파킨슨병 환자의 운동학적 쓰기능력 예측 지표 확인: 인지, 우울, 운동 능력을 중심으로

Predictive Indicators of Kinematic Writing Ability in Patients with Parkinson’s Disease: Focusing on Cognition, Depression, and Motor Abilities

Article information

Commun Sci Disord Vol. 27, No. 1, 128-139, March, 2022
Publication date (electronic) : 2022 March 31
doi : https://doi.org/10.12963/csd.22887
aDepartment of Speech-Language Pathology and Audiology, Graduate School of Hallym University, Chuncheon, Korea
bDepartment of Neurology, Samsung Medical Center, Sungkyunkwan University School of Medicine, Seoul, Korea
cNeuroscience Center, Samsung Medical Center, Seoul, Korea
dDepartment of Health Sciences and Technology, Samsung Advanced Institute for Health Sciences & Technology, Sungkyunkwan University, Seoul, Korea
eSamsung Alzheimer Research Center, Samsung Medical Center, Seoul, Korea
fDivision of Speech Pathology and Audiology, Research Institute of Audiology and Speech Pathology, College of Natural Sciences, Hallym University, Chuncheon, Korea
이한솔a, 윤진영b,c, 안종현b,c, 조진환b,c, 나덕렬b,c,d,e, 윤지혜,f
a한림대학교 일반대학원 언어병리청각학과
b성균관대학교 의과대학 삼성서울병원 신경과
c삼성서울병원 뇌신경센터
d성균관대학교 삼성융합의과학원 융합의과학과
e삼성치매연구센터
f한림대학교 자연과학대학 언어청각학부
Correspondence: Ji Hye Yoon, PhD Division of Speech Pathology and Audiology, Hallym University, 1 Hallimdaehak-gil, Chuncheon 24252, Korea Tel: +82-33-248-2224 Fax: +82-33-256-3420 E-mail: j.yoon@hallym.ac.kr

This research was supported by Basic Science Research Program through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the Ministry of Education (No. 2021R1I1A204450411).

Received 2022 January 14; Revised 2022 February 4; Accepted 2022 February 4.

Abstract

배경 및 목적

파킨슨병(PD)은 운동 영역뿐만 아니라 비운동 영역에도 영향을 미칠 수 있다. 본 연구의 목적은 PD의 운동학적 쓰기 능력을 예측하는 지표를 살펴보는 것이다.

방법

PD 환자 47명과 정상 성인(NA) 25명, 총 72명을 대상으로, 필압, 크기, 쓰기 속도를 측정할 수 있는 소프트웨어를 사용하여 시각적 단서에 따른 문장 쓰기 과제를 실시하였다.

결과:

첫째, PD 집단을 가장 잘 판별해주는 쓰기 측정치는 쓰기 속도로 나타났다. 둘째, 필압 측면에서는 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 한국판 몬트리올 인지 평가(MoCA-K) 점수와 정적 상관이 나타났고, 글자 크기 측면에서는 스스로 쓰기 과제에서 통합형 파킨슨병 평가 척도(UPDRS) 점수와 정적 상관이 나타났으며, 쓰기 속도 측면에서는 모든 과제에서 UPDRS 점수와 부적 상관이 나타났다. 셋째, PD의 쓰기 수행력을 예측하는 요인으로는 MoCA-K 점수가 필압을, UPDRS 점수가 글자 크기와 쓰기 속도를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다.

논의 및 결론

본 연구는 지금까지 운동 능력에만 초점이 맞추어져 있던 PD의 쓰기 특성을 살펴볼 때 인지 능력 등 다양한 요인을 함께 고려해야 하는 것이 중요함을 확인하였다는 점에서 의의가 있다.

Trans Abstract

Objectives

Parkinson’s disease (PD) can affect not only motor abilities but also cognition and depression. The purpose of this study was to investigate the predictive indicators of kinematic writing ability in patients with Parkinson’s disease.

Methods

Seventy-two subjects (47 patients with PD, 25 normal adults [NA]) performed tasks; including sentence writing along visual cues using software that could measure pen pressure, letter size, and writing speed.

Results

Firstly, discriminant analysis showed that the writing speeds were good discriminators for the PD group. Secondly, the PD group showed positive correlation between the Korean version of the Montreal Cognitive Assessment (MoCA-K) score and pen pressure in the ‘writing within square blanks task’. They also showed a positive correlation between the Unified Parkinson’s Disease Rating Scale (UPDRS) score and letter size in the ‘free writing task’. The PD group showed a negative correlation between UPDRS score and writing speed in the ‘writing within square blank task’. Thirdly, the MoCA-K score showed significant explanatory power for pen pressure, and the UPDRS score showed significant explanatory power for the writing speed in the PD group.

Conclusion

This study is significant in that it confirms the importance of considering various factors such as cognitive ability when examining the writing characteristics of patients with PD, which have been focused only on motor skills so far.

