뇌과학을 연구해온 헤이스 박사가 운동에 관심을 갖게 된 계기는 특별하다. 그녀는 대학원생 때부터 특정 생각이나 충동이 반복적으로 떠오르는 정신질환인 강박장애를 앓았는데, 이런 증상은 결혼 후 육아를 하면서 심해졌다. 그러던 어느 날 우연히 자전거를 탔더니 기분이 한결 좋아지면서 강박장애가 서서히 잦아드는 경험을 했다. 그 길로 헤이스 박사는 철인3종 경기를 준비해 도전했고, 완주와 함께 마음의 병도 거짓말같이 말끔히 나았다.
그녀는 본격적으로 운동에 관한 연구에 몰입했고, 2013년 운동과 뇌의 상호작용을 연구하는 ‘뉴로핏 연구소(NeuroFit Lab)’를 설립해 지금까지 이끌고 있다. 몸을 움직여 정신건강을 회복하고 인지능력을 향상시키는 법을 찾는 연구는 그 가치를 인정받아 여러 재단으로부터 100만 달러 이상의 지원금을 받았다.
제니퍼 헤이스는 세계적인 명문 대학교 캐나다 맥마스터 대학에서 인지신경과학 박사 학위를 받았다. 이후 토론토 베이크레스트 병원에서 뇌 건강과 노화를 연구하는 박사후연구원으로 지냈다. 우수 과학자 양성을 위한 캐나다 정부의 지원 프로그램 CRC(canada research chairs)의 ‘뇌 건강 및 노화 연구’ 분야 위원장을 맡고 있으며 현재 맥마스터 대학의 운동학과 부교수다.
사람에게는 얼마만큼의 잠이 필요할까자문 두뇌 건강에 필수적이다. 잠이 부족하면 뇌는 제대로 작동하지 못한다. 적정 수면 시간은 나이에 따라 달라지는데 어린이와 10대는 성인보다 더 많은 자음을 필요로 한다. 자는 동안 성장기에 뇌와 신체가 열심히 일해야 하기 때문이다. 6~13세 어린이라면 하루 9~ 11시간 14~17세 청소년이라면 하루 8~10시간 18~ 64세의 성인이라면 하루 7 ~9시간 65세 이상이라면 하루 7 ~8시간을 자야 한다.수면이 기분에 미치는 영향정신질환은 수면 부족의 원인이다. 그러나 때로는 수면 부족이 정신질환을 촉발하기도 한다. 정신질환이 있는 사람은 불면증을 경험할 가능성이 높고 불면증이 있는 사람은 우울감을 느낄 가능성이 10배 높으며 불안감을 느낄 가능성이 17배 높다. 다시 말해 수면 부족은 정신질환의 원인이지 결과인 것이다. 수면 부족은 편도체와 전전두피질 사이의 소통을 방해하고 그 결과 우리는 우울과 불안을 느낀다. 이러한 작동 사이클은 편도체와 전전두피질 간 연결망이 형성되고 있는 중인 10대에게는 특히 위험하다.잘 사고 싶다면 많이 움직이면 된다. 잘 잘수록 많이 움직일 수 있다. 선순환이 발생하는 것이다. 우리가 잠을 푹 잘 수 있게 도와주는 운동은 걷기 달리기 자전거 타기 근력 운동 요가 태국권 등 무수히 많다. 조금이라도 운동하는 게 아예 안하는 것보다 훨씬 낫다. 빨리 잠들고 깊이 자기 위해서 어떻게 운동해야 될까딱 맞는 운동 시간대 찾는 법뇌의 시간을 늦추어 일찍 잠들고 싶다면 아침 7시 또는 오후 1시에서 4시 사이에 운동하면 된다.뇌의 시간을 당겨 늦게 잠들고 싶다면 저녁 7시에서 10시 사이에 운동하면 된다.운동을 할수록 잠을 깊게 자는 이유를 이해하기 위해서는 두 번째 천연 수면 보조제인 아데노신에 대해서 알아야 한다. 아데노신은 뇌를 비롯한 신체의 모든 세포에서 발견되는 화학물로 우리가 움직이는 동안 계속 높아진다. 때문에 운동을 길게 열심히 할수록 낮 동안 아데노신이 많이 쌓여 밤에 더 깊이 잘 수 있다. 뇌에는 아데노신의 증가를 감지하는 센서가 장착되어 있어서 아데노신이 지나치게 높아지면 뇌는 당신을 재운다. 