머리를 사용하는 작업을 하면 강한 피로를 느끼는 이유는 무엇?

머리를 사용하는 작업을 하면 강한 피로를 느끼는 이유는 무엇?

심한 운동이나 격렬한 스포츠, 육체적 노동 후에 '피곤하다'고 느끼는 것은 몸을 움직여 에너지가 소비되었기 때문이며, 그것은 당연한 것처럼 보입니다.
그런데 몇 시간 동안 시험공부를 하거나 하루 종일 컴퓨터 앞에서 일을 했을 때, 몸을 쓸때와 마찬가지로 강한 피로를 느끼는 것은 왜일까?

머리를 사용하면 피로를 느끼는 것은 우리도 경험상 이해하지만 그 과학적인 이유에 대해서는 그다지 명확하지 않습니다.

이에 프랑스 피티에 살페트리에르 병원(Pitié-Salpêtriáre Hospital) 소속 마티아스 페시글리오네 등 연구팀은 머리를 사용한 뒤 생기는 정신적 피로의 정체가 신경전달물질 글루탐산의 과도한 축적에 있다고 보고했습니다.

곰곰이 생각함으로써 글루탐산이 뇌에 축적되고, 이것이 우리에게 휴식을 취하도록 촉구하는 신호가 되는 것 같습니다.

연구에 대한 자세한 내용은 2022년 8월 11일자 과학지 『Current Biology』에 게재되어 있습니다.

"머리를 쓰면 정신적으로 피곤해지는 것"은 글루탐산의 축적 때문이었습니다
머리를 사용함으로써 생기는 정신적 피로의 정체에 대해서는 지금까지 다양한 의견이 있었습니다.

유력한 설 중의 하나에는 '정신적 피로란 보다 만족스러운 활동을 하게 하기 위해 뇌가 만들어낸 일종의 착각이다'라는 것이 있습니다.
즉 정신적 피로가 있어도 기능 자체에는 큰 영향이 없다는 생각입니다.

그러나 페시글리오네 등의 연구에 의해 이 설은 잘못된 것으로 밝혀졌습니다.
뇌에는 '피로에 따른 물질'이 제대로 축적돼 있어, 뇌 인지기능에 악영향을 미치고 있는 것으로 나타났습니다.

책상에서 하는 사무업무(desk work) 후에 피로를 느끼는 것은 '어떤 물질'이 뇌에 축적되기 때문이며, 이러한 결과는 페시글리오네 등의 다음 실험을 통해 밝혀졌습니다.

실험에는 40명의 자원봉사자가 참가하였습니다.

그 중 24명(제1그룹)에게는 뇌를 혹사하는 어려운 작업을, 나머지 16명(제2그룹)에게는 전자보다 상당히 간단한 작업을 수행하도록 지시했습니다.

그리고 두 팀 모두 작업을 6시간(10분 휴식 2회 포함) 계속했고, 연구팀은 그동안 참가자들의 뇌 내 변화를 자기공명분광법(MRS): 뇌 내 대사물 농도를 측정하는 방법으로 조사했습니다.

그 결과 작업을 마친 1그룹 뇌의 전두전피질에서는 신경전달물질 '글루타메이트' 농도가 높았고 동시에 피로의 지표가 되는 다양한 물질도 검출됐습니다.
한편, 작업을 마친 2그룹에서는 뇌의 내 글루탐산 농도가 낮아 정신적 피로도 보이지 않았습니다.

이를 통해 전두전피질의 글루탐산 농도는 고된 인지작업에 의해 높아지고 이것이 정신적 피로를 만들어내고 있음을 알 수 있습니다.

글루탐산의 과도한 축적을 해소하기 위해서는 휴식이 중요합니다
글루탐산의 축적은 정신적 피로를 만들어 내지만 그 자체의 존재가 문제인 것은 아닙니다.

원래 글루탐산은 뇌에 중요한 신경전달물질로 기분·기억·학습능력을 조절하고 뇌의 기능을 최적화하는 역할을 담당하고 있습니다.
또한 중추신경계에서 흥분성 신경전달물질로도 작용하여 신경세포를 자극하고 정보를 쉽게 받을 수 있도록 하는 기능도 있습니다.

따라서 피로를 일으키는 것은 글루탐산의 존재가 아니라 글루탐산의 과도한 축적입니다.

글루탐산이 과도하게 축적되면 판단능력이 떨어진다. 따라서 피곤할 때는 중대한 결정을 해서는 안 됩니다.

힘든 인지작업으로 인해 글루탐산이 과도하게 축적되면 뇌 신호의 미묘한 균형이 깨져 정보전달이 손상됩니다.
위독한 경우에는 독성을 일으키기도 한다고 합니다.

따라서 정신적인 피로를 느끼고 있을 때는 판단능력이 크게 손상된 상태이기도 하고, 뇌는 보다 부담이 적은 의사결정을 중시할 가능성이 있습니다.

즉 연구팀이 지적한 것처럼 '정신적으로 피곤할 때 중요한 결정을 내리면 안 된다'는 것입니다.

휴식을 통해 글루탐산 축적이 리셋됩니다.
그럼 과잉 축적된 글루탐산을 리셋하려면 어떻게 해야 할까요?
연구팀은 글루탐산 농도가 수면이나 어떤 편안한 활동 후 정상치로 돌아간다는 것도 알려주고 있습니다.

피로에는 휴식과 수면이 필요하다는 생각은 신체적 피로와 정신적 피로 모두로 통하는 것이었습니다.

학습이나 책상에서 하는 사무업무(desk work)로 뇌를 작동시켰다면 그 후에 부적절한 판단을 하지 않기 위해서라도 충분한 휴식이 필요합니다.

향후 연구팀은 '고된 인지 작업으로 인해 글루탐산이 과잉 축적되는 이유'에 대해서도 조사해 나갈 예정입니다.

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Here is why you feel tired after thinking hard
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Why thinking hard makes you tired
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A neuro-metabolic account of why daylong cognitive work alters the control of economic decisions
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01111-3

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