달리기가 뇌에 하는 일: 운동의 신경과학적 효과

운동이 몸에 좋다는 것은 상식이다. 하지만 운동이 뇌에 미치는 효과는 몸에 미치는 효과만큼이나, 어쩌면 그 이상으로 극적이다. 정기적인 신체 활동은 기분을 개선하고, 인지 기능을 높이며, 신경퇴행성 질환의 위험을 줄인다. 이 모든 것의 배후에는 정교한 신경생물학적 메커니즘이 있다.

BDNF: 뇌를 위한 비료

neuroscience brain neural network visualization

운동이 뇌에 미치는 효과의 핵심 매개 물질은 **뇌유래신경영양인자(BDNF)**다. BDNF는 뉴런의 생존, 성장, 시냅스 가소성을 촉진하는 단백질로, 하버드의 존 레이티(John Ratey)는 이를 "뇌를 위한 미라클-그로(Miracle-Gro)"라고 불렀다.

유산소 운동은 혈중 BDNF 수치를 급격히 올린다. 일리노이대학의 아서 크레이머(Arthur Kramer) 연구팀이 수행한 무작위 대조군 시험에서, 6개월간 유산소 운동 프로그램에 참여한 고령자들은 대조군(스트레칭만 한 그룹)에 비해 해마 부피가 약 2% 증가했다. 해마 부피는 일반적으로 해마다 1~2%씩 줄어드는데, 운동이 이 추세를 역전시킨 것이다.

신경발생과 혈관 형성

동물 실험에서 자발적 달리기는 해마의 치아이랑에서 신경발생을 2~3배까지 증가시킨다. 이 효과는 BDNF뿐 아니라 IGF-1(인슐린유사성장인자-1), VEGF(혈관내피성장인자) 등 여러 성장인자의 증가와 관련된다.

VEGF의 증가는 뇌 혈관 형성(angiogenesis)을 촉진하여, 뇌에 대한 산소와 영양 공급을 개선한다. 이는 특히 나이 들수록 감소하는 뇌 혈류를 보상하는 데 중요하다.

신경전달물질 시스템에 대한 영향

운동은 뇌의 거의 모든 주요 신경전달물질 시스템에 영향을 미친다:

세로토닌: 유산소 운동은 세로토닌 합성에 필요한 전구물질인 트립토판의 뇌 유입을 증가시킨다. 이것이 운동의 항우울 효과의 한 기전으로 여겨진다.
도파민: 운동은 선조체의 도파민 방출을 증가시키고, D2 수용체 밀도를 높인다. 이는 동기, 보상 감수성, 집중력에 긍정적 영향을 준다.
노르에피네프린: 운동 중 청반핵(locus coeruleus)에서의 노르에피네프린 방출이 증가하여 주의력과 각성도가 높아진다.
엔도카나비노이드: '러너스 하이(runner's high)'에 대한 최근 연구는 엔도르핀보다 *엔도카나비노이드(anandamide)*가 더 중요한 역할을 한다고 제안한다. 엔도카나비노이드는 혈뇌장벽을 통과할 수 있지만 엔도르핀은 통과하지 못하기 때문이다.

인지 기능 향상

운동의 인지적 혜택은 다양한 영역에서 확인되고 있다:

실행 기능: 계획, 억제 조절, 작업 전환 등 전두엽 기능이 운동에 의해 가장 크게 향상되는 인지 영역이다.
기억력: 해마 의존적 기억(공간 기억, 에피소드 기억)이 특히 개선된다.
주의력: 단 20분의 중등도 운동 후에도 주의력 테스트 성적이 향상된다는 급성 효과가 반복 확인되고 있다.

어떤 운동이 가장 좋은가

대부분의 연구가 유산소 운동에 초점을 맞추었지만, 최근에는 다양한 유형의 운동 효과도 밝혀지고 있다.

유산소 운동

걷기, 달리기, 수영 등 심폐 기능을 높이는 운동은 BDNF 증가와 해마 부피 증대에 가장 강력한 효과를 보인다. 주 150분 이상, 중등도 강도 이상이 일반적으로 권장된다.

저항 운동

근력 운동도 독자적인 인지적 혜택을 제공한다. IGF-1 경로를 통해 신경가소성을 촉진하며, 특히 고령자의 실행 기능 개선에 효과적이라는 메타분석 결과가 있다.

조정 운동

춤, 무술, 요가 같은 복잡한 동작을 포함하는 활동은 소뇌와 감각운동 네트워크의 가소성을 촉진하며, 인지적 요구가 높아 이중 과제(dual-task) 능력을 향상시킨다.

운동은 현재까지 알려진 가장 효과적인 뇌 건강 전략 중 하나다. 그것도 무료이고, 부작용은 근육통 정도이며, 누구나 어떤 수준에서든 시작할 수 있다. 뇌를 위해 할 수 있는 가장 좋은 일 중 하나가 신발 끈을 묶고 밖으로 나가는 것이라는 사실은, 어쩌면 이 복잡한 기관에 대해 우리가 아는 가장 단순하고 실용적인 진실일 것이다.

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참고 자료 (외부 링크):