기억력 향상시키려면, 지금 운동하라!

■ 기억력 향상시키려면, 지금 운동하라!

 

● 운동하면, 뇌의 뉴런이 증가해서 기억력 향상된다.

 

수십 년 전 초등학교 친구 이름은 지금도 기억이 잘 난다. 하지만, 어제 만난 기업체 사장은 이름은커녕 얼굴도 기억나지 않는다. 왜 어떤 기억은 오래가고 어떤 건 쉽게 사라질까? 치매는 40대부터 증상 없이 발생한다. 어떻게 예방할 수 있을까? 최근 과학은 두뇌 기억을 분자 수준에서 들여다본다. 기억을 오래 남기고 싶은가? 기억 참여 세포 수를 늘려라! 뇌가 싱싱하게 하라! 운동이 답이다.

 

기억은 두뇌 곳곳에서 동시에 일어난다. 해마(Hippocampus)가 중심이다. 두뇌 양옆에 하나씩 있다. 엄지 손가락만 한 물고기 해마를 닮았다. 공간 기억. 단기 기억. 사건 기억이 주로 저장된다. 첨단 과학이 들여다본 기억은 두뇌 세포(뉴런)들이 특정 모양으로 연결된 3D ‘회로’이다.

 

● 나이 들어도 해마 속의 뉴런(neuron) 수는 비슷하다.

 

미국 캘리포니아 공대 연구진은 1.8㎜ 초소형 카메라를 쥐 두뇌 해마 부위에 삽입했다. 쥐 뇌세포 뉴런(neuron)에 전기 신호가 흐르면, 빛이 발생하는 광(光)유전자를 삽입시킨 쥐를 사용했다. 이 방법으로 어떤 뇌세포가 기억에 참여하는지를 관찰했다. 이 쥐를 1.5m 흰색 복도를 지나가게 했다. 복도 좌우에는 검정색 기호(+- 등)들이 붙어 있다. 복도 끝을 지나면, 두 갈래이다. 한쪽에만 설탕물이 있다. 벽면 기호를 기억해야 설탕물을 마실 수 있다. 통로를 지나는 쥐 해마 기억 세포(뉴런)들은 무슨 변화가 있을까? 해마 삽입 초소형 카메라로 뉴런 하나하나를 촬영했다.

 

복도를 지나면서 쥐는 기호, 공간, 설탕물 등 각종 감각 자극을 받는다. 그 자극은 전기 신호로 두뇌 해마(Hippocampus)에 전달된다. 전기 신호는 그물망처럼 서로 연결된 수많은 뉴런 사이를 흐른다. 뉴런 그물망에 특정 모양 전기 회로가 만들어진다. 마치 북극 하늘 오로라처럼 회로가 생긴다. 설탕물 찾기를 반복할수록 S자 모양의 회로는 선명해졌다. S자 3차원 회로가 만들어졌다. 이것이 기억의 실체이다. 정리를 해 보자. 쥐가 벽면 기호를 보며 설탕물을 찾을 때, 뇌의 해마 속 뉴런들은 S형태로 네트워크 회로를 만들었다. 이것이 ‘설탕물 찾기’ 기억이다 (2019년 08월 사이언스).

 

뉴런 그물망 사이 연결 회로가 기억이라면, 그 회로대로 뉴런들을 자극하면, 그 기억이 재생될까? 재생된다. 미국 스탠퍼드 대학이 두뇌에 빛을 쬐어 기억 재생에 성공했다. 연구진은 목마른 쥐가 물을 마실 때, 어떤 형태 전기 회로가 생성되는지를 미리 촬영했다. 21마리 쥐 두뇌 34군데 2만 4000개 뉴런들 사이에 공통적으로 형성된 회로는 X자 형태였다. X회로가 쥐들 ‘목마른’ 기억이다. 연구진은 X형태 빛을 해마 뉴런들에 쬐었다. 빛은 뇌세포에 삽입된 광(光)유전자로 인해 내부 전기 신호로 바뀌었다. 그러자, 놀라운 일이 생겼다. 물을 이미 충분히 마신 쥐가 또다시 물을 마시기 시작했다. 목마른 기억을 임의로 재생한 것이다. 연구진은 뉴런 그물망 전기 회로가 ‘기억’의 실체임을 역으로 증명한 셈이다. (2019년 4월 사이언스). 어떤 기억 회로를 만들어 그대로 자극하면, 그 기억이 심어진다는 이야기이다.

 

● 장기 기억’(long term memory)을 형성하는 방법

 

그럼, 어떤 기억이 오래갈까? 지금까지는 뉴런-뉴런 사이의 연결 접점 즉 시냅스(synapse)가 강할수록 그 기억이 오래간다고 여겼다. 실제로 외부 감각이 강할수록, 그리고 자주 반복될수록, 달라붙는 접점(시냅스)이 더 많이, 더 강하게 만들어진다. 해마(Hippocampus) 단기 기억은 이런 접점 사이 일시적 전기 회로이다. 이 회로는 그 이후 점점 약해진다. 조금 전 먹은 식사 반찬이 무언지는 임시 전기 회로 형태로 5-10분 지속된다. 하지만, 이내 금방 사라진다. 기억하고 싶으면, 그 장면을 계속 되새겨야 한다. 오래 남는 기억은 세포 유전자들까지도 참여하여 접점(synapse)을 더 많이 만든다. 이른바, ‘기억 공고화’가 정착되면, ‘장기 기억’(long term memory)이 형성된다.