파킨슨병(Parkinson’s disease)은 중뇌 흑질 치밀부(subtantia nigra pars compacta)의 손상으로 도파민의 감소를 야기하는 신경퇴행성질환이다(Jankovic, 2008). 도파민의 소실은 기저핵(basal ganglia)에서 가장 두드러지게 나타나 대뇌피질과 피질하 영역을 기능적으로 잇는 회로의 결함을 유발하고, 감각 정보를 통합하는 능력이 저하되면서 대표적으로는 자발적으로 운동을 계획하고 시작하며 유지하는 내적움직임(endokinetic)을 조절하는 데 어려움을 야기한다. PD의 내적움직임 조절 실패는 휴식 시 떨림(resting tremor), 강직(rigidity), 서동(bradykinesia), 자세불안정(postural instability)으로 이어지며(Contreras & Stelmach, 1995), 이들의 운동장애는 신체 운동의 강도가 약하고 범위가 감소하는 운동저하형의 특성으로 발현된다. 이러한 운동저하형 특성은 의사소통장애의 측면에서 발화 시 목소리가 작아지는 발성부전으로 나타나거나 쓰기 수행 시 글자 크기가 작아지는 소자증(micrographia)으로 반영될 수 있다(Chang, Cho, Yoon, & Kim, 2016; Kim, Lee, Park, Lee, & Na, 2005; Kim, Yoon, & Nam, 2015). 소자증은 PD의 주요 임상 증상 중 하나이면서(McLennan, Nakano, Tyler, & Schwab, 1972), PD 환자의 50% 이상에서 흔하게 관찰되어 질환의 조기 진단에 유용하다고 보고되어왔다(Shukla et al., 2012). 그러나 PD 환자를 대상으로 쓰기 수행력을 살펴본 최근 연구들에서는 쓰기 수행 시 PD 환자의 글자 크기가 작아지는 현상 이외에도 글자를 쓰는 동안 힘을 적절히 유지하지 못하거나 속도를 조절하지 못하는 현상을 동시에 관찰하게 되면서, 소자증의 특성을 살펴볼 때 보다 다각적인 측면에서 글자 크기뿐만 아니라 필압이나 쓰기 속도 측면을 함께 살펴보는 것이 중요하다고 주장하였다(Lee et al., 2020; Smits et al., 2014; Taleb, Khachab, Mokbel, & Likforman-Sulem, 2017; Zham, Kumar, Dabnichki, Poosapadi Arjunan, & Raghav, 2017).

앞서 언급한 PD의 운동 장애에 대한 전통적 접근과 더불어, 이들이 전두엽-피질하 회로의 결함으로 인한 신경생리적 변화에 따라 인지(cognition)나 정동(affect)과 같은 영역의 결함이 동반될 수 있음에 대한 관심 또한 증대되고 있다. PD의 가장 중요한 병리소견으로는 알파 시누클레인(α-synuclein) 단백질의 비정상적인 침착으로 인하여 중뇌의 흑질에 손상이 나타나는데(Jankovic, 2008), 이러한 병변이 대뇌피질로 상행하면서(Braak, Rüb, Gai, & Del Tredici, 2003) 전대상피질(anterior cingulate cortex)까지 침범하면 주의력, 동기부여, 집행기능을 조절하는 인지저하가 초래되는 것으로 알려져 있다(Matsui et al., 2005). 더불어 도파민성, 노르아드레날린성, 세로토닌성, 콜린성 신경세포의 소실로 인하여 피질하 회로의 기능장애가 나타남으로써 인지저하 및 정동장애가 발생하며(Korczyn, 2001), 청반(locus cerulesus)의 세포 소실로 인한 노르에피네프린(norepinephrine)의 감소 또한 인지저하에 영향을 미친다(Kim, 2002). 이러한 병리 및 신경학적 소견에 따라 약 20-57%의 PD 환자에서 경도인지장애(mild cognitive impairment)가 동반되며(Caviness et al., 2007), 약 40%의 환자에서는 우울증이 동반된다고 보고된다(Tröster et al., 1995).

인지장애나 우울증은 과제 수행에 있어서 정오반응으로 판단되는 수행력뿐만 아니라 정신운동속도(psychomotor speed)로 간주되는 반응 시간 같은 측면에 부정적인 영향을 미친다(Kim, 2002). 그간 다양한 연구들을 통하여 PD 환자의 자율신경계 장애나 인지장애와 같은 비운동 증상이 보행 등의 운동 증상에 악영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다(Aarsland et al., 2004; Emre et al., 2007; Monastero et al., 2018; Pigott et al., 2015; Pillon, Boller, Levy, & Dubois, 2001; Schrag, Siddiqui, Anastasiou, Weintraub, & Schott, 2017). 특히 인지장애가 동반된 PD 환자는 보행 시 보폭이 작아지고 자세가 불안정하다고 보고되고 있으며(Amboni et al., 2012; Intzandt, Beck, & Silveira, 2018; Kim et al., 2008; Park et al., 2009), Dahdal 등(2016)은 인지장애의 여부로 PD를 두 집단으로 나누어 소근육 운동 능력을 비교한 결과, 인지장애가 있는 PD 환자의 팔-손-손목-손가락 움직임의 속도와 정확성이 저하된다고 보고하였다.

쓰기는 의지를 기반으로 대뇌에 저장된 철자 지식과 같은 언어 능력뿐만 아니라 주의력, 작업 기억, 시공간 능력 등의 다양한 인지기능을 활용하는 단계를 거쳐 운동의 계획 및 프로그래밍, 운동 집행 단계를 통해 형태를 구현하는 대표적인 인지-언어-운동적인 활동이다(Kim, 2012; Yoon, Shin, Kim, Suh, & Kim, 2006). 즉, 쓰기 수행 과정에서 발생하는 결함은 인지-운동적인 기능 감퇴와 밀접한 연관이 있을 수 있으며 나아가 정동이나 인지 결함의 정도를 민감하게 반영할 수 있으므로 PD 환자의 운동 능력과 더불어 비운동 증상에 속하는 인지나 정동-우울 측면이 PD 운동 수행에 어떠한 영향을 주는지 살펴볼 필요가 있다(Drotár et al., 2014). 이에 본 연구에서는 PD 환자와 정상 성인(normal adults, NA) 집단을 대상으로 첫째, 다양한 쓰기 과제를 통해 측정된 쓰기 측정 지표(필압, 크기, 속도) 중 정상으로부터 PD 집단을 가장 잘 구별하는 지표를 확인하고자 하였다. 이를 위하여 먼저, 선행연구(Lee et al., in press)를 통해 쓰기 과제들 간에 수행력의 차이가 가장 크게 나타났던 스스로 쓰기와 사각형 안에 쓰기 과제의 결과를 비교하여 제시하였다. 둘째, 쓰기에 영향을 미치는 요인을 보다 다각적으로 탐색하기 위하여 쓰기 측정 지표 결과들과 인지, 우울, 및 운동 능력과의 상관성을 확인하였다. 마지막으로, 이러한 요인들(인지, 우울, 운동능력) 중 PD의 쓰기 결함을 예측할 수 있는 변인을 확인하였다.

