[과학을 읽다]렘(REM)수면이 중요하다

신체 항상성과 기억 공고성, 두 가지에 큰 영향 미쳐

▲렘수면의 중요성이 국내 연구팀에 의해 규명됐다.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 인간은 평생의 3분의1 정도를 잠으로 보냅니다. 왜 잠을 자는 지, 자는 동안 우리 뇌에서는 어떤 일들이 일어나는 지 아직 명확히 밝혀진 바는 없습니다. 새벽에 주로 일어나는 렘(REM)수면 동안의 뇌는 깨어있을 때의 뇌처럼 활발하게 두뇌활동이 벌어집니다.

잠은 렘(REM, Rapid Eye Movement) 수면과 비렘(non-REM) 수면으로 구분합니다. 렘수면은 안구의 빠른 운동으로 알 수 있습니다. 저녁에 잠이 들고 새벽에 안구가 빠르게 움직이면서 잠을 자는 시간을 렘 수면이라고 부릅니다.

렘 수면의 기능을 두고 그동안 학계에서는 두 가지에 주목했습니다. 하나는 신경세포의 항상성에 관여한다는 측과 기억의 공고성에 기여한다는 주장이 있었습니다. 국내 연구팀이 실험용 쥐의 고해상도 뇌파 맵을 이용해 렘수면을 분석한 결과 항상성과 공고성 모두에 관여한다는 사실이 규명됐습니다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 최지현 박사연구팀이 이번 연구를 수행했습니다. 보통 수면에서는 관찰하기 어려운 뇌파를 인위적으로 조성된 만성수면부족 상태로부터 유도하는 방식으로 그동안 알려지지 않은 렘수면의 구조를 찾아냈습니다. 최 박사는 "렘수면이 부족하면 기억 공고성에 영향을 미칠 수밖에 없다"고 설명했습니다.

그는 "우리나라의 경우 수면의 양이 적은 나라에 속한다"며 "특히 유아기, 아동기, 청소년기에는 렘수면 상태가 많다"고 설명했습니다. 적정한 잠을 자지 않으면 상대적으로 신경세포 항상성과 기억 공고성에 영향을 미칠 수밖에 없다고 진단했습니다.

렘수면은 수면의 후반기에 나타나는 흥미로운 수면 단계입니다. 깨어있을 때와 비슷한 패턴의 뇌파가 관찰됩니다. 총 수면시간 중 상대적으로 적은 비중을 차지합니다. 광범위하게 벌어지는 뇌 활동을 동시에 측정하는 것이 어려워 렘수면의 기능이 무엇인지는 그동안 잘 알려지지 않았습니다.

최 박사팀은 렘수면의 기능을 규명하기 위해 뇌파를 활용했습니다. 일반적으로 특정 뇌파마다 그 역할은 잘 알려져 있습니다. 대표적으로 수면 중 나타나는 크고 느린 뇌파는 뇌세포의 피로를 줄여줍니다. 간헐적으로 작고 빠르게 나타나는 뇌파는 기억 형성 등의 뇌 활동을 반영하는 것으로 알려져 있습니다.

렘수면 동안 일어나는 현상을 이해하기 위해 연구팀은 마우스 뇌에 자체 제작한 38채널 어레이형 전극을 삽입했습니다. 고해상도 뇌파 맵을 측정했습니다.

수면이 부족하면 이를 보완하기 위해 특정 뇌파가 더 활성화되는 현상이 일어났습니다. 수면부족에 의한 렘수면 뇌파의 활성화를 관찰하기 위해 마우스를 5일 동안 수면을 제한하는 실험을 진행했습니다.

수면 제한은 5초에 한 번 씩 규칙적으로 움직이는 쳇바퀴를 이용해 진행됐습니다. 마우스가 쳇바퀴 위에 있을 때 쳇바퀴의 움직임에 의해 수면에 들 수가 없어 수면부족이 유도됩니다. 수면이 박탈된 이후 하루 중 특정 시간동안만 쳇바퀴에서 케이지로 옮겨 마우스가 잠이 들면 뇌파를 측정하는 것을 5일 동안 반복했습니다.

그 결과 빠른 주파수를 가진 뇌파와 느린 주파수를 가진 뇌파가 5일 동안 지속된 수면 부족에 의해 다르게 영향을 받는 것이 관찰됐습니다. 델타, 세타, 알파 등의 느린 뇌파(항상성에 기여하는)는 렘수면 시간이 증가하는 경향과 유사하게 수면이 부족했던 첫날부터 증가해 5일 동안 비슷한 패턴을 보였습니다. 항상성에 적응하기 위해 첫 날 큰 증가폭이 있었다는 것으로 분석할 수 있습니다. 이후는 변화된 항성성에 적응돼 뚜렷한 증가세는 보이지 않았습니다.

반면 감마 이상의 빠른 뇌파(기억 공고성에 영향을 미치는)는 첫날에는 변화가 없었다가 만성 수면박탈 기간 동안 점진적으로 증가했습니다. 증가하는 영역이 전두엽이나 해마 영역 등 국소적 영역이었습니다. 빠른 뇌파는 이처럼 기억에 관계되는 고차원적 인지 기능에 영향을 미친다는 것을 유추해 볼 수 있습니다.

이를 통해 봤을 때 급성 수면 결핍의 경우 신경세포 항상성이 영향을 받고 만성 수면 결핍의 경우 기억 공고성에 영향을 미친다는 것을 반영하는 것으로 해석됩니다. 짧은 며칠 정도 잠을 잘 못 잤다면 신경세포의 항상성에 영향을 끼치는데 오랫동안 수면 부족에 빠지면 기억의 공고성에 큰 영향을 끼친다는 것으로 분석할 수 있습니다.

렘수면이 부족할 때 기억 공고성에 큰 영향을 끼친다는 것은 궁극적으로 치매에도 영향을 미칠 수 있습니다. 최 박사는 "이번 연구는 약물이나 유전자 변형 없이도 KIST에서 자체 개발한 고해상도 뇌파 맵을 이용해 얻은 결과"라며 "앞으로 치매를 비롯한 특정 질병과 수면 질환 간의 연관성을 연구하는 데 활용될 수 있을 것"이라고 말했습니다.