건강한 뇌를 위한 가이드라인 Part 2
뇌를 변화시키는 운동의 힘
written by Seungju Lee
seungju.lee@looxidlabs.com
룩시드랩스는 모바일앱에 뇌전도 (EEG)를 접목해 멘탈헬스 관리 플랫폼을 개발하고 있습니다. 사용자는 EEG 및 광혈류측정 (PPG) 센서가 달린 헤어밴드를 이용하여 뇌파를 측정함으로써 실시간으로 인지기능 상태를 확인할 수 있습니다. 수면, 스트레스, 운동 등 일상 생활을 하는 동안 수집할 수 있는 생체데이터를 이용하여 최상의 인지기능을 이끌어내는 것을 목표로 합니다. 본 아티클 시리즈에서는 인지기능에 영향을 미칠 수 있는 요인들을 알아보도록 하겠습니다.
사람의 인지 기능은 나이가 듦에 따라 자연스레 변합니다. 꼭 치매로 이어지지 않더라도 어느 정도의 인지 기능의 저하는 일어나기 마련이죠. 이는 고령층이 맞닥뜨리게 되는 가장 심각한 건강 문제 중 하나입니다. 우리의 뇌는 심장으로부터 산소와 영양분을 공급 받아 일하므로 신체 노화로 인해 인지 기능 손상이 일어날 수도 있지만, 역으로 인지 기능 손상으로 인해 신체 기능의 저하가 일어날 수도 있기 때문이죠. 이러한 신체적 건강과 인지적 건강의 연결성은, 고령층의 경우 인지적 건강 저하와 신체적 건강 저하의 악순환에 빠지기 쉬움을 의미합니다. 따라서 우리는 신체적 건강뿐만 아니라 인지적 건강 또한 건강의 최우선 과제로 두어야 합니다.
Part 1에서 다뤘던 것처럼 인지적 건강을 위해서는 수면 관리, 스트레스 관리 등 일상에서 습관적으로 관리를 할 필요가 있습니다. 그런데 이러한 일상적인 관리는 인지 기능의 주축인 뇌의 상태를 ‘유지'하도록 돕는 데에는 도움이 되나 뇌를 ‘변화’시키는 데에는 한계가 있을 수 있습니다. 뇌에 자극을 주어 뇌를 변화시키는 것이 인지 노화를 예방하고 현재 나이에서 최상의 인지적 능력을 발휘할 수 있도록 하는 데에 더 효과적인 것이지요. 따라서 이번 편에서는 뇌의 구조와 기능을 변화시킬 수 있는 운동에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.
신체적 운동으로 뇌 자극하기
가장 먼저, 신체적 운동입니다. 앞서 언급했던 것처럼 신체적 건강과 인지적 건강은 매우 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 신체적 운동은 신체뿐만 아니라 인지에도 직접적으로 긍정적인 변화를 일으키는 꼭 필요한 활동이라고 할 수 있습니다. 최근 들어 ‘신체적 운동이 뇌에 어떤 영향을 미치는지’에 대한 관심이 증가하면서 관련된 책과 기사들이 많이 나오고 있습니다.
Figure 1. 신체적 운동이 뇌에 어떤 영향을 미치는지에 관해 서술한 책과 기사들이러한 책과 기사들은 예상할 수 있다시피 신체적 운동이 뇌 건강에 도움이 된다는 이야기를 합니다. 그렇다면 운동이 뇌에 어떤 영향을 주길래 좋다고 하는 것일까요?
▶ 유산소 운동
달리기, 수영, 줄넘기, 자전거와 같은 유산소 운동을 하면 심장 박동이 빨라집니다. 심장 박동을 통해 계속해서 빠르게 근육과 뇌에 산소를 보내야 하기 때문인데요, 이는 지방을 태우는 데에 효과적일 뿐만 아니라 우리 뇌에도 상당한 변화를 일으킵니다.
