인지통제 훈련이 노인의 뇌기능에 미치는 영향

Abstract

평균 수명의 연장으로 노년기가 길어지면서 행복하고 건강한 노년을 보내기 위한 방안은 전 세계적인 관심사이다. 인지기능은 개인의 기능적 독립성과 삶의 질에 매우 중요한 요소 중의 하나로 노화에 따른 인지기능 감퇴를 예방함으로써 길어진 노년을 인지적으로 건강하게 영유하려는 노력이 서구 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다. 하지만 아직은 대부분의 연구들이 탐색적인 단계에 머물고 있어 효과적인 인지노화 예방책들에 대한 체계적이고 과학적인 접근이 요구되고 있다. 본 연구에서는 노화에 따른 일상적인 적응 능력 저하에 핵심이 되는 노인들의 인지통제 기능 저하에 주목하여 이를 향상시킬 수 있는 인지훈련 프로그램을 개발하고 그 효과를 체계적으로 검토하고자 한다. 우선 연구 1에서는 젊은 성인과 노인의 인지 및 뇌 기능을 비교 분석하여 노화가 인지통제 기능에 미치는 영향과 그 신경기전을 탐색하였다. 연구 2에서는 인지통제 훈련 프로그램을 개발하여 정상 노인을 대상으로 실시하고 훈련이 인지기능과 대뇌 기능의 변화에 미치는 영향을 검증하였다. 연구 1에서는 건강한 젊은 성인 17명, 정상 노인 15명을 대상으로 포괄적인 신경심리검사를 실시함으로써 인지통제 기능을 비롯한 다양한 인지영역에서의 차이를 확인하고 인지통제 기능과 관련된 대뇌 기능의 차이를 탐색하였다. 두 집단의 인지기능을 비교한 결과, 정상 노인들은 전반적인 인지기능에서 감퇴를 보였으며, 단순주의력이나 처리 속도를 감안한다 하더라도 인지통제 기능의 명백한 저하를 나타내었다. 노인들은 인지통제 과제 수행 시 나타나는 대뇌 활성화에도 젊은 성인들과 차이를 보였는데, 젊은 성인들이 사용하는 영역을 활성화시킴과 동시에 반대쪽 반구에서 이에 상응하는 영역들을 추가로 활성화 시키는 양상을 보여 인지통제 관련 대뇌 기능의 효율성 감퇴가 시사되었다. 또한 휴지 상태의 기능적 연결성 분석에서 노인들은 인지통제 관련 네트워크인 전두-두정 통제 네트워크와 휴지 상태에서 가동되는 주요 영역들인 디폴트 모드 네트워크의 기능적 연결성이 빈약해지는 것이 확인되었다. 연구 2에서는 인지통제 기능을 표적으로 한 인지훈련 프로그램을 개발하여 정상노인을 대상으로 8주 동안 총 24회기의 인지훈련을 실시한 후 인지증진효과를 검증하였다(훈련집단 13명, 비교집단 12명). 이와 함께 기능적 자기공명영상 연구를 통해 훈련효과의 신경상관물을 탐색하였다. 연구 2.1에서는 훈련집단과 비교집단의 사전-사후 신경심리검사 수행을 비교하였는데, 훈련을 받은 노인들은 훈련을 받지 않은 노인들에 비해 전반적인 인지기능에서 수행이 향상되었고, 인지통제 기능에서 그 차이가 두드러졌다. 또한 작업기억과 일화기억 과제 중 인출 시 간섭 해소 능력이 요구되는 재인 과제에서 훈련효과가 유의미했으며, 일반지적 능력에서도 향상이 관찰되어 훈련효과의 일반화가 확인되었다. 연구 2.2에서는 훈련집단과 비교집단의 사전-사후 대뇌 기능의 변화를 비교하였는데, 훈련집단의 경우 우반구의 전두-두정 통제 네트워크의 하위 영역들에서 활성화가 증가한 데 비해, 비교집단에서는 유의미한 변화가 없었다. 더욱이 훈련집단에서 관찰된 대뇌 활성화의 변화는 인지기능 향상과 유의미한 상관이 있었다. 또한 훈련집단과 비교집단은 전두-두정 통제 네트워크와 디폴트 모드 네트워크의 기능적 연결성 변화에서도 차이를 보였는데, 훈련집단의 변화 양상은 인지기능의 긍정적 변화와 관련이 있었으나 비교집단의 변화 양상은 인지기능의 변화와 관련이 없는 것으로 나타났다. 마지막으로 본 연구 결과의 함의와 제한점, 후속 연구의 방향에 대해 논의하였다.

Due to longer lifespan, efforts to ensure a happy and healthy senescence, has become a matter of global interest. Since cognitive function is an important factor of the individuals functional independence and quality of life, there are active attempts under progress in Western developed countries to prevent age-related cognitive decline. However, most studies are still at an exploratory stage, in which a systematic and scientific approach is needed to make cognitive interventions more effective. This study was intended to develop a training program for older adults to enhance the cognitive control, a core function for daily adaptation but also an area known to be vulnerable to aging, and to examine its training effect comprehensively. After an in-depth investigation on age-related changes in cognitive control and their neural mechanisms, I developed a cognitive control training program, implemented the program on normal older adults, and examined the effects of the training on cognitive and brain functions. In Study 1, comprehensive neuropsychological tests were conducted on 17 healthy younger adults and 15 older adults, in order to examine the age-related changes in various cognitive domains including the cognitive control function, and to explore the age-related changes in brain functions related to the cognitive control. A comparison of the two groups showed that generally older adults had decline in cognitive functions, and the decline of cognitive control was evident even when the decrease in simple attention and processing speed were taken into consideration. Also, there were age-related changes in brain activity during cognitive control tasks. In older adults, the areas of the brain utilized by younger adults were activated more strongly, with additional activity in the homologous areas of the contralateral hemisphere, implying an inefficiency of the brain function related to cognitive control. Furthermore, in the functional connectivity analysis during the resting state, older adults exhibited a weaker connectivity than younger adults in the frontoparietal control network, a network related to cognitive control, and in the default mode network, an area implicated in self-reflection and self-reference. In Study 2, a training program targeting cognitive control efficiency was developed, and its effects were examined in 25 normal older adults. The neural correlates of training-related cognitive enhancement were explored as well. In study 2.1, changes in neuropsychological test performance of the training group (n= 13) were compared with those of control group (n=12). Generally, the trained older adults showed an enhancement in overall cognitive functions compared with those who were not trained, and the difference was striking in cognitive control. In addition, the training effect was significant in recognition tasks of working memory and episodic memory, where interference resolution capabilities were required. The generalizability of the effect of cognitive control training was supported by the fact that general intellectual functioning as measured with Korean version of the DRS2 improved as well. In study 2.2, changes in brain function of the training group were compared with those of the control group. Increased activity could be found in parts of the right fronto-parietal control network as for the training group, whereas there was no significant change between pre scan and post scan as for the control group. Furthermore, in the case of the training group, cognitive enhancement was significantly correlated to the change in brain activity in over-recruited areas. This supports the notion that the compensatory process which additionally activates the brain areas is the neural correlate of the training effects of cognitive control. Also, the training group and the control group displayed differences in in functional connectivity change in the fronto-parietal control network and the default mode network. The pattern of change in the training group was related to the positive change in cognitive functions while in the control group it was not. Lastly, I discussed the implications and limitations of the research findings of this study, as well as the direction of future studies.