로버트 새폴스키 "스트레스와 수면"

[문형철]

스트레스를 받으면 흥분하고 숙면을 취하기 어렵다.

수면을 제대로 취하지 못하면 다시 스트레스를 받는다.

악순환의 사이클이다.

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수면에 관한 기본지식

아무리 생각해봐도 수면은 좀 섬뜩한 느낌이 든다. 인생의 1/3을 차지하고, 우리가 거기에 실제로 존재하지도 않고 뭔가 붕뜬 상태에서 모든 것의 속도가 느려진다. 때로는 깨어있을때보다 뇌가 활성화되고, 눈꺼풀에 경련이 일어나며, 낮의 기억을 강화하고 문제를 해결하기도 하는 경우도 있지만, 꿈을 꿀 때도 있고, 아무것도 느끼지 못할때도 있다. 때때로 자면서 말을 걸기도 하고 걷기도 한다. 또는 침을 흘리기도 한다. 또 신비스럽게도 밤에 자는 동안 간헐적으로 음경이나 음핵이 발기되기도 한다. 

참고) Slow wave sleep(서파수면 클릭 동영상)

Slow-wave sleep (SWS), often referred to as deep sleep, consists of stage three of non-rapid eye movement sleep, according to the Rechtschaffen & Kales (R & K) standard of 1968.^[2] There is not a clear distinction between stages three and four. Stage three has 20-50 percent delta activity, whereas stage four has more than 50 percent.^[3] As of 2008, the American Academy of Sleep Medicine (AASM) has discontinued the use of stage four,^[4][5][6] such that the previous stages three and four now are combined as stage three. An epoch (30 seconds of sleep) which consists of 20% or more slow-wave (delta) sleep, now is considered to be stage three.

This period of sleep is called slow-wave sleep because the EEG activity is synchronized, producing slow waves with a frequency of less than 1 Hz and a relatively high amplitude. The first section of the wave signifies a down state, which is an inhibition period in which the neurons in the neocortex are silent. This is the period when the neocortical neurons are able to rest. The second section of the wave signifies an up state, which is an excitation period in which the neurons fire briefly at a high rate. The former state is a hyperpolarizing phase and the latter is a depolarizing phase. The principal characteristics during slow-wave sleep that contrast with REM sleep are moderate muscle tone, slow or absent eye movement, and lack of genital activity.^[7]

Slow-wave sleep is considered important to consolidate new memories.^[8] This is sometimes referred to as "sleep-dependent memory processing". Impaired memory consolidation has been effected in individuals with primary insomnia who thus do not perform as well as normal patients in memory tasks following a period of sleep. Furthermore, slow-wave sleep improves declarative memory, which is the fact-based, or episodic, memory. A central model has been hypothesized that the long-term memory storage is facilitated by an interaction between the hippocampal and neocortical networks.^[9] In several studies, after the subjects have had training to learn a declarative memory task, the density of human sleep spindles was significantly higher compared to the non-learning control task. This is the result of the spontaneously occurring wave oscillations that account for the intracellular recordings from thalamic and cortical neurons.^[10]

Sleep deprivation studies with humans suggest that the primary function of slow-wave sleep may be to allow the brain to recover from its daily activities. Glucose metabolism in the brain increases as a result of tasks that demand mental activity.^[11] Another function affected by slow-wave sleep is the secretion of growth hormone, which is always greatest during this stage.^[12] It is also thought to be responsible for a decrease insympathetic and increase in parasympathetic neural activity.^[12]

불가사의한 일이다. 도대체 어떻게 된 일일까? 우선 수면은 단선적인 일정한 현상이 아니다. 수면에는 여러가지 다른 종류가 있다.금방 깰수 있는 얕은 수면(1단계외 2단계이다), 깊은(3단계와 4단계 또는 서파수면 slow wave sleep), 아이들의 손이 꿈틀거리고,우리 눈이 재빠르게 왔다갔다 하며, 꿈을 꾸게 되는 급성 안구운동성 수면(rapid eye movement sleep REM 수면)이 있다. 이처럼 단계도 여러가지지만, 그 구성 즉 수면의 구조 또한 다양하다. 우리는 얕은 수면으로 시작하여 점차 서파수면으로 들어가고 REM수면이 그 뒤를 따른다. 그리고는 다시 돌아와 전과정을 90분 정도 걸려서 반복하게 된다. 

당연한 일이지만 뇌는 각기 다른 수면단계에서 다른 기능을 한다. 이것은 뇌를 스캔하는 장치 속에 사람을 재워놓고 여러 다른 뇌부위의 활성수준을 측정해가면서 연구할 수 있다. ...