Figure 2. 뇌의 회백질과 백질 (매일신문 서울대 생명과학부 강봉균 교수 제공, 2013)여러 연구에 따르면 유산소 운동은 회백질과 백질을 모두 증가시킨다고 합니다. 우리 뇌는 회백질과 백질이라는 조직으로 이루어져 있는데(Figure 2), 회백질은 주로 신경세포들이 모인 조직으로 뇌의 활동이 이뤄지는 부분이고, 백질은 이러한 회백질을 연결하는 연결 통로의 역할을 하는 부분입니다. 나이가 들면서 인지 능력이 저하되는 것은 이 회백질과 백질의 부피가 줄어드는 것과 관련이 있다고 알려져 있습니다. 뇌 구조의 변화는 뇌 기능의 변화를 야기하기 때문인데요, 유산소 운동을 통해 이 두 조직의 부피를 증가시킬 수 있으니 이것이 곧 인지 노화 예방과 인지 능력 향상으로 이어지는 것입니다.
Kramer (1999) 연구에 따르면 유산소 운동이 특히 집중력과 작업기억력을 향상시켰다고 합니다. 집중력은 말그대로 무언가에 집중할 수 있는 능력, 작업기억력은 정보를 일시적으로 저장하고 그동안 여러 인지적 작업을 할 수 있는 능력을 말합니다. 뇌의 중앙 통제 시스템이라고 할 수 있는 ‘집행 기능(executive function)’에 속하는 중요한 인지 능력들이죠. 또한, 그의 연구를 비롯한 여러 연구에서 6개월 정도의 꾸준한 운동이면 뇌의 집행 기능과 구조(회백질 두께, 피질 두께 등)를 변화시키기 충분하며, 이것이 남녀노소 불문하고 나타나는 효과이지만 특히 나이가 들수록 유산소 운동을 통해 얻는 인지 능력 향상이 두드러짐을 확인했습니다.
▶ 근력 운동
유산소 운동은 근력 운동과 함께 이루어졌을 때 뇌의 노화를 더 잘 예방할 수 있습니다. 근력 운동은 근육이 성장할 수 있도록 하는 운동으로, 연구에 따르면 일주일에 두 번 근력 운동을 하는 것은 백질을 안정화시켜 나이가 듦에 따라 백질이 점점 사라지는 것을 막아줍니다. 또한, 근력 운동을 통해 새로운 것을 배우고 경험할 때 뇌가 스스로 변화하는 성질인 뇌 가소성(Brain plasticity)이 증가하여 나이에 상관 없이 새로운 것을 잘 습득하고 기존의 인지 능력을 향상시킬 수 있습니다.
▶ 심신 운동(Mind-body exercise)
요가나 필라테스와 같이 호흡에 집중하며 몸, 마음을 통합해 신체적 건강과 정신적 안정을 도모하고자 하는 운동을 심신 운동이라고 합니다. 이 운동은 천천히 이뤄지는 운동이지만 중강도의 운동과 비슷한 정도로 몸에 영향을 미치고, 당연하게도 뇌에도 영향을 미칩니다. 특히, 뇌 가소성에 영향을 주어, 고등 인지 기능을 담당하는 전전두피질(Prefrontal cortex; PFC), 기억의 중추인 해마(Hippocampus), 청각 처리와 관련 있는 외측 측두엽(Lateral temporal lobe), 감정의 원천이 되는 섬엽(Insula), 주의 및 운동 통제 그리고 감정 조절에 관여하는 대상피질(Cingulate cortex)의 구조와 기능적 연결에 변화를 야기한다고 합니다. 마음의 안정에 심신 운동이 도움된다고 알려져 있는 것이, 기억 및 감정에 관련 있는 뇌 영역들에 영향을 미친다는 사실과 이어지는 것이지요.
뿐만 아니라 우리 뇌를 비슷한 기능을 하는 영역끼리의 네트워크로 보았을 때 인지 통제에 관여하는 네트워크인 Cognitive Control Network (이하 CCN)의 연결성에도 심신 운동이 영향을 미친다고 합니다. 한 연구에서는 심신 운동이 작업기억력, 단어 기억력, 노년층의 학습력을 모두 증진시켰음을 확인했는데, 이것이 CCN의 변화와 관련 있을 것이라 추정됩니다. 또한 CCN 외에도 어떠한 과제도 수행하지 않을 때, 즉 휴식을 취할 때 활성화되는 네트워크인 Default Mode Network (이하 DMN)의 연결성에도 영향을 미친다고 하는데요, DMN 연결성의 증가는 곧 전반적인 인지 기능과 기억을 향상시키므로 유산소 운동이나 근력 운동을 하기 힘든 분들에게는 심신 운동이 좋은 선택지가 될 것입니다.
