운동으로 뇌를 최적화 하기. '운동화 신은 뇌' 책 리뷰

요약

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운동을 하면 뉴런의 기능을 강화하고 성장을 촉진하는 신경세포 성장인자의 증가를 만든다.

신경세포 성장인자는 또한 해마에서의 기억과 학습에도 영향을 주며 이는 인간의 인지와 학습능력 전반에 영향을 주게 된다.

이러한 이득을 얻기 위해서는 유산소성 운동과 복잡한 기술 운동을 혼합한 형태가 가장 적합하다.

웜업을 하고 클라이밍, 테니스 등을 하는 것이 도움이 될 수 있다.

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(2009년에 출판된 '운동화 신은 뇌'의 내용을 발췌 하였습니다.)

 

 

누구나 운동을 하면 기분이 좋아진다는 사실은 알지만 도대체 왜 그런지를 아는 사람은 별로 없다. 그저 스트레스가 사라져서, 혹은 뭉친 근육이 풀어지거나 엔도르핀 수치가 높아져서 그럴 것이라고 짐작할 뿐이다. 하지만 유쾌한 기분이 드는 진정한 이유는 운동을 해서 혈액을 뇌에 공급해주면 뇌가 최적의 상태가 되기 때문이다.

이러한 점은 운동이 단순히 신체에 이롭다는 사실보다 훨씬 중요하고 흥미진진하다. 심장과 폐의 기능이 개선되는 것은 부산물에 불과하다. 그래서 나는 종종 환자들에게 말하곤 한다. 운동을 하는 진정한 목적은 뇌의 구조를 개선하는 것이라고. (p12)

 

약 15년 전부터 뇌에 신경전달물질 못지않게 중요한 마스터 분자가 있다는 사실이 밝혀지면서 뇌세포 간의 연결에 대한 이해, 더 나아가 뇌세포의 발달과 성장에 대한 근본적인 변화가 일어났다. 소위 '인자'라고 부르는 한 무리의 단백질이 그것인데, 가장 대표적인 것이 신경세포 성장인자다. 신경전달물질이 신호를 전달하는 일에 관여하는 반면, 신경세포 성장인자 같은 신경영양인자는 신호 전달의 기반 시설에 해당하는 세포의 회로를 구축하고 유지하여 신호전달이 원활하게 이루어지도록 한다. (p.61)

 

학습이 이루어지려면 신경 연결의 장기강화라는 역동적인 과정을 통해 뉴런 간의 인력이 장기적으로 강화되어야 한다. 정보를 받아들이라는 요구가 뇌에 전달되면, 그 요구에 따라 뉴런들 사이에서 자연스럽게 활동이 일어난다. 활동이 활발해질수록 뉴련간의 인력이 더욱 강해지면서 서로 신호를 보내고 연결이 되기가 한결 쉬워진다.

뉴런이 활동을 시작하면서 저장되어 있던 글루탄산염이 축색돌기에 나란히 정렬해서 시냅스 사이를 건널 준비를 하고, 상대편 뉴런에서는 신호를 받아들이기 위해 수용체의 형태를 바꾸게 된다. 시냅스에서 신호를 받는 쪽의 전압이 더 커지기 때문에 마치 자석처럼 글루탐산염 신호를 끌어들인다. 신호를 계속 보내면 뉴런의 세포핵 안에 있는 유전가가 활성화되어서 시냅스를 형성하기 위한 물질을 더 많이 만들어 내고, 이로써 시냅스의 구조가 강화되면서 새로운 정보가 자리잡게 된다. (p61-62)

 

일찍이 과학자들은 뉴런을 배양 접시에 넣고 그 위에 신경세포 성장인자를 뿌려주면 학습을 할 때 생겨나는 것과 똑같은 형태의 가지가 자라난다는 사실을 알아냈다. 바로 이점 때문에 나는 신경세포 성장인자가 뇌에는 성장촉진제와 같은 것이라고 생각한다.

신경세포 성장인자는 시냅스에서 수용체와 결합한다. 그러면 이온이 자유롭게 흐르면서 전압이 높아지고, 곧이여 신호의 강도도 높아진다. 세포 내부에서 신경세포 성장인자는 유전자를 활성화해서 시냅스를 형성하는 단백질과 세로토닌, 그리고 더 많은 신경세포 성장인자를 생산하라는 명령을 내리게 한다.

