TMS 치료의 놀라운 발전: 뇌 자극으로 정신 건강을 회복하는 혁신적 방법

TMS(경두개 자기 자극 치료)는 약물 없이 자기장만으로 뇌를 직접 자극해 다양한 정신 질환을 치료하는 혁신적인 방법입니다. 우울증부터 강박장애, PTSD까지 다양한 정신 질환에 효과를 보이며 전 세계적으로 주목받고 있습니다. 특히 약물 치료에 반응하지 않는 환자들에게 새로운 희망을 제시하고 있죠. 오늘은 100년이 넘는 TMS의 역사부터 최신 기술 발전까지, 이 혁신적인 치료법의 모든 것을 알아보겠습니다.

 

우울한 뇌에 자기장을 쏘면 벌어지는 일 | 약 없이 뇌를 치료하려는 TMS의 역사

 

TMS의 흥미로운 역사: 100년이 넘는 여정

최초의 시도: 자크 아르센 다르발의 발견

TMS의 역사는 생각보다 깊습니다. 1896년, 프랑스의 물리학자이자 의사인 자크 아르센 다르발(Jacques-Arsène d'Arsonval)이 처음으로 자기장을 이용한 뇌 자극 실험을 실시했습니다. 다르발은 사람들이 자기장을 발생시키는 코일 위에 머리를 올려놓았을 때 '포스핀'이라는 현상(빛이나 반점을 시각적으로 감지하는 현상)을 경험한다는 것을 관찰했습니다20. 그는 이 방법이 어지러움과 실신도 유발할 수 있다는 것을 발견했지만, 당시에는 이 현상에 대한 자세한 연구가 진행되지 못했습니다.

다르발은 전기치료법의 선구자로, 고주파 전류의 의학적 응용을 연구했습니다. 그는 1882년에 약한 전류 측정을 위한 갈바노미터를 발명했고, 이는 거의 모든 패널형 포인터 미터의 기초가 되었습니다1. 그의 이름을 딴 '다르발 전류'는 피부와 점막 질환 치료에 사용되었습니다1.

현대적 TMS의 탄생: 앤소니 바커의 혁신

TMS 기술이 실제 임상 응용으로 발전하기까지는 거의 한 세기가 걸렸습니다. 1970년대, 영국 셰필드 대학의 앤소니 바커(Anthony Barker) 박사와 NHS 엔지니어는 7년간 자기 자극에 대해 연구했습니다. 1982년까지 그들은 최초의 기능적 자기 자극기를 개발했고, 1985년 2월 12일, 영국 셰필드의 Royal Hallamshire Hospital에서 역사적인 시연을 진행했습니다4.

바커 박사는 코일을 좌측 운동 피질 위의 두피에 놓고 자극을 가했을 때, 오른손의 움직임을 관찰했습니다. 이는 통증 없이 비침습적으로 뇌를 자극하여 직접적인 조직 반응을 일으킨 최초의 사례였습니다3. 처음에는 바커 팀이 직접 자신들에게 테스트를 했으며, 이 놀라운 발견은 즉시 국제 연구 커뮤니티의 광범위한 관심을 불러일으켰습니다.

TMS의 작동 원리: 뇌를 자극하는 자기장의 마법

전자기 유도의 원리

TMS의 핵심 원리는 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 1831년에 발견한 전자기 유도 법칙에 기반합니다21. 이 원리에 따르면, 변화하는 자기장은 근처의 전도체에 전류를 유도합니다. TMS에서는 두피 위에 위치한 코일이 자기 펄스를 생성하고, 이 펄스가 두개골을 쉽게 통과하여 뇌 조직 내에 작은 전류를 유도합니다67.

중요한 점은 이 과정이 완전히 비침습적이라는 것입니다. 수술, 마취, 심지어 피부를 관통할 필요도 없이 뇌의 특정 부위를 자극할 수 있습니다.

신경 활성화와 조절

자기 펄스가 뇌 영역의 신경 세포와 상호 작용하면서 세포 내에 작은 전류가 유도됩니다. 이 전류는 뉴런 막의 탈분극을 유도하여 활동 전위를 일으킵니다7. 즉, TMS는 뇌의 특정 영역에서 신경 활동을 선택적으로 자극하거나 억제할 수 있습니다.

TMS는 자극의 주파수에 따라 다른 효과를 낼 수 있습니다:

• 저주파 자극(약 1Hz): 대뇌피질 활동을 억제하는 경향이 있습니다
• 고주파 자극(5-20Hz): 대뇌피질 흥분성을 증가시키는 경향이 있습니다6

이러한 효과는 우울증, 강박장애 등 다양한 정신 질환의 치료에 활용됩니다.

