노인의 기억력과 집중력, 운동 게임으로 개선할 수 있다

Exergames improve cognitive function in older adults and their possible mechanisms: A systematic review (2023)

http://doi.org/10.7189/jogh.13.04177

 

해당 리뷰 논문은 노인의 인지 기능 저하 문제를 해결하기 위한 비약물적 접근법으로서 운동 게임(exergames)의 가능성과 그 작용 메커니즘을 체계적으로 분석했다. 노화는 기억력, 집중력, 판단력 등 다양한 인지 기능의 저하를 유발하며, 이는 결국 경도인지장애(MCI) 또는 치매로 발전할 수 있다. 현재 치매의 완전한 치료법은 존재하지 않지만, 연구는 인지 자극과 신체 활동을 결합한 훈련 방식이 예방과 지연에 효과적임을 보여주고 있다. 본 논문은 총 16편의 연구를 분석해 exergames의 효과성과 그 생물학적 배경을 설명했다.

 

Exergames란 무엇인가?

Exergames는 신체 움직임과 디지털 기술을 결합한 운동형 게임으로, 사용자는 단순히 손가락을 움직이는 것이 아니라 전신을 사용해 가상 환경과 상호작용해야 한다. 예를 들어, Nintendo Wii, Xbox Kinect, PlayStation Move 등이 대표적이다. 이 게임들은 다음과 같이 분류할 수 있다.

• 상지 중심 게임: 예) Wii 볼링 – 주로 팔의 움직임 활용

• 하지 중심 게임: 예) 댄스 머신 – 다리의 반복적 움직임 필요

• 전신 운동형 게임: 예) Kinect 기반 태극권 또는 댄스 프로그램

이러한 exergames는 저강도 유산소 운동과 인지 과제를 동시에 포함하기 때문에, 고강도 운동이 어려운 노인층에게 특히 적합하다. 또한 재미 요소가 결합되어 운동 지속률이 높고, 가정에서도 손쉽게 수행 가능하다.

 

문헌 리뷰 요약

• 문헌 수집 기준: 2005년~2023년 4월까지 발표된 연구 중, 만 60세 이상 노인을 대상으로 exergames 기반 운동 처방이 포함된 실험 연구만을 선정

• 총 선별 논문 수: 16편

• 평가 도구: PEDro scale 사용. 5점 이상이면 고품질 연구로 분류

 

신경영양인자(neurotrophins) 분비 촉진

1. 뇌유래신경영양인자 (BDNF)

• BDNF는 시냅스 가소성, 신경 생성, 기억 저장에 핵심적인 역할을 하는 단백질이다.

• Exergames는 BDNF 분비를 촉진시켜 뇌세포의 생존과 연결을 강화함.

• 특히 해마에서의 BDNF 발현은 공간 기억과 지연 기억력 향상과 밀접한 관련이 있다.

• 연구 사례:

  • 6주간의 Xbox Kinect 훈련 후 노인의 언어 및 지연 회상 능력이 향상됨

  • BDNF 수치 증가와 인지 성능 향상이 유의하게 연결됨

2. 인슐린 유사 성장 인자-1 (IGF-1)

• IGF-1은 신경세포의 증식, 생존, 시냅스 가소성 촉진에 기여하며, BDNF와 상호작용하여 신경 가소성을 증가시킨다.

• 운동을 통해 IGF-1 수치가 증가하고, 이는 특히 전두엽 기능 개선과 연관된다.

• 가정 기반 exergames 훈련에서 IGF-1 수치가 상승하고, 실행 기능 향상과 연결됨이 보고됨.

3. 혈관내피성장인자 (VEGF)

• VEGF는 혈관 신생, 뇌혈류 증가, 신경 생성 유도에 핵심적인 역할을 한다.

• 운동 중 젖산 축적이 VEGF 발현을 자극하여 뇌 혈류를 증가시키고, 인지 기능을 유지·개선하는 데 기여한다.

• VEGF는 특히 시냅스 형성과 신경 가소성에 기여하며, BDNF 및 IGF-1과의 상호작용을 통해 뇌 기능 보호 작용을 강화한다.

 

뇌 구조 및 기능 변화

1. 해마 (Hippocampus)

• 해마는 기억과 공간 탐색 기능을 담당하며, 노화로 인해 위축되기 쉬운 부위이다.

• Exergames는 CA1, CA4, DG 등의 해마 하위 영역의 부피를 증가시키며, 기억력 및 인지 유연성 향상에 기여한다.

• 해마의 신경생성과 BDNF 증가가 밀접하게 연결되어 있음.

2. 전두엽 피질 (Prefrontal Cortex)

• 실행 기능, 계획, 감정 조절에 관여하는 영역으로, 노화로 인해 회색질이 줄어든다.

• Exergames는 전전두엽의 회색질 두께를 증가시키고, 기능적 연결성과 활동성을 높임.

• 특히 좌측 전측섬엽 및 측두엽 전방 영역의 활성화가 관찰되었으며, 억제 조절력 증가와 연관됨.

3. 기저핵 (Basal Ganglia)

• 반응 선택, 인지 유연성, 운동 계획 등에서 중심적인 역할을 함.

• 기저핵 구조는 심폐 지구력과 연결되며, 과제 전환 능력(task switching)과 관련됨.

• 현재까지 관련 연구는 제한적이지만, 향후 주요 탐색 대상임.

 

인지 기능별 효과 분석

작업 기억(Working Memory)

• 작업 기억은 정보 유지와 조작 능력을 포함하며, 학습과 일상 기능 유지에 필수적이다.

• Exergames는 주의력, 다중 과제 수행 능력, 지연 기억 등 다양한 작업 기억 요소를 향상시킴.

• 효과가 확인된 사례:

  • 댄스 기반 게임 후 α파 뇌파 동기화 유도

  • Nintendo Wii, Xbox Kinect 사용 시 n-back 테스트 정확도 유의미하게 상승

  • BDNF 수치 증가와 함께 기분 개선, 우울증 감소 효과도 함께 나타남

억제 조절(Inhibitory Control)

• 불필요한 반응을 억제하고 주의를 유지하는 능력으로, 실행 기능의 핵심 요소이다.

• Exergames는 빠른 판단과 반응 조절을 요구하며, 전두엽 기능 자극을 통해 억제 기능을 개선함.

• 관련 연구:

  • Stroop Test, EXIT-25, TMT 등의 억제력 평가에서 유의미한 향상

  • Kinect Tai Chi 훈련을 통한 낙상 위험 감소와 다리 근력 향상

  • Wii Balance Board를 통한 자세 안정성 증가

 

결론

연구는 Exergames가 노인의 작업 기억과 억제 조절 능력을 향상시키며, 뇌 신경영양인자 분비와 뇌 구조 개선을 통해 인지 저하를 효과적으로 지연시킬 수 있다는 근거를 제시했다. 또한 Exergames는 집에서도 시행 가능하고 재미 요소가 더해져 운동 지속률을 높일 수 있는 장점이 있다. 향후에는 개인 맞춤형 Exergames 프로그램 개발과 다양한 운동 방식에 따른 효과 분석이 필요하며, 고령자 인지 건강 관리를 위한 유망한 비약물 대안으로서 주목할 만하다.