일상생활 속 정신적 운동으로 뇌 자극하기
▶ 정신적 운동이란?
정신적 운동(Mental exercise)은 뇌 자극을 목적으로 하는 운동입니다. 뇌는 자극하면 할수록, 그리고 그 자극을 일찍 시작하면 할수록 노화로 인한 인지 저하를 막을 수 있기 때문에 뇌를 자극하기 위한 활동들이 필요합니다. 그렇다면 어떻게 뇌를 자극해야, 다시 말해 어떤 활동들을 해야 효과적으로 뇌에 긍정적인 변화를 일으킬 수 있을까요?
첫째, 새로운 것에 대한 도전입니다. 편하고 익숙한 것을 넘어서 해보지 않았던 활동을 하는 것은 새로운 신경 네트워크의 생성을 촉진하며 우리의 인지 기능을 향상시킵니다. 새로운 언어를 배우거나 새로운 악기를 배우는 것이 이에 해당할 수 있겠죠. 비슷한 맥락에서 두 번째는 여러 인지 능력을 사용하는 다양한 활동입니다. 신체적 운동도 유산소 운동과 근력 운동을 함께 했을 때 가장 효과적인 것처럼, 정신적 운동도 한 가지보다는 여러 가지를 다양하게 시도하는 것이 가장 효과적입니다. 오늘은 그림을 그렸으면, 내일은 책을 읽고, 모레는 피아노를 치는 식으로요. 마지막으로, 자신의 수준을 넘어서는 활동이 좋습니다. 좋아하는 활동이 있다면 점점 난이도를 높여가며 도전하는 것이지요. 영어를 배우는 중이라면 어느 정도 수준에 도달한 이후에는 영어 자막 없이 넷플릭스를 보는 등 계속해서 도전해야 인지적 예비능(Cognitive reserve)을 구축할 수 있습니다.
▶ 정신적 운동의 예시
그러면 구체적으로 예시를 들어보며 어떤 일상생활 속의 정신적 운동으로 우리 뇌를 변화시킬 수 있는지 같이 살펴보겠습니다.
1) 게임: 가로세로퍼즐이나 스도쿠 같이 머리를 쓰는 퍼즐 게임은 집중력, 추론력, 기억력을 높이는 데에 효과적입니다. 또한, 전략이 필요한 카드 게임이나 보드 게임 또한 기억력을 증진시키는 데에 도움이 됩니다. 한 연구에 따르면 실제로 카드 게임이나 체스, 빙고 등의 게임을 하는 노년층의 경우 게임을 하지 않는 같은 연령대의 사람들보다 기억력과 사고력 점수가 더 높았다고 합니다.
2) 언어 공부: 이중언어사용자들은 치매에 걸릴 확률이 적고 정신적 유연성(예기치 못하게 변경된 상황에서 우리의 행동과 사고가 그 상황에 적응할 수 있는 능력)이 좋습니다. 그만큼 언어를 공부하는 일은 우리의 뇌를 직접적으로 자극시키고, 인지 노화를 5년까지 늦출 수 있다고 합니다.
3) 여행: 여행을 좋아하시는 분들에게 희소식일 것 같네요. 여행 또한 새로운 것을 보고 듣고 느끼는 과정이기 때문에 뇌의 가소성을 증진시키는 데에, 그리고 뇌에서 새로운 연결성을 만들어 내는 데에 도움이 됩니다. 꼭 멀리 여행을 가지 않아도 익숙하지 않은 곳을 방문하는 것만으로도 뇌에는 긍정적인 자극이 됩니다.
4) 문화생활 및 음악 감상: 콘서트 또는 뮤지컬을 보러 간다든가, 박물관을 간다든가, 영화를 본다든가, 노래를 듣는다든가, 심지어는 춤 추는 것까지 모두 우리 뇌에 도움이 됩니다. 특히 노래의 경우, 좋아하는 노래를 들으면 긍정적인 정서적 경험까지 하게 되니 일석이조라 할 수 있겠죠?