TMS 기술의 발전: 더 깊고, 더 넓게, 더 효과적으로

다양한 코일 디자인

TMS 기술은 코일 디자인의 혁신을 통해 계속 발전해왔습니다. 주요 코일 유형은 다음과 같습니다:

1. 전통적인 8자형 코일: 가장 일반적인 형태로, 집중적이고 정밀한 자극이 가능합니다1617.
2. H코일(딥 TMS): BrainsWay에서 개발한 혁신적인 코일로, 더 깊고 넓은 뇌 영역 자극이 가능합니다. 이 고유한 코일 설계는 뇌 깊숙한 곳까지 효과적인 자극 강도를 유지할 수 있게 해줍니다17.
3. 버터플라이 코일: 깊이와 집중성 사이의 균형을 제공하며, 110° 굽힘 각도에서 최대 필드 깊이를 제공합니다8.

딥 TMS의 혁신

딥 TMS 기술은 BrainsWay에 의해 개발되었으며, 전통적인 TMS에 비해 몇 가지 중요한 장점을 제공합니다:

• 더 깊은 자극: 전통적인 TMS가 2cm 깊이까지 자극할 수 있는 반면, 딥 TMS는 최대 4-6cm 깊이까지 자극 가능합니다17.
• 더 넓은 범위: 더 넓은 뇌 영역을 자극할 수 있어, 표적 오류 가능성이 줄어들고 효과가 높아집니다17.
• 다양한 적용: 주요 우울장애(MDD) 외에도 강박장애(OCD), 불안 우울증, 노년기 우울증, 흡연 중독 등 다양한 질환에 효과적입니다17.

FDA 승인과 임상적 적용: 신뢰성의 증거

FDA 승인 타임라인

TMS는 여러 정신 질환에 대해 미국 FDA의 승인을 받았습니다:

• 2008년 10월: 주요 우울 장애(MDD) 치료를 위한 반복적 TMS 승인5
• 2013년: BrainsWay의 H코일 딥 TMS 기술 승인16
• 2018년: BrainsWay의 딥 TMS 시스템을, 강박장애(OCD) 치료용으로 승인 - 이는 OCD 치료를 위한 최초의 비침습적 의료 기기 승인1415
• 2023년 6월: 노인 우울증 치료에 대한 별도 인가[쿼리]

한국에서는 2013년에 식품의약품안전처의 승인을 받았으며, 이는 2007년부터 시작된 7년간의 허가 과정 끝에 이루어졌습니다18.

우울증 치료의 효과

TMS는 특히 약물 치료에 반응하지 않는 치료 저항성 우울증 환자에게 효과적입니다. 301명을 대상으로 한 이중맹검 다기관 연구에서 실제 TMS는 위약 TMS보다 우울증 증상 감소에 유의미하게 우수했습니다10.

주요 연구 결과:

• 활성 TMS는 위약 대비 Montgomery-Asberg 우울증 평가 척도(MADRS)에서 유의미하게 우수한 개선을 보였습니다10.
• 반응률은 활성 TMS에서 유의미하게 높았고, 완화율은 약 2배 높았습니다10.

강박장애(OCD) 치료 효과

강박장애에 대한 TMS의 효과도 인상적입니다:

• 메타분석에 따르면 반복적 TMS(rTMS)는 OCD 증상 심각도에 중간 정도의 치료 효과(g = 0.65)를 보이며, 위약 대비 치료 반응 가능성이 3배 높았습니다11.
• 치료 저항성 강박장애 환자 24명을 대상으로 한 연구에서 우측 배측 전전두 피질에 저빈도 rTMS를 15일간 시행한 결과, 예일-브라운 강박척도, 해밀턴 불안척도 및 전반적 임상적 인상-심각도 등의 임상 척도가 모두 유의하게 감소했습니다12.

PTSD 및 기타 질환에 대한 적용

TMS는 다양한 정신 질환에 대한 치료 가능성을 보여주고 있습니다:

• PTSD: 이스라엘에서는 PTSD 치료에 대한 보험 적용이 승인되었습니다. 군 퇴역자를 대상으로 한 연구에서 딥 TMS 치료가 PTSD 증상, 우울증, 자살 충동을 크게 감소시키는 것으로 나타났습니다13.
• 노인 우울증: 딥 TMS는 뇌 위축이 진행된 노인에게도 효과적입니다. 전통적인 TMS는 뇌 위축으로 인해 효과가 제한적일 수 있지만, 딥 TMS는 더 깊은 자극이 가능해 노인 우울증에도 효과적입니다[쿼리].

