[운동 안내서] 몸은 어떻게 움직이는가?
경이롭고 조화로운 협응 과정, 몸의 움직임!
우리는 하나의 몸을 가지고 있습니다. 그리고 그 하나의 몸은 여러 부분들로 구성되어 있습니다. 많은 자극들을 받아들이고 그것들에 대해 반응을 할 때, 몸 전체는 그 각 부분들이 아무렇게나 제멋대로 움직이는 것이 아니라 일관되고 통일된 조화로운 방식으로 움직이는 것입니다. 그 어떤 상황에서도 우리의 몸은 마치 완전한 하나로 통일된 것처럼 감각하고 움직입니다. 이런 일이 어떻게 가능한가요? 그리고 그럴 때 우리 몸이 지닌 공간성과 운동성은 어떻게 나타나는 것인가요?[1]
- 조광제의《몸의 세계, 세계의 몸: 메를로-퐁티의『지각의 현상학』에 대한 강해》중에서
항상 몸과 함께하는 우리는 놀라우리만치 복잡미묘한 구조의 생명체이면서, 마치 아주 정밀한 구조의 기계처럼 되어 있는 몸으로 기계들이 할 수 없는 감각들을 느끼고 다양한 것들을 한다. 단순히 손가락을 까딱이는 동작에도 얼마나 많은 과정을 통해 이루어지는지 알면 그저 감탄스러울 따름이다. 손가락 움직임처럼 눈에 보이는 하나의 움직임은 사실 작고 순차적인 동작들의 연속체이다. 이때 필요한 협응(Coordination, 인체동작의 조정력)은 신경ㆍ뼈ㆍ근육ㆍ관절ㆍ머리부터 발끝까지 덮고 있는 근막들이 조화롭게 협력하여 이루어진다.
특히 신경계통의 뇌는 온몸에 분포하는 600개가 넘는 근육들이 전력 질주에서부터 한쪽 눈을 잠깐 깜빡이기에 이르기까지 긴장도를 정밀하게 조절하고 정확히 수축하도록 시시각각 조정한다. 이 엄청난 일은 만일 우리가 모든 근육을 의식 수준에서 조절한다면 절대 할 수 없기에, 뇌는 여러 단계에 걸쳐 기능을 위임하고 있다.
[2] 유명한 포르투갈의 신경과 전문의 안토니오 다마지오(Antonio Damasio)는 저서《스피노자의 뇌: 기쁨, 슬픔, 느낌의 뇌과학》에서 뇌는 단순한 뉴런의 묶음 이상이라고 설명했다.
사실, 이 기관을 컴퓨터에 비교하는 것은 그리 적절하지 않다. 왜냐하면 행동을 만드는 신체 기관인 뇌와 뇌 각각의 구조는 환경과 상호작용한 직접적 결과이기 때문이다. 오히려 차세대 컴퓨터 칩이나 인공지능의 딥러닝은 뉴런과 시냅스로 이뤄진 뇌 구조와 시냅스 가소성을 기반으로 작동하는 인간 두뇌의 동작 방식을 모방해서 만들어지고 있다.
모든 움직임의 시작점이자 몸을 통제하는 뇌는 근육과 눈, 피부 그리고 4개의 대뇌엽(Lobes of cerebrum:전두엽ㆍ두정엽ㆍ후두엽ㆍ측두엽)과 다른 인체 기관계(신경계ㆍ순환계ㆍ호흡계ㆍ소화계ㆍ림프계ㆍ내분비계ㆍ비뇨계ㆍ생식계ㆍ골격계ㆍ근육계)에 네트워크 망처럼 연결되어 피드백을 주고받는다. 체액은 세포 사이로 넘나들며 생화학적 과정은 급작스럽게 벌어지고 간은 바쁘게 돌아간다. 아무리 작은 움직임이라도 ATP 에너지가 필요하므로 순환계ㆍ호흡계ㆍ소화계ㆍ내분비계가 필요하다.
