일측성 난청(unilateral hearing loss, UHL)은 좌측과 우측 말초 청각계의 비대칭적 청력손실을 의미하며 이는 결과적으로 중추 청각피질에 불균형적인 청각 정보가 제공됨을 의미한다. 일측성 난청은 경우에 따라 다르게 정의되지만, Cozad(1976)의 연구에 따르면 일측 귀는 정상 청력역치(pure tone average [PTA] ≤ 25 dB hearing level [HL])이고, 반대측의 귀는 고심도(severe to profound, PTA ≥ 70 dB HL)의 청력역치를 기준으로 정의하였다. 이러한 청력손실은 비대칭적 청각 정보로 인하여 청각처리 능력의 변화뿐만 아니라, 그로 인한 중추 청각계(central auditory system)의 변화 또한 확인할 수 있는 모델로 높은 연구적 가치를 갖는다.

일측성 난청은 비대칭적 청각 정보로 인하여 중추 청각계의 기능적 재조직화(functional reorganization)를 야기시킨다. 양측 귀가 정상 청력인 경우, 해부학적으로 뇌간 단계에서 대측으로 교차되어 있어, 일측 귀에 대한 청각자극은 자극 귀의 동측 청각피질보다는 교차를 통해 대측 청각피질로의 경로가 더 강화되어 있다(Hine et al., 2008; Ponton et al., 2001). 그러나 일측성 난청군과 같이 비대칭적 청력을 갖는 경우 말초 청각계뿐만 아니라 중추 청각계에서 또한 청각 정보의 불균형이 일어난다. 이러한 결과는 일측성 난청을 대상으로 한 기능적 자기공명영상(functional magnetic resonance image, fMRI)이나 전기생리학적(electrophysiology) 검사를 통해 대뇌의 기능적 변화에 대한 연구들이 보고되었다. 일측성 난청에서 건측 귀에 소리 자극을 주게 되면 건청인과 다른 양상을 보이는데 자극 귀의 대측 청각피질과 더불어 동측 청각피질의 활성도 또한 증가되어 양측 청각피질의 대칭적인 활성도를 보이며 건청인에서 보이는 비대칭적 활성도와 확연한 차이가 관찰되었다(Bilecen et al., 2000; Scheffler et al., 1998; Vasama et al., 1995). 이러한 뇌의 기능적 재조직화는 아동뿐만 아니라 성인에서도 관찰되었으며, 일측성 난청 발병 후 몇 주부터 몇 년까지도 지속됨이 확인되었다(Li et al., 2022; Li et al., 2023; Xu et al., 2016).

청각피질의 기능적 재조직화는 난청 귀에 따라 대뇌의 기능적 변화가 다르게 나타났으며, 청각유발전위(auditory evoked potential)를 측정하였을 때 우측 난청군에 비해 좌측 난청군에서 난청 귀의 대측인 우측 청각피질의 다이폴 강도(dipole strength)가 증가하는 것으로 관찰되었다(Fujiki et al., 1998; Khosla et al., 2003). 현재까지 일측성 난청으로 인한 청각피질의 변화는 기능적 가소성에 대한 연구가 주를 이루고 있었으며, 피질의 구조적 변화에 대한 연구는 그에 비해 드물게 보고되었다. 일측성 난청 환자를 대상으로 복셀기반형태분석법(Voxel-based morphometry, VBM) 및 신경다발 공간영상 통계기법(tract-based spatial statistics)을 이용한 구조적 변화를 보고한 연구에 따르면, 청각 소실 직후부터 변화가 일어났으며 청각 피질을 포함한 다양한 뇌 영역에서 변화된 회백질 부피 및 신경다발의 변화를 보고하였다(Li et al., 2023; Shang et al., 2018; Yang et al., 2014). 하지만 아직까지 일측성 난청에서 난청 귀에 따른 청각피질의 구조적 변화에 대한 연구는 부재하며 청각처리 특성상 각 반구의 청각시스템이 처리하는 정보가 상이함으로 난청 귀의 방향에 따른 구조적 가소성이 실제 일측성 난청에서 어떠한 양상으로 일어나는지에 대한 연구가 필요하다.

따라서 본 연구에서는 일측성 난청 환자에서 난청 귀의 방향에 따라 그룹을 나눈 후 구조적 영상을 획득한 후 그룹 간 구조적 변화를 확인하고 seed-based 연결성 분석을 통해, 청각을 담당하는 영역들 간 구조적 연결성 변화를 확인하고자 하였다.

본 연구에서는 16명의 좌측 난청군과 11명의 우측 난청군에서 청각피질의 구조 및 구조적 연결성 변화를 확인하고자 하였다.