TMS 치료의 실제: 환자 경험과 고려사항

치료 과정

TMS 치료는 일반적으로 다음과 같은 과정으로 진행됩니다:

1. 초기 평가: 의사는 환자의 건강 상태, 의료 이력, 그리고 현재 약물 복용 여부를 평가합니다.
2. 운동 역치 결정: 첫 세션에서는 환자의 운동 역치(뇌 자극에 필요한 최소한의 자기장 강도)를 결정합니다.
3. 치료 세션: 일반적으로 4-6주 동안 주 5회, 세션당 약 20-40분간 치료를 받습니다10.
4. 후속 관리: 치료 효과를 모니터링하고 필요시 추가 세션을 계획합니다.

장점과 부작용

TMS의 주요 장점:

• 비침습적: 수술이나 진정제가 필요 없습니다7.
• 부작용 적음: 일반적으로 경미하고 일시적인 두피 불편감이나 통증 외에 심각한 부작용이 거의 없습니다10.
• 약물 병용 가능: 현재 복용 중인 약물과 함께 사용할 수 있습니다.
• 다양한 환자군에 안전: 임산부, 노인, 청소년 등 다양한 환자군에게 안전하게 적용할 수 있습니다.

가능한 부작용:

• 두통
• 두피 불편감
• 치료 중 약간의 소음

미래 전망: TMS가 열어가는 새로운 가능성

기술적 혁신

TMS 기술은 계속해서 발전하고 있습니다:

• 이동형 TMS 기기: 소형화되고 간편한 헬멧 착용 시스템으로, 작은 의원에서도 쉽게 설치하고 사용할 수 있습니다19.
• 개인화된 타겟팅: 개인별 뇌 구조와 기능을 고려한 맞춤형 자극 프로토콜이 개발되고 있습니다.
• 타 치료법과의 통합: 인지행동치료(CBT)나 마음챙김 기반 치료와 같은 심리치료와 TMS를 결합한 통합적 접근법이 연구되고 있습니다.

확장되는 적용 범위

TMS는 현재 승인된 질환 외에도 다양한 정신 및 신경학적 질환에 대한 연구가 진행 중입니다:

• 불안 장애
• 중독(알코올, 니코틴, 약물)
• 만성 통증
• 외상성 뇌 손상
• 파킨슨병
• 알츠하이머병

결론: 뇌 건강의 새로운 지평

TMS 치료는 약물 치료나 심리치료만으로는 충분한 효과를 보지 못한 많은 환자들에게 새로운 희망을 제공하고 있습니다. 비침습적이고 부작용이 적으며, 광범위한 정신 질환에 효과를 보이는 이 혁신적인 기술은 정신 건강 치료의 패러다임을 바꾸고 있습니다.

1896년 자크 아르센 다르발의 첫 실험에서 시작하여 앤소니 바커의 현대적 TMS 개발, 그리고 오늘날의 딥 TMS 기술까지, TMS의 발전은 과학과 의학의 놀라운 혁신을 보여주는 증거입니다. 앞으로 더 많은 연구와 기술적 발전을 통해 TMS가 더 많은 환자들에게 도움을 줄 수 있기를 기대합니다.

여러분이나 주변 사람이 치료 저항성 우울증이나 강박장애로 고통받고 있다면, TMS 치료가 하나의 선택지가 될 수 있습니다. 항상 전문의와 상담하여 자신에게 가장 적합한 치료 방법을 찾는 것이 중요합니다.

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The Amazing Evolution of TMS Treatment: An Innovative Method for Restoring Mental Health through Brain Stimulation

Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is an innovative method that treats various mental disorders by directly stimulating the brain with magnetic fields without medication. It has shown effectiveness for conditions ranging from depression to obsessive-compulsive disorder and PTSD, gaining worldwide attention. TMS offers new hope especially for patients who don't respond to drug treatments. Today, we'll explore everything about this innovative treatment, from its 100-year history to the latest technological developments.

The Fascinating History of TMS: A Journey of Over 100 Years

The First Attempt: Jacques-Arsène d'Arsonval's Discovery

The history of TMS runs deeper than you might think. In 1896, Jacques-Arsène d'Arsonval, a French physicist and physician, conducted the first experiments using magnetic fields to stimulate the brain. D'Arsonval observed that when people placed their heads on a coil emitting a magnetic field, they experienced a phenomenon called 'phosphenes' (visually perceiving light or spots)20. He discovered that this method could also induce dizziness and syncope, though detailed research on this phenomenon wasn't pursued at the time.

