산소는 인체 에너지 생성에 필수적인 물질이며, 특히 뇌에서 소비되는 산소량은 전신 산소 소비량의 약 20%에 달합니다. 산소가 부족하면 뇌의 기억 형성 능력이 저해되는 것을 알 수 있지만, 장시간 무호흡 상태로 잠수하는 프리다이빙을 하는 사람의 뇌를 조사한 연구에서 프리다이빙이 뇌를 대규모로 재구성할 가능성이 있다고 나타났습니다. 해마 및 프리다이빙 훈련 후 대규모 기능적 연결 재구성, 그리고 에피소드 기억과의 관계 | bioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.24.753809v1 프리다이빙은 인간 뇌를 대규모로 재정렬하는 것처럼 보입니다 : ScienceAlert https://www.sciencealert.com/freediving-seems-to-reorganize-the-human-brain-on-a-large-scale 뇌로의 산소 공급이 부족하면 신경 세포는 수분 이내에 죽기 시작하며, 의식 상실이나 사망에 이를 수 있습니다. 특히 기억과 학습에 관여하는 해마는 저산소 상태에 매우 민감하며, 저산소증은 기억력, 주의력, 기타 인지 기능 문제와 관련이 있습니다. 그러나 무호흡 상태에서 잠수할 수 있는 시간과 깊이를 경쟁하는 프리다이버를 대상으로 한 과거 연구에서는 임상적인 저산소증과 관련된 인지 기능 장애의 징후는 전혀 나타나지 않았습니다. 파리＝사크레이 대학의 신경과학자인 줄리아 미코 박사의 연구팀이 2025년에 발표한 연구에서도 프리다이버의 해마 구조가 유지되고 있으며, 에피소드 기억에도 장애는 나타나지 않았습니다. 이 일련의 연구 결과는 프리다이버의 뇌에서는 저산소 상태에 적응하기 위해 어떤 변화가 일어나는지 시사합니다. 이전부터 운동은 대규모 뇌 네트워크 재구성과 일관되게 관련되어 왔습니다. 그러므로 미코 박사의 연구팀은 프리다이버의 뇌가 시간의 흐름에 따라 어떻게 변화하는지 자세히 조사하기 위해 실험을 진행했습니다.
연구팀은 풍부한 경험을 가진 프리다이버 17명을 모집하여 7개월에 걸쳐 표준화된 프리다이빙 훈련을 받게 했습니다. 피험자는 27세에서 55세 사이의 남성으로, 비교군으로서 연령과 경력이 유사한 프리다이빙 미경험 남성 20명도 모집되었습니다. 대조군은 프리다이빙 훈련을 받지 않았지만, 프리다이버 훈련량에 거의 근접하는 주간 5시간의 유산소 훈련을 실시했습니다.
프리다이버의 뇌에서 어떤 영역이 연계하여 작동하는지 밝히기 위해, 연구팀은 기능적 자기 공명 영상법(fMRI)을 사용하여 최대 2분간의 무호흡 상태와 그에 이은 90초간의 정상 호흡 상태의 뇌를 스캔했습니다. 이 뇌 스캔을 7개월간의 실험 기간 전후로 실시하여 프리다이빙 훈련에 의해 뇌의 패턴이 어떻게 변화하는지 조사했습니다. 한편, 대조군도 fMRI 스캔을 받았습니다. 스캔 중에 무호흡 상태가 발생하지 않았습니다. 또한, 피험자의 에피소드 기억을 측정하는 테스트도 실시되었습니다. 테스트에서는 먼저 장소와 제스처의 쌍을 보여주고 15분 후에 다시 장소와 제스처의 쌍을 보게 하여 그것이 전에 본 쌍과 동일한지(동일), 장소 또는 제스처 중 하나가 동일하지만 다른 쌍인지(유사), 완전히 다른 장소와 제스처인지(신규) 판단하는 것이 요구되었습니다.
실험 결과, 7개월간의 훈련을 받은 프리다이버의 뇌에서는 전전두-전두피질 네트워크-감각운동 네트워크-뚜렷성 네트워크-시각 네트워크의 연결성이 강화되었습니다. 이러한 네트워크는 인지 조절, 주의, 감각 처리, 운동 등과 관련이 있습니다. 또한, 훈련 후 프리다이버에서는 해마와 소뇌와의 결합이 강화되었으며, 정상적인 호흡을 할 때는 해마와 감각운동 영역 간의 연결성이 약화된 것도 확인되었습니다. 연구팀은 연결성의 변화에 대해 외부의 감각 정보나 운동 정보의 처리에서 프리다이빙이라는 특수한 생리적 부하 하에서 기억을 유지하는 데 도움이 되는 내부 프로세스로의 전환을 반영한다고 생각합니다.
기억력 테스트 결과에 주목할 때, 훈련 후 프리다이버의 경우 좌측 해마와 소뇌 사이의 신경 연결이 강한 사람은 “유사”한 페어를 구별하거나 완전히 새로운 “신규” 페어를 특정하는 능력에 우수하며, 반면 우측 해마와 감각운동피질 간의 연결이 약한 사람은 “동일”한 페어를 인식하는 능력에 높은 경향을 보였습니다. 이러한 결과는 반복되는 저산소 상태가 기억 기능 유지에 도움이 될 수 있는 해마와 다른 뇌 영역 간의 연결 변화와 관련되어 있음을 시사합니다. 참고로, 이번 연구는 피험자となった 인원이 소수이며, 대조군은 1회만 fMRI 스캔을 받은 등의 제한 사항이 있습니다. 또한, 연구 논문은 프리프린트 서버인 bioRxiv에 발표된 것 외에, 기사 작성 시점에서는 심사를 받지 않은 상태이므로 주의해야 합니다. 그럼에도 불구하고 연구팀은 “이러한 지견은 스포츠의 범주를 넘어, 노화, 신경변성, 저산소증 관련 질환 등에서 해마의 취약성을 표적とした 치료 개입을 위한 적용 분야를 개척하는 것입니다. 이는 적응적인 신경 가소성을 활용하도록 설계·제어된 저산소 훈련 패러다임을 통해 실현됩니다”라고 밝혔습니다. 기억력 향상을 위한 훈련의 중요성을 강조하며, 특히 저산소 환경에서의 훈련이 해마의 기능을 회복하는 데 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 점을 시사합니다. 더욱이, 해마는 뇌의 기억과 공간 지각 능력에 핵심적인 역할을 수행하는 영역으로, 노화나 질병으로 인해 손상될 경우 심각한 인지 기능 저하를 초래할 수 있습니다. 따라서, 해마를 보호하고 기능을 강화하는 연구는 인지 능력 저하를 예방하고 삶의 질을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 현재까지의 연구 결과는 저산소 훈련이 해마의 신경 가소성을 촉진하여 기억력 향상에 기여할 수 있다는 가능성을 제시하고 있으며, 앞으로 더 많은 연구를 통해 저산소 훈련의 효과를 검증하고 최적의 훈련 방법을 개발하는 것이 필요합니다.
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원문 보기 | 출처: Gigazine