[과학으로 보는, 명상 ]뇌의 비밀: 행복 호르몬 세로토닌과 명상의 관계

관리자
2023-07-10
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지금까지는 '뇌 내 물질인 세로토닌 수치가 낮으면 공격성이 높아지는 것으로 나타났고(동물실험), 세로토닌 수치가 높은 사람일수록 긍정적인 사고방식을 가진 사람이 많다'는 점에서 세로토닌이 '행복 호르몬'으로 불리는 이유를 알 수 있었습니다.  그리고 지난 시간에는 세로토닌을 늘리기 위한 식습관과 생활습관에 대해 알아보았습니다.


이번 시간에는 명상이 '행복 호르몬: 뇌 속 물질인 세로토닌'에 어떤 영향을 미치는지 보여주는 연구를 소개하고자 합니다.




이번에 소개할 연구는 '선(Zen) 명상 초보자의 전전두엽 피질 및 세로토닌 시스템 활성화와 뇌파 및 정신 상태 개선의 연관성(*1)'이라는 제목의 연구로 2011년 International Journal of Psychophysiology라는 학술지에 게재된 논문입니다. 제1저자는 유씨라는 외국인 연구자이지만, 책임저자는 아리다 히데호(有田秀穂) 선생님(*2)이라는 의사이자 뇌과학자로 저명한 연구자입니다. 특히 세로토닌에 관해서는 일본 내에서도 다수의 저서를 집필한 바 있어 이미 알고 계신 분들도 많을 것입니다.


이번 연구 실험의 피험자는 정신질환이나 호흡기 질환이 없는 건강한 오른손잡이 성인 15명(남자 14명, 여자 1명, 평균 연령 38±16세)이었으며, 피험자들은 모두 명상 경험이 없는 초보자였습니다. 대상자들은 호흡 시 하복부(丹田:단전)를 의식하면서 가능한 한 오랫동안 복근을 사용하여 호흡하도록(3~4회/분) 지도받았으나, 지도를 엄격하게 지키려고 긴장하지 말고 편안하게 호흡하도록 조언받았습니다. 사용된 명상법은 무언가에 집중하는 '포커스 어텐션(FA) 명상'으로, 대상자 자신의 호흡 파형을 오실로스코프로 보고 의식하면서 하는 '단전호흡에 의한 포커스 어텐션(FA) 명상'으로 진행되었습니다.


뇌파는 국제적인 측정법(10-20법)으로 측정되었으며, 뇌파는 α파(8~13Hz)/β파(13~30Hz)/θ파(4~8Hz)의 각 성분에 대한 파워 스펙트럼 분석이 이루어졌습니다. 뇌혈류량의 지표로 뇌혈관의 산소화 헤모글로빈/탈산소화 헤모글로빈/총 헤모글로빈량을 근적외선 분광법(NIRS) 측정 프로브를 머리에 장착하여 측정했습니다. 또한, 뇌혈류 측정 부위는 뇌 MRI 촬영을 통해 위치 조정을 진행했습니다. 과거 연구에서 초점집중(FA) 명상 시 전전두엽피질(PFC=Pre-Frontal Cortex, 그림 3: 보라색 부분, *3)이 활성화되는 것으로 알려져 있기 때문에 NIRS 프로브는 전두부에 장착하여 측정하였습니다.


명상 실험에서는 먼저 몇 분간의 연습 세션을 통해 자신의 복부 근전도를 오실로스코프(Oscilloscope)로 관찰하면서 호흡하는 것에 익숙해지는 시간을 가졌습니다. 그리고 먼저 기준선이 되는 기준선 호흡, 뇌파, NIRS 측정이 이루어졌습니다. 이후 20분간의 휴식 후 호흡, 뇌파, NIRS 측정과 함께 '단전호흡을 통한 FA명상'이 20분간 진행되었습니다.


피험자의 정신상태를 평가하기 위해 POMS(기분상태 프로파일의 국제기준: *4)를 사용하여 단전호흡 명상 전과 종료 후 20분 동안 평가하였으며, POMS는 '긴장/불안', '우울/낙담', '분노/적대감', '활력', '피로', '혼란'의 세 가지 카테고리로 분류하여 평가되었습니다. 명상 상태 전후의 혈중 세로토닌 농도를 측정하기 위해 단전호흡 명상 전, 종료 1분 후, 종료 30분 후의 타이밍에 말초정맥혈을 채취했습니다.


