운동은 뇌 신경영양물질 BDNF 증가시켜

두뇌 건강 촉진하는‘미러클- 그로’효과

6분간의 격렬한 운동, 건강 이점 극대화

‘두뇌를 더 좋게 만들려면 운동하라’ 이것이 신체활동과 우리의 두뇌의 상관관계를 보여준 두 개의 새로운 연구의 메시지다. 한 연구에서 과학자들은 규칙적인 운동이 훨씬 더 예리한 사고로 이끈다는 것을 보여주기 위해 수천 명의 사람들의 생활과 DNA 및 인지를 조사했다. 운동이 뇌에 좋은 이유를 설명하는 데 도움을 주는 또 다른 연구는 단 6분의 격렬한 운동으로 평생의 뇌 건강에 필수적인 신경 화학물질의 생산이 5배나 증가한다는 사실을 발견했다. 거의 35만명의 데이터를 분석한 새로운 발견은 규칙적인 운동이 인지를 향상시킬 수 있다는 가장 강력한 사례를 보여준다. 연구 중 하나를 감독한 오타와 대학의 부교수 매티유 부아곤티에(Matthieu Boisgontier)는 이 연구들은 “운동이 뇌를 위해 할 수 있는 가장 좋은 일 중 하나”라는 생각에 더 힘을 실어준다고 말했다.

■당신의 두뇌를 위한 ‘미러클-그로’

운동이 뇌와 마음을 개조한다는 최초의 암시는 수십 년 전 쥐의 연구에서 나타났다. 이 실험에서 활발하게 달리는 동물은 가만히 있는 쥐보다 설치류 지능 테스트에서 훨씬 더 높은 점수를 기록했고, 이들의 뇌 조직은 소위 뇌의 ‘미러클-그로’(Miracle-Gro 식물성장촉진제)라고 불리는 뇌의 신경영양인자(BDNF, brain-derived neurotrophic factor)의 수준이 대단히 높았다. BDNF는 새로운 뇌 세포와 시냅스의 생성과 성숙을 촉진하고 두뇌를 키운다.

이후 사람들을 대상으로 한 연구에서도 운동이 혈류의 BDNF 수치를 높인다는 사실이 밝혀졌다. 한편, 다수의 대규모 역학 연구는 더 많은 운동이 더 나은 기억력과 사고력과 알츠하이머병과 같은 신경퇴행성 질환의 위험을 줄이는 것과 관련이 있음을 밝혀냈다.

그러나 운동이 실제로 우리의 두뇌에 어떤 정도의 강력한 영향을 미치는지에 대해서는 의심이 있어왔다. 작년에 발표된 500명 이상의 노인을 대상으로 한 연구에서는 18개월 동안 규칙적인 걷기 또는 가벼운 운동을 하는 것은 인지적 이점이 거의 없음을 발견한 반면, 지난 3월 발표된 과거 연구에 대한 주요 검토에서는 운동과 인지에 대한 많은 인간 대상의 연구들이 너무 소규모였거나, 운동을 통한 두뇌 건강의 이점을 보여주는 것에만 제한됐다고 지적했다.

이 때문에 일부 과학계에서는 노년에 정신의 예리함을 유지하는 방법으로 운동을 계속 권장할가에 대해 논란이 일기 시작했다고 말한 부아곤티에는 “하지만 우리는 ‘아니야. 멈추지 말고 우리의 연구결과를 보라’고 했다”고 설명했다.

■획기적인 뇌 연구

지난 달 사이언티픽 리포트에 발표된 부아곤티에와 동료들의 연구는 새롭고 복잡한 유형의 통계 분석을 사용하여 전통적인 관찰 연구를 넘어 운동이 뇌 기능을 향상시킨다는 것을 확고히 확립했다.

그들은 DNA와 멘델의 법칙(Mendelian randomization), 즉 사람들을 특성화하고 분류하기 위해 유전적 변이를 사용하는 최근 대중화된 방법으로 눈을 돌렸다. 우리는 각각 특정 DNA 정보가 있거나 없는 상태로 태어나는데, 그 중 어떤 정보는 활발한 신체활동에 기여하는 것으로 알려져 있다. 그러니까 우리는 태어나기 전부터 활동적인 사람과 그렇지 않은 사람으로 천성적으로 무작위로 배정되는 것이다. 다른 유전자 정보들은 인지에서 유사한 역할을 한다.

