#12. 운동화 신은 뇌 Spark Your Brain by 존 레이티, 에릭 헤이거먼

운동화 신은 뇌: 유산소 운동은 죽어 가는 뇌를 살릴 수 있다

‘러닝’이 유행일 때, 달리고 싶은 욕구는 한 가득 이었다.
다만, 무작정 뛰고 났더니 며칠 몸살을 앓았다.
달리고 싶은 마음에 이리저리 유투브도 찾아보고, 우연히 추천 도서로 ‘운동화 신은 뇌’를 읽게 되었다.
처음엔 도서관에서 빌려 읽었는데, 주옥같이 체득하고 싶은 내용들이 많아 다시 구입하여, 밑줄 그어가며 완독했다.

스트레스-뇌-운동-신체-정신 유기적인 관계들을 의학 정보 및 데이터 근거하여 풀어내었고,
큰 깨달음과 놀람으로 고개가 끄덕여지는 부분이 많았다.

많고 많은 내용 중에, 꼭 기억하며 살고 싶은 정보들을 기록한다.

운동을 하면 세로토닌, 노르에피네프린, 도파민의 분비가 늘어난다. 이 신경전달물질들은 사고와 감정에 중요한 역할을 한다. 세로토닌이 부족하면 우울증에 걸린다는 정도는 잘 알려져 있다. …심한 스트레스는 십억 개에 달하는 신경세포 사이의 연결을 부식시키고, 만성 스트레스는 뇌의 일부분을 오그라들게 한다는 사실은 모르고 있는 것이다. 그러므로 운동을 하면 신경화확물질과 여러 가지 성장인자들이 분비되어 뇌의 파괴과정을 거꾸로 돌리고 뇌의 회로를 물리적으로 강화한다는 사실 또한 모르는 것이 당연하다. (14p)

이 책의 모든 내용은 이와 같이 뇌세포를 서로 연결시키는 것과 긴밀한 연관이 있다. 예컨대 불안감을 극복하기 위해서는 새로운 뇌세포가 자라 서로 연결됨으로써 기존의 뇌 회로를 대체할 새로운 길이 만들어져야 한다. (16p)

유산소운동은 1) 외부 상황에 대처하는 능력을 길러주고 2) 뇌의 균형을 바로잡을 뿐만 아니라 3) 뇌기능을 최적화한다. (22p)

뇌에서 이루어지는 신호의 약 80퍼센트는 글루탐산염과 감마아미노부티르산이라는 두 가지 신경전달물질에 의해 전달된다….글루탐산염은 활동을 부추겨서 뉴런이 신호를 내보내게 하는 반면, 감마아미노부티르산은 활동을 억제한다.
글루탐산염은 서로 의사교환을 해본 적이 없는 뉴런 간에 신호를 전달할 때 분비량이 증가한다. 연결이 자주 일어날수록 뉴런 간에 끌어당기는 힘은 더욱 강해지는데, 바로 이러한 현상을 신경과학자들은 결합이라고 부른다. 서로 의사소통을 자주 하는 뉴런들은 결국에는 서로 결합된다. 이런 이유 때문에 글루탐산염은 학습을 하는 데 매주 중요한 물질이다.
실제로 일을 수행하는 신경전달물질은 글루탐산염이지만 신경과학자들은 조절인자 역할을 하는 신경전달물질에 더 관심을 둔다. 조절인자란, 신호를 보내는 과정 및 뇌가 수행하는 모든 것을 조절하는 노르에피네프린, 도파민, 세로토닌을 말한다. 이것들을 생성하는 뉴런은 천억 개의 뇌세포 중 단 1퍼센트에 불과하지만 그 영향력은 막대하다. (58~59p)

인슐린 유사 성장인자는 근육이 활동을 하다가 더 많은 연료가 필요하다는 것을 감지하면 분비된다. 포도당은 근육의 주요 에너지원이며 뇌의 유일한 에너지원이다. 포도당을 세포로 운반하는 일은 인슐린 유사 성장인자와 인슐린이 함께 한다. 운동을 할 때에는 신경세포 성장인자가 뇌로 하여금 인슐린 유사 성장인자를 빨리 받아들이도록 도와주는데, 그러면 뉴런이 활성화되어서 신호 신경전달물질인 세로토닌과 글루탐산염이 생성된다. 그 결과로 더 많은 신경세포 성장인자 수용체가 생성되어 기억을 저장하기 위한 연결을 두껍게 강화해준다. (76p)

