비만 청소년에게 운동을 시키는 일은 생각보다 훨씬 어렵다. 또래의 시선, 운동에 대한 두려움, 개인 맞춤 코칭의 부재가 이들을 운동장에서 멀어지게 만든다. 2025년 네이처 메디신에 발표된 무작위 대조 임상시험은 이 문제를 AI 기반 가상현실 스포츠 시스템으로 정면 돌파했다. 결과는 예상을 훌쩍 뛰어넘었다. 체지방 감소는 물론이고, 뇌 구조와 장내 미생물까지 바뀌었다.

딥러닝으로 훈련한 AI 코치, 실제 코치와 맞먹는 수준

연구팀이 개발한 가상현실 스포츠 시스템의 이름은 리버리(REVERIE)로, '현실 세계 운동과 가상현실 기반 운동 연구'라는 뜻을 담고 있다. 이 시스템의 핵심은 전문 코치의 지도 방식을 학습한 AI 코치다. 올림픽 챔피언과 국가대표 선수를 포함한 10명의 전문 코치 패널이 탁구와 축구의 표준 동작 지침을 수립했고, 이를 바탕으로 심층 강화학습 기반의 AI 코치가 훈련됐다.

AI 코치는 두 단계를 거쳐 완성된다. 먼저 전문 코치 지침을 토대로 표준 동작을 습득하는 디지털 트윈 단계를 거친 뒤, 실제 청소년과의 상호작용을 통해 개인 맞춤형 지도로 계속 발전하는 인간-AI 상호작용 단계로 이어진다. 시범 연구 결과, 리버리의 생체역학적 성능은 실제 물리 스포츠와 통계적으로 유의미한 차이가 없었으며, 모든 동작에서 관절 각도 오차는 10도 이하로 나타났다.

체지방 평균 4.28kg 감소, 실제 운동과 동등한 효과

연구팀은 중국 내 과체중 및 비만 청소년 227명을 대상으로 8주간 무작위 대조 임상시험을 진행했다. 참가자들은 실제 탁구, 실제 축구, 리버리 탁구, 리버리 축구, 대조군의 다섯 그룹으로 나뉘었다. 스포츠 개입 그룹은 주 3회 45분 수업을 추가로 받았으며 모든 참가자가 동일한 식이 지침을 따랐다.

8주 후 일차 결과인 체지방에서, 리버리 스포츠 그룹은 대조군 대비 평균 4.28kg 감소를 기록했다. 실제 스포츠 그룹의 감소량은 5.06kg으로, 두 그룹 사이에 통계적으로 유의미한 차이는 없었다. 이차 결과에서도 두 스포츠 그룹 모두 간 효소와 저밀도 지단백 콜레스테롤 수치가 유의미하게 감소했고, 체력, 심리적 건강, 운동 의지 모두 향상됐다. 특히 운동 의지 향상 폭은 리버리 그룹이 실제 스포츠 그룹보다 유의미하게 더 컸다.

뇌까지 바꾼 가상현실, 인지 기능에서 실제 운동을 앞서다

이 연구에서 가장 주목할 결과는 인지 기능에서 나왔다. 리버리 스포츠 그룹은 후각 기능 검사와 작업기억 과제에서 실제 스포츠 그룹을 통계적으로 유의미하게 앞질렀다. 후각 감퇴는 인지 저하의 초기 지표로 알려져 있는데, 전체 후각 검사 점수가 실제 스포츠 그룹 대비 평균 2.84점 높았다. 더 어려운 2단계 작업기억 과제 정확도는 실제 스포츠 그룹보다 평균 10.88%포인트 높았다.

뇌 기능 자기공명영상 분석에서 리버리 그룹은 작업기억 과제 수행 중 전두엽 참여 증가, 피질 동원, 신경가소성 향상이 확인됐다. 뇌 네트워크 분석에서 전두두정 과제 조절 네트워크와 시각 네트워크 사이의 기능적 연결성이 인지 부하가 높아질수록 체계적으로 재조직됐는데, 이는 가상현실의 몰입적이고 새로운 환경이 현실 운동과는 다른 방식으로 뇌의 인지 처리를 자극한다는 것을 시사한다.

장내 미생물과 혈중 대사물질까지 다르게 변했다

연구팀은 지질체학, 대사체학, 단백질체학, 장내 미생물 유전체학을 포함한 다중 오믹스 분석도 실시했다. 리버리 스포츠 그룹은 실제 스포츠 그룹에 비해 혈중 지질, 소분자 대사물질, 장내 미생물에서 훨씬 더 광범위하고 뚜렷한 변화를 보였다. 특히 리버리 그룹에서만 23종의 장내 미생물이 유의미하게 변화했으며, 이 중 기억력 향상과 연관된 스트렙토코쿠스 써모필러스 등 13종이 증가했고, 인지 기능 저하와 연관된 대장균 등 10종이 감소했다.

인지 개선과 관련된 다중 오믹스 변화의 수도 리버리 그룹에서 48개로, 실제 스포츠 그룹의 13개보다 훨씬 많았다. 뇌 기능 영상 결과와 교차 분석한 결과, 변화된 분자 및 장내 미생물이 전두엽, 측두엽 등 인지 관련 뇌 영역의 활성 변화와 광범위하게 연결돼 있었다. 이는 장내 미생물, 혈중 분자, 뇌 기능을 잇는 장-뇌 축이 가상현실 스포츠의 인지 향상 메커니즘에 관여할 가능성을 보여준다.

FAQ( ※ 이 FAQ는 본지가 리포트를 참고해 자체 작성한 내용입니다.)

Q. 가상현실 스포츠가 실제 운동만큼 살을 뺄 수 있나요?

이 연구에서 가상현실 스포츠는 8주 만에 체지방을 평균 4.28kg 줄이는 효과를 보였으며, 이는 실제 탁구나 축구를 한 그룹과 통계적으로 차이가 없는 수준입니다. 간 효소, 중성지방, 저밀도 지단백 콜레스테롤 등 혈액 지표도 유사하게 개선됐습니다.

Q. 가상현실 스포츠가 뇌에도 좋은 영향을 주나요?

이 연구에서 가상현실 스포츠 그룹은 실제 스포츠 그룹보다 후각 기능과 작업기억이 더 크게 향상됐습니다. 뇌 기능 자기공명영상 분석에서도 전두엽 참여와 신경가소성이 더 뚜렷하게 증가했습니다. 가상현실의 몰입적 환경이 뇌에 독특한 자극을 주는 것으로 분석됩니다.

Q. 효과가 운동을 멈춘 뒤에도 유지되나요?

가상현실 스포츠 그룹은 개입 종료 6개월 후 추적 조사에서도 체력, 심리적 건강, 운동 의지가 실제 스포츠 그룹보다 유의미하게 높게 유지됐습니다. 특히 자기효능감의 지속적 향상이 건강 행동 유지의 선순환을 만드는 것으로 해석됩니다.

기사에 인용된 리포트 원문은 Nature Medicine에서 확인할 수 있다.

리포트명: An adaptive AI-based virtual reality sports system for adolescents with excess body weight: a randomized controlled trial

이미지 출처: 이디오그램 생성

해당 기사는 챗GPT와 클로드를 활용해 작성되었습니다.