연구방법

연구대상

본 연구의 대상자는 총 72명으로, 다음 선정 기준에 맞는 PD 환자 47명(남:여=26:21), NA 25명(남:여=10:15)이 참여하였으며 선행연구(Lee et al., 2020; Lee et al., in press)의 일부 대상자가 포함되었다. PD 환자는 서울소재 종합병원 신경과에 외래로 내원하여 전문의로부터 신경학적 진찰 및 병력을 바탕으로 특발성 파킨슨병(idiopathic Parkinson’s disease)으로 진단된 환자들이었으며, 자세한 선정 기준은 다음과 같다. 1) 검사 시 항파킨슨 약물의 효과가 지속되는 상태(on-state)인 환자로, 2) 신경과 전문의가 수정된 호엔야 척도(Modified Hoehn and Yahr [H&Y] scale)를 실시한 후 2.5 이하에 해당되어 자세불안정 없이 과제 수행이 가능하고, 3) 뇌심부 자극술(deep brain stimulation)을 받지 않은 환자를 대상으로 하였다. PD 환자는 모두 인지, 우울 및 운동 능력을 파악하기 위하여 전반적 인지기능을 확인하기 위한 한국판 몬트리올 인지 평가(Korean version of the Montreal Cognitive Assessment, MoCA-K; Lee et al., 2008), 우울의 정도를 확인하기 위한 한국판 벡 우울 척도(Korean version of Beck Depression Inventory, K-BDI; Lee & Song, 1991), 운동결함의 정도를 확인하기 위한 통합형 파킨슨병 평가 척도(Unified Parkinson’s Disease Rating Scale, UPDRS)-part III를 받았다. NA는 서울, 강원, 경기 지역의 노인복지관과 경로당 등에서 모집한 대상자들로 자세한 선정 기준은 다음과 같다. 1) 건강선별설문지(Christensen, Multhaup, Nordstrom, & Voss, 1991)를 실시하여 인지기능 및 운동기능에 영향을 미치는 신체적, 신경학적, 정신적 질환의 병력이 없으며, 2) MoCA-K (Lee et al., 2008)의 규준에 근거하여 23점 이상으로 인지기능이 정상으로 판단되며, 3) KBDI (Lee & Song, 1991)의 규준에 근거하여 9점 이하로 우울감을 호소하지 않는 자를 대상으로 하였다. 대상자 제외 기준은 다음과 같다. PD 집단, NA 집단 모두 1) 모국어로 한국어를 사용하지 않는 경우, 2) 왼손잡이 또는 양손잡이일 경우, 3) 초등학교 졸업 미만의 학력인 경우, 4) 기타 뇌손상 및 신경학적 병력이 있는 경우, 5) 청력과 시력 손상이 심하여 과제 수행이 불가능한 경우는 대상자에서 제외하였다. 먼저, 두 집단의 성비에 대한 차이가 통계적으로 유의미한지 알아보기 위하여 카이제곱 분석을 실시한 결과, η2=.216으로 차이가 없었다. 다음으로 Table 1에 나타난 바와 같이 두 집단의 연령, 교육년수, MoCA-K 점수, K-BDI 점수의 차이가 통계적으로 유의미한지 알아보기 위하여 t-검정을 실시한 결과, 두 집단 간의 연령과 교육년수에는 차이가 없었으나, MoCA-K 점수는 NA 집단과 비교하여 PD 집단의 인지기능이 저하된 것으로 나타났으며(t(70)=-2.596, p=.012), K-BDI 점수는 NA 집단과 비교하여 PD 집단이 우울감을 호소하는 것으로 나타났다(t(70)=2.505, p=.015).

Participants’ characteristics

연구도구

쓰기 수행에서의 기기적 측정을 위하여 12인치(30.37 cm)화면의 태블릿 PC ‘삼성전자 갤럭시북 12.0 (Samsung Galaxy Book 12.0, SM-W720NZKAKOO)’을 사용하였다. 이 태블릿 PC는 좌표를 인식하는 패널이 삽입되어 있어 디지털 펜과 손에서 전달되는 주파수를 각각 구분하여 디지털 펜을 사용할 때 손이 화면에 닿는 것을 인식하지 않고 펜촉만 인식하는 팜 리젝션(palm rejection) 기술이 적용되어 있다. 따라서 태블릿 PC의 사용이 생소한 장노년층도 태블릿 PC를 사용하여 과제를 수행하는 것이 크게 어렵지 않다고 판단되어 자료수집 도구로 선택되었다. 사용된 디지털 펜은 전자기 유도(Electro Magnetic Resonance) 방식의 ‘스테들러 노리스 디지털 펜(Staedtler Noris Digital Pencil, GP-U999ERIPAAB)’이었다. 이 펜의 펜촉 지름은 0.7 mm, 펜대 두께는 9 mm로, 펜의 겉면은 실제 연필과 동일한 보펙스(wopex) 소재로 구성되어 현존하는 디지털 펜 중 가장 실제 연필과 유사한 것으로 판단되어 자료수집 도구로 선택하였다.

