밤에 꿀잠을 자야 뇌 쓰레기가 말끔히 청소된다.

[메디게이트뉴스 배진건 칼럼니스트] 잠이란 무엇인가? 셰익스피어가 맥베스(Macbeth) 입을 빌려 잠을 정의했다.

"Methought I heard a voice cry, 'Sleep no more! Macbeth does murder sleep,' the innocent sleep, Sleep that knits up the ravell'd sleave of care, The death of each day's life, sore labor's bath, Balm of hurt minds, great nature's second course, Chief nourisher in life's feast."

"어디선가 '이제 잠을 이룰 수 없다! 맥베스가 잠을 죽였다'라는 소리를 들은 듯 하오. 죄없는 잠을 살해했소, 걱정이라는 흐트러진 번뇌의 실타래를 곱게 풀어서 짜주는 잠, 그날 그날의 생의 적멸, 괴로운 노동의 땀을 씻고, 마음의 상처를 낫게 하는 영약, 대자연이 베푸는 제2의 생명이요, 생의 향연에 최대의 자양을 주는 그 잠을 말이오."

사람이 중요한 일, 예를 들어 수능을 앞두고 혹은 면접을 보기 전에 잠을 충분히 잘 자야 한다. 이유는 꿀잠이 불안감을 느끼는 뇌를 다시 제자리로 돌이키기 때문이다.

2019년 11월 4일 자 네이처 인간행동(Nature Human Behaviour)에 'Overanxious and underslept'란 제목으로 출간된 미국 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스(UC Berkeley) 연구가 잠과 걱정에 대한 신경 연결에 대해 지금까지 가장 잘 설명하고 있다.

연구진은 잠을 약물이 아닌 자연적인 것으로 불안장애를 해소시키는 명약으로 지적한다. 불안장애는 미래에 대한 병적인 불안과 현재 상황에 대한 과도한 공포로 인하여 일상 생활에 장애를 일으키는 정신질환이다. 4000만명의 미국 성인들이 불안장애로 진단받고 아이들과 청소년들도 점점 증가하고 있다. 잠을 충분하게 자지 못하면 불안을 증폭시키고 반대로 깊은 잠은 그런 스트레스를 줄여준다.

혈류와 관련된 변화를 감지해 뇌 활동을 측정하는 기능적 자기공명영상 촬영(fMRI)과 수면다원검사(polysomnography)를 가지고 연구자들은 수면을 취한 후 18명의 젊은 사람들의 뇌를 스캔했다. 또한 감성적인 것도 비디오 클립으로 관찰했다. 각 세션마다 불안의 지수를 상태-특성 불안검사(state-trait anxiety inventory, STAI)로 알려진 설문조사를 통해 조사했다. STAI는 모든 종류의 불안을 측정하는데 가장 많이 사용되는 검사다.

잠을 이루지 못한 상태에서 브레인 스캔을 하면 내측 전전두피질(medial prefrontal cortex)이 꺼져 있는 상태를 보인다. 전전두피질은 자기를 인식하고, 행동을 계획하고, 불필요한 행동을 억제하고, 문제해결을 위한 전략을 수립하고, 의사결정을 하는 등 정상적인 불안감을 조절하는 것에 관여하기에 잠이 부족하면 뇌가 브레이크가 걸리지 않은 채 너무 감정적인 페달을 빠르게 밟는 것과 마찬가지다.

반면 한밤에 꿀잠을 자면 실험대상자들의 불안이 현격히 줄어드는 것을 보였다. 

수면은 크게 두뇌 활동이 가장 활발한 렘(REM, Rapid Eye Movement)과 비(非) 렘수면(NREM) 등 두 가지 상태로 구분된다. 미국수면의학회(American Academy of Sleep Medicine)는 NREM을 N1, N2, N3 세 단계로 나눴는데 마지막 단계는 델타수면 또는 서파수면(slow wave sleep)이라고 한다. 특별히 잘 깨지 않는 slow-wave NREM(non-rapid eye movement, NREM)까지 잠을 잔 사람들의 경우는 더욱 분명했다.

연구자들은 처음에 관찰한 18명 외에도 다른 30명의 참가자로부터도 같은 결과인 잠을 충분히 잘 잔 사람은 그 다음날 측정한 불안의 정도가 낮은 결과를 얻었다.

더구나 실험실 외에도 온라인(online) 조사에 참가한 280명의 다양한 연령의 사람들에게 잠과 불안의 정도가 어떻게 변했는지 4일 연속 조사했다. 꿀잠을 잔 사람들은 그 다음날의 불안감이 적은 것을 예측할 수 있었고 잠 시간에 대한 조금의 변화도 그 다음날의 불안감에 영향을 미쳤다.