아데노신 수치는 뇌의 배터리를 얼마나 사용했는지 나타내는 것으로 이해하면 된다. 쉽다 배터리를 다 쓰면 당신이 어디에 있든 시간이 몇 시든 뇌가 당신을 재우는거야? 이 수면 보조제는 멜라토닌과는 달리 시간에 관계없이 작동한다운동은 낮시간동안 뇌의 배터리를 방전시켜 밤에 깊이 잠들게 한다는 뜻이다. 숙면은 소위 말하는 수면 부채 즉 우리 일상의 부족한 수면 누적분을 갖는 데 꼭 필요하다. 수면시간이 부족하면 수면 부채가 늘어나 낮에도 졸리게 되는데 적은 양의 부채도 물이 불어나듯 늘어나 엄청난 빚이 되기 시작했어. 수면의 깊이는 뇌의 활성도에 영향을 받는다. 우리가 깨어있고 움직일 때는 뇌가 활발히 일한다. 몸을 움직이고 정신에 집중하기 위해 뇌의 배터리를 빠르게 사용해 소모되는 것이다. 보통 뇌의 배터리는 16시간 사용하면 방전되어 우리는 잠자리에 들게 된다. 잠은 4단계에 걸쳐 점점 깊은 잠으로 나아가는데 1단계 경수면 나른한 상태를 말한다.깨어있는 상태와 잠든 상태의 중간 지점이라고 보면 된다. 바쁘게 움직이던 뇌의 활동성이 줄어들면서 뇌파의 진폭은 점점 커지고 주파수는 느려지게 된다. 대개 10분가량으로 짧게 지속된다2단계 심수면점점 더 뇌의 활동성이 줄어들면서 의식이 희미해진다. 이때 빠르고 규칙적인 뇌 활동이 발생하는데 이 같은 형태의 뇌파를 수면 방추라고 한다. 수면 방추는 숙면을 위한 필수 단계로 대다수 사람들이 잠에 깊이 빠져들기 전에 10~25분가량 이 상태에 머문다.3단계 서파수면( slow wave sleep)의식이 전혀 없고 주변 상황을 감지하지 못하는 상태라 뇌의 활동성이 거의 정지한 수준으로 느껴지고 파장이 느리고 진폭이 큰 델타파가 발생한다. 델타 파가 뇌를 장악하면 뇌가 깨끗해진다. 푹 자고 일어난 후 개운한 이유가 바로 있다 때문이다. 숙면은 이러한 방식으로 뇌를 재충전하며 숙면할수록 숙면 부채를 빠르게 감는다. 서파 수면은 20~40분 동안 지속되며 운동을 하고 난 뒤에 잠들 경우 더 길게 이어진다. 4단계 렘수면서파수면이 끝난 뒤에 뇌와 안구가 빠르게 움직이는 렘수면으로 진입한다. 뇌파의 양상은 각성 상태일 때와 비슷하게 움직인다. 다시 잠의 깊이가 얕아진 상태로 뇌의 활동성이 증가하고 잠에서 깨기도 쉽다. 반면 근육은 이완되어 움직이지 않는다. 다만 램이라는 이름처럼 눈은 빠르게 움직인다. 램 수면 단계에서 가장 생생하고 복잡하며 감정적인 꿈을 꾼다. 첫 램 수면이 몇 분간 지속되다가 다시 섭화수면으로 돌아온다. 돌아가고 잠을 자는 동안 뇌는 섭화수면과 램 수면 사이를 보통 4에서 6회 정도 순환한다. 렘 수면은 평균적으로 잠든지 90분 후에 처음 일어나며 잠든 시각에서 멀어질수록 그 길이가 점점 길어져 최대 60분까지 지속될 수 있다숙면의 단계인 서파수면은 나이를 먹을수록 감소하기 때문에 더 많이 움직여야 잠을 잘 수 있다. 일부 노인들은 섭화수면 시간이 총 수면 시간에 5%에 불과해 충분히 원기가 회복되었다는 느낌을 받지 못하기도 한다.또한 뇌를 청소하는 델타파가 부족해 뇌의 독성 잔여물이 있어 뇌 플라크가 생긴다. 수면 부족이 알츠하이머병을 유발할 가능성이 바로 여기에 있다. 다행히 유산소 운동과 근력운동으로 수면의 질을 높여 중년과 노년의 수면 문제를 치료할 수 있다.램 수면이 부족한 건 무슨 문제가 생길까? 꿈을 몇 개 덜 꾸는 게 뭐가 그리 중요한지 의문을 가질 수도 있다. 