사람의 몸은 수면-각성 주기부터 뇌를 통한 혈액의 꾸준한 박동과 심박수와 맥박에 이르기까지 자연스러운 생체 리듬으로 가득 차 있다.
이와 관련해 미국 캘리포니아대 샌디에이고캠퍼스(UCSD) 연구팀은 뇌의 혈관에서 생체 리듬과 연관된 이러한 복잡한 조정이 어떻게 일어나는지 장의 움직임을 통해 이해할 수 있다는 것을 알아냈다.
연구팀은 장의 리드미컬한 근육 움직임이 뇌의 혈관이 어떻게 함께 팽창하고 수축하는지 설명하는 데 도움이 될 수 있다는 사실을 발견했다.
뇌의 신경 세포가 자극을 받으면 세동맥이라고 불리는 작은 혈관이 확장돼 더 많은 산소와 영양소를 전달한다. 이 혈관은 맥박을 뛰게 하며 종종 서로 동기화되기도 한다. 그러나 수년 동안 과학자들은 이러한 동기화가 어떻게 발생하는지에 대해 알지 못했다.
연구팀은 답을 찾기 위해 소화기계로 눈을 돌렸다. 음식을 이동시키기 위해 자연스럽게 파동으로 수축하는 장이 계단 효과를 형성하는 동기화된 진동 패턴에 의존한다는 것을 발견했다.
미국 건강·의료 매체 ‘헬스데이(Healthday)’에 따르면 연구팀은 “이와 동일한 패턴이 뇌혈관이 어떻게 조화롭게 함께 작동하는지 설명할 수 있다”고 밝혔다.
연구팀의 마시모 베르가솔라 박사(물리학 교수)는 “결합된 진동체는 서로 대화하며 장의 각 부분은 근처의 다른 부분과 대화하는 진동체”라며 “일반적으로 결합된 진동체는 동종의 환경에서 연구되며 이는 모든 진동체가 어느 정도 유사한 주파수에 있다는 것을 의미한다”고 밝혔다.
연구팀은 수학적인 계산을 이용해 장이나 뇌에 있는 근처의 진동체가 주파수가 비슷할 경우 서로의 리듬을 어떻게 고정할 수 있는지 보여주었다. 소화기관 특히 장의 리드미컬한 근육 운동이 뇌의 혈관들이 함께 확장, 수축하는 방식과 유사한 단계적 전환을 만들어 낸다는 것이다.
연구팀의 데이비드 클라인펄드 박사(물리학 및 신경 생물학)는 “결국 이번 연구는 과학자들이 뇌기능뿐만 아니라 위장관을 통한 음식, 액체 및 노폐물의 이동에 영향을 미치는 소화 문제를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다”고 말했다.
이 연구 결과(Defects, Parcellation, and Renormalized Negative Diffusivities in Nonhomogeneous Oscillatory Media)는 물리학 학술지인 ≪피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)≫에 실렸다.
<자주 묻는 질문>
Q1. 뇌와 장이 서로 어떻게 연결되어 있나요?
A1. 뇌와 장은 ‘장-뇌 축(Gut-Brain Axis)’이라 불리는 신경, 호르몬, 면역 네트워크로 연결되어 있습니다. 주요 경로는 미주 신경, 장내 미생물, 호르몬(세로토닌 등) 등이에요.
Q2. 장내 미생물이 정말 뇌에 영향을 주나요?
A2. 네. 장내 세균은 세로토닌, 도파민 등 신경 전달 물질의 전구체를 생성하거나, 염증을 조절해 기분, 불안, 인지 기능에 영향을 미칩니다. 불균형한 장내 미생물은 우울증, 불안 장애, 자폐 스펙트럼 등과 연관된다는 연구도 있습니다.
Q3. 스트레스가 장에 영향을 주나요?
A3. 예. 스트레스가 코르티솔을 증가시켜 장운동, 혈류, 점막 방어를 약화시킵니다. 그 결과 과민성 대장 증후군(IBS), 복통, 설사, 변비 같은 증상이 나타날 수 있습니다.