 

이번 ‘설탕물 기억’ 연구는 기억 과정에 연결 접점(시냅스) 보다 참여 뉴런(neuron) 숫자가 더 중요하다는 것을 말한다. 연구팀은 기억에 참여하는 1만 3558개 세포 하나하나를 8개월간 직접 촬영해서 실제 그 것이 열심히 일을 하는지, 놀고 있는지를 측정했다. 측정 결과, 기억 핵심은 기억에 참여하는 세포, 즉 뉴런 숫자였다. 처음 설탕물을 찾아 마실 때는 뉴런이 몇 개 참여하지 않았다. 하지만, 1.5m 복도를 여러번 자주 갈수록 참여하는 뉴런 수는 비례해서 늘어났다. 그 결과, 튼튼한 ‘설탕물’ 회로가 만들어졌다. 튼튼한 회로는 시간이 지나도 전체 ‘윤곽’이 남아 있어 쉽게 재생된다. 실제 ‘설탕물’ 초기 기억 당시 전체 뉴런 중 40%가 기억했다. 10일 후에는 2.8% 뉴런만이 기억했다. 하지만, 개별이 아닌 ‘전체 회로’, 즉 윤곽은 수주간 기억되고 있었다. 결국 관건은 참여 가능한 뉴런 수이다. 그럼, 어떻게 참여 뉴런 수를 늘릴까?

 

● 자전거를 30분 이상 타면, 뇌 활동 2.5배 증가한다.

 

두뇌 용량은 40세 이후, 매년 0.5%씩 줄어든다. 두뇌 세포가 죽고, 세포 부피가 줄고, 시냅스가 변한다. 하지만, 기억 중추 해마(Hippocampus)는 가장 적게 줄어든다. 최근 컬럼비아대학 연구팀은 돌연사한 청년과 노인 28명 두뇌를 직접 ‘열어서’ 해마 속 뉴런 숫자를 세었다. 나이 들어도 해마 뉴런 수는 비슷했고, 신생 뉴런 수도 같았다. 혈관 생성, 시냅스 연결 상태가 조금 약했다. 나이 들어도 해마 기억 자체는 그대로이고, 기억 속도가 좀 약해진다는 이야기이다.

 

그럼, 기억력을 늘리려면, 어떤 방법이 최적일까? 확실한 방법은 운동(exercise)이다. 2019년 미국 메릴랜드 대학 연구는 솔깃하다. 30분간 실내 자전거를 약간 숨찰 정도로 달린 후, 두뇌 4곳과 해마 활동도를 비교했다. 운동으로 두뇌 활동도가 2.5배 높아지고, 기억력이 좋아졌다.

 

● 매일 1시간 수영한 쥐, 치매 안 걸렸다.

 

굉장히 구미가 당기는 소식이 있다. 매일 1시간씩 5주간 수영한 쥐는 치매 유발 물질(β-amyloid)을 주입해도 치매에 걸리지 않았다. 장수 호르몬으로 알려진 ‘아이리신’(irisin)이 해마뿐 아니라 근육(muscle)에서도 생성되기 때문이다. 이 호르몬은 ‘두뇌 영양 인자(BNDF)’를 높여서 시냅스 연결을 높이고, 뉴런 숫자를 늘린다. 치매 환자는 이 호르몬이 40%나 적다. 아이리신(irisin)이 치매를 예방하고, 기억력을 높인 것이다. 또한, 몸속 갈색 지방을 활성화해서 뱃살 비만도 줄인다. 장수촌 노인들이 몸뿐만 아니라 정신까지 튼튼한 비결이 바로 아이리신(irisin) 때문이란 반증이다. 운동(exercise)을 적절하게 하면, 두뇌 기억력이 향상된다.

 

● 공간. 감정. 스토리로 이미지 만들면, 오래 기억한다.

 

어떻게 기억해야 가장 오래갈까? 꽉 막힌 책상에 앉아 달달 외우기는 효과가 별로이다. 기억력 세계 대회 20개 우승 천재인 스웨덴 얀자 윈터소울(Yanjaa Wintersoul)의 비법대로 하면 된다. 그는 3자리 숫자 500개를 10분 만에 완벽하게 외웠다. 그의 비법은 숫자를 이미지, 스토리화하는 것이다. 3자리 숫자를 단어로 만든다. 자주 다니던 거리 물건들과 단어를 연결하여 스토리로 만든다. 두뇌 과학적으로는 공간 기억(해마). 감정 기억(편도체). 스토리 기억(대뇌) 3개의 합작 이미지를 연상하면 좋다. 노을 지는 해변에서 (공간 기억), 가슴이 벅차오르는 경험(감정 기억)을, 친구에게 이야기(스토리 기억)한다면, 그 기억은 영원히 잊을 수 없을 것이다.