연구과제

사용된 자극은 PD 환자의 운동학적 쓰기 특성을 확인한 선행연구(Lee et al., 2020)와 동일하게 13음절의 단일 문장 자극 ‘여보안경안보이네안경안보여’를 불러주고 받아쓰도록 하였다. 과제는 선행연구(Lee et al., in press)에서 PD 환자의 시각적 단서 수준에 따른 쓰기 수행력의 변화를 살펴보기 위해 1) 스스로 쓰기, 2) 베껴 쓰기, 3) 평행선 사이에 쓰기, 4) 사각형 칸 안에 쓰기 과제를 제작하여 검증한 결과, 한글의 음절 형태인 사각형의 칸을 제시하여 시각적으로 가장 구체적인 정보를 주었을 때 단서 효과가 가장 두드러지게 나타난 것을 참조하여 본 연구에서는 1) 단서가 없는 상황에서의 쓰기 수행력을 살펴보기 위한 스스로 쓰기와, 2) 글자의 높이 및 너비 단서를 한글의 음절 형태와 유사한 사각형 칸으로 제공하는 과제를 활용하였다.

연구절차

본 연구는 개별적으로 독립된 공간에서 진행하였다. 본 연구의 모든 절차는 서울 소재 종합병원 생명윤리위원회의 승인(IRB 2018-06-140-005)을 받았으며, 모든 대상자들에게 연구 목적 및 연구 절차, 보상, 개인정보보호에 대해 설명한 후 동의서에 직접 서명을 받았다. 제1저자는 모든 대상자에게 건강선별설문지, MoCA-K, K-BDI와 쓰기 검사를 실시하였으며, PD 환자는 신경과 전문의가 UPDRS 및 H&Y 척도를 실시하였다. 쓰기 검사 시 모든 대상자에게 “손이 화면에 닿아도 괜찮으니 평소 종이에 글씨를 쓰시는 것처럼 펜을 쥐고 편하게 쓰세요.”라고 지시문을 제공하였다. 1) 스스로 쓰기 과제는 연구자가 들려주는 13음절의 1문장 ‘여보안경안보이네안경안보여’를 들은 후 태블릿 PC 화면에 한 줄로 띄어쓰기 없이 받아쓰도록 하였다. 2) 사각형 칸 안에 쓰기 과제는 태블릿 PC 화면에 가로 1.9 cm, 세로 1.9 cm의 연속된 정사각형 13칸을 제시한 후, 연구자가 들려주는 13음절의 1문장을 들은 후 태블릿 PC 화면에 한 줄로 띄어쓰기 없이 받아쓰도록 하였다. 검사자가 불러주는 문장을 듣고 피검자가 이를 받아쓰는 검사의 특성 상, 검사자의 음량이나 발화 속도 등에 영향을 받을 수 있으므로 모든 평가는 제 1저자 1명이 실시하였다. 모든 대상자에게 문장은 한 번만 들려주었다.

자료 분석을 위한 쓰기 측정 지표

수집된 자료는 Lee 등(2020)에서 사용된 분석 방법을 사용하여 분석하였다(Table 2). 정확한 결과값을 얻기 어려운 경우(예: 음절과 다음 음절을 이어서 작성한 경우)는 분석에서 제외하였다. 먼저, 필압은 글자를 쓰는 동안 펜을 누르는 압력으로 태블릿 PC화면에 펜이 닿은 시점(pen-down)부터 펜을 뗀 시점(pen-up)까지의 압력 값이다. 이렇게 측정된 한 획의 필압 값은 태블릿 PC에서 측정될 수 있는 0-4,096 단계의 범위 내에서 측정된 후, 이를 0-1 범위로 변환된 값을 사용하였다. 획 마다 측정된 값은 1음절을 기준으로 합산하여 각 음절별 평균으로 산정되었다. 글자 크기는 미국국립보건원(NIH, 2004)에서 개발한 ‘Image J’ 소프트웨어를 사용하여 연구자가 각 음절의 상하좌우 극단을 기준으로 방안선을 잡아 면적을 픽셀(pixel) 단위로 측정하였다. 명확한 측정을 위하여 배율을 800% 확대하고, 글자를 제외한 배경의 색상을 초록색으로 바꾸어 글자의 픽셀이 정확하게 보이도록 설정한 후 측정하였다. 쓰기 속도는 글자를 쓰는 데 소요된 시간으로 소자증을 보이는 PD 환자의 경우 글자를 작게 쓰게 되면 그 만큼 소요시간이 짧아지기 때문에 상대적으로 글자를 크게 쓴 NA와 소요시간을 비교하는 데 있어 신뢰롭지 않다. 따라서 글자 크기를 통제해 놓은 상태에서 쓰기 속도를 분석하기 위하여 선행연구(Lee et al., 2020)에서 제안한 바와 같이 획의 길이를 획을 쓰는 동안의 소요시간으로 나눈 mm/ms 단위의 속력(speed)으로 산정하였다.

Measuring indicators of writing

통계처리

수집된결과는 SPSS version 25.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) 소프트웨어를 이용하여 통계 분석하였다. 첫 번째로, 집단 간 독립변수인 두 그룹(PD, NA)과 집단 내 독립변수인 시각적 단서(스스로 쓰기, 사각형 칸 안에 쓰기)가 종속변수인 필압, 글자 크기, 쓰기 속도에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반복측정된 이원배치분산분석(two-way ANOVA with repeated measures)을 실시하였으며, 쓰기 측정 지표를 통한 집단 판별분석을 위하여 단계선택방식의 판별분석(stepwise estimation-discriminate analysis)을 실시하였다. 두 번째로, PD 집단의 쓰기 수행력과 인지, 우울, 운동 능력 간의 관계를 Pearson 적률상관계수(product-moment correlation coefficient)로 확인하였다. 마지막으로, PD 집단의 쓰기 수행력을 예측하는 변인을 확인하기 위하여 단계선택방식의 중다회귀분석(stepwise multiple regression analysis)을 실시하였다. 모든 통계분석은 유의수준 .05를 기준으로 하였으며, 반복측정된 이원분산분석 시 Mauchly 구형성 가정에 위배될 경우 Greenhouse-Geisser 수정된 자유도와 F값을 보고하였다.

