뛰어난 운동선수의 ‘뇌’는 다를까

2022 카타르월드컵에서 아르헨티나는 프랑스를 이기며 우승컵을 들어 올렸다. 전 세계 많은 사람들은 우승 주역인 리오넬 메시를 ‘축구 천재’라고 칭한다. 이뿐만 아니라 농구의 마이클 조던, 야구의 오타니 쇼헤이 등 다양한 종목에서 천재라 불리는 선수들이 존재하는데 세계 최고의 경기력을 가진 선수들의 뇌는 어떤 특별함을 갖고 있는 것일까? 운동선수들의 뇌의 특성에 대해서 알아보고자 한다.

뇌의 기능

운동선수의 뇌의 특성을 알아보기 전, 뇌에 대한 기본적인 특징들에 대해 살펴보고자 한다. 뇌는 최소 수십억 개에서 수천억 개의 신경세포로 구성되어 있으며 순수 한국어로는 ‘골’이라고 칭한다. 인간의 움직임에 핵심적인 역할을 담당하며, 움직임에 필요한 인지, 기억, 학습, 감정 등을 처리하는 역할을 한다. 인간이 생각하고 움직일 수 있는 것은 뇌에 있는 뉴런에 의해 발생하게 된다. 인간의 감각(시각, 청각, 미각, 후각, 촉각) 기관으로부터 정보가 들어오면 뇌의 각각의 해당 영역에서 전기를 발생시켜 다른 세포에 정보 전달을 통해 어떻게 처리할 것인지를 결정하는 과정을 거친다.

<그림 1>은 인간의 뇌를 기능에 따라 구분해 놓은 것인데 감각을 통해 들어온 각각의 정보가 어느 영역에서 처리되는지를 알 수 있다. 이처럼 인간의 뇌는 진화를 통해서 발달되면서 복잡하게 형성되었다. 뇌의 기본적인 기능에 대해서 알아보았고, 이어 운동이 발생되는 과정에 대해서 살펴보도록 하겠다.

움직임을 위해서 우리의 뇌는 어떻게 활용될까?

지금 이 글을 읽으면서 한번 다음과 같이 움직여보도록 하자. 지금 내 옆의 물체를 들어서 앞으로 옮겨본다. 옮긴 후에 내가 옮기면서 행했던 과정을 돌이켜 보자. 우선, 물체가 어디에 있고 어떤 물체인지를 인식하였을 것이다. 일반적으로 시각은 감각 중 가장 많은 부분을 차지한다. 시각연구의 대표 학자인 데이비드 마아(David Marr)는 시각의 목표는 ‘무엇이 어디 있는지를 알기 위한 것’이라 정의하였다.

<그림 2>는 인간의 시각 시스템을 그림으로 나타낸 것이다. 눈동자로부터 정보가 들어오면 뇌 뒤쪽(그림 노란색 부분) 후두엽의 시각피질(Visual cortex)로 전달된다. 전달된 정보를 처리하기 위해 시각피질에서는 신경전달물질을 통해 그림과 같이 위쪽과 아래쪽으로 정보를 전달한다. 위쪽인 배측흐름(Dorsal stream)에 전달된 정보는 두정엽으로 이동하여 어디에 있는지를 식별하고, 공간적 지각을 할 수 있도록 처리한다. 반대로 아래쪽 흐름인 복측흐름(Ventral stream)은 측두엽 아래쪽으로 이동하여 물체 모양, 정체를 파악하기 위한 정보를 처리하게 된다. 이후 무엇과 어디에 대한 정보가 처리되면 전운동영역(Premotor cortex), 보조운동영역(Supplementary motor cortex), 운동영역(Motor cortex)에서 움직임을 위한 활성화가 발생되고 움직임이 시작된다.

운동선수들이 지닌 뇌 네트워크

지금까지 인간의 뇌의 형태와 움직임이 발생되는 과정을 간략하게 살펴보았다. 그럼 우수한 능력을 지닌 선수들의 뇌는 어떻게 다르며 일반 운동선수나 일반인과는 어떤 차이가 있는지 알아보도록 하자. 

선수들의 특성을 이해하는데 필수적인 이론인 “정보처리 이론”을 설명하고자 한다. 정보처리 이론은 컴퓨터의 작동원리를 빗대어 설명되는데 외부로부터 들어온 정보를 일련의 과정을 거쳐 처리한다는 내용이다. 

