정상압 수두증과 파킨슨병 감별진단을 위한 발화 길이 변동 지표 활용에 대한 탐색 연구 = Exploratory Study on Using Speech Length Variability as a Biomarker for Differentiating Normal Pressure Hydrocephalus from Parkinson’s Disease

국문 초록 (Abstract)

정상압 수두증（Normal Pressure Hydrocephalus, NPH）과 파킨슨병（Parkinson’s Disease, PD）은 기저핵-소뇌-전두엽 네트워크의 신경학적 손상을 공유하여, 보행 장애를 비롯한 초기 임상 특징이 매우 유사하다. 정상압 수두증은 션트（Shunt） 수술을 통해 증상 호전이 가능한 가역적 치매로 질환으로 분류된다. 그러나, 정상압 수두증은 다른 질병과 감별하기 어려운 특성 때문에 약 80%의 환자가 진단 및 치료를 받지 못하는 것으로 추정된다（Kiefer ＆ Unterberg, 2012）. 파킨슨병의 진단은 주로 서동증（Bradykinesia）, 안정 시 떨림（Rest Tremor）, 근경직（Rigidity） 등의 운동 증상을 관찰하고 다른 유사 질환을 배제하는 과정을 통해 이루어진다. 이 과정에서 ‘보행 특성’이 가장 중추적인 임상적 지표로 작용한다. 현재, 두 질환의 진단은 주로 외형적인 운동 증상 관찰과 배제 진단에 의존하고 있어 명확한 감별에 한계가 있다. 따라서 기존 지표의 모호성을 보완하고 진단의 정확성을 재고할 수 있는 새로운 객관적 감별 지표의 탐색이 필요한 실정이다.
연구 대상은 수술 전 정상압 수두증 환자 30명, 파킨슨병 환자 30명, 정상 노인군 30명으로 총 90명이다. 모든 대상자에게 ‘산책’ 문단 읽기 과제를 부여하였으며, 수집된 음성 데이터는 Praat 측정 지표에 맞게 어절 길이 및 변동성（CV）, 쉼 구간 길이 및 변동성（CV）을 측정하였다. 이러한 측정 지표는 기저핵-전두엽 네트워크 손상으로 기인한 발화 타이밍 패턴의 결함을 찾아내기 위해 선정되었다. 이원 반복측정 분산분석（Two-way Repeated Measures ANOVA）을 통해 집단과 지표 간의 주 효과 및 상호작용 효과를 검증하였다.
연구 결과, 음절 수에 따른 어절 길이 간의 차이는 유의미하였으나, 음절 수와 집단 간의 상호작용 효과는 유의미하지 않았다. 이러한 결과는 집단과 관계없이 음절이 길어질수록 어절 길이가 유의미하게 길어지는 공통된 산출 특성을 보이는 것을 의미한다. 어절 길이 변동성（CV） 분석에서는 정상압 수두증 집단이 가장 높은 변동성을 보였으며, 정상 노인군 집단이 가장 낮은 변동성을 나타냈다. 집단 간 어절 길이 변동성 간의 유의미한 차이는 나타나지 않았으나, 사후검정 결과 정상 노인군과 정상압 수두증 집단 간의 유의미한 차이가 있었다. 쉼 구간 길이는 음절 수에 따른 쉼 구간 길이의 차이는 유의미하였으나, 집단 간 음절 수에 따른 쉼 구간 길이의 차이는 유의수준에 근접한 경향성을 보였다. 정상압 수두증 집단과 파킨슨병 집단은 음절 수 증가에 따라 쉼 구간 길이가 큰 폭으로 증가하는 경향성을 보였다. 음절 수에 따른 쉼 구간 변동성의 차이는 통계적으로 유의하지 않았으나, 집단 간 쉼 구간 변동성（CV）의 차이가 나타날 경향성을 보였다. 특히, 파킨슨병 집단의 쉼 구간 변동성（CV）이 다른 두 집단에 비해 상대적으로 높은 것으로 나타났다.