신경세포 성장인자는 물질이 흘러갈 통로를 만들고 그 통로의 흐름도 통제한다. 전반적인 측면에서 보았을 때 신경세포 성장인자는 뉴런의 기능을 강화하고 성장을 촉진함으로써 세포의 소멸을 더디게 한다. 그리고 생각과 감정 행동을 연결하는 중요한 생물학적 연결고리가 된다. (p.63)

 

사람과 달리 설치동물은 태생적으로 운동을 좋아하는 것 같다. 코트먼이 실험한 쥐들은 매일밤 수 킬로미터를 달렸다. 쥐들은 네 집단으로 나뉘었다. 각각 2일, 4일, 7일 동안 운동시킨 쥐를 실험집단으로 하고, 쳇바퀴를 넣어주지 않아서 달리기를 전혀 하지 않은 쥐를 비교집단으로 삼았다. 달리기를 시킨 뒤에 쥐의 뇌에 신경세포 성장인자와 결합하는 분자를 주입하고 촬영한 결과, 비교집단의 쥐보다 달리기를 한 쥐에서 신경세포 성장인자가 더욱 증가한 것으로 나타났고, 그 수치 또한 운동을 많이 한 쥐일수록 한층 높게 나타났다. (p.67)

 

매일 밤 4,5 킬로미터를 달린 쥐와 운동을 전혀 하지 않은 쥐를 비교 했더니 달리기를 한 쥐가 더 빨리 길을 기억해냈다. 수영속도는 같았으나, 운동을 한 쥐는 똑바로 발판을 찾아간 반면 앉아 있기만 한 쥐는 이리저리 헤맨 끝에야 겨우 발판을 찾아갔다. 나중에 두 쥐의 뇌를 해부해보았더니 운동을 한 쥐는 해마에 새로운 줄기세포가 두 배나 많았다. (p.74)

 

신경세포 성장인자는 시냅스 근처에 있는 저장소에 모여 있다가 혈액순환이 빨라지면 방출된다. 그 과정에서 다양한 호르몬이 도움을 주기 위해 신체 곳곳에서 분비된다. 분비되는 호르몬은 인슐린 유사 성장인자, 혈관 내피세포 성장인자, 섬유아세포 성장인자 등이다. 운동을 하면 이 인자들이 혈액뇌장벽을 뚫고 뇌로 들어간다.

최근에 밝혀진 바에 따르면 이 인자들은 뇌에 들어가 신경세포 성장인자와 함께 ㅓ학습을 위한 분자 기전을 가동시킨다. 또한 뇌에서 생성되어 세포분열을 촉진하기도 하는데, 측히 운동을 할 때 그렇다. 이와 같은 인자들의 다양한 역할은 신체와 뇌가 서로 연계되어 있다는 사실을 보여준다. (p.76)

 

성장하느냐 소멸하는냐는 활동을 하느냐 하지 않느냐에 따라 달려 있다. 신체는 운동을 하도록 설계되었고, 신체가 운동을 하면 결과적으로 뇌도 운동을 하게 된다. 학습과 기억은 우리 선조들이 음식을 찾아다니는데 사용하던 운동 기능과 함께 진화해왔으며, 따라서 뇌의 입장에서는 우리가 움직이지 않으면 뭔가를 배울 필요를 전혀 못 느낀다. ( p.78)

 

학습을 위해 두뇌를 최적의 상태로 만들려면 유산소운동을 얼마나 해야할까?

​규모는 작지만 여기에 관해서 정밀하고 과학적인 연구가 일본에서 실시된 적이 있다. 그 연구의 결과에 따르면 12주 동안 매주 두세번씩 30분 동안 천천히 달리기만 해도 전전두엽 피질의 기능, 즉 최고 인지 기능이 향상된다.

그저 한 발씩 앞으로 내딛는 달리기도 좋지만, 여러 근육의 조화로운 움ㅁ직임을 필요로 하는 복잡한 운동을 섞어서 하면 더욱 좋다. 몇 년 전에 그리노프가 쥐를 대상으로 실험을 했다. 한 집단은 달리기만 시켰고, 다른 집단은 평균대나 불안정한 물체, 혹은 고무줄로 만든 사다리 위를 걷는 등의 복잡한 운동을 시켰다. 2주동안 훈련을 마친뒤 검사해보니 복잡한 운동을 한 쥐는 소뇌의 신경세포 성장인자가 35% 늘어난 반면, 달리기만 한 쥐의 소뇌에서는 아무런 변화가 없었다.

유산소 운동과 복잡한 운동은 각기 다른 측면에서 뇌에 유익한 결과를 가져다 준다 다행인 점은 서로 보완적인 역할을 한다는 것이다. (중략)

유산소 운동은 신경전달물질의 생성을 촉진하고 성장인자의 통로인 혈관과 새로운 세포를 만들어 낸다. 반면에 복잡한 운동은 유산소 운동이 만들어낸 모든 것을 사용할 수 있도록 네트워크를 강화하고 확장한다. 움직임이 복잡할수록 시냅스 간의 연결도 복잡해진다. 또한 운동을 함으로써 만들어진 회로라 할지라도 생각 등 다른 활동을 하는 데에도 이용이 가능하다. 바로 이런 이유 때문에 아이가 피아노를 배우면 수학도 더 잘하게 된다. 전전두엽 피질이 신체의 숙련된 기술에서 정신적인 부분을 끄집어내어 다른 상황에 적용시키는 것이다.

(p.80-81)