운동Movement은 학습이자 습관이다
인간의 몸을 구성하는 거의 모든 체세포 집단에는 신경축삭이 뿌리를 내리고 있습니다. 그래서 온몸에 분포된 감각세포를 통해 감각신호를 받아들여 매 순간 골격근과 분비샘으로 운동신호를 출력하지요. 자율신경계의 작용으로 내장근육, 심장근육, 분비샘이 작동합니다. 골격근육은 의도적으로 몸을 움직여 먹이에 접근하고 천적으로부터는 도망치도록 하지요. 인간의 신경계는 감정을 느끼고, 기억하고, 학습하고, 계획하고 자기를 인식하는 능력을 진화시켰고, 언어라는 추상적 기호에 대한 기억 능력을 바탕으로 급격한 문화적 진화를 가능하게 해주었지요.[3]
- 박문호의《그림으로 읽는 뇌과학의 모든 것》중에서
뇌의 관점에서 보면 우리 몸의 움직임은 세 가지로 나눌 수 있는데, 내 의지대로 움직이는 것(수의 운동)과 내 의지와 상관없이 움직이는 것(불수의 운동) 그리고 이 두 가지가 합쳐진 움직임(율동 운동)이다. 먼저 ‘자발적 움직임(Voluntary Movement)’은 가장 복잡한 유형의 운동으로 스스로 계획을 인지하고 목적한 바를 수행하는 움직임이다. 외부 자극없이 의지만을 가지고 시작할 수 있다. 예를 들면 피아노 연주ㆍ자동차 운전ㆍ자전거 타기 같은 움직임이다.
자발적 움직임은 연습과 훈련으로 향상되는 '운동 학습(Motor Learning)'으로 한번 익히면 근육이 기억해 의식하지 않아도 할 수 있게 된다(‘근육 기억[Muscle Memory]’이라는 이름은 운동선수가 의식적이며 학습된 운동과 자세를 무의식적으로 만드는 능력을 가지도록 하기 때문에 붙여진 이름이다).[4] 운동 학습은 근육의 수축과 이완, 샘의 분비 활동을 조절ㆍ제어하는 신경계통인 '운동계(Movement System)의 습관 형성'
을 말한다. 피아노를 처음 배울 때는 손가락 움직임이 어색하고 서툴지만, 반복적으로 연습하면 점점 움직임이 좋아지고 의식하지 않아도 정확히 건반을 칠 수 있게 된다.
움직임의 시작점인 뇌에서 자발적 움직임을 담당하는 운동피질 부분 [이미지 출처: 구글]자발적 움직임의 중심이 되는 존재는 뇌의 대부분을 차지하는 중추신경계의 중추로 운동ㆍ감각ㆍ언어ㆍ기억 및 고등 정신 기능을 수행하는 기관인 대뇌Cerebrum의 ‘운동피질Motor Cortex’이다. 운동피질은 대뇌 겉면에서 헤드폰을 쓴 것처럼 이어지는 회색질이다. 운동피질은 초당 몇백만 번이 넘는 신경 자극을 보내고 받는데, 우리가 움직이지 않고 있을 때도 마찬가지다. 자세를 유지하려면 근육이 작용해야 하기 때문이다.
그리고 운동피질은 소뇌 같은 다른 뇌 부위와 긴밀한 관계를 유지하면서 작용하기 때문에 우리는 일일이 신경 쓰지 않고서도 여기저기 돌아다닐 수 있다. 대뇌 운동피질은 부위마다 다른 신체 부위에 지시를 내리는데, 이 양상은 몸감각피질(Somatosensory Cortex)에서 신체 부위마다 크기가 다른 지도와 비슷하다. 손가락처럼 정교하게 조절하는 부분은 운동피질 영역이 넓지만, 다리처럼 정교하게 조절할 필요성이 적은 부위의 운동피질은 영역이 좁다.[5]
▶ 운동신경세포만 선택적으로 파괴되는 루게릭병
미국 양키스의 전설적 4번 타자 루 게릭(Henry Louis Gehrig, 1903-1941)은 35세에 근육위축성측삭경화증(Amyotrophic Lateral Sclerosis)이라는 희귀병에 걸려 은퇴하고 2년 만에 세상을 떠났다. 루게릭병으로 알려진 이 질환은 운동신경세포만 선택적으로 파괴되기 때문에 ‘운동신경원 질환’이라고도 한다. 루게릭병은 대뇌 피질의 위운동신경세포와 뇌줄기 및 척수의 아래운동신경세포 모두가 점차적으로 파괴되는 특징을 보인다. 임상증상은 서서히 진행되는 사지의 위약 및 위축으로 시작하고 병이 진행되면서 결국 호흡근 마비로 수년 내 사망에 이르게 하는 치명적인 질환이다. 일 년에 10만 명당 약 1~2명에게서 루게릭병이 발병하는 것으로 알려져 있다. 프로농구선수였던 박승일이 20년째 루게릭병으로 투병 중이며, 타계한 스티븐 호킹 박사도 루게릭병으로 투병했다.