본 연구 결과, 어절 길이 변동성（CV）은 전두엽-기저핵-소뇌 연결망 결함으로 인한 정상압 수두증의 시간적 제어 능력 저하를 민감하게 반영하는 지표로 확인되었다. 반면, 파킨슨병은 발화 부하 증가에 따른 급격한 쉼 구간 연장과 높은 쉼 구간 변동성을 보여 질환에 따른 이질적인 발화 리듬 붕괴 패턴이 관찰되었다. 결론적으로, 두 환자군 모두 신경계 손상으로 인해 시간적 목표 달성에 결함을 보이나, 양상은 질환별로 고유한 병리적 특성에 따라 상이하게 나타남을 입증하였다. 본 연구는 발화 시간 변동 지표가 초기 임상 증상의 유사성으로 인해 감별이 어려움 정상압 수두증과 파킨슨병을 정밀하게 변별하는데 기여할 수 있는 객관적이고 유용한 임상 지표임을 확인하였다는 점에서 의의가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Normal Pressure Hydrocephalus （NPH） and Parkinson’s Disease （PD） share neurological damage in the basal ganglia-cerebellar-frontal network, presenting with highly similar initial clinical features, including gait disturbances. NPH is classified as a reversible form of dementia, with symptoms that can improve through shunt surgery. However, due to the difficulty in differentiating NPH from other conditions, it is estimated that approximately 80% of patients remain undiagnosed and untreated （Kiefer, M., 2012）. The diagnosis of PD primarily relies on observing motor symptoms such as bradykinesia, rest tremor, and rigidity, followed by a diagnosis of exclusion. In this process, 'gait characteristics' serve as the most pivotal clinical indicator. Currently, the diagnosis of both diseases heavily depends on the observation of external motor symptoms and exclusion criteria, leading to limitations in clear differentiation. Therefore, it is necessary to explore new objective diagnostic indicators that can complement the ambiguity of existing markers and enhance diagnostic accuracy.
The subjects of this study included a total of 90 participants: 30 pre-operative NPH patients, 30 PD patients, and 30 healthy elderly individuals. All participants were assigned 'The Walk （산책）' paragraph reading task. From the collected acoustic data, word-phrase （eojeol） duration and its coefficient of variation （CV）, as well as pause duration and its CV, were measured using Praat. These metrics were selected to identify defects in speech timing patterns caused by basal ganglia-frontal network damage. A Two-way Repeated Measures ANOVA was conducted to verify the main effects and interaction effects between the groups and the indices.
The results showed that the difference in word-phrase duration according to the number of syllables was statistically significant, but the interaction effect between the number of syllables and the group was not significant. This indicates a common production characteristic across all groups, where the word-phrase duration significantly increases as the number of syllables increases. In the analysis of word-phrase duration CV, the NPH group exhibited the highest variability, while the healthy elderly group showed the lowest. Although there was no significant main effect of group on word-phrase duration CV overall, the post-hoc test revealed a significant difference between the healthy elderly group and the NPH group. Regarding pause duration, the difference according to the number of syllables was significant, and the interaction effect between group and syllable count approached marginal significance. Both the NPH and PD groups showed a tendency for a substantial increase in pause duration as the number of syllables increased. While the difference in pause CV according to the number of syllables was not statistically significant, there was a trend toward a difference in pause CV among the groups. Notably, the pause CV of the PD group was relatively higher compared to the other two groups.
In conclusion, word-phrase duration CV was identified as a sensitive index reflecting the decline in temporal control ability in NPH due to defects in the frontal-basal ganglia-cerebellar network. Conversely, the PD group exhibited an abrupt extension of pause duration and high pause CV in response to increased speech load, indicating a heterogeneous pattern of speech rhythm breakdown depending on the disease. Although both patient groups demonstrate defects in achieving temporal goals due to neurological damage, this study proved that the patterns manifest differently according to the unique pathological characteristics of each disease. This study is clinically significant in that it confirmed temporal variability indices of speech as objective and useful clinical markers that can contribute to the precise differential diagnosis of NPH and PD, which are otherwise difficult to differentiate due to the similarity of their early clinical symptoms.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구의 필요성 및 목적 1
• 2. 연구문제 5
• Ⅱ. 이론적 배경 6
• 1. 신경퇴행성 질환의 운동 및 발화 산출 기전 6
• 2. 정상압 수두증과 파킨슨병의 발화 시간적 제어 특성 8
• 3. 시간 변동 지표의 정의 및 예측 양상 9
• Ⅲ. 연구 방법 10
• 1. 연구 대상 10
• 1） 정상압 수두증 및 파킨슨병 집단 10
• 2. 연구 과제 및 연구 도구 11
• 1） 문단 읽기 과제 11
• 2） 문단 읽기 과제 프로그램 11
• 3. 연구 절차 12
• 4. 자료 처리 13
• 1） 음성 파일 분석 13
• 2） 측정 변수 및 산출 공식 14
• 5. 통계 분석 15
• Ⅳ. 연구 결과 16
• 1. 집단 간 음절 수에 따른 어절 길이의 차이 16
• 2. 집단 간 음절 수에 따른 어절 길이 변동성의 차이 17
• 3. 집단 간 음절 수에 따른 쉼 구간 길이의 차이 19
• 4. 집단 간 음절 수에 따른 쉼 구간 변동성의 차이 21
• Ⅴ. 논의 및 결론 23
• 1. 논의 및 임상적 시사점 23
• 1） 집단 간 발화 시간 변동 지표의 차이 및 임상적 의미 23
• 2） 집단 간 쉼 구간과 발화 효율성 24
• 3） 집단 간 음절에 따른 쉼 구간 변동성을 통한 특성 25
• 2. 연구의 결론 및 제언 25
• 참고문헌 27
• 영문초록 30
• 부 록 33