여기서, 위키백과와 각종 참고서적에는 "세로토닌(5-HT)은 혈뇌장벽(혈액과 뇌 사이에 존재하는 장벽)을 통과하지 못한다"라고 기술되어 있기 때문에(*5), 예리한 독자는 "뇌 내 세로토닌 평가에 말초정맥혈을 사용하는 것이 적절한가?"라는 의문을 가질 수 있도 있습니다.


이 의문에 대해서는 저자들의 검증 실험이 보고된 바 있습니다(*6). 이 실험에서는 '포유동물을 이용하여 소화관 등 뇌 이외의 세로토닌이 영향을 미치지 않는 상황에서 뇌 내 세로토닌을 증가시켰을 때, 말초 전혈의 세로토닌 농도도 상관관계에 따라 증가하였다'는 결과를 얻었습니다. 이 현상에 대해서는 확산에 의해 혈액뇌장벽을 통과한다기보다는 증가된 뇌 내 세로토닌이 세로토닌 수송체를 통해 말초혈액으로 방출되는 것으로 보고 있습니다. 즉, "말초 전혈의 세로토닌을 측정하는 것이 뇌 내 세로토닌 양의 지표가 된다"는 점에서는 과학적 근거에 근거한 것으로 보입니다.


그 결과 우선 뇌 내 PFC(전전두엽피질) 영역의 산소화/탈산소화/총 헤모글로빈량 그래프는 그림 A와 같이 나타났습니다. 그림 A의 상단의 PFC 앞부분의 그래프를 보면 명상 시작부터 급격하게 상승하기 시작하여 이후 시간이 지날수록 우상향으로 상승하다가 명상 종료시(22분)를 정점으로 다시 하락하는 것을 볼 수 있습니다. 이에 반해 PFC 후방(하단 그래프)에서는 명상 시작 후부터 증가는 하지만 이후 상승이 멈추고 명상 종료시~종료후까지 거의 횡보하는 곡선이 이어지며, PFC 전방과 후방의 산소화 헤모글로빈 수치를 막대그래프로 나타낸 것이 그림 B에 나와 있습니다. 이를 보면 통계적으로 유의미하게(p <0.001) PFC 후방보다 PFC 전방에서 산소화 헤모글로빈량이 상승하고 있음을 알 수 있습니다. 이를 통해 이 FA명상에서는 전전두엽 피질의 특히 앞쪽에서 뇌의 활동이 활발하게 일어나고 있음을 알 수 있습니다.


다음으로 명상 시작 후의 뇌파 변화를 살펴봅시다(그림 3). 이를 보면, 평소의 일상 의식(β파) 성분은 명상 시작과 함께 완만하게 감소하는 것을 알 수 있습니다. 또한, 사물에 집중하거나 공부하는 상태에서 우세한 α파의 성분은 명상과 함께 증가하고 있습니다. 이 변화에 대해서는 시계열의 각 시점마다 통계적으로 유의미한 변화를 보이는 것 같습니다.


흥미롭게도 알파파의 성분이 증가함에 따라 θ(쎄타)파의 성분이 감소하고 있음을 알 수 있습니다. 일반적으로 명상 숙련자가 되면 θ파가 우세해진다고 하는데, 아마도 이 실험의 피험자들이 모두 명상 초보자라는 점과 집중주의 명상법이 '무언가에 의식을 집중하는'(이번 경우 단전호흡과 호흡 파형)에 집중하는 것이기 때문에 이런 결과가 나왔을 가능성이 있습니다. 또 다른 연구에서는 PFC 전두엽이 '주의력 조절'에 깊이 관여한다는 연구 보고도 있어, 이 명상법과도 관련이 있는 결과라고 생각됩니다. "명상 숙련자에 의한 눈을 감고 하는 자유명상"의 경우 또 다른 부위가 활성화되었을 수도 있습니다.


그리고 가장 흥미로운 것은 혈중 세로토닌 수치입니다. 명상 전 상태에 비해 20분 명상 후 20분 후 상태에서는 세로토닌이 약 7%나 증가했습니다(그림 A). 이 시간 동안 피험자들은 영양을 섭취하거나 수면을 취하지 않았기 때문에 이 세로토닌의 증가는 명상의 직접적인 효과라고 할 수 있습니다. 또한 세로토닌 수치의 상승은 명상 후 30분 후에도 지속되었습니다. 명상 후 1분 시점과 30분 후 시점 모두 명상 전 상태와 비교하여 통계적으로 유의미하게(p<0.01) 상승하고 있다는 실험 결과가 나왔습니다.