참고 : 서울 아산병원 질환백과 및 위키백과
생존에 필요한 움직임과 뇌속 마약
자발적 움직임과 달리 ‘반사(Reflex Movement)’으로 불리는 ‘무의식적 움직임(Involuntary Movement)’은 의식 수준에서 시작하지 않고 부지불식간에 시작하며, 자동적으로 일어나지만 일단 시작하면 알아차릴 수 있으며 수정하려 시도할 수 있다. 무의식적 움직임 중 상당수는 반사 움직임이다. 반사는 특정 상황이나 자극에 대한 반응으로 일어나는 일정한 운동 패턴을 뜻한다.[6]
망막에 빛이 들어가면 눈동자가 작아지는 반응인 ‘동공 반사(Light Reflex)’가 대표적이며 ‘간질 발작(Epileptic Seizure)’도 반사에 해당한다. 생존에 중요한 반사도 있는데 주의를 집중하지 않고 있을 때에도 위험이 있으면 재빨리 반응함으로써 인체를 보호한다. 예를 들면 못을 밟자마자 발을 들거나, 뜨거운 주전자에 손이 닿자마자 떼는 경우다.
반사는 자극에 관한 감각정보를 받고, 이 정보를 대뇌로 보내는 대신 지름길인 척수나 잠재의식을 관할하는 뇌 부위를 통해 전달하고, 이어서 운동 신호를 보내서 의식의 ‘허락’없이 근육 작용을 일으킨다. 이 신경 회로에서 신경 자극이 속사포처럼 발사되면 대뇌로도 신호가 보내지고, 몇분의 1초 후에 알아차리게 된다. 그다음부터는 의식적 조절이 가능해진다.
걷기나 달리기 같은 ‘율동 움직임(Rhythmic Movement)’은 자발적 움직임과 무의식적 움직임이 결합된 형태의 움직임이다. 율동 움직임은 대뇌 운동피질에 의해 시작하고 끝나지만, 한번 활성화되면 중간 뉴런의 네트워크인 '중추패턴발생기(Central Pattern Generators, CPGs)'가 자발적이고 반복적인 움직임을 유지한다. 이런 과정을 통해 걷기 같은 반복적인 움직임이 유지되며, 걷기에서 달리기로의 변화 또한 같은 과정을 거친다.[7]
걷기는 반복적인 운동 학습을 통해 익히게 되면 평생 의식하지 않아도 자연스럽게 걷기를 할 수 있다. [이미지 출처: 구글]참고로 우리가 장시간 걷거나 천천히 달리면 점점 기분이 좋아지는 이유는, 스트레스를 통제하는 호르몬의 작용으로 뇌에서 엔도르핀(Endorphin, 마약 모르핀 성분)과 내인성 카나비노이드(Endocannabinoids, 마리화나 성분)가 생성되기 때문이다. 이는 진화를 통해 갖추게 된 보상체계로 사냥감을 쫓아가야 하는 위험한 상황에서도 장시간 움직이도록 하기 위한 것이다.
이 보상체계 덕분에 우리가 춤추고 기분전환을 위해 청소하고, 걷고 달리고 운동을 하면 기분이 좋아진다. 장시간 달리면 ‘러너스 하이(Runner’s High)’가 일어나는 것도 이러한 이유 때문이다. 우리가 건강 유지라는 필요에 의해 (의무적 기분이 드는) 운동을 해야 하기도 하지만, 기분이 좋아지기 때문에 운동을 습관으로 만드는 것이 필요하다.
