스트레스에 따른 뇌 노화 가속화와 관련 영향 요인 분석

Abstract

Introduction: Stress represents an emotional and physiological reaction to external stimuli, in particular chronic stress, such as that experienced in parenting, can exert detrimental effects on both physical and mental health, with associations to biological aging markers such as diminished telomere length and altered DNA methylation patterns. Structural changes in the brain caused by stress are linked to brain aging, suggesting that stress may act as an accelerator of brain aging. Brain age, a biomarker of biological aging inferred from structural and functional features of the brain, is computed through machine learning models trained on normative brain aging patterns, principally based on brain magnetic resonance imaging (MRI) data. The brain age gap (BAG), the difference between brain age and chronological age, reflects the extent to which an individual’s brain has aged compared to normative standards. BAG has been applied in various studies to assess brain aging patterns in various mental and physical health conditions and to identify factors that accelerate or decelerate brain aging. In particular, elevated BAG has been observed in stress-related disorders, such as depression and post-traumatic stress disorder, supporting the role of stress as an accelerant of brain aging. Parenting stress, a type of chronic stressor, is particularly prominent in women. Stress is closely linked to psychological traits, with depression, anxiety emerging as outcomes of stress, while parenting competence, resilience, and stress coping strategies serve as factors that modulate impact of stress. This study aimed to explore the relationship between stress and brain aging using brain age and to examine the effects of related psychological characteristics on brain aging. Methods: This study investigated subclinical brain aging patterns associated with prolonged stress exposure in women with parenting roles. A total of 100 female caregivers aged 19 to 50 years were recruited. Demographic characteristics (e.g., chronological age, marital status, socioeconomic status, number of children, years of education) and psychological characteristics (e.g., perceived stress, depressive symptoms, anxiety symptoms, parenting stress, parenting sense of competence, resilience, and stress coping strategies) were comprehensively assessed. T1-weighted MRI scans aquired via brain MRI were used to estimate brain age using the pre-trained Gaussian Process Regression-based brainageR model, and the BAG was calculated as the difference between the estimated brain age and the participant’s chronological age. Participants were categorized into lower stress and higher stress groups based on the median Perceived Stress Scale (PSS) score (lower stress: n = 50; higher stress: n = 50). Brain aging patterns were compared between the groups. Psychological characteristics were then compared between the groups, and analyzed their association with BAG across all participants and within each stress group. Results: The higher stress group showed a significantly higher BAG than lower stress group, with an average increase of 4.08 years (SD = 0.90). The rate of brain age increase with chronological age was greater in the higher stress group than in the lower stress group. Psychological characteristics showed that the higher stress group had significantly higher levels of depression, anxiety, and parenting stress, and lower levels of parenting competence and resilience relative to the lower stress group. In terms of coping strategies, the higher stress group demonstrated lower scores in problem-focused comping, specifically the active coping subscale, and positive reframing, while higher scores in dysfunctional coping, such as behavioral disengagement, self-blame, substance using and venting compared to the lower stress group. Across the entire participants, higher parenting stress, denial and behavioral disengagement among the dysfunctional coping were associated with higher BAG, whereas higher scores on parenting competence, particularly its subdomain satisfaction, control among resilience, and acceptance among emotion-focused coping were linked to lower BAG. Both stress groups demonstrated that acceptance among emotion-focused coping contributed to reducing BAG. Within the lower stress group, control among resilience