Associations of accelerometer-measured physical activity, sedentary behaviour, and sleep with next-day cognitive performance in older adults: a micro-longitudinal study (2024)

https://doi.org/10.1186/s12966-024-01683-7

 

연구 개요

이 연구는 노인들이 하루 동안 수행하는 신체 활동, 앉아있는 시간(정적 활동), 그리고 수면 패턴이 다음날 인지 기능에 미치는 영향을 분석했다.

• 연구 배경
  • 신체 활동은 인지 기능을 향상시키는 효과가 있지만 대부분 단기적(수 시간 내)에 그친다는 것이 알려져 있다.
  • 수면은 인지 기능 유지에 필수적이며, 특히 수면의 질과 수면 단계(렘수면, 느린 파동 수면)가 중요한 역할을 한다.
  • 신체 활동과 수면이 다음날 인지 기능에 미치는 장기적 관계에 대한 연구는 부족하다.
• 연구 목적: 하루 동안의 신체 활동과 수면이 다음날 주의력, 기억력, 반응 속도 등의 인지 기능에 어떤 영향을 미치는지 분석

 

연구 방법

대상 및 연구 설계

• 대상: 영국에 거주하는 50~83세 노인 76명 (남성 46명, 여성 30명)
  • 평균 연령: 64.6세
  • 건강 상태: 모두 인지 기능 저하나 치매 증상이 없는 상태
• 연구 기간: 총 8일간 진행된 마이크로 종단 연구
  • 마이크로 종단 연구: 장기간(수개월~수년)이 아닌 단기간(일주일 이내)의 반복적 측정을 통해 일상적 패턴을 분석
• 측정 도구
  • 신체 활동 및 수면 측정: 손목에 착용하는 가속도계(Axivity AX3)
  • 인지 기능 측정: 온라인 테스트 플랫폼을 통해 매일 인지 기능 평가

측정 항목

1. 신체 활동 및 정적 활동(앉아있는 시간)

   • 중강도-고강도 신체 활동(MVPA)
   • 가벼운 신체 활동(LPA)
   • 정적 활동(SB): 앉아있는 시간

2. 수면 특성

   • 총 수면 시간: 6시간 미만과 6시간 이상으로 구분
   • 렘수면(REM): 뇌 활동이 활발해지는 꿈을 꾸는 단계
   • 느린 파동 수면(SWS): 깊은 수면 단계로, 기억과 학습에 중요한 역할

3. 인지 기능 테스트

   • 주의력: 취소 테스트(화면의 특정 기호 찾기)
   • 작업 기억: 코르시 블록탭핑 테스트(숫자 순서 기억하기)
   • 일화 기억: 그림 회상 테스트(보여준 그림 기억하기)
   • 반응 속도: 단순 반응 시간 테스트(빠르게 반응하기)
   • 실행 기능: 트레일 메이킹 테스트 B(숫자와 글자 순서대로 클릭하기)
   • 처리 속도: 트레일 메이킹 테스트 B의 총 소요 시간

통계 분석

• 선형 혼합 모델을 사용해 신체 활동, 수면 특성이 다음날 인지 기능에 미치는 영향을 분석
• 공변량(조정 요인): 나이, 성별, 우울 증상, 교육 수준, 체질량지수(BMI), 운동 시간, 습관적 신체 활동 수준 등

 

연구 결과

1. 신체 활동이 인지 기능에 미치는 영향

• 중강도-고강도 신체 활동(MVPA)

  • 30분 증가
    • 일화 기억: 0.15 SD 향상 (p = 0.03)
    • 작업 기억: 0.16 SD 향상 (p = 0.01)
  • 심리적 기전: 운동 후 신경전달물질 증가와 뇌 혈류 증가가 다음날까지 긍정적 영향을 미칠 수 있다.

• 가벼운 신체 활동(LPA)

  • 인지 기능과 뚜렷한 연관성 없음

• 앉아있는 시간(SB)

  • 30분 증가 → 작업 기억: 0.05 SD 감소 (p = 0.03)
  • 결론: 오랜 정적 활동은 뇌 활동을 저하시켜 인지 기능에 부정적 영향을 미칠 수 있다.

2. 수면이 인지 기능에 미치는 영향

• 총 수면 시간

  • 6시간 이상 수면
    • 일화 기억: 0.60 SD 향상 (p = 0.008)
    • 반응 속도: 0.34 SD 개선 (p = 0.03)
    • 주의력도 향상 경향 보임

• 수면 단계별 효과

  • 렘수면(REM)
    • 30분 증가 → 주의력: 0.13 SD 향상 (p = 0.04)
  • 느린 파동 수면(SWS)
    • 30분 증가 → 일화 기억: 0.17 SD 향상 (p = 0.008)
  • 결론: 렘수면은 주의력에, 느린 파동 수면은 기억력에 핵심적 역할을 한다.

3. 운동과 수면의 독립적 및 상호적 효과

• MVPA와 수면은 각각 독립적으로 다음날 인지 기능에 기여한다.
• 수면 단계와 시간은 신체 활동의 긍정적 효과를 증대시킬 수 있다.