▶ 당신을 달리게 하는 뇌속 마약
달리기를 즐기다 보면 처음에는 숨이 차고 힘들다가도 시간이 지나면 언제 그랬냐는 듯 몸이 가뿐해진다. 더 나아가 시공간을 초월하고 박진감을 느끼며 희열감을 느껴 자기 몸이 날아갈 것 같은 상태에 이르기도 한다. 짧게는 4분에서, 길게는 30분에 이르기도 하는 이 같은 상태가 바로 러너스 하이(Runner’s High)다.
러닝 하이(Running High)라고도 불리는 이 상태는 일종의 감정 호전상태를 지칭하는 말이다. 오르가슴(Orgasm)의 느낌과 유사하다고 말하며, 이런 경험은 시작과 끝이 분명하고 율동적이며 장시간을 요하는 유산소성 운동에서 자주 경험된다고 알려져 있다. 달리기 시에는 시간과 속도에는 커다란 상관이 없으나 적어도 30분 이상의 장거리 달리기가 필요하며, 달리는 사람의 심적, 육체적 상태에 긴장감이 없을 때 경험할 가능성이 높은 것으로 알려져 있다.
러너스 하이에 영향을 준다고 알려진 물질은 뇌하수체 전엽에서 분비되는 엔도르핀 호르몬으로 통증을 억제하는 효과가 마약인 모르핀보다 100배나 강하다. 엔도르핀은 인체가 고통을 겪거나 심리적으로 충격을 받아 기분이 나쁠 때도 분비된다고 알려져, 스트레스를 통제하기 위한 인체의 자기방어 호르몬으로도 알려져 있다. 더불어 엔도르핀과 유사한 물질인 내인성 카나비노이드(Endocannabinoid)도 러너스 하이에 영향을 주는 물질이다. 내인성 카나비노이드는 마리화나의 활성성분과 유사한 천연화합물로서 항암작용을 비롯한 통증제어, 뇌손상 복구 등 생리적 과정에 필수적인 물질로 알려져 있다.
참고 : <러너스 하이란 무엇인가?> 사이언스타임즈, 2011.5.30
더욱 정교한 움직임을 만드는 소뇌
둥글고 주름이 많은 소뇌(Cerebellum)는 대뇌와 닮은 점이 몇 가지 있다. 중추신경계의 일부분으로 대뇌의 기능을 보조하여 자발적 움직임의 조절과 평형을 유지하는 기관인 소뇌처럼 신경세포의 세포체와 가지돌기와 시냅스로 구성된 회색질이 바깥층인 피질에 있고, 신경섬유축삭이 주성분인 백색질은 속질에 있다.
소뇌 백색질은 다른 여러 뇌 부위로 연결된 신경로, 즉 신경섬유다발을 이룬다. 소뇌피질은 대뇌피질에 비해 주름이 훨씬 더 촘촘하다. 소뇌는 대뇌의 뒤 및 아래에 있기 때문에 대뇌로 전달되는 모든 감각정보뿐 아니라 뇌에서 시작하여 척수를 거쳐 몸에 전달되는 운동 명령을 모두 감시할 수 있다. 또한 바닥핵 같은 다른 운동 조절 뇌영역과 밀접하게 연결되어 있다.
소뇌의 주된 역할은 운동피질에서 시작한 개괄적인 운동 명령을 세밀하게 보완하고 다시 운동피질로 돌려보내 자세한 운동 명령이 근육에 전달되게 하고, 모든 운동이 매끄럽고 능숙하게 협응해서 일어나도록 피드백 정보를 감시하는 것이다. 소뇌의 이러한 특징 때문에 특히 몸의 균형을 잡고 동작을 계획하고 실행하는 일에 관여하므로 움직임을 더욱 정교하게 그리고 운동을 더 잘할 수 있게 해준다.
