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최한경 대구경북과학기술원 뇌과학전공 교수

밤에 푹 자기가 어렵다고 불평하면, 낮에 깨어 있으라는 대답이 돌아온다. 너무 당연하게 들리는 이 말은 잠을 설명해주는 ‘수면 항상성’이라는 중요한 개념이다. 일상적으로나 과학적으로나 수면 항상성은 널리 인정받고 있지만, 이 과정에서 구체적으로 어떤 뇌과학적 원리가 작동하는지는 연구가 더 필요한 상황이다.

이와 관련해 마크 우 미국 존스홉킨스대 교수는 최근 연구를 통해 이에 대한 한 가지 답을 찾아냈다. 해당 연구는 한국인 연구자 이상수 박사가 이끌었다.

현재 뇌과학은 생물이 얼마나 잤는지, 얼마나 깨어 있었는지를 측정하는 뇌 구역은 찾지 못했지만 잠을 깨우거나 자게 하는 구역은 밝혀낸 상황이다. 잠의 부족·충분 정도를 알아내는 측정기는 찾지 못했지만, 잠자는 행위 여부를 통제하는 스위치는 찾은 셈이다. 에어컨에 빗대어 생각해보면 온도계 정보가 스위치로 전해져야 더위 수준에 맞춰 에어컨을 자동으로 가동하거나 멈출 수 있을 텐데 아직 그런 체계가 전부 규명된 상황은 아닌 셈이다.

우 교수 연구진은 이 점에 착안해 잠을 깨우거나 자게 하는 구역의 상위 부위에 얼마나 잤고 깨어 있었는지를 측정하는 구역이 있을 것이라는 가설을 세웠다. 그렇게 해서 추려낸 22개 후보군 중 ‘재결합핵’이라는 뇌 영역에 연구의 초점을 맞추었다.

먼저 연구진은 생쥐에서 재결합핵을 활성화했다. 수면 스위치 구역을 활성화하면 거의 바로 생쥐가 잠에 빠지는 데 비해 재결합핵이 활성화하면 몇십 분에서 몇 시간 정도의 시간이 지난 뒤 잠에 빠지는 현상이 관찰됐다. 재결합핵이 활성화된 생쥐는 마치 밤을 새운 것처럼 깊은 수면의 양이 특히 증가했다.

또 연구진은 활성화 이후 잠이 들기까지 걸린 시간에 생쥐가 무엇을 하는지 분석했다. 그랬더니 분주히 돌아다니며 먹고 마실 시간임에도, 생쥐는 졸린 듯이 둥지와 털 정리를 했다. 졸린 사람이 씻고 잠자리에 눕는 것처럼 말이다.

연구진은 재결합핵 구역의 신경세포를 추가 연구했다. 그러자 이 세포들은 예상과 같이 잠을 안 재운 생쥐에서 더 강한 활성을 보였고, 잠을 재우면 활성이 평소와 같이 돌아가는 특징을 갖고 있었다.

재결합핵의 신경세포는 뇌 여러 구역으로 뻗어 있는데, 그중에서도 ‘불확정대’라고 하는 뇌 구역으로 이어지는 연결이 수면 측정에 중요한 요소로 보였다. 잠을 안 재우면 재결합핵에서 불확정대로 연결되는 신경연결 자체가 즉각 증가하는 현상이 관찰됐다. 시냅스의 개수가 증가했고 세기는 강해졌다.

이 같은 시냅스의 가소성은 흔히 학습·기억과 연결해서 다뤄지는데, 잠을 안 잘수록 강해지는 시냅스가 재결합핵과 불확정대 사이에 존재했던 것이다. 생쥐를 재우면 시냅스 모양은 다시 정상으로 돌아왔다.

그렇다면 재결합핵을 억제할 경우 하룻밤을 새우더라도 아무 영향이 없을 수 있지 있을까. 아쉽게도 잠을 안 재운 생쥐의 재결합핵을 억제해도 더 자고 싶은 경향은 남아 있었다. 하지만 이 연구는 잠과 관련한 심층 탐구의 시작점이다. 앞으로 이어질 연구는 우리가 좀 더 능동적이고 과학적으로 수면을 제어하고, 또 푹 자고 싶은 사람은 불면 없이 ‘꿀잠’을 잘 수 있는 방법을 개발하게 해줄 것으로 기대한다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com

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