한 번의 신체 운동만으로도 학습과 기억의 기반이 되는 뇌 네트워크의 신경 활동을 증가시켜 기억 형성을 촉진할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

미국 아이오와대 미셸 보스 교수팀은 10일 과학 저널 브레인 커뮤니케이션스(Brain Communications)에서 운동 전후 뇌전증 환자들의 뇌 신경활동을 측정, 운동 후 해마(hippocampus)와 학습·기억에 관여하는 주변 영역에서 기억을 장기적으로 안정화하는 것으로 알려진 '해마 리플'(hippocampal ripple)이라는 신경 리듬이 급증하는 현상을 확인했다고 밝혔다.

보스 교수는 이 연구는 운동 이후 인간의 뇌에서 실제로 신경세포 활동을 직접 관찰한 첫 사례라며 이 결과는 단 한 번의 운동만으로도 기억과 인지 기능에 관여하는 신경 리듬과 뇌 네트워크가 빠르게 변화할 수 있다는 사실을 보여준다"고 말했다.

연구팀은 과학자들이 쥐와 생쥐에서는 기억과 관련된 해마 리플 현상을 이미 기록했고 인간에서도 리플이 기억에 중요한 역할을 할 것으로 추정해왔지만 리플 기록을 위해서는 뇌에 전극을 직접 삽입해야 하므로 인간에게서는 아직 연관성을 확인하지 못했다고 지적했다.

보스 교수는 "신체운동이 기억과 같은 인지기능에 도움이 되는 경우가 많다는 사실은 오래전부터 알려져 왔다"며 "지금까지 이런 효과는 주로 행동 연구와 비침습적 뇌 영상 연구를 통해 관찰된 뇌 건강의 변화와 관련이 있는 것으로 이해돼 왔다"고 말했다.

연구팀은 이 연구에서 아이오와대 헬스케어 메디컬 센터에서 17~50세 뇌전증 환자 14명을 모집해 20분 동안 고정식 자전거를 타게 하면서 뇌에 삽입된 전극을 이용해 신경활동을 측정하는 두개내 뇌전도검사(iEEG)를 사용해 자전거 운동 전후의 뇌 활동을 기록했다.

실험 결과 해마에서 시작해 학습과 기억 수행에 관여하는 것으로 알려진 대뇌피질 영역과 연결되는 해마 리플의 발생 빈도가 참가자들이 운동 전 휴식 상태일 때보다 운동 후에 급격히 증가하는 것으로 나타났다.

연구팀은 이 결과는 연구에 참여한 뇌전증 환자에게만 국한되는 것이 아니라며 이 연구는 단 한 번의 운동만으로도 기억 처리의 확립된 신경생리학적 지표인 해마 리플에 변화가 유도된다는 사실을 보여주는 첫 직접적인 증거라고 설명했다.

보스 교수는 "운동 이후 관찰된 뇌 활동 패턴은 기능적 자기공명영상(fMRI)과 같은 비침습적 뇌 영상 연구에서 건강한 성인에서 관찰된 결과와 매우 유사하다"고 말했다.

이어 "이렇게 서로 매우 다른 연구에서 동일한 결과가 나타난다는 것은 운동이 기억 형성 관련 뇌 활동을 증가시키는 효과가 뇌전증에 특이적인 것이 아니라 운동에 대한 보다 일반적인 뇌의 반응을 반영한다는 강력한 근거 중 하나"라고 덧붙였다.

연구팀은 앞으로 운동 후 참가자들이 기억력 검사를 하는 동안 뇌 활동을 직접 기록하는 연구를 통해 운동과 기억 사이의 뇌 메커니즘을 보다 확실히 규명할 계획이라고 밝혔다.

◆ 출처 : Brain Communications, Michelle Voss et al., 'Exercise enhances hippocampal-cortical ripple interactions in the human brain', https://academic.oup.com/braincomms/article/8/2/fcag041/8503963?searchresult=1