유대인 교육의 바탕이 되는 '탈무드'를 보면 아이들이 아침밥을 걸러서는 안 된다고 적혀 있다. 그 옛날 유대인들이 뇌의 영양 공급을 위해 포도당의 중요성을 알고 있을 리 만무하지만, 아마도 잠자는 동안 배 고파진 뇌의 활동을 위해 아침밥의 중요성을 경험으로 터득하고 있었다고 볼 수 있다. 성인의 경우 뇌 무게는 체중의 2%에 불과하지만 총에너지의 20%를 사용한다. 이는 인체의 모든 근육이 사용하는 에너지 양과 비슷한 수준이다. 장시간 신경을 집중할 경우 힘든 신체활동이 없는데도 우리는 심한 피로를 느끼게 되는데, 그만큼 많은 양의 두뇌 에너지를 모두 써버렸기 때문이다.

몸속에 저장된 동물성 탄수화물을 글리코겐이라고 하는데 뇌는 선택적으로 글리코겐을 에너지로 이용한다. 뇌에 활력을 주기 위해서 글리코겐을 잘 공급하는 것도 중요하지만 특별히 강조되고 있는 것이 운동이다. 필자는 운동을 시킨 쥐와 그렇지 않은 쥐를 대상으로 기억력과 학습능력을 포함한 인지기능의 차이를 비교해보았다. 그 결과 인지기능을 담당하는 해마 속 신경성장인자의 기능이 운동으로 월등히 좋아졌으며 '수중미로 찾기' 검사를 통하여 기억력도 향상되었다.

미국 캘리포니아대학 칼 코트만 박사 또한 운동을 하는 노인이 그렇지 않은 노인보다 기억력, 추리력, 사고력, 그리고 학습능력 검사에서 더 높은 점수를 얻는다는 사실을 알아냈다. 규칙적인 운동은 뇌에서의 신경발달 촉진을 유도해 기억과 학습능력을 향상시킨다는 것이다.

운동을 포함한 두뇌활동의 증가는 뇌에서 많은 양의 글리코겐을 필요로 하게 된다. 최근까지 과학자들은 운동하는 동안 어떻게 뇌가 스스로 연료를 공급받는지 완전히 이해하지 못하였으며, 오랜 기간 동안 뇌가 혈관을 지나는 당분을 흡수해야만 근근이 살아가는 매우 배고픈 기관이라 믿어오고 있었다.

그러나 약 10년 전부터 몇몇 신경과학자들은 뇌에 성상세포라 불리는 특별한 세포의 존재를 알게 되었으며, 이 세포에 저장되어 있는 적은 양의 글리코겐만으로도 두뇌활동을 가능하게 해 줄 수 있다는 사실을 알게 되었다. 뉴런이라 불리는 뇌신경은 자체적인 에너지 저장소를 가지고 있지 않다. 만일 뉴런이 굶게 된다면 인접한 성상세포에 저장된 글리코겐을 끌어서 뉴런의 에너지원으로 쓰게 된다.

일본 쓰쿠바대학교의 운동생화학 교수인 소야 박사는 쥐를 대상으로 한 실험에서 운동 직후 뇌에 저장된 글리코겐 함량이 크게 낮아졌으나, 휴식하면서 먹이를 섭취시켰더니 운동 전 평상시 수준으로 충전되었음을 확인하였다. 더욱이 규칙적으로 운동을 한 그룹은 60% 더 많이 충전되는 경향을 보여 운동으로 인하여 성상세포가 '과잉 보상'을 받은 결과라 할 수 있다.

운동에 의해 향상된 인지기능의 메커니즘은 신경성장요인의 활성과 시냅스의 발달로 설명될 수 있지만, 그 핵심은 두뇌에너지 저장에 있다. 현재의 기술로는 인간의 뇌 속에서 글리코겐이 어떻게 저장되고 이용되는지 알 수 없지만, 동물실험을 통해서 운동 직후 뇌에서의 글리코겐 과잉 보상이 대뇌피질과 해마의 글리코겐 이용을 수월하게 하여 뇌가 성장하고 뇌 기능을 발달시키는 데 동력이 됨을 알 수 있다.

따라서 성장기 어린이에게는 말할 것도 없고 왕성한 두뇌활동이 필요한 청소년, 그리고 인지기능이 떨어지는 어르신들에게 규칙적인 운동과 적절한 탄수화물 섭취는 몸 건강뿐만 아니라 두뇌건강에도 이롭다는 것을 알아두었으면 좋겠다.

동아대 체육학과 교수