소뇌는 부드럽고 조화로운 신체 움직임을 제공한다. [이미지 출처: 구글]이것이 가능한 이유는 근육의 운동을 잘 조절할 수 있는 것은 소뇌에 입력되는 정보 때문인데, 바로 '근육 긴장도와 근육 길이 변화'이다. 이 두 가지를 '고유감각(Proprioceptive Sense, 고유수용성감각)'[8]이라고 한다. 그리고 이러한 정보를 중추신경계에 제공하는 수용기를 ‘고유수용기Proprioceptor’라고 한다. 근육 긴장도, 즉 근육을 통해서 늘어나는 장력 변화는 힘줄(Tendon)에 있는 고유수용기인 '골지힘줄기관(Golgi Tendon Organ, GTO)'가 감지하며, 근육 길이 변화는 근섬유(Muscle Fiber)에 있는 고유수용기인 '근방추(Muscle Spindle)'가 감지한다.
▶ 운동감각[9]
운동감각(Kinesthesia)이란 사지의 움직임 속도를 인식할 뿐만 아니라 신체의 각 부위의 위치를 인식하는 것을 의미한다. 이러한 몸의 자세에 대한 감각은 일상적인 활동과 운동기술 모두에 있어서 중요하다. 실제로 몸의 자세에 해한 예민한 감각은 체조, 다이빙, 그리고 농구 등의 복잡한 기술들을 수행하는 데 있어서 필수적이다. 사실 높은 수준의 운동 감각을 요구하는 스포츠 대회에서 운동감각의 개인차는 운동수행력의 차이를 결정짓는 데 중요한 역할을 한다. 세 가지 주된 고유수용기에 관련된 감각 장치는 다음과 같다.
관절 고유수용기(Joint Proprioceptors): 신체 움직임의 속도와 관련된 신호뿐만 아니라 신체부위의 위치를 인식하여 신체가 균형을 이룰 수 있도록 정보를 제공한다. 관절 고유수용기에는 ①자유신경종말Free Nerve Ending ②골지형수용기Golgi-type Receptor ③파시니안 소체Pacinian Corpuscle가 있다.
근육 고유수용기(Muscle Proprioceptor): 근육 움직임을 적절하게 조절하기 위해서 근육의 긴장도와 길이 변화 정보를 제공한다. 근육 고유수용기에는 ①화학수용기 ②골지힘줄기관Golgi Tendon Organ, GTO ③근방추Muscle Spindle가 있다.
- Scott K. Powers & Edward T. Howley의《파워 운동생리학 10판》중에서
이처럼 소뇌가 대뇌 운동영역에서 시작하는 운동정보들과 근육에서 시작하는 고유감각을 끊임없이 비교 분석하고, 운동계획과 운동결과를 비교하여 하위운동 신경원의 작용을 조절한다. 그래서 소뇌는 뇌 전체 부피의 10%에 불과하지만, 나머지 90% 뇌에 있는 신경세포에 비해 두 배가 넘는 수의 신경세포가 분포한다. 최신 연구 결과에 따르면 소뇌는 어떤 상황에 집중하고 언어를 말하고 이해하는 데에도 활발하게 작용한다고 한다.
[10]
지금까지의 이야기를 종합해 몸이 어떻게 움직이는지 100m 달리기를 예로 들면 ‘제자리에, 준비, 출발’처럼 간단한 순서를 따라 행동할 때 뇌의 여러 부분이 ‘서로 대화’하는 운동 실행 과정이다.[11]
제자리에~: 시각중추와 청각중추에서 중계된 감각 정보는 등쪽가쪽이미엽피질로 전달되고, 이 피질은 계속해서 언제 출발할지를 계산한다. 조가비핵에 저장된 숙련된 운동 패턴에 관한 기억과 준비사항은 뒤마루엽피질로 전달되는데, 뒤마루엽피질에서의 작용은 대부분 잠재의식에서 일어난다.
준비~: 등쪽가쪽이마엽피질은 곧 운동을 시작하라는 의식 수준의 의도를 계획하고, 뒤마루엽겉질은 바닥핵을 통해 동일한 신호를 보낸다. 두 피질 모두는 시상을 자극ㅎ하여 보조운동영역과 운동얖영역으로 신호를 중계하게 하는데, 두 영역은 운동피질과 함께 ‘활동계획’을 수립한다.