D'Arsonval was a pioneer in electrotherapy who studied medical applications of high-frequency currents. In 1882, he invented a galvanometer for measuring weak electric currents, which became the basis for almost all panel-type pointer meters1. The 'D'Arsonval current,' named after him, was used to treat diseases of the skin and mucous membranes1.

The Birth of Modern TMS: Anthony Barker's Innovation

It took almost a century for TMS technology to develop into actual clinical applications. In the 1970s, Dr. Anthony Barker at the University of Sheffield and NHS engineers spent 7 years researching magnetic stimulation. By 1982, they had developed the first functional magnetic stimulator, and on February 12, 1985, they conducted a historic demonstration at the Royal Hallamshire Hospital in Sheffield, UK4.

Dr. Barker observed movement in the right hand when he placed a coil on the scalp above the left motor cortex and applied stimulation. This was the first case of non-invasively stimulating the brain and producing a direct tissue response without pain3. Initially, Barker's team tested it on themselves, and this amazing discovery immediately attracted widespread interest from the international research community.

How TMS Works: The Magic of Magnetic Fields Stimulating the Brain

The Principle of Electromagnetic Induction

The core principle of TMS is based on the law of electromagnetic induction discovered by Michael Faraday in 183121. According to this principle, a changing magnetic field induces current in nearby conductors. In TMS, a coil positioned on the scalp generates magnetic pulses, which easily pass through the skull to induce small currents in brain tissue67.

The important point is that this process is completely non-invasive. You can stimulate specific areas of the brain without surgery, anesthesia, or even penetrating the skin.

Neural Activation and Regulation

As magnetic pulses interact with nerve cells in brain regions, small currents are induced within the cells. These currents induce depolarization of neuron membranes, triggering action potentials7. In other words, TMS can selectively stimulate or inhibit neural activity in specific brain regions.

TMS can have different effects depending on the frequency of stimulation:

• Low-frequency stimulation (about 1Hz): Tends to inhibit cerebral cortex activity
• High-frequency stimulation (5-20Hz): Tends to increase cerebral cortex excitability6

These effects are utilized in treating various mental disorders such as depression and obsessive-compulsive disorder.

The Evolution of TMS Technology: Deeper, Wider, More Effective

Various Coil Designs

TMS technology has continued to evolve through innovations in coil design. The main coil types are:

1. Traditional Figure-8 Coil: The most common form, allowing for concentrated and precise stimulation1617.
2. H-Coil (Deep TMS): An innovative coil developed by BrainsWay that enables stimulation of deeper and broader brain regions. This unique coil design allows for effective stimulation intensity to be maintained even deep within the brain17.
3. Butterfly Coil: Provides a balance between depth and focus, offering maximum field depth at a 110° bending angle8.

The Innovation of Deep TMS

Deep TMS technology, developed by BrainsWay, offers several important advantages over traditional TMS:

• Deeper Stimulation: While traditional TMS can stimulate up to 2cm deep, Deep TMS can stimulate up to 4-6cm deep17.
• Wider Range: It can stimulate broader brain regions, reducing the possibility of targeting errors and increasing effectiveness17.
• Various Applications: It's effective for various conditions beyond Major Depressive Disorder (MDD), including Obsessive-Compulsive Disorder (OCD), anxious depression, late-life depression, and smoking addiction17.

FDA Approval and Clinical Applications: Evidence of Reliability

FDA Approval Timeline

TMS has received FDA approval for several mental disorders:

• October 2008: Approval for repetitive TMS for treating Major Depressive Disorder (MDD)5
• 2013: Approval for BrainsWay's H-Coil Deep TMS technology16
• 2018: Approval for BrainsWay's Deep TMS system for treating Obsessive-Compulsive Disorder (OCD) - this was the first non-invasive medical device approval for OCD treatment1415
• June 2023: Separate approval for treating late-life depression[query]

In Korea, it received approval from the Ministry of Food and Drug Safety in 2013, after a 7-year approval process that began in 200718.

Effectiveness in Treating Depression

TMS is particularly effective for treatment-resistant depression patients who don't respond to medication. In a double-blind multicenter study of 301 participants, active TMS showed significantly better reduction in depression symptoms compared to placebo TMS10.

Key research findings:

• Active TMS showed significantly better improvement on the Montgomery-Asberg Depression Rating Scale (MADRS) compared to placebo10.
• Response rates were significantly higher with active TMS, and remission rates were about twice as high10.