.. 서파수면 중 뇌의 영상은 여러가지를 알여준다. 깨어있는 활성에 관여하는 뇌의 영역은 활성이 느려진다. 근육의 운동에 관여하는 뇌 영역도 마찬가지이다. 흥미롭게도 기억을 강화하고 정리하는 일에 관여하는 뇌 영역은 대사가 그리 많이 감소하지 않는다. 그러나 그런 영역정보를 전달하거나 그 영역에서 나가는 경로는 극적으로 차단되어 이 영역을 고립시킨다. 지각 정보에 처음으로 반응하는 뇌 영역의 대사도 상당히 감소하지만, 더욱 인상적인 것은 지각정보와 연관되어 이 정보를 종합하여 의미를 부여하는 하방의 뇌부위이다. 대사가 정지되어 있는 수면중인 뇌는 무엇을 하고 있는 것일까? 

깊은 서파 수면중에 에너지의 복구가 진행된다는 것은 매우 그럴듯한 이야기다. 이것은 수면 결핍의 정도가 전체 수면시간이 아니라 서파 수면이 얼마나 많았는가에 따라 좌우된다는 사실로 알 수 있다. 매우 활성이 높은 뇌 또는 수면 결핍인 뇌는 특정한 형태의 에너지원을 다량으로 소모하는 경향이 있으며, 이 결핍된 특정 에너지원의 분해산물은 서파수면을 유도하는 신호로 작용한다. 

REM수면에서는 매우 다른 영상이 나타난다. 전반적으로 활성이 증가해있다. 어떤 뇌 영역은 심지어 깨어있을때보다도 더 대사활성이 증가한다. 근육의 운동을 조절하는 뇌부위, 호흡과 심박수를 조절하는 뇌간 등의 대사 속도가 모두 증가한다. 감정에 관여하는 대뇌변연계라고 부르는 뇌 영역역시 대사가 증가한다. 기억과 지각처리, 특히 시각과 청각에 관여하는 부위들도 마찬가지이다. 

시각을 처리하는 영역에서는 특히 미묘한 일들이 일어난다. 시각 정보를 처음으로 처리하는 뇌 피질 부위의 대사는 그리 많이 증가하지 않는 반면, 단순한 시각정보를 종합하는 하방영역의 대사가 급격히 증가한다. 눈을 감고 있을때 어떻게 그런일이 생길까? 꿈을 꾸고 있는 것이다. 이것은 꿈의 상이 어떻게 나타나는가를 가르쳐 주고 있다. 그러나 뇌에서 일어나는 다른 어떤 일은 꿈의 내용에 관해서 가르쳐준다. 지난 장에서 간단히 언급했던 뇌부위 중에 전두엽이라는 부분이 있다. 전두엽은 사람의 뇌에서 가장 최근에 진화한 부분으로 영장류의 전두엽은 특별히 크고 가장 나중에 성숙하는 부위이다. 전두엽은 뇌 영역중 초자아와 가장 관계가 깊은 곳이다. 이 영역은 배변조절을 시작으로 우리가 쉬운일 보다는 힘든일을 하게끔 도와준다. 예를들어 두서없이 아무렇게나 되는대로 생각하는 대신 논리적이고 순차적으로 생각하도록 만들어 준다. 단지 그러고 싶다고 느끼기 때문에 사람을 죽이는 일을 막아주며, 남의 끔찍한 장신구에 대해 생각하는 그대로 말하는 대신 뭔가를 아부할 수 있는 점을 찾게 만든다. 

전두엽은 천박하고 감정적인 대뇌 변연계를 억제하여 우리로 하여금 이 모든 절제가 가능하게 해준다. 전두엽에 손상을 입으면 전두엽 억제가 잘 되지 않는 상태가 된다. 예전에는 전혀 하지 않았던, 생각나는 대로 말하거나 행동하게 된다. REM수면 중에는 전두엽의 대사가 감소하고 심히 이상한 생각만을 떠올리게 하는 변연계를 억제하지 못하게 된다. 이것이 왜 꿈이 꿈같은지를 설명해주는 이유이다. 비논리적이고 차례도 없고, 너무도 감정적이다. 물속에서 숨을 쉬고, 하늘을 날고, 텔레파시로 의견을 전달한다. 모르는 사람에게 자기의 사랑에 대해 이야기를 하고, 언어를 발명하고, 왕국을 통치하고, 버스비 버클리 뮤지컬의 주인공이 된다. 

