단기기억 인지부하 조건에 따른 청년층과 노년층 간 동공반응 비교

Abstract

2021년 통계청에 의하면, 최근 코로나 19 장기화의 영향으로 급격한 혼인율 감소와 저출산 상황이 지속되면서 고령화 속도가 가속화되고 있으며 노화와 관련된 인지 및 언어능력에 대한 관심이 증가하고 있다(김화수, 김시현, 2017; 양송희, 이현주, 박성지, 2020). 정상적 노화 과정은 주의력, 기억력, 처리 속도, 중앙집행기능 등의 인지능력 저하로 나타날 수 있다(Harada, Love, & Triebel, 2013; Salthouse, 2010). 그 중 단기기억 및 작업기억은 짧은 시간 내에 새로운어휘를 학습하고 처리하는 능력으로 언어이해 및 표현 능력과 관련되어있다(Atkins & Baddeley, 1998; Kormos & Sáfár, 2008; Gathercole & Baddeley, 1993). 선행연구들을 통해 단기기억은 노년층에도 비교적 안정되게 보존된다는 연구 결과와(Craik, 1991; Nilsson, 2003; Wingfield et al., 1988) 60세 이후의노년층에서 연령이 증가할수록 단기기억 능력이 낮아진다는 상반된 연구 결과를 보였다(Hester et al., 2004; Orsini et al, 1986). 단기기억 저하는 정상적인 노화과정일 수 있으나, 치매, 뇌손상 또는 퇴행성 질환을 동반한 노년층의 증상일수도 있다(Crook, 1986). 따라서 이를 조기진단 및 선별하기 위하여 정상 노년층의 단기기억 능력에 대한 손상 여부와 특성을 파악하고자 한다. 동공 크기와 반응성을 관찰하는 동공측정법(Pupillometry)은 단기기억 및 작업기억용량에 따른 인지부하(cognitive load)를 측정하는 객관적인 방법으로 선행 연구를 통해 다양한 지각 및 인지 과제에서 인지부하가 증가할수록 동공이 점차 확장되어 동공반응과 인지처리 요구 사이의 관계를 밝혀냈다(Beatty, 1982; Hess & Polt, 1964). 현재까지 국내 연구에서 노화에 따른 인지처리 과정의 동공반응 변화에 관한 국내 연구는 다소 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서 구어적 단기기억 과제를 이용하여 청년층과 노년층 집단 간의 인지부하 정도에 따른 실시간으로 동공반응 변화의 차이를 연구하고자 한다. 본 연구의 최종 데이터에 활용된 대상자는 정상 청년층 18명(남성: 7명, 여성:11명), 정상 노년층 16명(남성: 6명, 여성: 10명)으로 총 34명이었으며 시선추적기(Eye-Tracker)를 활용한 동공측정법을 통해 두 가지의 단기기억 과제를 실시하였다. 숫자 회상 과제(Digit recall task)는 한국판 웩슬러성인용 지능검사(Korean Wechsler Adult Intelligence, K-WAIS; 염태호 외, 1992)의 숫자 바로 따라말하기 과제(Digit Forward Recall, 이하 DF-R)를 참고하였으며 단어 회상 과제(Word recall task)는 성지은 (2011)의 연구에서 개발한 단어폭 바로 지시하기 과제(Word Forward Test)를 참고하여 Piquado et al. (2010)를 기반으로 패러다임을 구성하였다. 숫자 회상 과제와 단어 회상 과제 인지부하에 따라 집단 간 동공반응의 차이가 유의한지 알아보기 위해 집단(청년층, 노년층) X 인지부하(3, 5, 7)와 집단(청년층, 노년층) X 인지부하(3, 4, 5)의 이원혼합 분산분석(two-way mixed ANOVA)을 실시하여 회상 정확도, 동공확장 기울기 측정 변수에 따라 분석한 결과는 다음과 같다. 첫째, 숫자 회상 과제와 단어 회상 과제 각각에서 인지부하 조건에 따라 오프라인 측정변수인 회상 정확도의 집단 간 차이를 살펴본 결과, 청년층의 회상 정확도보다 노년층의 회상 정확도가 유의미하게 낮았다. 또한 각각 두 과제에서 세 인지부하 조건 간의 주효과와 이차상호작용이 나타나 인지부하가 증가할수록 청년층에 비해 노년층에서 수행력이 유의하게 감소한 것으로 해석할 수 있다. 둘째, 자극 제시 구간에서 숫자 회상 과제 또는 단어 회상 과제의 인지부하 조건에 따라 온라인 측정변수인 집단 간 동공확장 기울기 차이를 살펴본 결과, 청년층보다 노년층의 동공확장 기울기가 유의미하게 높았다. 한편, 각각 두 과제에서 세 인지부하 조건 간의 주효과가 나타나 집단과 관계없이 기억폭이 증가할수록 동공확장 기울기가 상승하였다. 그러나 인지부하 조건에 대한 청년층과 노년층 집단 간 이차상호작용은 통계적으로 유의하지 않았다. 셋째, 유지 간격 동안 숫자 회상 과제 또는 단어 회상 과제의 인지부하 조건에 따라 온라인 측정변수인 집단 간 동공확장 기울기 차이를 살펴본 결과, 숫자 회상 과제에서만 청년층보다 노년층의 동공확장 기울기가 유의미하게 높았다. 한편, 각각 두 과제에서 세 인지부하 조건 간의 주효과가 나타나 자극 제시 구간과 동일하게 집단과 관계없이 기억폭이 증가할수록 동공확장 기울기가 상승하였다. 그러나 인지부하 조건에 대한 청년층과 노년층 집단 간 이차상호작용은 통계적으로 유의하지 않았다. 