This study investigated changes in cognitive ability of intellectual and disability people by supplying two different condition of oxygen (21%, and 92%), during visual matching task. 10 males (average 28.7±4.7 years), and 13 females (average 34.1±7.2 years) in intellectual and disability people were selected as the subjects for this study. The each run consisted of four phases, i.e., Rest (2 min.), Adaptation (1 min.), Control (2 min.) and Task (2 min.). The analysis of cognitive performance with 92% oxygen administration when compared to 21% oxygen revealed that the response time decreased. This result supports the hypothesis that hyperoxic air increase oxygen saturation level in the blood, lead to more available oxygen to the brain, thus increase the ability of cognitive processing of intellectual and disability people.

본 연구는 93% 고농도 산소의 세 가지 공급량(1L/min, 3L/min, 5L/min)에 대해 20대 및 60대의 혈중산소 포화도의 차이를 규명하고자 하였다. 20대 남자 10명(25.0±1.8세)과 여자 10명(23.7±1.9세), 60대 남자 10명(68.0±2.6세)과 여자 10명(65.5±3.1세)의 피험자를 대상으로 실험을 수행하였다. 1L/min, 3L/min, 그리고 5L/min의 유량 변화가 가능하면서 순도 93%의 산소 농도를 일정하게 유지 할 수 있는 산소 공급 장치(OXUS Co.)를 사용하였다. Pre-hyperoxia(5분), 93%의 Hyperoxia(10분), Post-hyperoxia(10분)의 세 단계의 순서로 실험이 진행되었고, 전 단계에서 혈중 산소 포화도가 측정되었다. 유량이 증가할수록 혈중 산소 포화도는 증가하였고, 60대보다 20대의 혈중 산소 포화도가 더 높았다. 안정 상태(Pre-/Post-hyperoxia)에 비해 고농도 산소를 공급한 Hyperoxia 구간에서 혈중 산소 포화도가 증가하였다. 그러나 고농도 산소 공급으로 20대에 비해 60대의 혈중 산소 포화도의 증가량이 더 컸다.

본 연구에서는 공간 과제 수행 시 21%의 산소 농도와 30%의 고농도 산소 공급이 변연계의 활성화에 어떠한 변화를 유발하는지 관찰하였다. 총 8명의 오른손잡이 남자 대학생을 본 연구의 실험 참여자로 선정하였다. 공간 과제를 수행하는 동안 3T MRI 를 이용하여 뇌기능 영상을 획득하였다. 실험은 21%의 일반 공기 중의 산소 농도와 30%의 고농도 산소를 각각 공급하면서 공간 인지 과제를 수행하는 두 개의 회기로 구성된다. 변연계를 대상이랑(cingulate gyrus), 시상(thalamus), 변연엽(limbic lobe), 시상하부(hypothalamus), 해마(hippocampus), 해마방회(parahippocampa gyrus), 편도(amygdala), 유두체(mammilary body)의 8 개의 영역으로 분리하여 뇌 활성화 영역을 비교하였다. 공간 과제 수행 시 두 가지 산소 농도에 따른 변연계의 활성화 영역은 거의 동일하였다. 그러나 21%의 산소 농도에 비해 30%의 고농도 산소 공급 시 대상이랑(cingulate gyrus)과 시상(thalamus) 영역에서 활성화가 증가하였다. 즉, 30%의 고농도 산소 공급 시 공간 인지 수행 능력의 증가는 공간 인지 처리와 관련이 있는 대뇌 피질 뿐만 아니라 시상(thalamus)과 대상이랑(cingulate gyrus) 같은 피질하 영역에서의 신경 활성화의 증가와도 관련이 있는 것으로 판단된다.

본 연구에서는 40% 농도의 산소 공급이 난이도에 따른 덧셈과제 수행 능력, 혈중 산소 포화도, 심박동율의 변화에 어떠한 영향을 미치는지 관찰하였다. 10명의 남자와 10명의 여자 대학생이 두 가지 농도의 산소 (21%, 40%)를 흡입하면서 세 가지 난이도의 덧셈연산을 수행하였다. Rest1 (3분), Task1 (1분, 한 자리 수 덧셈), Task2 (1분, 두 자리 수 덧셈), Task3 (1분, 세 자리 수 덧셈), Rest2 (4분)의 순서로 실험이 진행되었고, 모든 구간에서 혈중 산소 포화도와 심박동율이 측정되었다. 21%에 비해 40% 농도의 산소를 공급했을 때 평균 정답률이 증가하였고, 난이도가 증가할수록 정답율의 차이가 더컸다. 21%에 비해 40%의 산소가 주어질 때 모든 구간에서 혈중 산소 포화도는 증가하였고, 심박동율은 감소하였다. 결론적으로 고농도 산소 공급이 혈중 산소 포화도를 증가시켜 인지 처리에 따른 뇌 활성화를 촉진시킬 수 있고 이로 인해 연산 수행 능력이 증가되었다는 사실을 도출 할 수 있다. 특히 난이도가 증가할수록, 즉 인지 처리의 요구가 커질수록 고농도 산소의 효과가 더 명확히 나타난다는 사실을 도출할 수 있다.