새로운 세포에 연료를 공급하기 위해서는 새로운 혈관이 필요하다. 운동을 해서 근육이 수축할 때 주로 그러하듯이 세포 내에 산소가 부족할 때에는 혈관 내피세포 성장인자가 신체와 뇌에 새로운 모세혈관을 만들어 낸다.
신체에서 생성되어 뇌로 들어가는 또 하나의 중요한 물질로는 섬유아세포 성장인자가 있다. 이 인자 또한 인슐린 유사 성장인자나 혈관 내피세포 성장인자와 마찬가지로 운동을 하면 분비가 촉진되면, 신경재생에 필요한 물질이다. 섬유아세포 성장인자는 신체에서는 세포 조직의 성장을 도우며, 뇌에서는 장기 강화 과정에 중요한 역할을 한다.
나이가 들면 이 세 가지 인자와 신경세포 성장인자의 생성이 자연스럽게 줄어들면서 신경재생도 함께 줄어든다. 하지만 젊어서도 스트레스를 받거나 우울증에 빠지면 마찬가지의 경우가 생길 수 있다. 우리에게는 이 사실이 오히려 희망을 준다. 왜냐하면 운동을 함으로써 인자들의 생성을 늘릴 수 있다면 우리가 신체에 대한 주도권을 어느 정도 잡을 수도 있다는 뜻이기 때문이다. (77p)

스트레스가 극도에 다다른 외로운 사람은 약간 어려운 정도의 문제도 극복할 수 없는 장애물처럼 느낀다. 이런 상태가 지속되는 현상을 만성 스트레스라고 부른다. 이 시점에 이르면 정서적인 긴장이 물리적인 긴장으로 바뀐다. (86p)

세포 차원에서 본다면, 스트레스는 뇌의 성장을 자극하는 일종의 스파크다. 스트레스가 너무 심하지 않고 뉴런이 회복될 수 있는 시간만 있다면, 뉴런 간의 연결은 더욱 강화되어 결과적으로 정신적 기능이 향상된다. 스트레스는 유익함의 여부를 따질 대상이 아니다. 우리 삶에 필수불가결한 요소다. (90p)

두뇌의 비상 단추에 해당하는 편도는 신체의 평형 상태에 위협이 될 만한 상황을 감지했다는 정보를 받으면 연쇄반응을 작동시키다. (91p)

• 편도가 신호 보냄-노르에피네프린이 교감신경계를 통해 전기적인 신호 보냄-부신은 에피네프린(아드레날린) 호르몬을 혈액 내 퍼뜨림 -> 혈압이 높아지고 심장박동과 호흡이 빨라지는 등 스트레스에 따른 신체적인 흥분을 느낌
• 노르에피네프린과 부신피질 자극 호르몬 방출인자가 편도에서 시상하부까지 전달한 신호들을 신경전달물질이 건네받아 혈액을 타고 퍼짐->스트레스 대응에서 두 번째로 중요한 코르티솔 분비
• 스트레스 축: 시상하부-뇌하수체-부신 축, 코르티솔 분비를 촉진하여 스트레스 대응을 시작하기도 하고 끝내기도 하는 중요한 역할 담당
• 편도는 해마에게 기억을 저장하라고 신호 보냄. 당면한 위협에 어느 정도로 대응할 것인지를 결정한 뒤에 상황에 적절한 행동을 취하도록 전전두엽 피질이 신호를 올려보냄

뇌를 경계 상태로 만드는 신경전달물질은 노르에피네프린과 도파민이다. 노르에피네프린이 일단 경각심을 불러일으키면 도파민이 집중력을 날카롭게 만든다. (94p)

코르티솔의 역할 

• 신진대사의 교통을 정리한다.
• 에피네프린의 역할을 넘겨받아 더 많은 포도당을 혈액 속에 분비하라고 간에 신호를 보낸다.
• 중요하지 않은 조직과 기관의 인슐린 수용체를 차단하고, 그 밖의 여러 통로도 차단하여 스트레스 대응에 필요한 부분에만 연료가 공급되게 한다. 즉 뇌에 포도당이 충분히 공급되도록 신체로 가는 인슐린을 차단한다는 전략이다.
• 에피네프린이 활동하면서 소모한 저장 에너지를 다시 채워 넣는다. 단백질을 글리코겐으로 전환하고, 지방을 저장한다.

-> 만성 스트레스 상황처럼 이러한 과정이 지속되면 코르티솔의 활동으로 여분의 연료가 복부 지방의 형태로 배에 축적된다. 우리의 신체에 내장된 스트레스 반응은 사용하지 않을 에너지를 저장한다는 점이 문제다. (95p)

만성 스트레스 때문에 스트레스 축이 스트레스에 대비하느라 모든 연료를 소모하면, 사고 기능은 모든 에너지를 빼앗기게 된다. (96p)

