잠을 자야 하는 이유 첫 직접 증거 발견…지친 뇌 ‘리셋’ 한다

과학자들이 사람이나 동물이 잠을 자야 하는 이유와 관련된 ‘직접적인 증거’를 처음으로 제시했다. 깨어있는 동안 활발히 활동하는 신경세포들은 활동량이 일정 수준에 도달하면 수면을 통해 지쳐버린 뇌의 기능을 재설정한다는 것이다. 그간 학계에선 수면이 뇌의 항상성을 유지하는 역할을 하는 것으로 알려졌지만 정확한 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 이번에 확인한 수면 전 신경세포의 활동량을 분석하면 생물이 언제 잠에 빠지거나 잠에서 깨어날지까지 예측할 수 있다고 설명했다.

랄프 웨셀과 키스 헨겐 미국 세인트루이스 워싱턴대 교수 공동연구팀은 쥐 실험을 통해 수면이 뇌의 계산 기능을 회복시키는 것을 확인한 연구결과를 8일(현지시간) 국제학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’에 발표했다.

연구팀은 먼저 수면이 뇌 기능에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 어린 쥐의 뇌에서 신경세포의 활동을 추적했다. 그 결과 수면을 마친 쥐의 뇌에서 신경세포들의 활동이 급격히 활성화되는 모습이 관찰됐다.

동물 뇌의 신경세포는 수십 밀리초(ms·1000분의 1초) 동안 전기신호가 스파크를 일으키며 활동한다. 방대한 정보를 처리하는 과정에서 연쇄적으로 발생하는 이 현상을 ‘신경 눈사태’라고 한다. 실험 대상이 된 쥐에게선 잠에서 깨어난 직후 뇌의 신경세포 덩어리 곳곳에서 신경 눈사태 현상이 활발하게 발생했다. 이후 시간이 지남에 따라 서서히 잦아들었다. 정보를 처리하는 기능도 더뎌진 것이다.

연구팀은 이같은 수면 전후 신경세포 활동의 변화로 미뤄봤을 때 쥐가 잠을 자며 뇌를 ‘리셋(재설정)’한다고 설명했다. 깨어있는 동안 축적된 뇌의 피로를 수면을 통해 해소한다는 것이다. 잠은 뇌의 활동량이 임계점에 도달했을 때 뇌가 다시 적절한 기능을 수행할 수 있도록 하는 생체활동이라는 결론이다. 연구를 이끈 헨겐 교수는 “이번 연구를 통해 깨어있는 시간 동안 뇌의 성능은 서서히 감소하며 우리는 수면을 통해 뇌의 최고 성능을 다시 회복하게 된다는 사실을 직접 증거를 통해 알게 됐다”고 말했다.

연구팀은 특히 신경 눈사태가 일어나기 전후 신경세포의 활동 양상을 살펴보면 언제 잠이 들거나 깨어날지 예측할 수 있다는 사실도 발견했다. 신경 눈사태의 규모가 일정 수준으로 줄어들었을 때 쥐들은 곧 잠에 빠져들었다.