또한 명상 중 뇌파의 α파 파워 스펙트럼과 혈중 세로토닌의 증가량을 그래프로 나타낸 결과, 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다(그림 B: R=0.60, p=0.019). 이 그래프를 통해 "명상을 통해 뇌파에서 α파 성분이 우세할수록 혈중 세로토닌 증가량이 많았다"고 말할 수 있을 것 같습니다.


그림 4는 기분 상태를 POMS(*4)로 평가한 것을 명상 전과 명상 후를 비교한 그래프입니다. 이를 보면 '긴장-불안', '우울', '분노-적대감', '피로감', '혼란' 등 부정적인 감정은 모두 명상 후 완화되어 점수가 낮아진 것을 알 수 있습니다. 특히 '긴장-불안', '우울', '분노-적대감', '혼란' 항목에서는 통계적으로 유의미한 감소(개선)가 나타났습니다.(p<0.05~p<0.001).


이러한 결과를 정리하면,   

- 피험자는 명상 초보자로 단전호흡을 의식한 20분간의 명상이 이루어졌다.

- 전전두엽피질(PFC) 앞쪽에서 산소화 헤모글로빈량, 뇌혈류량이 현저하게 증가하였다.

- 명상 중 α파의 증가, θ파의 감소, β파의 감소가 관찰되었다.

- 명상에 의해 뇌 내 세로토닌 유래로 추정되는 혈중 세로토닌 양이 증가하였다.

- 명상을 통해 긴장, 불안, 우울, 분노, 적대감, 혼란 등의 부정적인 감정이 감소했다.

라는 것이 과학적으로 입증되었다고 할 수 있습니다.


특히 일반적인 생각은 "명상은 단순히 기분을 가라앉히고 마음을 안정시키는 것"이라고 생각하기 쉬운데, "명상을 통해 실제로 뇌 내 물질도 증가한다"는 것이 밝혀진 것이 큰 의미가 있다고 생각됩니다. 물질적인 측면에서도 "명상은 건강에도 좋은 것"이라고 할 수 있을 것 같습니다.


개인적으로는 명상의 달인이나 θ파 명상이 어떤 효과를 가져오는지에 대한 부분에도 관심이 많기 때문에 또 과학적인 검증 논문이 있으면 소개해드리도록 하겠습니다.



저자: Takuma Nomiya I 번역: Sim Min Aa




Profile


Takuma Nomiya 의사・의학박사




임상의사로서 20년 이상 다양한 질병과 환자를 접하며 신체적 문제와 동시에 정신적 문제도 다루고 있다. 기초연구와 임상연구로 다수의 영문 연구 논문을 집필. 그 성과는 해외에서도 인정받아 직접 학술 논문을 집필할 뿐만 아니라 해외 의학 학술지로부터 연구 논문의 피어리뷰 의뢰를 받기도 한다. 증거중심주의에 치우치지 않기 위해 미개척 연구 분야에도 관심을 기울이고 있다. 의료의 미래를 계속 탐구하고 있다.



https://www.researchgate.net/profile/Takuma-Nomiya

https://scholar.google.com/citations?user=DGtJE_kAAAAJ&hl=ko&oi=ao




인용문

출처: NewLife Magazine_명상, 뇌, 행복 호르몬… 의학 시선의 진짜 이야기

https://note.com/newlifemagazine/n/n0a07608b82cd?magazine_key=mb580e4b26aa4


*1. Yu X, Arita H et al., Activation of the anterior prefrontal cortex and serotonergic system is associated with improvements in mood and EEG changes induced by Zen meditation practice in novices. International Journal of Psychophysiology 80 (2011) 103–1

*2. https://ja.wikipedia.org/wiki/有田秀穂 - 아리다 히데호

*3. https://ja.wikipedia.org/wiki/前頭前皮質- 전전두엽 피질

*4. McNair, et al., 1971. Profile of Mood States. Educational and Testing Service, San Diego. 22 pp.

*5. https://ja.wikipedia.org/wiki/セロトニン - 세로토닌

*6. Nakatani Y, Arita H, et al. Augmented brain 5-HT crosses the blood– brain barrier through the 5-HT transporter in rat. European Journal of Neuroscience, Vol. 27, pp. 2466–2472, 2008




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