일측성 난청군에서 대조군과 비교하여 청각 관련 영역의 구조적 변화를 확인한 결과, 좌측 난청군에서만 대조군과 유의한 차이가 관찰되었으며, 난청 귀의 대측(contral-lesiomal)인, 우측 반구의 Te 3.0 영역에서 낮아진 부피 값을 확인하였다. 선행 연구에 따르면 일측성 난청군에서 건측 귀의 자극음에 따른 청각피질의 기능적 재조직화가 확인되었으며, 본 연구와 동일하게 좌측 난청군에서 이러한 재조직화가 더 뚜렷하게 나타났다(Bilecen et al., 2000). fMRI 연구와 청각유발전위 연구에서도 좌측 난청군의 청각피질에서 우측 난청군보다 더 뚜렷한 반구간 대칭성이 확인되었다(Fujiki et al., 1998; Hanss et al., 2009; Khosla et al., 2003; Scheffler et al., 1998). 이러한 차이는 인간의 청각피질의 특수성 때문일 수 있다(Belin, 1998; Johnsrude et al., 1997; King, 1999; Zatorre et al., 1992). 청각피질의 세포학적 특징으로도 설명되는데, 좌측 반구의 청각피질을 구성하는 세포들은 우측 반구에 비해 신경의 수초화가 많이 이루어져 있으며 상대적으로 피라미드세포(pyramidal cell)가 크며 구심성 신경(afferent neuron)들이 밀집되어 있어 상대적으로 환경이나 자극에 대한 순응성이 떨어진다고 한다(Anderson et al., 1999; Hutsler, 2003). 이와 같이 기능 및 구조적 특징으로 인해 상대적으로 우측 반구의 청각피질의 재조직이 더 용이한 것으로 보이며 본 연구에서도 좌측 난청군에서 난청 귀의 대측인 우측 청각피질이 지속적 청각결핍을 통해 구조적 변화가 야기된 것으로 해석할 수 있다. 본 연구에서 우측 난청군과 대조군 간에는 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과는 우측 귀의 청각 부재로 인한 대측인 좌측 반구 청각피질의 변화가 상대적으로 미미하게 나타났음을 시사하며 이는 우측 귀의 청각 부재가 청각피질에 미치는 영향이 제한적이거나 좌측 반구의 청각피질이 조직적이나 기능적으로 변화하기 어렵다는 가능성을 야기한다. 최근 일측성 난청 환자에서 구조적 변화를 관찰한 연구가 있었는데, 청신경 종양(acoustic tumor) 환자들에서 청각 피질과 더불어 상위 레벨의 고차원의 정보 처리를 담당하는 영역들의 부피 변화가 관찰되었고 1개월 이내의 급성 일측성 난청 환자에서도 기능적뿐만 아니라 구조적 변화가 일어날 수 있음을 보고하였다(Li et al., 2023; Wang et al., 2016). 하지만 청신경 종양이 후두부인 소뇌교각부(cerebellopontine angle)에 위치하여 크기가 커짐에 따라 일측성 난청의 효과만으로 피질의 구조적 변화를 설명하기에는 어려움이 있어, 본 연구 결과와 직접적 비교는 어렵다.

구조적 변화가 관찰된 ROI는 Te 3.0 영역이었다. 이 영역은 세포구축학적 확률 지도화에 따라 나눠진 이차 청각피질인 상측 두회(STG) 영역의 배측(dorsal)에 위치하며, 이는 선행 연구에서 좌측 난청군에서 기능적 재조직화가 일어난 후방 상측두회(posterior STG)와 비슷한 위치에 있음이 확인되었다(Burton et al., 2012; Morosan et al., 2001; Zachlod et al., 2020). Te 3.0 영역은 상측두열구(superior temporal sulcus)와 측두 평면부(planum temporale) 영역에 인접하며, 음 변별 및 모니터링(tone monitor & discrimination), 음조 변별 및 모니터링(pitch monitor & discrimination) 등을 담당한다고 밝혀졌다(Zachlod et al., 2020). 최근 연구 중 우측 난청군에서 우측의 후방 상측두회의 부피와 소리방향성 수행도와 관련 있음이 보고되었고, 이는 난청 기간 및 발병 시기와도 관련이 있었다(Han et al., 2021; Kim et al., 2021). 본 연구 결과에서 Te 3.0 영역의 nCV 값과 두 일측성 난청군 모두 난청 발병 시기 및 난청 기간 간 유의한 상관성이 관찰되지 않았는데, 선행 연구 결과에서 유의하게 관찰된 영역인 후방 상측두회와 비교해보면 본 연구에서 사용된 Te 3.0의 사이즈가 49 mm3로 상대적으로 매우 작아 통계적으로 유의한 상관성이 관찰되지 않았을 수 있어, 추후 조금 더 다양한 ROI들을 포함한 분석이 필요하다. 하지만 선행 연구 결과로 미루어 보아 본 연구 결과에서 관찰된 우측 난청군에서 상대적으로 보존된 Te 3.0 회백질의 부피가 개인의 양이청 수행력을 예측해 볼 수 있는 지표로 작용될 수 있음을 추정해 볼 수 있다.