 

 

그래프 설명

1. MVPA Effects (중강도-고강도 신체 활동의 효과)

• 일화 기억 (Episodic Memory): 30분의 중강도-고강도 신체 활동은 일화 기억 점수를 0.15 SD 높였다.

  • 일화 기억은 특정 사건이나 경험을 기억하는 능력으로, 이는 일상생활에서 중요한 역할을 한다.

  • 예: 최근에 있었던 일이나 약속 장소를 기억하는 것

• 작업 기억 (Working Memory): 30분의 신체 활동은 작업 기억 점수를 0.16 SD 향상시켰다.

  • 작업 기억은 일시적으로 정보를 유지하고 활용하는 능력이다.

  • 예: 전화번호를 잠깐 기억하거나 계산을 머릿속으로 하는 경우

• 주의력과 반응 속도: 긍정적 영향은 보였지만 통계적으로 유의미하지 않았다.

• 중강도-고강도 신체 활동은 기억력(특히 일화 기억과 작업 기억)에 뚜렷한 긍정적 효과를 나타냈다. 이는 운동이 뇌 혈류를 증가시키고 신경전달물질을 활성화시켜 다음날까지 뇌 기능을 개선했기 때문으로 보인다.

2. Sedentary Behavior Effects (앉아있는 시간의 효과)

• 작업 기억 (Working Memory): 앉아있는 시간이 30분 늘어날 때 작업 기억이 0.05 SD 감소했다.

  • 오랜 시간 앉아있는 생활은 뇌로 가는 혈류를 줄이고 신체적 비활동 상태를 유지하기 때문에 작업 기억이 감소한 것으로 보인다.

  • 예: 장시간 TV를 보거나 움직이지 않고 일하는 경우 작업 기억 능력이 저하될 수 있다.

• 장시간 앉아있는 생활은 작업 기억을 저하시킨다. 이를 방지하기 위해 가벼운 활동이나 스트레칭을 틈틈이 해야 한다.

3. Sleep Duration > 6h Effects (6시간 이상 수면의 효과)

• 일화 기억 (Episodic Memory): 수면 시간이 6시간 이상일 경우 일화 기억 점수가 0.60 SD 높아졌다.

  • 수면은 뇌가 낮에 학습한 정보를 정리하고 저장하는 과정에서 중요한 역할을 한다.

• 반응 속도 (Psychomotor Speed): 수면 시간이 충분하면 반응 속도가 0.34 SD 개선되었다.

  • 반응 속도는 자극에 얼마나 빠르게 반응하는지를 측정하는 능력이다.

• 주의력 (Attention): 수면이 6시간 이상이면 주의력 점수가 0.39 SD 향상되는 경향이 있었다.

• 6시간 이상의 충분한 수면은 기억력과 반응 속도를 개선하며, 다음날 집중력과 주의력을 높이는 데 도움을 준다.

4. Slow Wave Sleep Effects (느린 파동 수면의 효과)

• 일화 기억 (Episodic Memory): 느린 파동 수면(SWS)이 30분 증가할 때 일화 기억 점수가 0.17 SD 개선되었다.

  • 느린 파동 수면은 깊은 수면 단계로, 뇌가 학습한 정보를 정리하고 장기 기억으로 전환하는 중요한 단계다.

• 주의력 (Attention): 느린 파동 수면은 주의력에도 긍정적인 영향을 보였으나, 통계적으로는 유의미하지 않았다.

• 느린 파동 수면(SWS)은 깊은 수면으로 기억을 장기화하는 데 중요한 역할을 한다. 충분한 깊은 수면이 인지 기능을 유지하는 핵심이다.

5. REM Sleep Effects (렘수면의 효과)

• 주의력 (Attention): 렘수면이 30분 증가하면 주의력이 0.13 SD 향상되었다.

  • 렘수면은 꿈을 꾸는 단계로 뇌 활동이 활발해지고 학습된 정보를 재정리하는 과정에서 주의력과 집중력에 영향을 미친다.

• 렘수면은 주의력과 집중력을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 학습이나 작업의 효율성을 높이기 위해 렘수면을 충분히 확보하는 것이 필요하다.

종합 해석

1. 중강도-고강도 신체 활동(MVPA): 다음날 기억력 개선에 효과적이었다. 특히 작업 기억과 일화 기억에 긍정적 영향을 주었다.

2. 앉아있는 시간(SB): 증가할수록 작업 기억이 저하되었다. 오랜 시간 앉아있는 생활은 인지 기능에 부정적이다.

3. 수면: 6시간 이상의 충분한 수면과 느린 파동 수면(SWS), 렘수면(REM)이 각각 기억력과 주의력 개선에 기여했다.

 

연구 결론

30분의 중강도-고강도 신체 활동은 다음날 일화 기억과 작업 기억을 개선했으며, 수면 시간이 6시간 이상일 경우 기억력과 반응 속도가 크게 향상되었다. 특히 느린 파동 수면(SWS)은 기억력에, 렘수면(REM)은 주의력에 긍정적 영향을 미쳤다. 반면, 장시간 앉아있는 생활은 작업 기억을 저하시켰다. 적절한 신체 활동과 충분한 수면, 그리고 앉아있는 시간을 줄이는 것이 뇌 건강을 유지하는 핵심 전략으로 밝혀졌다.