연구결과

쓰기 측정 지표(필압, 크기, 속도)를 통한 집단 판별분석

다양한 쓰기 과제에서 PD 집단을 구별해주는 쓰기 측정 지표를 확인하기 위한 판별분석을 시행하기 전에 먼저, 두 집단의 스스로 쓰기와 사각형의 시각적 단서 제공 후 쓰기에 따른 필압, 글자 크기, 쓰기 속도를 확인하였다(Table 3). 필압에서는 집단 및 시각적 단서의 상호작용 효과는 없었고(F(1, 70)=1.401, p=.240), 모든 과제에서 NA 집단과 비교하여 PD 집단의 필압이 약했으나(F(1, 70)=11.410, p=.001), 두 집단 모두 스스로 쓰기와 비교하여 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 필압이 강해졌다(F(1, 70)=15.258, p<.001). 글자 크기에서는 집단 및 시각적 단서의 상호작용 효과는 없었고(F(1, 70)=.835, p=.364), 스스로 쓰기 과제에서는 NA 집단과 비교하여 PD 집단의 글자 크기가 작았으나(F(1, 70)=4.971, p=.029) 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서는 두 집단 간의 차이가 없었고, 두 집단 모두 스스로 쓰기와 비교하여 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 글자 크기가 커졌다(F(1, 70)=113.454, p<.001) (Figure 1). 쓰기 속도에서는 집단 및 시각적 단서의 상호작용 효과는 없었고(F(1, 70)=2.331, p=.131), 모든 과제에서 NA 집단과 비교하여 PD 집단의 쓰기 속도가 느렸으며(F(1, 70)=27.527, p<.001), 두 집단 모두 단서 제공의 효과는 없었다(F(1, 70)=2.966, p=.089).

Performance of writing task along visual cues

Figure 1.

Writing examples of PD and NA subjects.

PD=patients with Parkinson’s disease; NA=normal adults.

필압, 글자 크기, 쓰기 속도 중 PD 집단의 쓰기 특성을 가장 잘 판별해주는 요인이 무엇인지를 살펴보기 위해 실시한 단계선택방식의 판별분석 결과, 스스로 쓰기(eigenvalue=.432, 정준상관계수=.549, Wilks’ λ=.698, χ2=24.783, p<.001)에서는 쓰기 속도(.864)와 필압(.750)이 가장 의미 있는 지표로 나타났으며, 사각형 칸 안에 쓰기(eigenvalue=.380, 정준상관계수=.525, Wilks’λ=.724, χ2=22.403, p<.001)에서는 쓰기 속도(.724)가 가장 의미 있는 지표로 나타났다.

쓰기 측정 지표와 인지, 우울, 운동 능력 간의 상관관계

스스로 쓰기 과제에서 PD 집단의 필압, 글자 크기, 쓰기 속도와 MoCA-K (인지), K-BDI (우울), UPDRS-part III (운동) 점수 간의 상관을 살펴본 결과, UPDRS 점수와 글자 크기 간의 상관계수 -.454 (p=.002), UPDRS 점수와 쓰기 속도 간의 상관계수 -.405로 부적 상관(p=.005)을 보였다(Table 4).

The correlation coefficient among pen pressure, letter size, writing speed, MoCA-K, K-BDI, and UPDRS in free writing task

사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 PD 집단의 필압, 글자 크기, 쓰기 속도와 MoCA-K (인지), K-BDI (우울), UPDRS-part III (운동) 점수 간의 상관을 살펴본 결과, MoCA-K 점수와 필압 간의 상관계수 .294 (p=.045)로 정적 상관이, K-BDI 점수와 쓰기 속도 간의 상관계수 -.313 (p=.032), UPDRS 점수와 쓰기 속도 간의 상관계수 -.415 (p=.004)로 부적 상관을 보였다(Table 5).

The correlation coefficient among pen pressure, letter size, writing speed, MoCA-K, K-BDI, and UPDRS in writing within square blanks task

PD 환자의 쓰기 수행력을 예측하는 변인 중다회귀분석

PD 집단의 쓰기 수행력을 예측하는 변인이 무엇인지를 살펴보기 위해 스스로 쓰기 과제의 필압, 글자 크기, 쓰기 속도를 종속변수로 하고, MoCA-K 점수, K-BDI 점수, UPDRS 점수를 독립변수로 하는 단계선택방식의 중다회귀분석을 실시하였다. 회귀분석 결과, 필압에서 MoCA-K 점수를 제외한 나머지 변인들은 통계적으로 유의미하지 않았으며, 필압 총 변화량의 66% (F=4.157, p=.048)가 MoCA-K 점수에 의해 설명되고 있었다(Table 6).

Stepwise multiple regression analysis pen pressure

글자 크기에서 UPDRS 점수를 제외한 나머지 변인들은 통계적으로 유의미하지 않았으며, 글자 크기 총 변화량의 20.7% (F=11.451, p=.002)가 UPDRS 점수에 의해 설명되고 있었다(Table 7).

Stepwise multiple regression analysis letter size

쓰기 속도에서 UPDRS 점수를 제외한 나머지 변인들은 통계적으로 유의미하지 않았으며, 쓰기 속도 총 변화량의 16.4% (F=8.630, p=.005)가 UPDRS 점수에 의해 설명되고 있었다(Table 8).

Stepwise multiple regression analysis writing speed

논의 및 결론

본 연구는 쓰기 과제 수행 시 운동학적 측면에서 쓰기 측정 지표(필압, 크기, 속도) 확인을 통해 PD 집단을 판별해주는 지표들을 선정하고, 그 지표들과 다양한 요소(인지, 우울, 운동) 간의 상관관계 및 회귀분석을 통해 PD의 쓰기 수행력을 예측할 수 있는 요인을 확인하였다.