Effectiveness in Treating Obsessive-Compulsive Disorder (OCD)

The effectiveness of TMS for OCD is also impressive:

• According to meta-analysis, repetitive TMS (rTMS) shows a moderate therapeutic effect (g = 0.65) on OCD symptom severity and is three times more likely to elicit treatment response compared to placebo11.
• In a study of 24 treatment-resistant OCD patients who received low-frequency rTMS to the right dorsolateral prefrontal cortex for 15 days, clinical scales including the Yale-Brown Obsessive Scale, Hamilton Anxiety Scale, and Clinical Global Impression-Severity all decreased significantly12.

Applications for PTSD and Other Conditions

TMS shows treatment potential for various mental disorders:

• PTSD: In Israel, insurance coverage has been approved for PTSD treatment. Research on military veterans showed that Deep TMS treatment significantly reduced PTSD symptoms, depression, and suicidal ideation13.
• Late-life Depression: Deep TMS is effective even for elderly patients with brain atrophy. While traditional TMS may have limited effectiveness due to brain atrophy, Deep TMS can provide deeper stimulation, making it effective for late-life depression[query].

The Reality of TMS Treatment: Patient Experience and Considerations

Treatment Process

TMS treatment typically proceeds as follows:

1. Initial Assessment: The doctor evaluates the patient's health condition, medical history, and current medication.
2. Determining Motor Threshold: The first session determines the patient's motor threshold (minimum magnetic field intensity needed for brain stimulation).
3. Treatment Sessions: Typically receives treatment 5 times a week for 4-6 weeks, with each session lasting about 20-40 minutes10.
4. Follow-up Care: Monitors treatment effectiveness and plans additional sessions if necessary.

Advantages and Side Effects

Main advantages of TMS:

• Non-invasive: No surgery or sedatives required7.
• Few side effects: Generally, there are few serious side effects other than mild and temporary scalp discomfort or pain10.
• Can be combined with medication: Can be used together with current medications.
• Safe for various patient groups: Can be safely applied to various patient groups including pregnant women, the elderly, and adolescents.

Possible side effects:

• Headache
• Scalp discomfort
• Some noise during treatment

Future Outlook: New Possibilities Opened by TMS

Technological Innovation

TMS technology continues to evolve:

• Portable TMS Devices: Miniaturized and convenient helmet-wearing systems that can be easily installed and used even in small clinics19.
• Personalized Targeting: Customized stimulation protocols considering individual brain structure and function are being developed.
• Integration with Other Therapies: Integrated approaches combining TMS with psychotherapies such as Cognitive Behavioral Therapy (CBT) or mindfulness-based therapy are being researched.

Expanding Range of Applications

Research is ongoing for TMS in various mental and neurological disorders beyond currently approved conditions:

• Anxiety disorders
• Addiction (alcohol, nicotine, drugs)
• Chronic pain
• Traumatic brain injury
• Parkinson's disease
• Alzheimer's disease

Conclusion: A New Horizon for Brain Health

TMS treatment is offering new hope to many patients who haven't seen sufficient effects from medication or psychotherapy alone. This innovative technology, which is non-invasive, has few side effects, and shows effectiveness for a wide range of mental disorders, is changing the paradigm of mental health treatment.

From Jacques-Arsène d'Arsonval's first experiments in 1896 to Anthony Barker's development of modern TMS and today's Deep TMS technology, the evolution of TMS demonstrates the amazing innovation of science and medicine. We hope that TMS will help more patients through further research and technological development.

If you or someone around you is suffering from treatment-resistant depression or obsessive-compulsive disorder, TMS treatment could be an option. It's always important to consult with a specialist to find the most suitable treatment method for you.

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Citations:

1. https://nitum.wordpress.com/2012/09/30/biography-of-jacques-arsene-darsonval/
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Jacques-Ars%C3%A8ne_d'Arsonval
3. https://www.numetms.com/blog/e_34/From-the-Desk-of-Dr.-Kent/2017/3/The-History-of-TMS
4. https://www.ingenia.org.uk/articles/transcranial-magnetic-stimulation/
5. https://www.bizwnews.com/news/articleView.html?idxno=21865

 

1. https://rtmscentre.co.uk/ko/how-does-tms-work/
2. https://www.frontiersin.org/journals/human-neuroscience/articles/10.3389/fnhum.2021.805971/full
3. https://rtmscentre.co.uk/ko/clinical-depression-treatment/