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 작성자 |
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이동윤 |
작성일 |
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2013.10.19 |
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달리기는 감마파를 발생시켜 뇌활동을 최고로 올린다. |
뇌파는 1875년 영국의 생리학자 R.케이튼이 처음으로 토끼·원숭이의 대뇌피질(大腦皮質)에서 나온 미약한 전기활동을 검류계(檢流計)로 처음 기록하였으며, 사람의 경우는 1924년 독일의 정신과 의사인 H.베르거가 처음으로 기록하였다. 베르거는 머리에 외상을 입은 환자의 두개골 결손부의 피하에 2개의 백금전극을 삽입하여 기록하였으며, 나중에 두피(頭皮)에 전극을 얹기만 하여도 기록될 수 있다는 것을 관찰하고, 이것을 심전도(心電圖)나 근전도(筋電圖)와 같이 뇌전도(腦電圖 electroencephalogram:EEG)라고 하였다. 이와 같은 그의 공적을 기려 뇌파를 ‘베르거 리듬’이라고도 한다.
뇌에서 나오는 전기적 파장인 뇌파는 매우 복잡한 패턴으로 진동하는 파형형태이며, 머리의 피부에 전극을 붙이고 전위 변화를 기록한 뇌전도(electroencephalogram, EEG)를 통해 볼 수 있는데, 뇌파는 인간의 의식 상태에 따라 변화하고 특유의 패턴을 보인다. 뇌파를 특정 주파수로 진동하는 단순 진동들의 선형적 결합이라고 가정하고, 이 신호에서 각각의 주파수 성분을 분해하여 그 크기 또는 파워를 표시한 것이다. 파워스펙트럼을 이용한 뇌파의 종류는 뇌파를 관찰할 때 그 주파수와 진폭에 따라 분류할 수 있다.
인간의 뇌에서 나오는 뇌파의 파장은 기본적으로 0~30Hz의 주파수가 나오며 약 20~200μV의 진폭을 보인다. 주파수의 높고 낮음에 따라 알파파(α), 베타파(β), 세타파(θ), 감마파(γ), 델타파(δ)등으로 나누어진다. 사람에서는 그림과 같이 희미하게 잠이 깨어 있을 때는 10Hz 정도의 알파파, 말짱하게 깨어 있을 때는 진폭이 작은 14~30Hz의 베타파, 깊은 수면 중에는 진폭이 큰 0.5~3Hz의 델타파를 나타낸다.
감마파(γ)는 극도의 각성과 흥분시에 나타나며, 30~50Hz의 주파수를 나타낸다. 전두엽과 두정(중심)엽에서 비교적 많이 발생한다. 베타파(β)는 13 - 30 Hz의 주파수로 뇌파의 대부분을 차지하는 불안, 긴장 등의 활동파로 "스트레스파"라고도 한다. 우리가 이야기하고 듣고 만져보고 냄새맡고 바라보는 다섯 가지 감각, 즉 오감으로 사물을 알아차리는 수준을 가리킨다. 알파파(α)는 긴장을 완전히 풀어 이완시켰을 때 나오는 안정파로 사람 뇌파의 대표적인 성분으로, 뇌의 발달과 밀접한 관계가 있으며, 13Hz~8Hz의 주파수를 보인다. 또 정신을 집중해 연구하거나 묵상기도할 때, 눈을 감고 골똘히 생각에 잠겼을 때에도 발생한다. 세타파(θ)는 "졸음파" 또는 "서파수면파(徐波睡眠波)"로 잠에 빠져들 때 통과하는 지각과 꿈의 경계상태로 불리며, 즐겁거나 졸고 있는 상태에서 발생하는 4 - 7.99 Hz 주파수의 뇌파로 창조력, 학습능력을 결정한다고 한다. 델타파(δ)는 잠들어 있거나 또는 무의식 상태일 때 발생하는 "수면파"로 세타파보다 더 느리게 움직이며, 대체로 4Hz이하로 형성된다. 뇌가 델타파 상태에 있을 때에는 많은 양의 성장 호르몬이 생성된다. 병적으로는 뇌종양, 뇌염, 의식장애 등으로 인해 나타나기도 한다.