본 연구의 첫 번째 연구 목적인 PD 집단의 쓰기 특성 구분에 기여하는 쓰기 측정 지표(필압, 크기, 속도)를 판별분석을 통해 확인한 결과, 먼저, 단서가 제공되지 않는 스스로 쓰기 과제 내에서는 쓰기 속도와 필압이 집단을 가장 의미 있게 분류하는 것으로 나타났다. 이는 앞서 두 집단의 스스로쓰기 수행력을 단순 비교하였을 때, 강직으로 인한 운동 범위 제한 및 강도 조절의 실패와 더불어 서동증으로 인하여(Smits et al., 2014; Taleb et al, 2017) 필압과 글자의 크기가 감소하고 글자를 쓰는 속도가 느리게 나타나게 된 본 연구 결과에서, 특히 속도와 필압 지표에 대한 임상적 가치를 보여준다. 한편, 사각형 칸 안에 쓰기 과제 내에서는 쓰기 속도만이 집단을 가장 의미 있게 구분하는 것으로 나타났다. 이는 앞서 두 집단의 단서에 따른 쓰기 속도의 변화를 비교하였을 때, 글자를 칸 안에 맞추어 쓰는 과정에서 시각-운동의 협응(Kim et al., 2012) 및 과제의 복잡성 증가에 따른 부담이 가중되면서 비록 두 집단 모두에서 속도에 대한 도움을 받지 못했던 것은 동일하지만 모든 과제에서 PD집단이 느린 쓰기 속도를 보인 것에 기인하였을 수 있다. 반면, 글자 크기가 집단을 구분하지 못한 것은 PD 집단도 시각적 단서를 활용하여 NA 집단만큼 크게 쓰면서 집단 간 크기 차이가 관찰되지 않았던 결과와 관련이 있을 것으로 생각된다. PD 환자는 기저핵 병변으로 인하여 크기를 재측정하는 것에 어려움을 겪는데, 이러한 현상이 쓰기에서 글자 크기가 유지되지 못하고 감소하는 소자증으로 나타난다(Chang et al., 2016). 그러나 시각적인 단서가 제시되었을 때는 기저핵의 결함을 보상하여(Bryant, Rintala, Lai, & Protas, 2010; Oliveira, Gurd, Nixon, Marshall, & Passingham, 1997; Van Galen, Teulings, & Sanders, 1994; Wu & Hallett, 2013; Yoo, Park, & Lee, 2015) 소뇌에서 외적 피드백을 활용하는 경로를 통해 감각 정보를 재통합한다(Hamman, Mekjavic, Mallinson, & Longridge, 1992; Middleton & Strick, 2000). 즉, PD 집단도 사각형 칸 안에서는 NA 만큼 글자를 크게 쓸 수 있었기 때문에 글자 크기는 집단을 구분하는 지표가 되지 못하였던 것으로 해석해 볼 수 있다. 필압의 경우에는 사각형 칸이 제공되었을 때 NA 집단에 비하여 PD 집단의 필압이 약하였으나 스스로 쓰기 과제에서보다는 필압이 유의하게 증가하는 양상을 보이면서 두 집단을 구분해줄 만큼의 유의한 지표가 되지 못한 것으로 생각된다. 종합해보면, 이렇게 두 과제 모두에서 쓰기 속도가 공통적으로 중요한 판별 지표로 확인된 결과는 PD의 진단 시 빈번히 활용되고 있는 ‘United Kingdom Parkinson’s Disease Society Brain Bank’의 진단 기준에서, ‘확진을 위해서는 서동증의 소견이 반드시 관찰되어야 하며, 강직, 떨림, 자세불안정 증상 중에서 하나 이상의 소견이 확인되는 경우 PD로 진단한다’는 요건에 대한 근거를 제시한다. 즉, 운동 속도의 현저한 감소는 PD의 진단에 가장 필요한 증상으로써 보행과 같은 사지 운동뿐만 아니라 쓰기 수행에서도 속도의 감소가 두드러지게 나타나는 것을 본 연구결과를 통해 확인할 수 있었다. 더불어, 본 판별분석의 결과는 PD의 쓰기 특성을 확인할 때 전통적으로 고려되는 글자 크기뿐만 아니라 필압이나 쓰기 속도도 함께 살펴볼 필요성을 시사한다.