본 연구는 노년층과 청년층 집단 간 단기기억에 관한 부하 정도에 따라 실시간으로 동공반응의 변화 차이를 살펴보았으며 나아가 정상 노년층의 단기기억 능력에 대한 손상 여부 및 특성을 통해 뇌손상 또는 퇴행성 질환을 동반한 노년층을 조기에 진단하고 선별할 수 있는 객관적 진단 방법에 기반이었음에 임상적 의의가 있다. ;The purpose of this study was to investigate the difference of the pupil responses depending on the degree of cognitive load between young and older adults using short-term memory tasks. Using pupillometry, the experiment examined how age-related memory loss affects the pupil responses in terms of the recall accuracy, and the slope of pupil dilatation. Participants were 18 young adults (7 men, 11 women) and 16 older adults (6 men, 10 women). In this study, participants were asked to listen and recall with the digits and words during forward and word forward recall task that varied in the cognitive load, which is the memory span. The results are as follows: First, the recall accuracy of the older adults was significantly lower than that of the young adults according to the cognitive load conditions for each short-term memory task. In each task, the main effect and secondary interaction between the three cognitive load conditions appeared. These results were interpreted as a significant decrease in performance among the older adults compared to the young adults as the cognitive load increased. Second, in the stimulus presentation section, the slope of pupil dilatation of the older adults was significantly higher than that of the young adults according to the cognitive load conditions for each short-term memory task. On the other hand, the main effect between the three cognitive load conditions appeared in both of the two tasks. It was interpreted that, regardless of the group, the slope of pupil dilatation increased as the memory width increased. The secondary interaction between the young and the older group on the cognitive load condition was not statistically significant. Third, during the maintenance retention interval, the slope of pupil dilatation of the older adults was significantly higher than that of the young adults only in the number recall task according to the cognitive load conditions for each short-term memory task. Additionally, the main effect between the three cognitive load conditions appeared in both of the two tasks, and the slope of pupil dilatation increased as the memory width increased regardless of the group, similar to the stimulus presentation section. However, the secondary interaction between the young and the older group on the cognitive load condition was not statistically significant. This study confirmed the fundamental information processing patterns of the young and older adults’ cognitive mechanism according to cognitive load regarding recall accuracy and slope of pupil dilatation during short-term memory task, also the difference in pupil responses between groups was studied in real time. It is of clinical significance that it was based on an objective diagnostic method that can diagnose and select older adults with brain damage or degenerative diseases early through damage and characteristics of short-term memory ability of older group.