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- 40명의 피험자들에게 6시간 동안 컴퓨터 화면에서 인지적 문제 풀도록 테스트
- 자기 공명 분광기를 이용해 뇌 속의 다양한 대사 산물과 메신저 물질의 농도를 기록
- 정신적으로 지친 참가자들, 뇌 영역 세포간 공간과 시냅스에서 글루타메이트 축적 증가
- 탈진은 뇌가 더 이상 대처할 수 없다는 신호

정신 노동이 우리를 지치게 하는 이유
집중적 사고는 뇌의 특정 영역에 과량의 글루타메이트를 축적한다.

머리에서 연기가 난다?
집중적으로 공부하거나 다른 힘든 정신적 작업을 하면 나중에 지친다. 연구원들이 이것이 왜 그런지 그리고 뇌에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알아냈다. 이에 따르면 정신 활동 중에 우리의 사고 기관에 점점 더 많은 글루타메이트가 축적된다. 이는 뇌 세포 활동 중에 방출되는 전령 물질이다. 이것은 뇌가 장기간의 인지 스트레스 후에 더 이상 "폐기물"을 충분히 빠르게 처리할 수 없음을 시사한다. 이것은 피로를 나타내는 신호한다. 

▲ 정신적으로 힘든 일을 오래 하면 지치는데 그 이유는 무엇일까? © Sebastian Kaulitzki/ iStock

공부 시간이든, 까다로운 문제를 숙고하든, 체스 토너먼트이든, 장기간의 집중적인 정신적 노력은 우리를 지치게 만든다. 우리는 게으르게 되고 본능적으로 더 이상의 인지적 도전을 피하며 충동을 통제할 수 없게 된다. 연구에 따르면 사람들은 정크 푸드나 단 음식의 유혹에 저항하는 능력이 떨어지고 감정 표현에 대한 통제력도 떨어진다.

생각이 지치는 이유는 무엇일까?

한 이론에 따르면, 강렬한 인지 작업 부하 동안 뇌는 포도당 형태로 저장된 에너지를 고갈 시킨다. 따라서 정신적 피로는 이러한 에너지 결핍의 신호이며 우리가 더 에너지 절약 방식으로 행동하도록 동기를 부여하기 위한 것이다. 파리 뇌-척수연구소(ICM)의 수석 저자인 Mathias Pessiglione은 "이 이론에 따르면 피로는 우리의 뇌가 격렬한 작업을 중단하도록 만드는 일종의 환상이다"라고 설명했다.

그러나 이 이론은 정신 활동 중에 측정한 포도당 소비가 크게 증가되지 않는다는 사실과 모순된다. ICM의 제1저자인 Antonius Wiehler와 그녀의 동료인 Pessiglione은 "게다가 이러한 이론은 왜 자기 통제가 이러한 가정된 에너지 부족에 의해 영향을 받아야 하는지, 시각과 같은 다른 인지 과정에는 영향을 미치지 않아야 하는지 설명할 수 없다"라고 말했다. 그래서 그들은 다른 설명을 찾았다.

과학을 위한 흡연 머리

실험을 위해 연구원들은 40명의 피험자들에게 6시간 동안 컴퓨터 화면에서 인지적으로 까다롭거나 쉬운 작업을 해결하도록 했다. 이것들은 기억력 테스트와 주의력 훈련의 교대로 이루어졌다. 과제 블록 사이에 자기 통제 테스트를 수행했으며 참가자의 동공 크기도 정신적 노력의 정도를 나타내기 때문에 측정됐다.

인지 부하 전, 중, 후에 뇌에서 무슨 일이 일어났는지 명확히 하기 위해 피험자들은 뇌 스캐너에서 테스트 실행의 일부를 완료했다. 연구원들은 기능적 자기 공명 영상을 사용하여 뇌 활동을 기록했다. 동시에 자기 공명 분광기를 이용해 뇌 속의 다양한 대사 산물과 메신저 물질의 농도를 기록했다.

더 도전적인 과제를 수행한 그룹은 테스트 당일에 정신적 피로의 명백한 징후를 보였다. 자제력이 떨어지고 동공이 커지는 노력을 반영했다. 주관적으로, 테스트 사람들은 하루가 힘들고 피곤하다고 말했다. 그러나 이것은 두 그룹 모두에 동일하게 적용됐다. Pessiglione과 그의 동료들은 "이것은 주관적인 느낌만으로는 실제로 인지 피로의 척도가 아니라는 것을 보여준다"라고 설명했다.

글루타메이트(Glutamate)의 놀라운 축적

뇌 스캔의 결과는 훨씬 더 드러났다. 인지적으로 더 까다로운 작업을 수행하는 테스트 대상에서 전전두엽 피질의 왼쪽 영역의 활동은 동료 대상보다 훨씬 더 많이 감소했다. 전두엽의 이 부분은 무엇보다도 더 높은 사고 기능, 의사 결정 및 충동 조절을 담당한다.

동시에 정신적으로 지친 참가자들은 이 뇌 영역의 세포간 공간과 시냅스에서 신경 전달 물질인 글루타메이트의 축적이 증가하는 것으로 나타났다. 글루타메이트는 신경 신호 전달에 중요한 자극 전달 물질이다. 그것은 시냅스의 격렬한 활동 동안 점점 더 많이 방출된다. "뉴런 내부에 글루타메이트가 부족하면 활동이 손상될 수 있으며, 세포 외부에 과잉이 있으면 시냅스에서 전달이 중단된다"라고 팀은 설명했다.

피로는 과부하 신호

따라서 이러한 결과는 정신적 피로가 뇌 대사의 측정 가능한 변화를 기반으로 한다는 것을 보여준다. 길고 힘든 인지 작업 후에 과량으로 방출된 글루타메이트는 뇌에 과량으로 축적된다. 그러나 잠시 후, 사고 기관은 더 이상 이 폐기물을 제거하는 것을 따라잡을 수 없어 점점 더 축적된다.

"정신적 작업으로 인한 높아진 긴장은 뇌가 글루타메이트 농도를 허용 가능한 한도 내로 유지하려고 한다는 사실과 관련이 있다"라고 과학자들은 설명했다. 탈진은 뇌가 더 이상 대처할 수 없다는 신호를 보내 생각하는 기관에 휴식을 제공한다. "따라서 정신적 피로에 대한 최고의 처방은 휴식과 수면이다"라고 Pessiglione은 말한다. "글루타메이트가 수면 중에 시냅스에서 제거된다는 좋은 증거가 있기 때문이다."
(Current Biology, 2022; doi:10.1016/j.cub.2022.07.010)
출처: Cell Press

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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