달리기의 반복적이고 리드미컬한 움직임으로 인해 좌측 전두엽과 두정엽, 우측 소뇌가 활성화되고, 25~100Hz로 평균 40Hz 주파수의 감마파가 나온다. 감마파는 집중이나 의식적 경험과 같은 고도의 정보처리에 가장 중요한 파장으로 달리면서 보고 듣는 시청각적 경험에 의한 인지작용의 효율성에 결정적인 뇌파이다. 감마파는 고도의 종합적 정신작업을 할 때, 그리고 뇌의 상이한 부분이 연결되며 일할 때 많이 나오는 것으로 알려져 있다. 그래서 오랫동안 수련을 한 명상가, 고승 등에서 감마파가 가장 많이 나온다.
스탠퍼드대학 신경행동과학과의 칼 다이서로스(Karl Deisseroth) 박사팀은 쥐의 뇌에서 감마파를 관장하는 단백질인 파발부민(parvalbumin)을 생성하는 신경세포인 뉴런을 빛유전조작(optogenetics)으로 외부의 빛 파동에 반응하도록 유전자를 조작한 뒤에 외부에서 빛의 세기와 파장을 조작함으로써 쥐의 뇌에서 감마파를 늘리거나 줄일 수 있었다. 파발부민 뉴런의 활동에 따라 감마파가 달라진다는, 즉 고도의 뇌 활동이 이뤄지기도 하고 그렇지 않기도 하며, 뇌세포들이 리드미컬하게 박자에 맞춰 협력하게 만들면 고도의 뇌 활동을 할 수 있지만, 그렇지 않으면 뇌세포들이 혼란에 빠진다는 사실을 과학적으로 증명을 해낸 것이다.
이 연구결과는 앞으로 뇌 활동을 좋게 하는 방법을 개발하는 데 쓰이는 것은 물론, 정신분열증, 자폐증, 우울증 같은 정신질환의 치료에도 새로운 출구를 열어 줄 것으로 기대된다. 정신분열증 환자의 경우 파발부민 뉴런이 거의 활동하지 않는다. 한편 자폐증 환자의 파발부민 뉴런은 활동은 하지만 그 활동의 강도는 일반인과 다르다. 외부에서 정보가 들어올 때 뇌 세포들이 일정한 박자에 맞춰 일해야 정보가 처리되는데, 분열증이나 자폐증 환자의 경우는 그렇지 않기 때문에 외부 정보가 아예 처리되지 않거나 또는 정신적 문제를 일으킨다고 볼 수 있다.
뇌에서 쾌락 전달물질인 도파민을 생산하는 뉴런에 대해 빛유전조작을 가함으로써, 외부에서 빛의 세기를 조절해 도파민 생성량을 늘리거나 줄이는 실험에도 성공했는데, 우울증은 세상 사물을 즐기지 못하는 데서 나타나는데 도파민 생성을 외부 빛 조작으로 조절할 수 있다면 그 치료도 가능할 수 있다. 또 빛유전자 조작을 통해 감마파의 주파수를 조절하면 전두엽 신경세포들 사이의 정보 흐름을 개선할 수 있으며, 이를 통해 사유와 같은 고차원적인 인지 기능을 향상시킬 수도 있을 것이다.
또 생각이 나지 않을 때 집중을 하면 할수록 뇌 두정엽 부분에 감마파가 증가하는 것으로 밝혀졌다. 두정엽은 정보를 통합하는 역할을 하며 뇌 상부 뒤쪽에 위치해 있는데, 감마파는 빠르게 진동하는 형태로 뇌에 감마파가 늘어날수록 정서적으로 초초해져 교착상태에 쉽게 빠지거나 추리나 판단과 관련이 있다. 갑자기 생각이 떠오르지 않으면 문제를 생각하지 않고 다른 생각을 하면서 안정을 취하면 두정엽 부분에 알파파가 증가하면서 가만히 있다가 갑자기 ‘아하’하고 답이 떠오르게 된다.
최적의 감마 주파수인 40Hz는 손가락으로 박자를 맞추기만 해도 쉽게 도달할 수 있다고 한다. 적절한 리듬에 맞추어 전신을 움직이는 달리기는 더욱더 강한 감마파 생성을 유도하는 행동이 될 수 있다. 달리기에 관여하는 신체적 리듬과 고차원적인 인지 기능에 관여하는 뇌의 리듬 사이에 상관관계가 있다고 보는 것은 전혀 무리가 없다. 잘 만들어진 몸으로 즐기는 적당히 리드미컬한 달리기의 개념적 문제해결 능력은 명백하다는 말이다.
오늘도 즐겁고 건강한 달리기 생활 만드시길 빕니다. 이동윤 드림 |
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