일측성 난청에서 난청 귀의 대측에 있는 청각피질은 주로 청각 자극을 제공하던 귀에 난청이 발생함으로 인해 동측인 건청 귀에서 들어오는 청각자극을 사용하게 된다. 본 연구에서는 이 과정에서 달라지는 청각신경로의 연결성 변화를 청각피질 영역의 회백질 부피를 이용한 구조적 연결성 분석을 시행하였고, 일측성 난청군에서 난청 귀에 따라 다른 청각피질의 구조적 연결성을 확인하였다. 좌측 난청군에서는 양측 청각피질 간의 연결성이 대조군에 비해 높아져 있었고, 선행 연구에서 보고된 양측 반구의 청각피질 간 뇌량연결(callosal connection)로 추정하여 볼 수 있다(Hackett et al., 1999; Rouiller et al., 1991). 동물 실험을 통해 양측 반구의 청각피질 간의 연결은 중심(core) 영역보다는 이차 청각 영역 간의 연결로가 발달되어 있음을 확인하였는데, 본 연구에서도 중심 영역인 헤슬스상회가 아니라 상측두회 영역 간의 상관성이 증가됨을 확인하였다. 이와는 다르게 우측 난청군은 난청 귀의 대측인 좌측 반구의 청각피질과 양측의 시상(thalamus)과의 구조적 연결성이 증가되어 있었다. 특히 내측슬상체(medial geniculate body)로부터 청각 경로가 연결되는 일차청각영역인 Te 1.0과 Te 1.1을 관심 영역으로 사용하였을 때, 대조군과 비교하여 유의하게 증가된 상관성이 관찰되었고 이는 시상피질 간 연결(thalamo-cortical connection)의 강화로 추정해 볼 수 있다(Hackett et al., 1999; Lee, 2013). Langers et al.(2005)의 연구에서 효과적 연결성(effective connectivity) 분석을 통해 처음으로 일측성 난청에서 중추 청각시스템에 대한 가소성 모델이 제시되었는데, 자기공명영상을 이용하여 뇌간의 하위 영역부터 청각피질에 이르기까지의 청각 경로 변화를 보고하였다. 일측성 난청군은 자극 귀 대측의 청각 영역뿐만 아니라 동측의 청각 영역들에서도 자극에 대한 반응이 관찰되어 대칭적 신호반응이 확인되었으며, 건측 귀로부터의 자극은 대측 청각 경로를 따라 대측의 시상하구(inferior colliculus)와 내측슬상체로 전달된 후, 양측 반구의 청각피질로 전달되는 모델을 제시하였다. 하지만 이 연구에서 난청 귀에 따른 변화는 설명할 수 없는데, 연구에 포함된 총 5명의 피험자 중 4명은 좌측 난청, 1명은 우측 난청으로, 우측 난청 환자의 뇌영상을 좌측 난청군을 기준으로 거울상으로 뒤집어 분석하였기 때문이다. 따라서 본 연구를 통해 난청 귀에 따라 피질의 재조직화가 다르게 일어날 수 있음을 시사하였고, 청각피질의 연결망 또한 상이한 양상으로 일어날 수 있음을 확인하였다.

그러나 본 연구는 몇 개의 제한점을 가지고 있다. 첫 번째, 일측성 난청 환자들의 양이청 부재에 따른 청각학적 행동 평가가 포함되지 않아, 난청 귀에 따라 피질의 재조직화의 변화가 실제 일측성 난청 환자들의 양이청 수행 능력을 설명하기에는 어려움이 있다. 두 번째, 앞서 언급하였듯이, 일측성 난청에서 청각피질 외의 다른 영역들의 구조적 변화가 관찰되었기에, 그 상위의 복합적인 청각 정보 처리(complex auditory processing)와 관련된 영역들을 포함하여 변화를 관찰할 필요가 있고 이 영역들의 재조직화가 난청 발병 시기 및 기간에 따라 변화되는지에 대한 연구도 추가적으로 필요하다. 세 번째는 피질의 구조적 변화는 부피뿐만 아니라 백색질의 신경다발의 변화들도 수반되기 때문에, 확산텐선영상(diffusion tensor imaging)을 확보하여 백색질의 연결망 분석이 추가적으로 필요하다.

본 연구는 일측성 난청군에서 난청귀에 따라 청각 관련 대뇌피질의 구조적 변화와 더불어 연결성의 변화를 종합적으로 보고자 하였다. 좌측 난청군에서 난청이 있는 귀의 대측 청각피질의 구조적 부피 변화를 관찰하였으나, 우측 난청군에서는 관찰되지 않았다. 더불어 청각 관련 영역들의 연결성 변화를 확인하였는데, 난청 귀의 방향에 따른 상이한 패턴의 연결성 변화를 보였으며, 이러한 결과는 대뇌피질의 구조적 변화가 단순히 국소적으로 일어나는 것이 아니라, 다른 관련 영역들과 복합적으로 연결되어 발생함을 시사한다. 일측성 난청 환자에서 청각피질의 재조직화는 처음에는 단기적으로 보상적(compensate) 효과를 가져올 수 있지만, 장기간 또는 만성적인 일측성 난청은 악화된(maladaptive) 대뇌 재조직화를 초래할 수 있어, 일측성 난청 환자가 직면하는 청각 및 사회적 문제를 빠르게 파악하고 이에 맞는 효과적인 재활 전략과 치료 방법을 개발하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.