본 연구의 두 번째 주요한 결과로는 과제나 쓰기 측정 지표(필압, 크기, 속도)에 따라 관련이 있는 요인(인지, 우울, 운동 능력) 간의 상관관계가 다소 다르게 나타났다는 것이다. 먼저, 필압의 경우에는 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 인지기능을 대변하는 MoCA-K 점수와의 정적 상관이 나타났다. 쓰기 수행 시 필압을 적절히 유지하기 위해서는 펜을 지면에 누르는 힘과 더불어 펜을 쥐는 힘인 악력이 요구된다. 선행연구(Broeder et al., 2014; Pradhan, Scherer, Matsuoka, & Kelly, 2015; Proud & Morris, 2010)에 따르면, PD 환자의 경우 이중 과제(dual task)와 같이 인지적인 부담이 가중되는 과제 수행 시 상지 운동의 힘을 조절하는데 더욱 어려움을 보인다고 보고된다. 따라서 이러한 결과는 PD의 인지기능이 저하될수록 악력을 유지하는 힘이 떨어지면서 쓰기 수행 시에도 필압이 저하된 것을 의미한다. 글자 크기의 측면에서는 스스로 쓰기에서 운동기능을 대변하는 UPDRS 점수와 부적 상관이 관찰되었다. 이는 그간 보고된 많은 선행연구(Potgieser, Roosma, Beudel, & de Jong, 2015; Shukla et al., 2012)의 결과를 지지하는 것으로 단서 효과가 미미한 상황에서는 운동장애가 심할수록 PD의 특징인 소자증이 더욱 드러날 수 있음을 의미한다. 반면에 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 크기와 UPDRS 점수 간의 상관이 나타나지 않은 이유는 앞서 논의하였듯이 운동장애가 있는 PD 환자도 시각적 단서를 활용하여 글자 크기를 NA 집단만큼 향상시킬 수 있기 때문인 것으로 생각해볼 수 있다. 쓰기 속도 측면에서는 두 과제 모두에서 UPDRS 점수와의 부적 상관이 동일하게 나타났다. 본 연구에서 사용된 쓰기 과제에서의 속도는 글자를 쓰는 데 소요되는 물리적인 신체운동속도와 자극을 듣고 청각적인 분석을 거쳐 음소를 자소로 처리하는 정신운동속도 등을 포함한다. PD 환자의 경우 운동장애가 심할수록 서동증이 심해지는 양상을 보이며(Moroney, Heida, & Geelen, 2008), 정신운동속도 또한 느려지는 양상을 보인다(Koerts, Tucha, Lange, & Tucha, 2013; Muslimovic, Post, Speelman, De Haan, & Schmand, 2009; Williams-Gray et al., 2009). 따라서 이러한 결과는 단서 제공 여부와 관계없이 운동장애가 심할수록 PD의 대표적인 증상인 서동증이 반영되면서 쓰기 속도가 느린 것으로 해석할 수 있다. 더불어 사각형 칸 안에 쓰기 과제에서 쓰기 속도와 우울 정도를 의미하는 K-BDI 점수 간의 부적 상관도 관찰되었다. 우울증은 다양한 인지 과제 및 신체활동에서 적절하게 반응하는 것을 어렵게 만들어 오반응을 야기할 뿐만 아니라 수행 속도에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 맥락에서 우울증이 심할수록 쓰기 수행에 필요한 정신운동속도(Sabbe, Hulstijn, van Hoof, Tuynman-Qua, & Zitman, 1999)와 신체운동속도(Koerts et al., 2013)에 영향을 주게 되면서 이를 포괄하는 쓰기 속도가 느려진 것으로 생각해볼 수 있다.

마지막으로, 추가적인 분석을 통해 PD의 인지, 우울, 운동 능력 중 쓰기 수행력을 가장 잘 예측하는 변인을 확인하였을 때, MoCA-K 점수가 필압을, UPDRS 점수가 글자 크기와 쓰기 속도를 가장 잘 설명하는 것으로 나타났다. 이는 운동 능력의 저하뿐만 아니라 인지 능력의 저하 또한 PD의 쓰기 수행력 저하를 잘 예측할 수 있음을 보여준 결과이다. 그간 PD의 신체나 임상적인 특성은 서동증과 강직 등의 증상과 같이 주로 운동장애에 초점이 맞추어져 있었다(Corti et al., 2005; Emre, 2003). 특히 초기 PD의 경우에는 운동장애가 주 호소로 두드러지며 인지장애나 정동장애와 같은 비운동 영역의 장애는 병이 진행되면서 더욱 두드러진다는 보고(Pont-Sunyer et al, 2015; Truong, Bhidayasiri, & Wolters, 2008)에 따라 그동안 진행된 PD의 쓰기 수행력에 대한 연구 또한 주로 글자 크기 감소 오류 같은 운동장애 측면으로만 국한하여 설명되었다(Kim et al., 2005; Kim et al., 2015; Lee et al., 2020; Smits et al., 2014; Taleb et al., 2017; Taleb, Khachab, Mokbel, & Likforman-Sulem, 2018; Zham et al., 2017, 2019). 그러나 기저핵은 운동 조절 회로뿐만 아니라 배외측 전전두피질(dorsolateral prefrontal cortex)에서 정보를 받아 꼬리핵의 머리 부분에서 창백핵의 내측 부분과 흑색질의 그물부를 거쳐 시상의 복측전핵(ventral anterior (VA) nucleus)과 내측배핵(mediodorsal (MD) nucleus)을 통해 최종적으로 다시 배외측 전전두피질로 보내는 전전두 회로(prefrontal loop)를 통해 인지 기능을 조절하고(Kim, 2015), 편도체, 해마, 안와전두피질(orbitofrontal cortex), 측두피질(temporal cortex)에서 정보를 받아 선조체에서 창백핵의 외측을 거쳐 시상의 MD핵을 통해 최종적으로 전대상피질(anterior cingulate cortex)와 안와전두피질로 보내는 변연회로(limbic loop)를 통해 감정이나 동기를 조절한다(Kim, 2015). 따라서 기저핵 병변에 기인한 PD는 운동 영역뿐만 아니라 인지장애 및 우울증과 같은 비운동 영역에서도 장애를 보일 수 있으며(Kim, 2015), 이러한 가설은 PD의 초기 단계부터 운동 영역과 인지장애(Aarsland et al., 2001; Lees & Smith, 1983), 우울증 등의 정동장애(Cummings, 1992; Fénelon, 2008), 렘수면행동장애(REM sleep behavior disorders) 등의 수면장애(Stacy, 2002), 변비나 기립성 저혈압 등의 자율신경계 장애(Park & Stacy, 2009) 등의 비운동 영역 모두에서 결함이 나타나는 것에 의해 지지된다. 본 결과는 쓰기는 인지-운동 활동의 복합적 산물에 해당되므로 쓰기 수행력을 예측하는 인지 및 운동 능력을 PD 환자의 쓰기 평가 및 중재 시에 함께 확인할 필요가 있음을 시사한다.