이런 것들이 수면의 기본이다. 그러면 수면은 무엇때문에 필요한가? 잠을 못자면 죽는다. 심지어 광대파리들도 그렇다. 가장 분명한 대답은 뇌가 절반정도의 속력으로 달리며 에너지를 축적하기 위해 긴장을 푼다는 것이다. 계산을 끝까지 하거나 교향곡을 다 쓰기 위해서 뇌는 엄청난 에너지를 소비한다. 뇌는 우리 몸무게의 3%밖에 안되지만 에너지는 거의 1/4이나 사용한다. 따라서 낮 동안에 비축량이 줄어들면 이를 도로 채우기 위해 제대로 된 서파수면이 필요하다. 

다른 사람들은 수면이 뇌의 온도를 낮추는 역할을 한다고 추측한다. 즉 낮동안의 집중 교육에서 벗어나 머리를 식히거나, 뇌의 해독작용을 한다. 기묘하게도 수면의 도 하나의 중요한 용도는 꿈을 꾸는 것이다. 만약 하룻밤을 못자면, 다음날 밤 드디어 잠이 들었을 때 정상보다 더 많은 REM수면을 하게 되는데, 이것은 그동안 가장 부족했던 꿈꾸기를 보충한다는 것을 암시한다. ...

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이제 꿈은 도대체 무엇을 위해 필요한가하는 의문을 제기해보자. ... REM 수면중의 현저한 대사활성의 상승이, 깨어있을 동안 가장 억제되었던 몇몇 부위들에서 나타나는 것은 일종의 용불용설 시나리오로서 그렇지 않으면 너무 적게 사용되어버릴지도 모르는 경로들에게 꿈이 일종의 에어로빅같은 운동을 시켜준다는 것을 암시한다. 

사물을 인식하는데 수면이 일정한 역할을 담당하는 것이 분명해졌다. 예를들면 수면은 문제해결을 촉진할 수 있다. 이것은 하룻밤 곰곰히 생각해 보는 차원에 속하는 다음날 아침 눈을 비비며 눈가의 눈곱을 떼고 있을때 갑자기 해결책을 발견하는 그런 것이다. 하버드 대학교의 신경 생물학자 "로버트 스틱골드"는 이런 형태의 문제 해결이 도움이 되지 않는 혼란스러운 사실을 헤치고 솟아나와 어떤 느낌에 도달하는 그런 종류의 것이라고 강조한다. 그는 하룻밤 곰곰히 생각해서 기억을 되살리면, 전화번호를 잊어버리는 일은 없다고 주장한다. 복잡하거나 애매한 일이 있으면 한번 시도해 볼 일이다. 

서파 수면과 REM수면은 모두 전날의 정보를 종일 깨어 있는 동안 별로 접근하지 못했던 정보까지도 강화해서 새로운 기억을 형성하는데 기여하는 것 같다. 이를 지지하는 증거의 한 형태로는 동물에게 어떤 임무를 가르쳐주고 그날 밤 잠을 방해하면 그 새로운정보가 강화되지 않는다는 사실이 있다. 이러한 사실은 여러 다른 방법으로 제시되었기 때문에 아직 해석의 논란이 남아있다. 지난 장에서 보았듯이 스트레스는 기억의 강화를 방해한다. 곧 자세히 살펴보겠지만, 수면결핍은 스트레스이다. 스트레스가 정상적으로 기억의 강화를 돕는수면을 방해해서 수면결핍을 초래하므로 수면 결핍이 기억의 강화를 방해하는 원인이 오직 스트레스때문일지도 모른다. 그러나 수면 결핍이 유발하는 기억 장애의 양상은 스트레스로 인해 유발되는 양상과는 다르다.

다른 형태의 증거는 서로 상관되는 것이다. 낮동안 다량의 새로운 정보에 노출되는 것은 밤에 REM 수면이 많아지는 것과 상관된다. 더구나 그날 밤의 특정수면 형태들의 양으로 다음날 새로운 정보들을 얼마나 잘 기억할지를 예측할 수 있다. 예를들면 밤에 REM수면이 많으면 그날 낮에 있었던 감각정보들을 잘 강화하고, REM수면과 서파수면의 조합이 많으면 감각정보 관련기억을 더 잘 강화한다고 예측할 수 있다. 다른 사람들은 더 나아가 어떤 특정한 학습을 단지 수면형태의 양뿐만 아니라 그 수면들이 언제 나타나는가 즉 이른밤에 나타나는가 아니면 늦은 밤에 나타나는가, 여부로도 예측할 수 있다고 주장한다.