이번 연구를 통해 불안장애를 가진 사람들은 일반적으로 잠을 제대로 못 자는 것을 다시 확인했다. 연구를 주도한 UC 버클리 사이먼(Eti Ben Simon) 교수는 연구결과로 잠과 불안의 상관관계를 밝혔을 뿐만 아니라 불안한 뇌를 안정시키기 위해 깊은 NREM 잠이 꼭 필요하다고 했다. 부자 나라에서 불안장애가 더 심각한 것은 우연이 아니라 결과론적인 것이고 절망과 희망을 이어주는 다리는 밤에 잠을 잘 자는 것이라 밝혔다.

잠을 잘 자는 것에 대한 더 구체적인 결과로 뇌의 노폐물을 깨끗하게 하는 청소 역할에 대해 10월 31일 자 Science 논문(N.E.B. Fultz et al., Science 366, 628)에 기재됐다. slow-wave NREM 기간 중에 CSF(cerebrospinal fluid)가 혈액의 산소의 양의 높낮이를 이용해 뇌를 청소한다.

깊은 잠에 빠지면 신경망 진동이 각기 다른 신경활동을 하나로 통합해 신경세포들의 흥분성(excitability)을 조절, 뇌액을 움직이게 한다. Delta (0.5 ~4 Hz) 진동은 느린 진동으로 뇌의 쓰레기로 작용하는 Aβ와 같은 것이 깊은 잠을 잘 때 CSF dynamics를 통해 제거된다.

연구팀은 13명의 건강한 지원자를 뇌파 검사(electroencephalography, EEG)와 자기공명영상(MRI) 스캐너를 장착한 연구실에서 잠자게 했다. 연구팀은 3가지, 뇌 전체의 electrophysiological 진동과 뇌의 산소 측정, 그리고 CSF 흐름을 쟀다.

뇌가 깊은 잠에 빠지면 첫째로 신경망 진동 변화가 감지된다. 몇 초가 지난 후에 혈액 산소의 높낮이가 변화한다. 이어 CSF의 흐름이 감지가 된다. 뇌파의 율동(rhythm)은 유사한 모양과 기간을 가진 파형이 규칙적으로 나타나는 것이다. 뇌파의 율동은 잠과 유체 역학(fluid dynamics)과 밀접됐다. 뉴론 활동이 줄면 피가 덜 사용되기에 볼륨이 줄어든다.

이렇게 볼륨이 줄면 볼륨을 유지하기 위해 CSF가 움직이게 된다. CSF가 최고로 움직이는 것은 slow-wave EEG가 피크를 보인 후 6.4 초 후에 나타난다. 이런 생리물리학적 연계가 너무 정연하게 연결되어 있다. 잠을 제대로 자지 못하면 CSF 역학(dynamics)에 영향을 미치게 된다. 이것은 뇌 건강에 정말 중요한 요인이 되는 것이다.

실제로 Aβ가 많이 쌓인 환자들은 NREM 잠에서 slow-wave가 현저하게 적어 잠을 깊은 잠을 못 이룬다. 물론 이번 연구가 건강한 사람을 대상으로 했지만 연구결과를 적용한다면 나이가 있는 알츠하이머 환자에게는 ‘CSF wave’가 덜 나타나 뇌의 청소가 덜 활발할 것이다. 아마도 CSF 역학과 slow-wave 상태를 알츠하이머 바이오마커로 사용될 수도 있을 것이다. slow-wave 상태를 다시 찾게 하는 것이 퇴행성 뇌질환을 느리게 진행되게 할 수 있을 것 같다.

이번 두 가지 연구결과를 보면서 바이오 리듬에 따라 깊은 잠을 자지 못하게 되는 한밤중에 일을 하는 사람들, 게임에 몰두해 잠을 자지 않고 게임에 중독된 어린이들, 불안장애를 가진 환자들은 퇴행성 뇌질환에 걸릴 확률이 상당히 높을 것이다. 이들에게 어떻게 깊은 잠을 자게 할 것인가가 숙제다.

우리는 뇌 하면 신경세포인 뉴론(Neuron)을 생각하지만 신경세포는 10%에 지나지 않고 뇌의 대부분을 차지하는 것은 신경교세포(glia)이다. 신경세포는 물론 신호전달물질 분비 및 시냅스 신호전달을 담당해 뇌의 회로 역할을 한다.

신경교세포는 주위 청소를 담당하는 신경세포의 보조 역할을 한다. 걱정이라는 흐트러진 번뇌의 실타래를 곱게 풀어서 짜주는 잠을 잘 자면 신경교세포가 더욱 활동을 잘해 뇌 쓰레기를 말끔히 청소해줄 것 같다. 마음의 상처를 낫게 하는 영약이며 생의 향연에 최대의 자양을 주는 꿀잠을 자자.