뇌는 왜 운동이 필요할까

운동을 하면 기억력이 좋아지고 알츠하이머병 등을 개선할 수 있다고 한다. 운동과 뇌는 어떤 관련이 있을까. 인간의 진화에 있어서 운동 변화가 뇌에 어떤 변화를 주는지 서던캘리포니아대학 생물학 교수인 데이비드 레이츨런이 정리했다.

이에 따르면 수십 년간 인간은 성인이 되면 뇌 뉴런을 생성하지 않았다. 뉴런을 잃고 시작하는 것. 하지만 솔크연구소 연구원이 1990년대 쥐가 달리면 해마에 새로운 신경세포가 생성된다는 연구 결과를 발표했다. 이후 여러 연구에서 나이가 들수록 운동은 인간의 뇌에 긍정적 영향을 미칠 수 있고 운동이 알츠하이머병 같은 신경 퇴행성 질환 위험을 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

또 솔크연구소 연구에서 쥐 운동에 의한 신경세포 생성이 뇌유래신경성장인자 BDNF라는 단백질 생성에 묶여 있을 가능성이 있는 걸 발견했다. 또 운동에서 유발되는 신경 발생이 쥐의 기억능력 개선과 관련이 있다는 것도 입증됐다.

일리노이대학 연구팀은 60세에서 79세 노인이 유산소 운동을 하면 BDNF와 해마 영역 증가, 기억력 향상을 가져오는 걸 밝혀냈다. 2019년 영국에선 7,000명 이상 중년을 대상으로 한 연구에서도 중간 정도에서 심한 운동에 시간을 많이 보낸 사람일수록 해마 부피가 큰 것으로 나타나고 있다.

운동이 뇌에 미치는 효과가 신경 형성과 기존 신경세포 사이의 결합 증가 등과 어떻게 관련되어 있는지 구체적으로 밝혀진 건 아니다. 하지만 지금까지 연구 결과를 종합하면 운동이 뇌의 해마와 인지 기능에 유익하다는 건 분명하다. 운동에 의한 뇌 영역 증가는 계획과 의사결정, 멀티태스킹을 포함한 인지 기능 강화와 관련이 있다고 한다. 연구팀은 새로운 뉴런 생성이 아니라 기존 뉴런 사의 연결 증가가 운동이 뇌 영역에 미치는 유익한 효과의 원인으로 생각하고 있다.

인류는 600만년에서 700만년 전 보행으로 진화했다. 이족보행 자세를 체득하기 위해 뇌가 몸의 움직이는 방법 등 정보와 몸 전체 근육 활동을 조정하고 자세 균형을 유지할 수 있도록 했다. 이족보행 진화에 따른 뇌 진화로 사족보행이던 조상의 뇌보다 뇌 인지 능력이 더 높아졌다고 할 수 있다.

인류의 조상은 식물을 주로 먹었지만 200만년 전 무렵 추운 기후 변화로 서식지가 줄면서 인류는 식물을 먹을 뿐 아니라 동물을 사냥하고 먹게 된다. 1만년 전 농업과 목축 시작까지 사냥과 채집은 200만년간 인간의 자급자족을 지원했다. 사냥과 채집을 하는 사람은 자신이 있는 위치를 파악하고 주변을 탐색해야 한다. 이런 공간 인식은 해마에 의존한다. 또 시청각을 이용해 음식을 찾아야 하며 이전 어디를 사냥하고 채집했는지, 어떤 음식을 언제 어디서 구할 수 있는지 기억해야 한다.

인류의 뇌가 단기 기억과 장기 기억을 모두 사용해 결정을 내리고 사냥과 채집 탐색 경로를 계획하게 됐다. 이는 해마와 전두엽 피질 등에 의해 지원되는 인지 작업이다. 또 수렵 채집은 집단으로 먹이를 찾아다녔기 때문에 기억과 공간 인식 뿐 아니라 사람끼리 대화도 동시에 진행되어 있었을지 모른다. 이런 멀티태스킹 처리는 주로 전두엽 피질에 의해 제어된다.

또 사냥의 경우에는 달리면서 기억과 공간 인식, 회화를 실행하고 있었다고 생각할 수 있다. 유산소 운동 중 멀티태스킹은 더 어려워지고 빠른 정보 처리가 필요하다. 진화 관점에서 식량을 찾을 가능성을 확대하고 먹이를 찾아다니는 동안 식량 약탈을 배워 발생하는 문제에 대응하도록 뇌가 진화됐다고 할 수 있다.

200만년 전 살아가려면 유산소 운동과 함께 사냥과 채집을 해야 했다. 하지만 현대 사회에선 음식을 찾기 위해 유산소 운동을 할 필요는 없다. 노화에 의해 일어나는 뇌 쇠퇴와 이에 따른 인지 기능 저하가 일어나는 건 현대인이 운동을 하지 않는 습관과 관련이 있을 것으로 추정된다고 한다.

단순히 운동을 하는 것만으론 뇌 쇠퇴를 억제하는 효과가 충분히 발휘되지 않을지도 모른다. 평소 유산소 운동을 하는 사람은 종종 체육관에 가서 운동 기구를 쓴다. 체육관에 있는 시스템은 환경 변화에 부족한 측면이 있다. 인류의 조상은 예측 불가능한 세계에서 진화했기 때문에 조상이 직명해왔던 것 같은 열악한 환경에서 기억과 인식 등을 할 운동이 있다면 이런 운동에 의해 알츠하이머병 등 신경 퇴행성 질환을 개선시킬 수도 있다.

유니온대학 연구팀은 알츠하이머병 위험 증가와 관련한 증상인 경도인지 장애를 가진 사람의 뇌 인지와 운동에 의한 변화에 대한 연구를 실시했다. 연구팀은 피험자에게 비디오 게임과 운동을 동시에 진행시키는 것으로 운동만 하는 것보다 BDNF가 크게 증가하는 걸 보여줬다. 이런 발견은 인간의 뇌에서 BDNF가 운동에 의해 생성된다는 생각을 더 강화해준다.

레이츨런은 인지 작업과 유산소 작업의 조합을 필요로 하는 스포츠가 뇌를 활성화시킬 방법이 될 수 있다고 말한다. 환경 변화가 있는 스포츠 예로는 크로스컨트리를 든다. 또 미국 보건복지부 지침에선 중등도 강도로 일주일에 최소한 150분 또는 격렬한 강도로 일주일에 적어도 75분간 유산소 운동을 할 걸 권장한다. 이런 지침에 따라 운동을 하는 것도 뇌 건강을 향상시킬 수 있다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.