수면-각성 구조와 뇌파 파워에 대한 Modafinil 및 Methylphenidate의 영향

Effect of Modafinil and Methylphenidate on Sleep-Wake Architecture and EEG Power Spectra in Rats

모다피닐, 메틸페니데이트와 카페인은 모두 각성 항진효과를 가지나 작용 기전은 다르다. 뇌파와 근전도를 이용하여 이들 세 가지 약물의 투여가 흰쥐의 수면-각성 구조에 미치는 영향에 대하여 평가하였다. 카페인(7.5, 15, 30 mg/kg i.p.), 메틸페니데이트(1, 2, 5, 10 mg/kg i.p.) 또는 모다피닐(5, 10, 25, 50, 100 mg/kg i.p.)을 약 7일의 휴지기간을 통해 반복 투여하였다. 세 가지 약물 모두 용량의존적으로 활동각성(active wake) 기간을 증가시켰다. 활동각성 증가와 서파수면 감소 정도를 통한 동등 효과 용량은 카페인 7.5 mg/kg, 메틸페니데이트 10 mg/kg, 모다피닐 100 mg/kg임을 알 수 있었다. 동등 효과 용량에서 카페인과 메틸페니데이트의 활동각성 증가는 활동각성의 발생 횟수의 증가와 더불어 1회 발생시 평균 지속 기간이 증가된 데 따른 것이었으나, 모다피닐의 활동각성 증가에는 평균 지속 기간의 증가만이 관 여하였다. 약물 투여 후 전체 기록 시간(4시간) 동안의 활동각성 발생 기간은 세 가지 약물 모두가 동일하나, 모다피닐과 메틸페니데이트가 투여 후 3시간이 경과하면서 활동 각성이 기준수치로 회복하는 데 비해 카페인은 그렇지 않았다. 각성 항진 동일효과 용량에서 카페인과 메틸페니데이트는 1~22 Hz 영역에 속하는 다소 낮은 뇌파밴드의 파워(power)값을 유의하게 감소시켰으나, 모다피닐의 경우 그렇지 않았다. 34~50 Hz 영역의 파워값은 세가지 약물 투여시 모두 유의적으로 증가하였으며, 이런 현상은 두정피질보다 전두피질에서 뚜렷하였다. 모다피닐과 메틸페니데이트 투여는 서파수면 동안 저주파수 영역의 밴드 파워를 증가시켰으나, 카페인 투여시에는 볼 수 없었다. 따라서 본 실험 결과 카페인과 메틸페니데이트에 의한 정량뇌파 양상이 모다피닐의 양상과 차이가 있고, 카페인에 의한 수면-각성 구조 변화는 메틸페니데 이트와 모다피닐의 것과 차이가 있다.

Objective：Modafinil, methylphenidate, and caffeine are wakefulness-promoting substances. Previously, it was reported that caffeine-induced wakefulness differs from natural wakefulness in terms of the EEG spectral profiles. In order to evaluate whether wakefulness induced by other psychostimulants differs from both caffeine-induced and natural wakefulness, we examined the effects of the psychostimulants on sleep-wake architecture and EEG spectral profiles. Methods：Eighteen Sprague-Dawley male rats underwent an EEG/EMG recording session from 10：30 to 17：30. They received caffeine (7.5, 15, 30 mg/kg i.p.), methylphenidate (1, 2, 5, 10 mg/kg i.p.) or modafinil (5, 10, 25, 50, 100 mg/kg i.p.) at 13：30. The number, total duration, and average duration of leepwake states were obtained. EEG band powers were calculated by spectral analysis. Frequency bands were divided into the following ranges：D1, 1-2.5 Hz；D2, 2.5-4.5 Hz；T1, 4.5-7 Hz；T2, 7-10 Hz；SI, 10-14 Hz；B1, 14-22 Hz；B2, 22-34 Hz；GA, 34-50 Hz. Results：All three psychostimulants significantly and dose-dependently increased active wake duration and decreased slow-wave sleep. Equipotent doses of caffeine, methylphenidate, and modafinil for increasing active wake and decreasing slow-wave sleep were 7.5 mg/kg, 10 mg/kg, and 100 mg/kg, respectively. In equipotent doses, an increase of active wake duration by caffeine and methylphenidate was attributed to increases of both frequency and average duration of active wake state, whereas increase of active wake duration by modafinil was attributed to increase of average duration of active wake state only. In equipotent doses, caffeine and methylphenidate decreased the power of lower frequency bands (1-22 Hz), whereas modafinil did not. During slow-wave sleep, modafinil and methylphenidate increased the power of lower frequency bands, but caffeine did not. All the psychostimulants increased the power of the GA band, which was more prominent in the frontal cortex than the parietal cortex. Conclusion：These results suggest that moda-finil-induced wakefulness differs from caffeine- or methylphenidate-induced wakefulness in terms of EEG spectral profiles and sleep-wake architecture.