미국 펜실베니아 주립대학교의 새로운 연구에 따르면 인간에게 매우 흔하고 심지어 눈에 띄지 않는 복근 수축이 뇌척수액의 흐름을 촉진하여 뇌의 노폐물 제거에 도움을 주어 뇌 건강을 유지하는 데 중요한 역할을 할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구팀은 마우스 실험과 컴퓨터 모델을 사용하여 이러한 잠재적인 메커니즘을 Nature Neuroscience에 보고하여 "신체 활동이 뇌에 좋은 이유"에 대한 새로운 물리적 설명을 제공했습니다.
연구원들은 복근이 조여지면 척수와 뇌에 연결된 복강의 정맥망이 압박되어 '유압 시스템'과 유사한 효과가 나타난다고 지적했습니다. 이 압력은 척추 정맥 신경총을 따라 위쪽으로 전달되어 뇌가 두개골 내에서 약간 움직이게 만듭니다. 이러한 미묘한 변위는 뇌 표면과 내부 공간의 뇌척수액의 흐름을 촉진하여 정상적인 뇌 기능을 방해할 수 있는 대사 폐기물을 제거하는 데 도움을 주는 것으로 보입니다. 이러한 노폐물의 축적은 알츠하이머병, 파킨슨병 등 각종 신경퇴행성 질환과 밀접한 관련이 있는 것으로 여겨진다.
논문의 교신저자이자 펜실베니아주립대학교 공학과학과 기계공학, 신경외과, 생물학, 의생명공학 교수인 패트릭 드류(Patrick Drew)는 이전 연구에서 수면, 신경세포 손실 등의 요인이 뇌 속 뇌척수액의 흐름에 영향을 미칠 수 있다는 사실이 밝혀졌으며, 이번 연구에서는 '몸을 움직이는 것'도 뇌 건강을 증진하는 중요한 생리적 메커니즘이 될 수 있음을 설명했다. 그는 이 과정을 복부 근육 수축이 "펌프" 역할을 하는 유압 시스템에 비유합니다. 일어서거나 발걸음을 옮기기 전 약간의 준비 조임만으로도 정맥 네트워크를 통해 뇌에 압력을 가하여 뇌의 작은 변위를 일으키고 뇌척수액의 흐름을 유도하기에 충분합니다.
이 과정을 직접 관찰하기 위해 연구팀은 생쥐에서 2광자 현미경과 마이크로컴퓨터 단층촬영(microCT)이라는 두 가지 첨단 영상 기술을 사용했습니다. 연구자들은 생활 조건에서 고해상도 영상을 생성할 수 있는 2광자 현미경을 사용하여 쥐가 막 움직이려고 하고 복부 근육을 조였지만 실제로 한 걸음을 떼기 전에 두개골 안에서 뇌가 약간 "움직이는" 순간을 포착했습니다. Micro-CT는 팀에게 척추와 정맥 신경총을 포함한 내부 구조의 3차원 이미지를 제공하여 복강과 뇌 사이의 기계적 연결을 명확하게 하는 데 도움을 주었습니다.
뇌 변위가 실제로 다른 운동 요인이 아닌 복부 압력에 의한 것임을 확인하기 위해 연구자들은 어떤 활동적인 움직임도 유발하지 않고 가볍게 마취된 쥐의 복부에 통제된 외부 압력을 가했습니다. 실험에 따르면 일상적인 혈압 측정에서 사람의 팔목에 사용되는 압력 수준보다 가해진 압력이 낮은 경우에도 쥐의 뇌가 여전히 측정 가능하게 이동한 것으로 나타났습니다. 복압이 완화되면 뇌는 빠르게 기본 위치로 돌아갑니다. 이는 복압의 변화가 매우 짧은 시간 내에 두개강 내 뇌의 물리적 위치에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다.
복근 수축과 뇌 운동 사이의 연관성을 확인한 후, 연구팀은 이러한 변위가 뇌척수액 흐름에 어떤 영향을 미치는지 주목했습니다. 현재의 영상 기술은 생활 조건에서 뇌척수액의 빠르고 복잡한 3차원 흐름 거동을 완전히 포착하기가 여전히 어렵습니다. 따라서 연구자들은 물리적 모델을 구축하기 위해 공학 과학 및 기계공학, 생체의학 공학, 기계 공학 및 수학 교수인 Francesco Costanzo가 이끄는 컴퓨터 시뮬레이션으로 전환했습니다.
