Balance control is more affected in older than younger adults by repeated visual perturbations during walking

사람이 걸을 때 똑바로 서 있기 위해서는 감각들 사이의 끊임없고 조용한 대화에 의존하게 됩니다. 뇌는 눈이 보는 것, 내이(속귀)가 느끼는 움직임과 방향, 그리고 근육과 피부가 보고하는 신체의 위치 정보를 결합합니다. 이러한 감각의 혼합은 우리가 질량 중심이 어디에 있는지, 그리고 넘어지지 않기 위해 발을 어디에 디뎌야 하는지를 추정할 수 있게 해줍니다. 나이가 들면서 감각 기관 자체가 퇴화하곤 합니다. 내이는 덜 민감해지고, 신체가 이러한 신호를 처리하는 능력은 느려집니다. 결과적으로 노인들은 균형을 유지하기 위해 시각에 더 많이 의존하게 되는 경우가 많습니다. 하지만 시각은 때때로 기만자가 될 수 있습니다. 시각적 세계가 신체의 실제 움직임과 모순되는 방식으로 움직일 때, 이는 넘어지거나 밀려나는 듯한 착각을 불러일으킬 수 있으며, 이로 인해 뇌는 빠르고 종종 불필요한 교정을 수행하게 되어 오히려 사람을 불안정하게 만들 수 있습니다. 노화된 뇌가 이러한 시각적 속임수를 어떻게 처리하는지 이해하는 것은 인간의 움직임을 이해하는 데뿐만 아니라, 왜 노년기에 낙상이 더 흔해지는지를 밝혀내는 데에도 매우 중요합니다.

암스테르담 자유 대학교와 앤트워프 대학교의 연구진은 노인과 젊은 성인이 걸을 때 시각적 세계가 의도적으로 혼란스러워지는 상황에 어떻게 반응하는지 테스트하기 위해 연구를 진행했습니다. 연구진은 평균 연령 23세의 건강한 젊은 성인과 평균 연령 75세의 건강한 노인을 모집했습니다. 모든 참가자는 안전 하네스를 착용한 채 트레드밀 위에서 일정한 속도로 걸었습니다. 연구진은 참가자들 앞에 큰 스크린을 설치하여 시각적 장면을 투사하고 세 가지 다른 유형의 시각적 방해 요소를 도입했습니다. 첫 번째 시나리오에서는 참가자들이 중앙의 고정된 빨간 점을 응시하도록 지시한 상태에서 배경의 줄무늬가 오른쪽으로 움직였습니다. 두 번째 시나리오에서는 배경은 가만히 있지만 빨간 점이 오른쪽으로 움직였고, 참가자들은 머리를 움직여 점을 따라가야 했습니다. 세 번째 시나리오에서는 점이 다시 오른쪽으로 움직였지만, 이번에는 머리를 완벽하게 고정한 채 눈으로만 점을 따라가야 했습니다. 이러한 시각적 속임수는 참가자들이 혼란스러운 신호를 무시하는 법을 배울 수 있는지 확인하기 위해 각 보행 세션 동안 약 14회 반복되었습니다.

연구는 참가자들의 몸이 좌우로 얼마나 흔들렸는지(질량 중심의 흔들림)와 발이 어떻게 착지했는지를 측정했습니다. 연구진은 노인들이 전반적으로 더 많이 흔들리고, 반복되는 시각적 속임수에 적응하는 속도가 더 느릴 것이라고 예상했습니다. 놀랍게도, 전체 보행 세션을 살펴보았을 때 노인들이 젊은 집단보다 전반적으로 더 큰 불안정성을 보이지는 않았습니다. 그러나 연구진이 시각적 속임수가 발생하는 순간들을 면밀히 살펴보았을 때 이야기는 달라졌습니다. 배경이 움직이고 목표물은 고정되어 있는 조건에서, 젊은 성인들은 움직이는 배경의 반대 방향인 왼쪽으로 일관되게 흔들렸는데, 이는 마치 뇌가 그 방향으로 넘어지고 있다고 착각한 것처럼 보였습니다. 그러나 노인들은 이러한 일관된 반응을 보이지 않았습니다. 대신, 몇 번의 반복 후에 노인들은 배경이 움직이는 방향과 같은 방향인 오른쪽으로 흔들리기 시작했습니다. 이는 노인들의 뇌가 고정된 목표물에 대한 집중력을 잃고 움직이는 배경을 추적하기 시작했거나, 발의 위치를 조절하기보다는 서 있는 다리를 이용해 균형을 잡는 더 빠른 전략을 사용하기 시작했음을 시사합니다.

참가자들이 움직이는 목표물을 추적해야 했을 때, 두 집단 간의 차이는 더욱 뚜렷해졌습니다. 머리를 움직여 움직이는 점을 추적하는 조건에서, 노인들은 젊은 성인들보다 훨씬 더 일찍 오른쪽으로 흔들리기 시작했으며 훨씬 더 강렬하게 흔들렸습니다. 그들의 몸은 목표물의 방향으로 움직였으나, 이 움직임의 크기는 초기 움직임 단계에서 젊은 집단보다 약 8배, 정지 단계에서 약 4배 더 컸습니다. 이는 머리가 움직일 때 노인들이 자신의 신체 움직임과 시각적 세계의 움직임을 분리하는 데 어려움을 겪으며, 이로 인해 훨씬 더 강하고 잠재적으로 위험한 반응을 유발한다는 것을 나타냅니다. 눈으로만 목표물을 추적하는 조건에서는 두 집단 모두 목표 방향으로 흔들렸지만, 노인들이 더 빨리 반응하기 시작했습니다.

아마도 가장 결정적인 발견은 참가자들이 시간이 지남에 따라 행동을 어떻게 변화시켰는지에 관한 것이었습니다. 시각적 속임수가 반복될 때, 젊은 성인들은 대체로 일관된 반응을 유지했습니다. 그러나 노인들은 놀라운 학습 능력을 보여주었습니다. 눈 추적 조건에서 노인들의 흔들림은 반복이 계속됨에 따라 현저히 감소했는데, 이는 그들이 신뢰할 수 없는 시각적 신호를 무시하고 다른 감각에 의존하는 법을 성공적으로 배우고 있었음을 시사합니다. 이러한 정보를 '경감(downweight)'하거나 신뢰할 수 없는 시각 정보를 줄이는 능력은 노년기에도 온전히 유지되었습니다. 하지만 머리를 움직여야 하는 상황에서는 이러한 학습이 일어나지 않았습니다. 그 시나리오에서는 두 집단 모두 반응의 감소를 보이지 않았는데, 이는 머리를 움직이는 동작이 내이와 목의 센서에도 영향을 주어 뇌가 어떤 신호를 믿어야 할지 판단하기 너무 어렵게 만들기 때문인 것으로 보입니다.

연구는 노인들이 반복되는 시각적 혼란으로부터 학습하고 균형 전략을 조정하는 능력을 여전히 보유하고 있지만, 초기 반응은 젊은 층보다 더 크고 더 빨리 나타난다고 결론짓습니다. 이는 주요 문제가 균형 제어 능력의 완전한 상실이 아니라, 시각 정보가 다른 감각과 충돌할 때 자기 움직임을 정확하게 추정하는 데 어려움을 겪는 것임을 시사합니다. 노화된 뇌는 특히 머리가 움직일 때 시각적 소음(noise)을 걸러내는 데 더 큰 어려움을 겪으며, 이는 시각적 환경이 끊임없이 변하는 실제 상황에서 낙상 위험을 높일 수 있는 과도한 교정 동작으로 이어질 수 있습니다.