was shown to reduce BAG but with a diminishing effect as chronological age increased. In the higher stress group emotional support among emotion-focused coping exhibited effects on BAG elevation that were attenuated with advancing age. Conclusion: This study quantitatively demonstrated the relationship between stress and accelerated brain aging, identifying psychological characteristics associated with brain aging acceleration and mitigation. Acceptance coping consistently emerged as a brain aging mitigator across all analyses. In contrast, emotional support coping accelerated brain aging in the higher stress group, with a greater impact in younger individuals. These findings suggest that the accelerated brain aging associated with high stress level may be alleviated by promoting acceptance coping, while adjusting emotional support coping particularly benefit younger individuals. The sense of control among resilience was identified as a mitigator for brain aging particularly under low stress conditions, with its positive effects being more pronounced in younger individuals. Additionally, independent of stress levels, parenting stress and withdrawal and self-blame coping were identified as accelerators of brain aging, whereas parenting efficacy, particularly satisfaction was mitigator. Future research may further validate the use of brain age as clinical tools for investigating stress-related brain aging and for developing personalized stress management and intervention strategies.;서론: 스트레스는 외부 자극에 대한 정서적 및 신체적 반응으로, 만성 스트레스는 신체 및 정신 건강에 부정적인 영향을 미치며, 텔로미어 길이 감소나 DNA 메틸화 패턴 변화 등 생물학적 노화와의 연관성이 밝혀져 왔다. 특히, 스트레스에 의한 뇌 신경계의 구조 변화는 뇌 노화 과정과 관련이 있어, 스트레스가 뇌 노화 가속요인으로 작용할 수 있음을 시사한다. 뇌연령(brain age)은 뇌 특이적 노화 상태를 정량화하는 생물학적 지표로, 주로 뇌 자기공명영상(magnetic resonance imaging, MRI) 데이터를 기반으로 일반적인 뇌 노화 양상을 학습한 머신러닝 기술, 즉 뇌연령 예측 모델로 측정된다. 뇌연령과 역연령(chronological age) 간 차이인 뇌연령 차이(brain age gap, BAG)는 일반적인 뇌와 비교한 개인의 뇌 노화 정도를 나타내는 지표로, 다양한 신체적 및 정신적 건강 문제와 뇌 노화 간의 연관성을 평가하고, 뇌 노화를 가속 또는 완화하는 요인을 규명하는 데 활용되어 왔다. 스트레스와 관련된 우울증 및 외상 후 스트레스 장애(post-traumatic stress disorder)와 같은 정신질환에서 높은 BAG가 관찰되었으며, 이는 스트레스가 뇌 노화의 가속요인일 가능성을 뒷받침한다. 만성 스트레스 요인 중 양육 스트레스는 여성에서 두드러지는 경향이 있다. 스트레스는 개인의 정신심리학적 특성과 밀접하게 연관되어 우울 및 불안 증상 유발할 수 있으며, 양육 효능감, 회복탄력성, 스트레스 대처방식 등은 스트레스를 조절하는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 본 연구는 뇌연령을 활용하여 스트레스와 뇌 노화 간의 관계를 분석하고, 관련된 정신심리학적 특성이 뇌 노화에 미치는 영향을 탐구하고자 한다. 방법: 본 연구는 장기적인 스트레스에 따른 아임상적(subclinical) 뇌 노화 양상을 확인하고자, 주 양육자인 여성을 대상으로 수행되었다. 만 19세 이상 50세 이하의 여상 양육자 100명을 대상으로, 인구통계학적 특성(역연령, 결혼 상태, 사회경제적 지위, 자녀 수, 교육 연한) 과 정신심리학적 특성(지각된 스트레스, 우울 증상, 불안 증상, 양육 스트레스, 양육 효능감, 회복탄력성, 스트레스 대처방식 등)을 종합적으로 조사하였다. 뇌연령 예측 모델로 가우시안 프로세스 회귀(Gaussian Process Regression) 알고리즘 기반의 기훈련된 brainageR을 활용하였다. 뇌 MRI를 통해 획득한 고해상도 구조 뇌영상인 T1-강조 영상(T1-weighted image)을 brainageR에 입력하여 뇌연령을 예측하고, 이에 역연령을 뺀 BAG를 산출하여 뇌 노화 수준을 평가하였다. 전체 연구참여자에서의 자각된 스트레스 척도(Perceived Stress Scale, PSS) 점수의 중앙값을 기준으로 군을 분류하여(낮은 스트레스군, n = 50; 높은 스트레스군, n=50), 군 간 뇌 노화 양상을 비교하였다. 이어서 군 간 정신심리학적 특성을 검토하고, 전체 연구참여자 및 각 스트레스군에서 정서심리학적 특성이 BAG에 미치는 영향을 분석하였다. 결과: 높은 스트레스군은 낮은 스트레스군보다 BAG 값이 유의하게 높았으며, 전 연령대에 걸쳐 평균 4.08년(표준편차: 0.90년) 더 높았다. 또한, 역연령 증가에 따른 뇌연령 상승 폭이 높은 스트레스군에서 낮은 스트레스군에 비해 더 크게 나타났다. 군 간 정서심리학적 특성 비교 결과, 높은 스트레스군은 낮은 스트레스군에 비해 우울 및 불안증상, 양육 스트레스 점수가 높았으며, 양육 효능감과 회복탄력성 점수는 낮았다. 스트레스 대처방식에서 높은 스트레스군은 낮은 스트레스군에 비해 문제중심 대처와 하위 적극적 대처, 정서중심 대처 중 긍정적 재구성 점수는 낮았고, 역기능적 대처와 하위 행동 철회, 자기 비난, 물질 사용, 정서 발산 점수는 높았다. 전체 연구참여자에서 양육 스트레스와 역기능적 대처 중 부정 및 행동 철회 점수가 높을수록 BAG가 높아지는 반면, 양육 효능감과 하위 만족감, 회복탄력성 중 통제감, 정서중심 대처 중 수용 점수가 높을수록 BAG가 낮아지는 것으로 나타났다. 낮은 스트레스군과 높은 스트레스군 모두에서 정서중심 대처 중 수용이 BAG 감소에 기여하였다. 낮은 스트레스군에서 회복탄력성 중 통제감은 BAG 감소에 기여하였으며, 역연령 증가에 따라 그 효과가 약화되었다. 높은 스트레스군에서는 정서중심 대처 중 정서적 지지가 BAG를 증가시켰으며, 역연령 증가에 따라 그 효과가 약화되었다. 결론: 본 연구는 스트레스와 뇌 구조적 측면의 노화 가속화 간의 관계를 정량적으로 입증하였다. 또한, 스트레스와 관련된 정신심리학적 특성이 뇌 노화에 미치는 영향을 분석하여, 뇌 노화 가속요인 및 완화요인을 규명하였다. 특히, 정서중심 대처 중 수용 방식이 모든 분석에서 뇌 노화 완화요인으로 확인되었다. 높은 스트레스군에서 정서중심 대처 중 정서적 지지 방식이 뇌 노화 가속요인으로 작용하였으며, 특히 젊은 층에서 그 부정적 영향이 더 크게 나타났다. 이는 높은 스트레스 수준에서 뇌 노화 가속화를 완화하기 위해 수용하는 대처방식을 강화하고, 젊은 층에서는 정서적 지지를 사용하는 대처방식을 조정하는 전략이 효과적일 수 있음을 시사한다. 회복탄력성 중 통제감은 특히 낮은 스트레스 수준에서 뇌 노화 완화요인으로 작용할 수 있으며, 낮은 연령대에서 그 긍정적 영향이 클 수 있다. 아울러, 스트레스 수준과 무관하게 양육 스트레스와 역기능적 대처 중 부정 및 행동 철회 방식이 뇌 노화 가속요인으로, 양육 효능감, 특히 만족감이 완화요인으로 작용할 수 있다. 추후 연구를 통해 뇌연령 예측 모델이 스트레스 관련 뇌 노화 연구 및 개인 맞춤형 스트레스 관리 및 중재 전략 개발에 유용한 임상 도구로 활용될 수 있을 것이다.