Costanzo는 뇌와 관련된 유체 모델링에서는 여러 개의 독립적이고 결합된 움직임을 동시에 처리해야 하며 유체 입자가 뇌의 다층 막 구조를 통과할 때 나타나는 특수한 물리적 현상이 기술적으로 매우 어렵다고 말했습니다. 그래서 팀은 간단한 접근 방식을 취했습니다. 즉, 뇌를 스펀지와 유사한 구조를 가진 다공성 매체로 처리하는 것입니다. 즉, 체액이 모공과 접힌 부분 사이를 다양한 규모로 이동할 수 있도록 하는 부드러운 "골격"을 사용하는 것입니다. 이 프레임워크 내에서 연구자들은 지속적으로 압착되는 스폰지를 통해 물이 흐르는 것과 유사하게 복압에 의해 뇌가 약간 움직일 때 뇌척수액이 다양한 공간을 통해 어떻게 흐르는지 시뮬레이션할 수 있었습니다.
이 비유를 계속해서 Costanzo는 뇌를 "더러운 스펀지"라고 생생하게 부릅니다. 일상생활에서 사람들은 대개 수도꼭지 아래에 스펀지를 짜서 깨끗한 물이 스며들고 먼지를 제거합니다. 뇌에 대응하여 복근 수축으로 인한 뇌 조직의 약간의 변위는 이 "스펀지"를 주기적으로 쥐어짜는 것과 같으며 표면과 내부 공간의 뇌척수액의 흐름을 촉진하여 노폐물 제거에 도움을 줍니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 이러한 종류의 움직임은 실제로 거시적 시간 규모에서 뇌척수액 순환 및 노폐물 제거 효율을 향상시킬 것으로 예상됩니다.
Drew는 현재 연구가 주로 마우스 모델을 기반으로 하고 있으며 인간에서의 작용 방식과 관련 메커니즘의 구체적인 효과는 여전히 많은 후속 연구를 통해 확인되어야 한다고 지적했습니다. 그러나 기존 연구 결과에 따르면 걸을 때 몸통과 복부를 자연스럽게 조이는 것, 몸의 안정성을 유지하기 위해 약간의 긴장을 하는 것과 같은 일상적인 움직임조차도 기계적 결합을 통해 조용히 뇌척수액 순환을 촉진하여 노폐물 축적과 관련된 신경퇴행성 질환을 어느 정도 예방할 수 있음이 암시되었습니다. 그는 이 결과가 뇌 건강을 개선하기 위한 운동에 대한 새로운 설명 차원을 제공한다고 믿습니다. 심폐 기능 및 대사 지표의 개선뿐만 아니라 근육과 뇌 자체 사이의 직접적인 기계적 연결이 핵심 연결 중 하나일 수 있습니다.
연구 논문의 제목은 "뇌 운동은 복부와의 기계적 결합에 의해 구동됩니다"이며 2026년 4월 27일 Nature Neuroscience 저널에 게재되었습니다. 이 논문의 저자는 Huck Institute for Life Sciences 및 Center for Quantitative Imaging을 포함하여 Penn State의 여러 실험실 및 연구 센터에서 왔습니다. 몇몇 박사후 연구원, 연구 조교, 대학원생 및 학부생이 동물 실험, 2광자 및 마이크로 CT 이미징, 기계 모델링 및 데이터 분석에 참여하고 있습니다.
이 연구는 국립보건원(National Institutes of Health), 펜실베니아 보건부(Pennsylvania Department of Health) 및 미국심장협회(American Heart Association)의 연구비 지원을 받았습니다. 연구팀은 미래에 인간을 대상으로 한 추가 증거를 통해 이 '복부-뇌 수압 경로'의 중요성이 확인될 수 있다면 과학계는 뇌척수액 순환을 촉진하고 노폐물 제거를 가속화하는 데 있어 다양한 신체 활동 유형, 강도 및 빈도의 효과를 보다 정확하게 평가하여 알츠하이머병 및 파킨슨병과 같은 질병을 예방하기 위한 보다 목표화된 운동 권장 사항을 제시할 수 있을 것이라고 밝혔습니다. 그때까지 이 연구는 적어도 사람들에게 새로운 관점을 제공합니다. 겉보기에 사소해 보이는 일상 활동과 약간의 노력은 우리 뇌를 위해 눈에 보이지 않는 "청소 작업"을 조용히 수행할 가능성이 매우 높다는 것입니다.