해마는 스트레스 축의 정보 흐름을 차단하고 스트레스 대응을 끝낼 능력을 갖고 있다. 이미 과도하게 흥분을 한 상태가 아니라면 말이다.
비상사태가 발생하면 몇 분 이내로 뇌의 주요 스트레스 물질인 코르티솔, 부신피질 자극 호르몬 방출인자, 노르에피네프린이 세포 수용체에 달라붙는다. 그러면 해마에서 모든 신호를 내보내는 책임을 맡고 있는 흥분성 신경전달물질 글루탐산염이 활성화된다. 글루탐산염의 활동이 증가하면 해마에서는 정보의 흐름이 빨라진다. 또한 시냅스에서는 동력 구조가 변화해서 신호를 보다 용이하게 보낼 수 있게 되어 글루탐산염을 덜 요구하게 된다. 그렇다면 처음부터 스트레스 반응은 기억을 하는 주요 기전인 장기 강화를 도와주는 셈이다.
높은 코르티솔의 수치가 계속 유지되는 만성 스트레스 상황이나 기분이 우울할 때에는 왜 학습에 곤란을 겪는지도 설명이 가능하다. 이런 경우 사람들은 의욕이 부족해서 학습을 하지 못하는 것이 아니다. 해마의 뉴런이 글루탐산염의 활동을 강화하고 보다 덜 중요한 활동을 억제하기 때문에 학습 능력이 떨어지는 것이다. 즉 뇌의 모든 자원이 스트레스 대응에 집중하기 때문이다… 과잉 코르티솔이 뇌에 저장된 기존의 기억을 거내는 과정까지 방해한다는 점이다. …즉 과잉 스트레스 상황에서는 코르티솔이 뉴런을 부식시키는 효과가 발생한다. (99p)

비록 경미한 스트레스라 할지라도 일단 만성이 되면, 끊임없이 분비되는 코르티솔은 유전적인 활동을 불러일으켜 시냅스 간의 연결을 끊고 수상돌기를 수축시키며 세포들을 죽게 만든다. 그래서 결국에는 해마가 건포도처럼 오그라든다.
자기 존중감이 낮은 사람들도 스트레스 한계점이 낮고, 욕구불만을 해소할 길이 없거나, 상황을 통제하지 못한다는 느낌이 들 때, 또는 주변으로부터 아무런 도움을 받지 못할 때에는 만성 스트레스의 악영향이 나타난다. 특히 희망이 없을 때에는 뇌가 스트레스 반응을 멈추지 않는다.
노화가 진행됨에 따라 스트레스 한계점이 점차 낮아지기는 하지만, 유산소운동을 해서 한계점을 높일 수도 있다. (107p)

운동을 규칙적으로 하면 인슐린 수용체가 늘어난다. 그래서 혈당 수치나 혈액의 흐름이 감소할 때에도 세포가 혈액으로부터 포도당을 충분히 구할 수가 있다. ..인슐린 유사 성장인자는 해마에서 장기강화, 신경 가소성, 신경재생 능력을 높이는 역할을 한다.이것은 운동이 뉴런 간의 연결을 강화하는 데 도움을 주는 또 다른 방법이다.
운동은 섬유아세포 성장인자와 혈관 내피세포 성장인자를 생성해서 뇌에 새로운 모세혈관이 생겨나고 혈관의 통로가 확장되는 데에도 도움을 준다. 혈액의 흐름의 효율성도 높아지고, 신경세포 성장인자의 생성량도 늘려준다.
운동으로 생기는 성장인자는 뇌의 발달에도 좋고, 만성 스트레스로 인한 뇌 손상을 막아주기도 한다. 또 세포의 복구 기전을 활성화함과 동시에 코르티솔의 수위도 조절하고, 조절 신경전달물질인 세로토닌과 노르에피네프린, 도파민의 수치를 높여준다. (111p)

운동의 효과 (150p)

• 관심을 다른 곳으로 분산한다
• 근육의 긴장을 풀어준다
• 뇌의 자원을 늘려준다: 세로토닌은 두려움을 억제하는 전전두엽 피질의 실행 능력을 향상시키고, 편도를 진정시킨다. 또 뇌줄기에서는 신호를 조절하는 등 불안 회로의 거의 모든 실목에서 활약한다. 노르에피네프린은 흥분성 신경전달물질이므로 그 활동을 조절하는 것은 불안의 순환고리를 차단하는 데 매우 중요하다. 또한 운동은 억제성 신경전달물질인 감마아미노부티르산과 신경 세포 성장인자의 수치를 늘려주는데, 두 물질은 대체 기억을 형성하는 데 중요한 역할을 한다.
• 불안 증세에 대한 인식을 바꾸어 준다.
• 회로를 변경한다
• 회복력을 길러준다
• 우리를 자유롭게 한다

우울증을 일종의 정신적인 자물쇠라고 분다면 전기충격요법들은 뇌의 역학적인 구조를 변화시키기 위해서 스파크를 일으키는 것이다.
뇌의 어떤 부분은 끊임없이 공회전하고 있고 다른 부분은 잠겨 있는 상태다. 이런 문제를 해결하려면 뇌와 신체를 일깨워서 악순환으로부터 빠져나오게 해야 하다. 유산소운동은 바로 이런 스파크를 일으키는 혁명적인 방법이기 때문에 그토록 효과가 좋은 것이다. 운동은 뇌의 모든 부분, 모든 기능을 점화시켜준다. 뉴런의 대사를 촉진하는 일부터 시냅스 간에 정보를 전달해줄 통로를 만드는 일까지 말이다. (180p)