 (조건 1, 2 및 3)에 관계없이 표면과 관련된 신체의 위치를 정확히 알려주고 있다. 지지면 정보가 더 이상 정확한 방향성 정보의 출처로서 이용 가능하지 못할 때 (예: 표면이 실험대상자의 앞뒤 흔들림과 연계하여 회전할 때의 조건 4, 5 및 6에서), 성인은 더 흔들리기 시작한다. 가장 큰 흔들림은 조건 5, 6에서 볼 수 있고, 이 조건에서 단지 하나의 정확한 입력인, 안뜰입력만이 자세조절을 조정하기 위해 이용 가능하다. 이 연구와 다른 연구에서는 성인과 7세 이상의 어린이가 6개의 모든 감각조건하에서 균형을 유지한다. 그들은 건강한 젊은 성인에서는 3개의 감각 모두가 존재할 때, 각각이 정상상태 균형 동안에 자세조절에 기여한다는 것을 시사하고 있다. 그러나, 감각이 신체 위치에 관한 최적의 또는 정확한 정보를 제공하지 않는 환경에서는 중추신 경계는 균형을 위해 감각정보를 사용하는 방법을 수정할 수 있다. 이것은 감각 가중치조정 (sensory reweigh-ting)이라 불린다. 감각 가중치조정은 자세조절을 위한 하나의 감각계에 대한 의존성이 증가함과 동시에, 또 다른 감각계에 대한 의존성이 감소할 때에 일어난다. 예를 들어, 시각(vision)이 부정확한 환경(환경이 개인에 대해서 움직이고 있을 때와 같은)에서는 중추신경계는 시각의 사용을 줄이고 이것을 대신하는 정확한 감각입력(예, 몸감각 및 안뜰감각 입력)에 의존하게 된다. 중추신경계는 자세조절을 위한 어떤 하나의 감각에 대한 상대적 중요성을 수정할 수 있기 때문에, 개인은 다양한 환경에서 안정성을 유지할 수 있다.