운동 중 뇌에서는 어떤 일이 일어날까?

21 8월, 2020
운동은 어떻게 기분을 전환시키고, 기억력을 향상시키며, 뇌 손상으로부터 회복하는 데 도움을 주는 걸까? 오늘, 운동으로 체내 산소가 증가될 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지에 대해 설명해보겠다.

운동에는 수많은 심리적, 육체적, 사회적 이점이 있다. 운동은 면역력을 향상해 특정 질병을 예방할 뿐만 아니라, 기분, 자존감, 외모 향상에도 도움을 준다. 생리학적 관점에서, 운동은 심혈관과 호흡기 건강에 매우 좋다. 그렇다면 운동이 정신 건강에는 어떤 영향을 미칠까? 운동 중 뇌에서는 과연 어떤 일이 일어날까?

운동은 신경전달물질의 분비를 조절하는데, 신경전달물질은 신경세포 간의 통신을 담당하는 화학 세포이다.

운동은 또 신체가 뉴런을 회복하고, 새로운 뉴런을 만들어내는 신경세포생성 과정에도 영향을 미친다.

운동을 통해 일어나는 이 모든 것들은 건강한 두뇌와 활발한 인지기능에 긍정적인 효과를 준다.

이제 다음으로 그 과정이 어떻게 이뤄지는지에 대해 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠다.

공원에서 달리는 여성

운동 중 발생하는 뇌 신경 성장

일반적으로 사람들은 노화와 특정 습관이 신경을 죽게 한다 믿는다. 최근 몇 년간, 과학은 노화와 특정 습관만이 신경 세포사를 유발하는 것은 아니라는 것을 연구해왔다.

연구원들은 뉴런이 자신을 어떻게 회복시키고, 어떻게 보수 방법을 찾고, 그들이 형성한 네트워크의 효과를 어떻게 증가시키는지 분석하였다.

그리고 뉴런이 발달, 학습 부성으로부터의 회복에 매우 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀내었다.

연구원들은 이러한 뉴런의 능력을 신경 가소성이라 명명하였다.

운동에 의해 뇌에 변화가 생긴다는 맥락에서, 신경 가소성의 한 메커니즘은 신경세포생성이라고 할 수 있다.

신경세포생성, 즉, 새로운 뉴런의 탄생은 뇌의 해마, 후 신경구, 측뇌실의 뇌실하대에서 발생한다.

지난 10년 동안, 연구원들은 신경세포생성을 촉진하는 요소와 그것을 억제하는 요소를 알아내기 위해 노력해왔고, 현재까지 두 가지 요소를 밝혀냈는데, 그는 바로 체내 활동을 강화하는 환경과 육체적 운동이다.

어떻게 발생하는가?

과학자들은 아직 운동이 신경세포생성에 어떻게 영향을 주는지 확실히 알아내지 못하였지만, 운동이 체내에서 뇌유래신경영양인자(BDNF: Brain-Derived Neurotrophic Factor)와 혈관내피성장인자(VEGF: Vascular Endothelial Growth Factor) 생성을 증가시킨다는 것을 입증하는 자료는 충분히 확보하였다.

뇌유래신경영양인자와 혈관내피성장인자는 각각 신경 생존과 혈관 형성을 촉진하는 단백질이다.

  • 뇌유래신경영양인자

연구원들은 운동할 때 뇌유래신경영양인자 수치가 뇌에서 두 배 혹은 세 배까지 증가하고, 약 한 시간 후에 정상 수치로 다시 돌아온다는 것을 발견하며, 이를 통해 과학자들은 이 뇌유래신경영양인자 증가와 연간 2% 해마 증가 사이에 연결고리가 있음을 알아내었다. 참고로 정상적인 노화 동안 해마는 연간 1~2% 감소한다.

간단히 말해, 운동이 해마의 뉴런에 있는 NMDA 수용체(N-메틸-D-아스파르트산 수용체)의 방출을 증가시킨다는 뜻이다.

이 NMDA 수용체의 활성화는 시놉시스에 있는 칼슘의 양을 늘려 궁극적으로 뇌유래신경영양인자 방출 조절 경로를 더욱 활성화한다.

이렇게 방출된 뇌유래신경영양인자는 또 해마의 모세포에 존재하는 다른 수용체(TrkB)를 활성화해 새로운 뉴런의 생성을 촉진한다.

  • 혈관내피성장인자

혈관내피성장인자와 신경세포생성을 연관시킬 수 있는 근거는 여전히 명확하지 않지만, 연구원들은 혈관내피성장인자가 직간접적으로 신경세포생성을 촉진하는 역할을 하며, 혈관내피성장인자는 모체 신경세포에 변화를 일으키고, 혈관의 수와 둘레를 증가시킨다고 주장하였다.

혈관의 수와 둘레의 증가는 혈액순환을 개선하고, 결과적으로 세포 건강을 증진한다.

연구원들은 운동과 그에 따른 혈관내피성장인자의 증가가 대식세포(이물질을 제거하는 면역계 세포)의 방출을 조절하며 모체 신경세포의 증가와 세포사멸의 감소를 유발하는 것을 확인하였다.

운동: 신경전달물질

운동은 다양한 신경전달물질의 증가도 유발한다.

예를 들어, 운동을 할 때, 몸이 스트레스, 위협, 신체활동이 촉진되는 상황에 잘 대처할 수 있도록 카테콜아민, 신경호르몬 등을 평소보다 더 많이 생산한다.

다른 신경전달물질로는 노르아드레날린, 도파민, 아드레날린 등이 있는데, 이들과 엔도르핀 또한 운동을 하면 증가하여 운동 후, 기분이 좋아지는 게 바로 이 때문이다.

운동의 또 다른 효과는 바로 스트레스 호르몬이라 불리는 코르티솔의 감소다. 즉, 운동을 통해 코르티솔이 몸에 해로운 영향을 끼치는 것을 줄일 수 있다는 뜻이다.

뇌 신경 세포

운동의 이점: 학습 및 인지기능

일반적으로 신경세포생성, 신경세포보호 과정은 주로 해마에서 일어난다. 해마는 공간 학습과 장기 기억을 전문으로 담당한다.

주로 운동으로 인해 증가하기 때문에, 운동이 뇌에 미치는 영향의 맥락에서, 일부 연구는 규칙적인 운동이 학습과 기억력을 향상한다 주장한다.

운동은 기분을 전환하고 스트레스 해소에도 도움이 될 뿐만 아니라, 인지 능력에도 좋은 영향을 미치는 것으로 보인다.

처리 속도, 의사 결정, 결정 능력 등 모두 운동을 통해 향상되는 것을 보면, 운동은 전반적인 인지 능력의 향상과도 연관이 있는 것으로 보인다.

  • Morales Mira, M. (2014). Ejercicio físico: su rol en la neurogénesis inducida por BDNF y VEGF. Motricidad humana, 15(2), 134-142.
  • Riquelme Uribe, D. (2013). Ejercicio físico y su influencia en los procesos cognitivos. Motricidad y persona, 13, 69-74.