그러나 램 수면 중에 우리가 꾸는 꿈은 뇌의 오락일 뿐만 아니라 정서와 연관된 기억을 맥락에 맞게 정리해 감정의 고통을 덜어내는 역할을 수행한다. 잠을 자 자고 나면 아침에는 기분이 나아지고 엄마의 조언이 일리가 있었던 것이다. 술을 마시고 잤을 때는 램 수면이 방해돼서 아침에 일어나도 기분이 좋아지기는 커녕 오히려 더 나빠진다. 그뿐만 아니라 두려운 기억이 되살아날 가능성도 높다. 보통 불면증과 외상 후 스트레스 장애가 있을 경우 그렇다. 거꾸로 알코올 중독자가 쉽게 불안해하는 이유로도 볼 수 있다
운동강도 높이기.뇌로 이동하는 혈류가 10년에 10%씩 줄어드는 중년에 운동을 통해 생산된 젖산은 혈관의 생성을 촉진해 혈류를 늘린다. 알츠하이머병 환자의 해마에서는 뇌세포의 성장을 돕는 bDNF 즉 뇌율의 신경 역량 인자가 줄어드는데 운동을 통해 생산된 젖산은 근육에 쌓여있다가 해마로 이동해 BDNF를 만든다.지구력 운동은 왜 수면 연장에 효과적일까? 바로 심폐 체력을 길러주기 때문이다. 심장과 폐가 최적의 상태로 가능해야 뇌를 비롯한 신체의 나머지 부분도 원활하게 작동한다. 심폐체력을 가장 객관적으로 평가하는 기준은 최대 산소 섭취량이다. 보통은 최대 산소 섭취량은 노화 과정에서 10년에 12%가량 감소하지만 지구력 운동을 하는 마스터 선수들의 감축 속도는 그 절반에 불과하다. 노화에 따른 건강 손실을 운동으로 절반 이상 막을 수 있다는 뜻이다성인의 뇌에서도 새로운 뇌세포가 생길까1화 기억은 사건에 대한 기억으로 해마의 가장 의존적이며 노화와 알츠하이머병으로 소멸한다. 이 때문에 알츠하이머병 환자는 친한 사람을 알아보* 못하며 약의 복용 여부나 차를 세워둔 위치를 기억하지 못한다. 다음으로 절차 기억은 기술과 행동에 대한 기억으로 해마의존도가 낮다. 그 덕분에 자전거 타는 법 등과 같은 순서와 절차에 대한 것들은 알츠하이머병에 걸린 후에도 망각되지 않고 오래 존재한다. 마지막으로 의미 기억은 사실에 관한 기억으로 절차 기억과 마찬가지로 해마 의존도가 낮다. 많은 알츠하이머병 환자들이 기억을 잃어가는 와중에도 좋아하는 동료 가사를 기억하는 이유다인터벌 걷기를 한 노인들은 기억력이 향상된 반면 일정한 속도나 걷거나 스트레칭을 한 노인들의 기억력은 변하지 않는 사실도 주목할 만하다. 이러한 결과는 젖산 역치 이상의 고강도 인터벌 운동이 기억력을 증진시키고 치매를 예방하는 데 이상적이라는 점을 말해준다함께하면 배가 되는 운동의 힘
우울증을 앓는 1400명 이상의 성인을 대상으로 한 연구에 따르면 유산소 운동과 근력 운동은 모두 우울증을 이겨내는데 도움을 준다. 유산소 운동을 일주일에 세 번 했을 때 우울증을 완화하는 데 효과가 있었고 강도에 따른 차이는 없었다. 가장 중요한 것은 지속 시간이었다. 운동을 10분만 늘려도 항우울효과가 급격하게 늘어났다.반면 근력운동의 경우는 지속 시간보다 강도가 중요했다. 일주일에 두세 번 근력운동을 했을 때 운동 강도를 10만 높여도 항우울 효과가 급격하게 커졌다. 이때 웨이트 트레이닝 요가 태극권 등 모든 종류의 근력 운동이 우울증 완화에 효과가 있었다.운동을 야외에서 하면 트립토판을 세로토닌으로 바꾸어주는 비타민 D도 보너스를 얻을 수 있다. 보통 우울증을 앓는 사람들은 비타민 d 수치도 낮기 때문에 야외에서 운동하는 것이 더 효과적이다. 유산소 운동이든 근력 운동이든 종류를 불문하고 모든 운동은 강력한 우울증 예방주사다.