<그림 3>은 정보처리 이론 모델을 도식화한 것이다. 축구에 비유하자면 공을 잡은 우리 팀 동료선수로부터 패스를 받을 때 선수는 공이 오는 방향을 감각기억으로부터 처리를 진행한다. 감각기억은 그림에서처럼 약 1초에서 2초 정도 저장되기 때문에 다음 단계로 넘어가면 정보는 사라진다. 패스를 받는 과정에서 이 공을 어떻게 처리할 것인지는 주의와 지각 단계를 지나 작업기억에서 ‘패스를 할 것인지’, ‘슈팅을 할 것인지’에 대한 정보를 처리 한다. 작업기억은 감각기억으로부터 전달된 정보를 직접 처리하는 역할을 하고, 반복적인 학습을 하거나 중요하게 여기는 정보는 장기기억에 저장하며 비슷한 자극을 받았을 때 인출하여 정보를 처리한다.

모든 운동선수들은 숙련된 수행을 위해서 수없이 많은 연습을 통해 체력, 기술적 요소들을 발전시키고 이를 시합에 적용하는 과정을 반복하게 된다. 그 결과 위에서 제시한 정보처리의 과정 자체가 빠르게 처리되고 자동화 단계에 이르게 된다. 여기서 말하는 자동화는 의식적인 컨트롤이 아닌 무의식적 상태에서 반사적으로 행동이 나오는 것을 의미한다. 선수들에게 있어서 시합 상황은 연습 상황과는 다르게 통제해야 할 요소들이 존재한다. 예를 들면 관중, 상대 선수, 컨디션, 날씨 등이 있는데 숙달된 선수일수록 이러한 요소들에 영향을 받지 않고, 개인의 기량을 최대한 발휘한다.

손흥민 선수를 예로 들면 패스를 받기 전 고개를 돌려 주변을 살핀 후 패스를 받는 것을 볼 수 있다. 이는 단순하게 습관처럼 행동하는 것이 아니라 지금 수행하는 동작뿐만 아니라 패스를 받은 다음 수행할 것을 처리하기 위한 일련의 과정이다. 이는 수많은 훈련을 통해서 기억의 패턴을 발전시켰기 때문에 숙련된 동작으로 연결된다고 할 수 있다. 또한 우수한 선수일수록 작업기억의 양을 늘릴 수 있는 ‘청킹(Chunking)’을 활용하는데 청킹은 환경으로부터 들어온 자극 정보를 의미 있게 서로 연결시키는 것을 뜻한다. 손흥민 선수의 사례처럼 하나의 동작 안에 다음 수행해야 하는 동작을 연결시켜서 매끄럽게 진행시키는 과정이라 이해하면 된다. 

즉, 우수한 경기력을 가진 선수와 그렇지 않은 선수들의 차이는 이러한 정보처리 과정에서 수행해야 할 동작들에 대한 처리가 다르며, 운동수행에 방해가 되는 자극에 영향을 얼마나 받는지에 따라 그 수준이 판가름된다.

글을 마무리 하며

‘뛰어난 운동선수의 뇌는 다를까?’라는 질문에 저자는 일반적인 선수의 뇌와는 다르다고 답을 하고 싶다. 인지신경학 연구 분야에서는 후천적으로 뇌가 변화하는 것에 대해서 연구를 진행하였다. 런던에서 택시운전 자격증을 획득하려면 반경 10km의 지도를 머릿속에 그려놓고 외워야 자격증 취득이 가능하다. 이를 위해서는 적어도 2년에서 4년의 시간이 필요하다고 한다. 이 과정에서 뇌의 변화를 살펴보았을 때 기억을 담당하는 해마부분이 커지는 것으로 밝혀졌다. 이러한 현상을 신경가소성(Neuroplasticity)의 원리라고도 하는데 이는 신경의 형태가 변화할 수 있음을 의미한다. 이와 같은 사례처럼 세계적인 운동선수들은 반복적인 훈련과 시합을 통해 효과적인 정보처리 뇌 기능을 갖게 되었으며, 이는 곧 경기력과 연결된다고 할 수 있다.

운동선수들뿐만 아니라 이 글을 읽는 독자들도 달성하고자 하는 목표를 이루기 위해 이러한 뇌 원리를 활용한다면 도움이 될 것이라 판단하며 글을 마무리하고자 한다.

* 한국스포츠정책과학원이 발행하는 <스포츠 현안과 진단> 기고문 입니다.