"수면이 기억을 강화한다"라는 이야기에 관한 다른 형태의 증거는 애리조나 대학교의 부르스 맥너턴이 처음 제시했다. 10장에서 본것처럼 해마는 명시적 학습에 중심적 역할을 한다. 맥터넌은 쥐 해마의 신경세포 하나씩을 골라 활성화를 조사했는데, 쥐가 새로운 명시적 학습을 할때 특히 바빠지는 신경세포들이 있었다. 그리고 그날 밤 서파수면중에 그 신경세포들이 또 특별히 바빠지는 것을 발견했다. 이를 좀더 넓게 해석하자면 그는 학습할때 나타났던 해마신경세포의 활성증가가 수면중에 반복되는 경향이 있다는 것을 보여준 것이다.  사람의 뇌 영상 연구도 비슷한 현상을 보인다. REM수면 중에 기억강화가 진행될 동안 신경세포들 사이에 새로운 연결이 일어나도록 하는 유전자가 활성화된다는 증거도 있다. 서파수면 동안에는 해마를 비롯한 부위들의 대사가 매우 높은 상태로 유지된다. 뇌는 수면중에 새로운 기억 형태를 반복해서 연습하고, 이를 제자리에 고정시키는 일을 하는 것처럼 보인다. 

신기하게도 수면결핍이 인식을 방해한다는 일반적인 견해들에 더해, 최소한 한가지 유형의 학습은 수면결핍때에 촉진된다는 것을 "에일리나 헤어스턴"이 최근 밝혀냈다. .....

수면결핍은 스트레스다

서파수면으로 빠져들어 갈때 스트레스 반응계에서도 여러가지 일들이 벌어진다. 우선 조용한 식물성 부교감신경계를 위해 교감신경계가 정지한다. 또한 당질 코르티코이드의 수준이 저하된다.  CRH는 시상하부의 호르몬인데, 부신에서 당질 코르티코이드 분비를 촉발하는 ACTH를 뇌하수체가 방출하도록 만든다. 시상하부는 촉진과 제동을 통해, 즉 방출하도록 하는 인지와 방출을 억제하는 인자를 통해 뇌하수체 호르몬의 방출을 어느정도 조절하고 있다. 

지난 몇년동안 CRH와 반대되는 역할을 해서 ACTH의 방출을 억제하는 시상하부의 코르티코트로핀 억제인자(corticotrophin inhibiting factor CIF)가 있다는 증거들이 상당히 보고되고 있다. 그러므로 잠이 깊게 듶면 당질 코르티코이드 분비가 중지된다. 대조적으로 REM수면동안에는 에너지를 동원해서 이상한 꿈의 영상을 만들고 눈을 재빠르게 돌리기 위해서 당질 코르티코이드 분비와 교감신경계가 되살아난다. 그러나 제대로 자는 잠의 대부분을 서파수면으로 구성된 것을 감안하면 수면은 스트레스 반응의 준당니 우세한 시간이다. 잠에서 깨기 약 한시간전에 CRH, ACTH 그리고 당질 코르티코이드가 증가하시 시작한다. 이것은 잠에서 깨는 것이 일부 에너지의 이동을 필요로 하는 작은 스트레스이기 때문이 아니라 증가하는 스트레스 호르몬들이 잠을 끝내게 만드는 역할을 하기 때문이다. 

따라서 수면결핍이 되면 수면이 유도하는 스트레스 호르몬들의 수준은 감소하지 않는다. 그리고 오히려 증가한다. 당질 코르티코이드 수준이 증가하고 교감신경계가 활성화되며, 지난 장에서 검토했던 모든 것들과 균형을 맞춰서 성장 호르몬과 다양한 성호르몬들의 수준이 감소한다. 비록 엄청난 정도로는 아니지만, 수면결핍은 분명히 당질 코르티코이드 분비를 촉진한다. 

수면결핍시에 상승한 당질 코르티코이드의 수준은 뇌속에 저장된 에너지의 일부를 분해하는 역할을 한다. 이것은 기억에 대한 당질 코르티코이드의 다른 여러가지 역할과 더불어 수면 결핍이 되었을때 학습과 기억이 심한 지장을 받는 것과 관련이 있을 수 있다. 우리 모두의 경험이 있지만 마지막 시험에서 밤샘을 하고 나면 다음날 아침 머리속에 전날 억지로 집어넣은 지식들만 조금 남고 지금이 몇월인가가 기억나지 않는 그런 것이다. 최근 한 연구에서 잠을 자지 않고 골똘히 생각을 할때 뇌에 장애가 생기는 메커니즘이 밝혀졌다. 적상적으로 휴식하고 있는 피험자를 골라 뇌 영상 장치에 넣고 "작업기억"문제를 풀라고 한다. 그 결과 피험자의 전두엽은 대사가 증가하여 밝은 영상이 나타난다. 다음으로 수면결핍인 피험자를 택한다. 그런데 그에게는 이 작업기억임무가 터무니없이 어렵다. 