운동은 어떻게 정신을 치유하는 것일까? 운동에는 소염 효과가 있다. 운동을 하면 근육은 마이오카인이라는 특수한 사이토카인을 분비한다. 일반적으로 사이토카인처럼 마이토카인도 면역체계의 경보를 울리지만 그들은 나쁜 상황을 예방하는 것을 목표로 다음과 같은 메시지를 전달한다.내 몸에게 지금은 위험한 상황이 아니야. 하지만 운동을 하면 잠시동안 항상성이 유지되는 행복한 상태를 벗어나 그때는 평소보다 공격에 취약하니까 조심하렴너의 건강을 바라며 마이오카인신체는 마이오카인에게 충고받은대로 운동할 때는 염증 반응을 일으키는 사이토카인을 분비해 스스로를 보호한다 하지만 운동을 마치면 곧바로 신체의 청소 작업반을 보내 염증이 일어난 부분을 치운다. 이 작업반은 운동으로 생긴 모든 염증뿐 아니라 기타 해로운 요인들까지 철저히 제거한다. 꾸준히 운동을 할수록 이들의 작업은 더욱 완벽해지고 신체에는 염증이 덜 존재하게 된다. 염증이 덜 생기는 것은 비단 심장병 환자들의 정신에만 유익한게 아니다. 운동은 이형 당뇨 뉴머티스 관절염 암 등 만성염증성 질환을 앓는 모든 이에게 긍정적인 변화를 가져다준다
호흡에 집중 할 때는 전전두피질의 활동이 증가하면서 비관적인 생각이 줄었다. 전전두피질이 편도체를 달래면서 마음이 편해진 점이다. 또 다른 연구에서도 호흡에 집중하면 통증이 완화된다는 사실이 증명되었다. 호흡에 집중할때 불안한 마음이 금방 가라앉는 이유는 무엇일까? 우리의 정신은 한번에 하나에만 집중할 수 있어서 정신이 신체호흡에 집중할수록 걱정에는 신경을 덜 덜 쓰게 되는것이다. 태극권 필라테스와 같은 운동은 본래 호흡법을 강조하는 운동이지만 그렇지 않은 유산소 운동에도 호흡법을 적용할 수 있다
뇌는 게으름을 좋아한다. 운동을 한다는 생각만으로 뇌가 움찔하는 첫 번째 이유는 바로 뇌가 게을러서 이다. 정확히 말하면 게으르다 기보다는 검소하다. 뇌는 모든 자발적 운동을 불필요한 지출로 생각하기 때문이다. 운동을 생각하는 것만으로도 내가 움찔하는 두 번째 이유는 운동이 항상성을 깨는 스트레스 요인이기 때문이다. 늘 그렇게 생각할 필요는 없는데도 말이다.마음의 치유가 필요해서 이 책을 읽고 있는 사람이라면 만성 스트레스에 익숙하리라 생각된다. 만성 스트레스는 최악의 경우 무력감을 남기고 이후에 예기치 못했던 만성 스트레스는여러 일들을 발생시키기도 한다. 바로 경직 반응인 학습된 무기력을 유발하는 것이다.우리 몸의 스트레스를 통제 스위치를 망가뜨리는 치명적인 결과를 낳는다. 그 결과 몸은 스트레스 저항성이 떨어지고 스위치가 고장 난 탓에 코르티솔을 통제할 수 없을 정도로 많이 퍼져나가 몸과 마음이 손상된다. 다행인것은 규칙적으로 운동을 하면 스트레스 반응이 정상 수준으로 돌아오고 심리적 스트레스 요인이 강해진다는 것이다. 동시에 마음에는 낙관주의가 서서히 싹을 틔운다 전혀 통제 불가능해 보이는 상황에서도 말이다. 이는 운동이 뇌에 공급하는 뇌의 유래신경 역량 인자 BDNF 덕분이다. 이는 뇌의 비료와 같은 존재로 스트레스 반응을 무마시키는 뇌세포를 비롯한 모든 뇌세포의 성장과 기능을 돕는다.우리는 운동의 치유력에서 무기력을 무너뜨릴 희망을 찾을 수 있다. 운동은 뇌속에 있는 희망의 불씨가 꺼지지 않도록 해준다. 물론 운동이 누군가 당신에게 가하는 폭력을 사라지게 해주지도 당신을 가로막는 사회적 장벽을 무너뜨려주지도 않는다. 하지만 운동은 적어도 무기력한 사고방식에서 빠져나오는데 필요한 추진력을 제공한다. 이를 통해 우리는 가능성이 보일 때는 포기하지 않고 싸울 수 있다운동을 하면 뇌는 스트레스의 강력한 독성으로부터 뇌세포를 보호하는 BDNF의 흠뻑 젖는다. 그덕분에 고장난 스트레스의 통제 스위치는 다시 저장 정상으로 돌아갈 수 있다. 뿐만 아니라 막 운동을 끝냈을 때에는 몸이 모든 스트레스 요인을 차단하기에 자유롭고 평화로운 순간을 느낄 수 있다. 스트레스가 없는 삶을 상상하기 어려운 시대를 살고 있는 우리에게 운동은 한 줄기 빛인 것이다