두뇌 훈련 게임(Brain-training game)으로 뇌 자극하기
두뇌 훈련 게임라고 혹시 들어보셨나요? 한국에서도 닌텐도 DS의 두뇌 트레이닝이라든가 말랑말랑 두뇌교실이라는 칩이 유행했을 때가 있었는데요, 두뇌 트레이닝에서는 몇 가지 테스트를 거친 후 내 두뇌 나이를 계산해주던 것이 기억납니다. 그만큼 두뇌 훈련 게임은 우리에게 꽤나 익숙한 단어라고 할 수 있겠습니다.
Figure 3. 닌텐도 DS의 두뇌 훈련 게임 칩그 정의를 다시 한번 되짚어보자면, 두뇌 훈련 게임이란 온라인 상에서 새로운 것을 배우고 새로운 과제를 수행함으로써 인지적 힘과 민첩성을 기르는 것을 목적으로 하는 게임입니다. Advanced Cognitive Training for Independent and Vital Elderly (ACTIVE)라는 이름의 연구에서는 두뇌 훈련 게임이 정말로 두뇌를 자극하고 인지 능력을 향상시키는 데에 효과가 있음을 확인했습니다. 이 러한 게임은 위에서 살펴본 것처럼 일상생활 속에서 자연스럽게 할 수 있는 정신적 운동으로 뇌를 자극시키는 것은 아니지만, 이러한 게임으로 뇌를 훈련시키는 것이 효과가 있다는 것이지요.
따라서 지금부터는 뇌 훈련을 목적으로 고안되었으며 지금까지 많은 사람들이 이용하고 있는 게임들을 몇 가지 소개해보고자 합니다.
▶ BrainHQ
Figure 4. BrainHQ (출처: 구글플레이)가장 먼저 BrainHQ입니다. BrainHQ는 주의집중력, 기억력, 인지 처리 속도, 대인관계능력, 공간지각력, 그리고 IQ까지 높이는 데에 효과적이라는 것이 여러 연구를 통해 입증되었습니다. 평균 연령이 73.4세인 2800명을 대상으로 연구한 결과, 이 게임으로 10시간 동안 훈련을 한 사람은 치매 발병률이 33%, 11~18시간 동안 훈련한 사람은 48% 감소했다고 합니다. 현재는 앱으로도 나와 있으며, 세계적으로 배포가 되어있다보니 자신의 두뇌 능력을 전 세계 사람들과 비교해볼 수 있다는 것이 재미있는 포인트입니다. 다만 이런 게임에는 작업기억력을 짧은 기간 촉진시키고 게임에서 수행하는 특정 과제에 대해서만 잘하게 된다는 한계 또한 존재하긴 합니다. 전반적인 학습 능력을 증진시켜주지는 못하는 것이지요.
▶ Neuroracer
Figure 5. Neuroracer (출처: CNET)두 번째는 Neuroracer입니다. Neuroracer는 두뇌 훈련을 위해 만들어진 게임이지만 훈련이 목적이라고 느껴지지 않을 정도로 간단하고 재미있는 비디오 게임입니다. 이 게임은 여러 일을 한꺼번에 하는 멀티태스킹(Multitasking)에 초점이 맞춰져 있는데요, 자동차 경주 게임을 하면서 주의를 흐뜨러뜨리는 신호가 제시될 때 포착해야 하는 신호만 식별해야 하는 게임입니다. 2013년, 60~85세를 대상으로 한 연구에서 이 게임의 멀티테스킹 특성이 참여자들의 작업 기억력과 지속 주의력을 향상시켰다는 것을 확인했습니다. 또한, 이 게임으로 참여자들의 멀티태스킹 능력이 좋아짐에 따라 멀티태스킹과 관련된 두뇌 네트워크들에 변화가 나타나 젊은 성인들의 뇌 활동과 비슷할 정도가 되었다고 합니다.