그의 머릿속에 무슨일이 일어나고 있을까? 아마도 이번에는 전두엽이 이런 임무를 감당하기에는 너무 지쳐서 대사가 저하되어 있을 것이라고 생각할 것이다. 그러나 그 반대의 일이 일어난다. 전두엽은 활성화되고, 나머지 많은 피질부위도 역시 활성화된다. 이는 마치 수면 결핍이 전두엽의 반짝이는 컴퓨터를 수염도 안 깎은 채 횡설수설하는 시경세포들의 집합체로 저하시켰기 때문에 뇌의 나머지 피질들에게 이 어려운 계산 문제푸는 일을 도와달락 요청한 것 같다.

그러면 수면결핍이 스트레스인 것이 무슨상관이냐고? 그건 분명하다. 우리는 현대생활의 각종 편리함에 익숙해져 있다. 하루만에 배달되는 소포, 새벽 2시에 전화를 걸어도 도움을 주는 간호사, 24시간 서비스를 하는 기술자들. 그러므로 수면결핍 상태에서 일을 해야 하는 사람들이 있는 것이다. 우리는 야행성 동물이 아니기 때문에 어떤 사람이 밤에 일해서 밤낮이 바뀌게 되면 결국은 합쳐서 얼마나 많은 시간을 자느냐 하는 것과는 별개로, 생물학적으로는 자연을 거스르는 일이다. 이런 시간대에 일을 하는 사람들은 스트레스 반응이 과도하게 활성화되어 있는 경향이 있는데, 일을 계속해도 별로 익숙해지지 않는다. 과도한 스트레스 반응이 이 책 전체와 관련이 있다는 것을 생각하면, 야근이나 밤낮이 바뀌는 일이 심장혈관질환, 소화기질환, 면역억제, 불임 등의 위험도를 높인다는 것은 그리 놀랍지 않을 것이다. 

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브리스톨 대학교 케이초는 항공사 승무원대상 연구

..한 항공사는 심한 시차 대륙비행 15일 간격 비행... 다른 한공사는 5일 간격비행.. 5년이상 종사한 승무원 대상 연구..

그 결과 두번째 항공사 승무원들에게 더 많은 명시적 기억의 장애가 있었고, 당질코르티코이드 수준이 높았으며, 측두엽의 크기가 작았다. ...

수면을 방해하는 스트레스

스트레스를 받는 동안 수면에는 어떤 일이 일어나는가? ... CRH가 뇌에 직접 작용해서, 일부는 CRH가 교감신경계를 자극하여 .. 심장이 빨리뛰고.. 수면 방해..

그러므로 스트레스가 많으면 잠을 적게 잘 가능성이 있다. 그러나 스트레스는 수면의 총량을 감소시키기만 하는 것이 아니라, 우리가 취하는 수면의 질을 변화시킬 수 있다. 예를들어 CRH를 주입하면 수면의 총량이 감소하는데, 에너지 복구를 위해 필요한 수면의 형태인 서파수면이 주로 감소한다. 대신 수면의 좀더 얕은 단계가 우세해지고, 이는 좀더 쉽게 깰 수 있는 상태-단편적인 수면, 즉 토막잠-을 의미한다. ..

A가 B를, B가 다시 A를, A가 다시 ...

.. 수면부족이나 저질의 수면은 스트레스 반응을 활성화하고, 활성화된 스트레스 반응은 다시 수면부족이나 저질의 수면을 초래한다. 서로가 서로를 유발하는 것이다. ..

..수면연구..

... 한집단에게는 충분히 자라고 지시.. 이 사람들은 아침 9시경에 깨어남.. 8시경에 스트레스 호르몬 수준이 상승..

.. 다른 집단에게는 같은 시각에 잠을 자라고 하고 아침 6시에 깨울 것이라고 말함. 아침 5시에 스트레스 호르몬이 상승함.

질나쁜 수면

1. 토막토막 끊어진 수면

2. 너무 짧은 수면.. 가장 나쁜 짧은 수면은 예측할 수 없게 토막 토막으로 분단되는 수면...

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말하자면, 우리가 피하고 싶은 일 목록의 제일 위에는 '앞을 예측할 수 없다는 것'과 '자신이 아무것도 통제할 수없다는 것'이 적혀있다는 것이다..

[정혜]

고맙습니다

[paul97]

감사합니다