본 연구의 제한점으로는 첫 번째로, 성별에 따른 악력이나 기본적인 힘의 크기에서 차이가 있을 수 있으며, 이러한 차이가 필압에 영향을 끼칠 수 있음에도 불구하고 PD 환자와 NA 집단의 성비를 균등하게 맞추지 못했다는 것이다. 이에 추후 연구에서는 환자군과 정상군의 성비를 동일하게 맞추어 영향을 끼칠 수 있는 외제 변수를 통제하는 것이 좋겠다. 두 번째로, 운동 능력을 평가하는 척도로서 주관적이지만 자세한 점수체계를 가지고 있는 UPDRS 척도를 사용했으나 인지를 평가하는 검사로는 선별검사 수준인 MoCA-K를 사용했다는 것이다. 이에 추후연구에서는검사들 간의 방법이나 수준을 동일하게 맞추는 노력이 필요하며, 특히 인지평가를 위하여 종합 신경심리검사(예: 서울신경심리검사 2판[Seoul Neuropsychological Screening Battery Second Edition; Kang, Jahng, & Na, 2012])와 같은 도구를 활용하여 보다 심층적인 연구결과를 제시할 필요가 있다. 이러한 제한점에도 불구하고 본 연구의 결과는 임상적 측면에서 다음과 같은 의의를 가진다. 먼저, 다수에 해당하는 47명의 PD 환자를 대상으로 이루어진 본 판별분석 연구를 통해 집단을 구별하기 위한 쓰기 측정 지표로써 글자 크기뿐만 아니라 필압과 쓰기 속도 측정 및 확인에 대한 임상적 근거를 제공하였다. 또한 PD는 운동 증상과 더불어 비운동 증상이 함께 동반되는 경우가 빈번하며, 비운동 증상이 운동 증상의 정도에 영향을 미칠 수 있으므로 PD 환자의 쓰기 수행력을 예측하는 변인으로 운동 능력뿐만 아니라 인지 능력 또한 함께 고려해야 함을 확인하였다는 점에서 의의가 있다.

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Zham, P., Raghav, S., Kempster, P., Poosapadi Arjunan, S., Wong, K., Nagao, K. J., & Kumar, D. K. (2019). A kinematic study of progressive micrographia in Parkinson’s disease. Frontiers in Neurology, 10, 403.

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Figure 1.

Writing examples of PD and NA subjects.

PD=patients with Parkinson’s disease; NA=normal adults.

Table 1.

Participants’ characteristics

Characteristic PD (N = 47) NA (N = 25) t
Age (yr) 65.46 (6.60) 63.80 (10.29) .734
Education 12.36 (4.45) 10.48 (3.77) 1.453
POT (yr) 4.89 (3.14) - -
H&Y scale 1.60 (.53) - -
MoCA-K 25.29 (3.07) 26.84 (1.95) -2.596*
K-BDI 5.34 (3.36) 3.24 (3.34) 2.505*
UPDRS-part III 14.35 (6.23) - -

Values are presented as mean (SD).

PD=patients with Parkinson’s disease; NA=normal adults; POT=post onset time; H&Y scale=Hoehn and Yahr scale; MoCA-K=Korean version of Montreal Cognitive Assessment (Lee et al., 2008); K-BDI=Korean Beck Depression Inventory (Lee & Song, 1991); UPDRS=Unified Parkinson’s disease rating scale.

*

p<.05.

Table 2.

Measuring indicators of writing

Pen pressure • It is first measured within the range of 0-4,096, then converted to the range between 0-1 and calculated
Letter size • A rectangle was created based on the upper, lower, left, and right extremes of the letter first, and then the area within the rectangle was measured as pixel values.
Writing speed • It is stroke length divided by time taken to write.

Table 3.

Performance of writing task along visual cues

Characteristic Tasks PD (N = 47) NA (N = 25)
Pen pressure Free writing .63393 (.11577) .72188 (.08718)
Writing within square blanks .66588 (.09734) .73897 (.07994)
Letter size (pixel) Free writing 3117.14075 (1442.71140) 4085.42462 (1930.40684)
Writing within square blanks 6305.53506 (1660.59353) 6770.10154 (2015.99002)
Writing speed (mm/ms) Free writing .04100 (.01491) .06114 (.02006)
Writing within square blanks .04126 (.01627) .06556 (.02343)

Values are presented as mean (SD).

Table 4.

The correlation coefficient among pen pressure, letter size, writing speed, MoCA-K, K-BDI, and UPDRS in free writing task

Characteristic MoCA-K K-BDI UPDRS
Pen pressure .287 -.128 -.085
Letter size -.094 -.015 -.454**
Writing speed -.098 -.099 -.405**

MoCA-K=Korean version of Montreal Cognitive Assessment (Lee et al., 2008); K-BDI=Korean Beck Depression Inventory (Lee & Song, 1991); UPDRS=Unified Parkinson’s disease rating scale.

**

p<.01.

Table 5.

The correlation coefficient among pen pressure, letter size, writing speed, MoCA-K, K-BDI, and UPDRS in writing within square blanks task

Characteristic MoCA-K K-BDI UPDRS
Pen pressure .294* -.161 -.092
Letter size -.134 .049 -.021
Writing speed -.023 -.313* -.415**

MoCA-K=Korean version of Montreal Cognitive Assessment (Lee et al., 2008); K-BDI=Korean Beck Depression Inventory (Lee & Song, 1991); UPDRS=Unified Parkinson’s disease rating scale.

*

p<.05,

**

p<.01.

Table 6.

Stepwise multiple regression analysis pen pressure

Variables B SE β R2 Adjusted R2 t p
MoCA-K .011 .005 .294 .086 .066 2.039 .048

MoCA-K=Korean version of Montreal Cognitive Assessment (Lee et al., 2008).

Table 7.

Stepwise multiple regression analysis letter size

Variables B SE β R2 Adjusted R2 t p
UPDRS -105.678 31.229 -.454 .207 .188 -3.384 .002

UPDRS=Unified Parkinson’s disease rating scale.

Table 8.

Stepwise multiple regression analysis writing speed

Variables B SE β R2 Adjusted R2 t p
UPDRS -.001 .000 -.405 .164 .145 -2.938 .005

UPDRS=Unified Parkinson’s disease rating scale.