▶ EndeavorRx
Figure 6. EndeavorRx (출처: Eastersealstech)세 번째는 EndeavorRx입니다. 이 게임은 위 Neuroracer에 기원을 두고 있는데요, 비슷한 기술로 아이들을 위해 만들어진 비디오 게임입니다. 그리고 여러 연구를 통해 이 게임이 아이들의 주의력을 향상시키고 특히 ADHD 아동들의 일상생활에 유의미한 변화를 이끌어냈음이 증명되었습니다. 이 연구들을 바탕으로 2020년, 미국 식품의약국(Food and Drug Administration; FDA)은 주의력 결핍 과잉행동 장애(ADHD) 아동들의 치료에 이 비디오 게임을 사용해도 좋다는 허가를 내렸습니다. 비디오 게임이 치료제로서 승인 받은 것은 이 게임이 처음이었죠.
이 세 개 외에도 다양한 두뇌 훈련 게임이 있는데, 연구들을 통해 그 효과성이 입증되었거나 치료법으로 승인 받은 대표적인 게임 세 개를 소개해드렸습니다. 게임을 통해 두뇌를 훈련시키는 것이 정말 효과가 있다는 것이 놀랍지 않나요? 남녀노소 즐길 수 있는 게임으로 인지 기능을 향상시킬 수 있다는 것은 희망적으로 느껴지기도 합니다. 하지만 이러한 게임들’만’ 해서 인지 기능을 최대로 향상시킬 수 있다는 의미로 받아들여서는 안 됩니다. 뇌를 자극시킬 수 있는 여러 뇌 건강 프로그램을 지속적으로 하며 그 중 하나로 두뇌 훈련 게임을 포함시키는 것이 가장 효과적이지요.
마치는 글
이번 시리즈에서는 인지 건강을 관리하는 방법을 일상편과 운동편으로 나누어 살펴보았습니다. 우리는 생애주기 내내 신체적 건강뿐만 아니라 인지적 건강도 신경을 써야 하며, 지속적인 관리를 통해 인지 노화를 예방하고 노화를 최대한 늦춰야 합니다. 그러기 위해서는 본 아티클 시리즈에서 다뤘던 일상적인 수면 관리, 스트레스 관리, 신체적 운동과 정신적 운동 모두 종합적으로 해야 합니다.
저희 룩시드랩스도 사람들의 인지 건강 관리에 도움을 주기 위해 인지 기능의 저하를 발견하고 관리할 수 있는 서비스를 개발하고 있습니다. 특히, EEG와 광혈류측정 센서를 활용하여 게임 점수뿐만 아니라 생체 데이터로 인지 건강을 측정할 수 있도록 하고 있습니다. 생체 데이터를 통해서는 더 객관적인 정보를 얻어낼 수 있기 때문이죠. 나의 인지 건강이 얼마만큼 좋아졌는지, 집중력이 어느 정도 좋아졌는지, 휴식을 취할 때는 얼마나 잘 휴식을 취하는지 등을 뇌파와 맥파 데이터로 기록하고 관리하여, 병원에 가지 않고도 스스로 인지 건강을 관리할 수 있는 환경을 만들고자 합니다.
Reference
Alvaro Pascual-Leonem, & Stephanie Watson (2020). A Guide to Cognitive Fitness. Harvard Health Publishing https://www.health.harvard.edu/mind-and-mood/a-guide-to-cognitive-fitness
Age-related changes in the brain can have significant impact on individuals, society; report identifies three top actions to help promote cognitive health. (2015, Apr 14). Targeted News Service Retrieved from https://www.proquest.com/wire-feeds/age-related-changes-brain-can-have-significant/docview/1673042417/se-2
Kramer, A., Hahn, S., Cohen, N. et al. Ageing, fitness and neurocognitive function. Nature 400, 418–419 (1999). https://doi.org/10.1038/22682
Zhang, X., Zong, B., Zhao, W., & Li, L. (2021). Effects of mind–body exercise on brain structure and function: A systematic review on MRI studies. Brain Sciences, 11(2), 205. https://doi.org/10.3390/brainsci11020205
머니투데이 美 인기 두뇌훈련프로그램 'BrainHQ' 한국 상륙. 허재구 기자. 2017.01.12. https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2017011214264569241