출발!: 운동피질은 명령을 내린다. 운동피질은 소뇌 및 바닥핵과 쌍방향 명령-피드백 연결을 이룬다. 소뇌는 근육 운동을 세밀하게 조정하고 다시 운동피질에 정보를 중계하여 결국 대뇌의 운동 피질에서 근육으로 명령이 전달된다.
아주 작은 몸동작 하나만 들여다보더라도 우리 몸의 어느 부분도 고정되어 있지 않고, 움직이며 연결되어 상호작용 한다는 점을 알 수 있고 이는 명백히 입증된 과학적 사실이다. 범위를 넓혀 우리가 충분히 움직이면 근육은 변화하고 성장한다. 정신도 마찬가지다. 뇌는 움직임을 지시하지만, 결국 움직임에 의해 다시 만들어지고 움직임을 통해 뇌는 진화해 왔다.
새 세포가 태어나고 새 동맥혈이 뿜어져 나온다. 동일한 과정이 우리 몸 여기저기서 일어난다. 우리 몸에서 움직임에 영향을 받지 않는 세포는 단 하나도 없다. 심지어 DNA조차도 바뀐다. 이는 후성유전학을 통해 밝혀졌다. 진화과정을 통해 움직이는 몸으로 설계된 우리 몸을 비활동적으로 내버려 두는 건 자연스럽지도 현명하지도 못한 일이며, 그 상황이 점점 심각해지고 있다고 최첨단 운동과학은 지적한다.
사회가 침체 국면에 접어들거나, 이동의 자유가 사라진 코로나 펜데믹 상황에서 자살률이 올라가듯이, 허리둘레가 늘어나면 불행지수가 높아진다. 한 통계에 의하면, 앞으로 10년 이내에 북미와 유럽의 기대수명은 거꾸로 줄어든다고 한다. 이는 현대사에서 처음 발생하는 일이 될 텐데, 가장 큰 원인은 바로 사람들이 충분히 움직이지도, 운동하지도 않기 때문이다. 그러니 나를 바꾸고, 삶에 변화를 주고 싶다면 움직여야 한다. 우리는 움직이기 위해 태어났고, 몸은 움직이고 싶어 한다. 지금, 움직이자!
원본: [운동 안내서] 몸은 어떻게 움직이는가?
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<움직임에 필요한 것들>
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참고 문헌
[1] P132, 조광제의《몸의 세계, 세계의 몸: 메를로-퐁티의 『지각의 현상학』에 대한 강해》
[2] P308, 앨리스 로버츠의《인체 완전판: 몸의 모든 것을 담은 인체 대백과사전 2판》
[3] P16, 박문호의《그림으로 읽는 뇌과학의 모든 것》
[4] P439, 디 언그로브 실버톤의《인체 생리학 5판》
[5] P308, 앨리스 로버츠의《인체 완전판: 몸의 모든 것을 담은 인체 대백과사전 2판》
[6] P308, 앨리스 로버츠의《인체 완전판: 몸의 모든 것을 담은 인체 대백과사전 2판》
[7] P439, 디 언그로브 실버톤의《인체 생리학 5판》
[8] 저자 주: 고유감각은 우리 몸의 위치, 자세, 평형 및 움직임(운동의 정도, 운동의 방향) 등에 대한 감각으로, 우리 몸이 어디에 위치해 있고 어떻게 움직이는지 아는 감각이다.
[9] P138-139, Scott K. Powers & Edward T. Howley의《파워 운동생리학 10판》
[10] P309, 앨리스 로버츠의《인체 완전판: 몸의 모든 것을 담은 인체 대백과사전 2판》
[11] P308-309, 앨리스 로버츠의《인체 완전판: 몸의 모든 것을 담은 인체 대백과사전 2판》
참고: 서울 아산병원 질환백과 및 위키백과
참고: <러너스 하이란 무엇인가?> 사이언스타임즈, 2011.5.30
By 푸샵 이종구: <남자들의 몸 만들기, 2004> 저자
·자격사항: 개인/임상/재활 운동사, 미국체력관리학회 공인 퍼스널 트레이너(NSCA-CPT), NSCA-스포츠영양코치, 국가공인 생활스포츠지도사2급, 퍼스널 트레이너2급, 웃음치료사2급, 바디테크닉 수료
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