학자들은 인지 관련 유전자변이를 가진 사람들과 운동 촉진 정보가 있거나 없는 사람들의 인지 점수를 교차 확인함으로써 운동이 사고능력에 기여하는 정도를 식별할 수 있다.

두 개의 거대한 건강 정보 데이터베이스에서 학자들은 약 35만명의 모든 연령대의 유전자 데이터와 약 9만1,000명의 신체활동에 대한 객관적인 측정치 및 약 25만8,000명의 인지 점수를 뽑아냈다. 여기서 운동에 대한 유전적 소인이 있는 사람들은 대체로 운동을 했고, 그 운동이 조깅에 필적할 정도로 중간 이상인 경우, 사고력 테스트에서 더 나은 점수를 받았음을 발견했다.

물론 운동 유전자 정보가 없더라도 운동을 하면 두뇌에 도움이 될 수 있다. 운동과 사고의 상호작용은 인과관계를 나타낼 만큼 충분히 강력했다고 부아곤티에는 말했다.

■6분간의 격렬한 운동은 BDNF를 높인다

또 다른 새로운 연구는 비교적 규모가 작지만 운동이 뇌를 건강하게 유지하는 방법을 설명하는 데 도움을 준다. 이 실험에서는 12명의 건강한 젊은이들이 90분 동안 매우 여유로운 속도로 자전거를 탔고, 그 다음 40초 동안 전력을 다해 페달을 밟은 후 20초 동안 쉬는 6분간의 인터벌 운동을 가졌다. 연구진은 각 세션의 전과 도중, 후에 이들의 혈액에서 BDNF를 추적했다.

연구진은 또한 젖산 수치를 측정했다. 근육은 운동 중에, 특히 격렬할 때 종종 젖산염(lactate)을 방출하는데 이것은 뇌로 이동하여 흡수되는 연료로 사용된다.

생쥐를 대상으로 한 과거 연구에 따르면 뇌 연료 공급의 이러한 변화가 BDNF 생성을 촉진하는 요인이었다. 동물의 뇌가 설탕 대신 젖산을 마시기 시작하면 더 많은 BDNF를 배출하기 시작하고 그 쥐는 곧 머리가 비상한 설치류가 된다.

이제 연구원들은 사람들에게서도 비슷한 일이 일어난다는 징후를 발견했다. 여유롭게 자전거를 타는 동안 사람들의 혈중 젖산 수치는 약 30분 후 약간 증가했으며 혈중 BDNF의 양도 증가했다. 그러나 6분간의 힘들고 빠른 페달링의 도중과 이후에는 젖산이 급증했고 BDNF도 급증했다.

이 결과가 시사하는 바는 “운동은 뇌에 좋고, 더 오래, 또 더 열심히 운동하면 이점을 극대화할 수 있다”라고 이 연구를 이끈 브리티시컬럼비아 대학의 박사후 연구원 트래비스 기본스는 말했다.

부아곤티에도 “운동과 뇌는 항상 BDNF와 관련이 있다.”라고 동의했다. 그는 자신의 그룹 연구에서 적당한 운동과 더 격렬한 운동(빠른 걷기와 빠른 달리기) 모두 인지 능력을 향상시켰는데, 이는 아마도 BDNF의 상승을 촉발했기 때문일 것이라고 덧붙였다.

기본스는 운동 후 BDNF가 상승된 상태를 유지하는 시간, BDNF를 증가시키기 위한 이상적인 운동의 유형과 운동량, 그 효과가 노인이나 건강하지 않은 성인에게도 동일한지의 여부 등 아직 많은 질문이 남아있다고 지적했다. 그러나 현재로선 빠르든 느리든 운동이 우리의 사고능력을 안정적으로 보호한다는 사실을 이 연구는 말해주고 있다.

<Gretchen Reynolds>