수면과 뇌 노폐물 청소, 서로 관련 없다?

[서해원당]

수면과 뇌 노폐물 청소, 서로 관련 없다?

                                                                                                             <KISTI의 과학향기> 제3071호   2024년 06월 24일

사람은 하루 중 3분의 1은 잠을 자며 보낸다. 수면 중에는 적의 공격에 취약해진다는 약점을 감수해야 하는데도, 우리는 왜 잠을 잘까? 많은 학자가 오랜 시간 잠에 대해 탐구했지만, 뚜렷한 결론을 내리진 못했다. 그저 충분히 잠을 자지 못할 때의 불편과 고통에 대해서만 인지했을 뿐이다. 

그러다 현대 과학을 통해 수면 중 뇌가 낮 동안 일어난 일을 처리하고 기억을 저장하며,

조직을 재정비한다는 사실을 밝혀냈다. 특히 자는 동안 뇌에 쌓인 노폐물을 배출하는 작업이 일어난다는

사실은 수면이나 뇌신경 장애 연구를 위한 중요한 발견으로 꼽힌다.

                                     그림 1. 뇌 노폐물 청소는 수면 중에 활발한 것으로 알려져 있다. ⓒshutterstock

잠은 뇌 청소 시간…정말?

뇌는 하루 종일 분주히 움직이기 때문에 대사 활동 후 찌꺼기나 노폐물이 많이 만들어진다. 

찌꺼기가 뇌에 계속 쌓이면 신경세포가 손상돼 치매 등 뇌신경 장애가 유발될 수 있다.

실제로 뇌에 쌓인 베타 아밀로이드 단백질 노폐물은 치매 발생과 연관성이 크다. 

그렇다면 뇌 속 노폐물 청소는 어떻게 이뤄질까?

우선 뇌척수액이 뇌세포 사이를 순환하며 쓰임을 다한 대사물질이나 단백질, 독소 등 노폐물을 씻어낸다.

마치 물을 뿜어 배관 구석구석을 청소하는 것과 비슷하다.

노폐물과 섞인 뇌척수액은 림프계로 이동한 후 정맥으로 들어가 혈액을 따라 뇌 밖으로 빠져나온다.

이를 ‘글림프 시스템(glymphatic system)’이라고 하며,

수면 중일 때 글림프 시스템 작용이 활발해진다고 알려졌다.

                                    그림 2. 뇌척수액은 뇌세포 사이 사이를 순환하며 노폐물을 씻어낸다.

                                                 ⓒshutterstock

미국 로체스터대학교 연구진이 2013년 학술지 ‘사이언스’에 발표한 이 발견은 동물과 사람에 대한 추가 연구 결과가 쌓이면서 '수면의 역할'에 대한 정설로 자리 잡았다. 더 나아가, 학계에선 수면 시간이 불충분하면 뇌 노폐물 청소가 잘 이뤄지지 않아 치매를 일으킬 수 있다는 가설을 제기해 왔다. 이러한 가설이 만성적 수면 부족에 시달리는 현대인의 불안을 자극한 것은 사실이다.

그런데 최근, 이 같은 통념에 의문을 제기하는 연구 결과가 나왔다.

영국 임페리얼칼리지런던 연구진은 수면 중에는 깨어 있을 때 보다 뇌의 청소 작용이 줄어든다는 사실을 밝혔다. 해당 연구 결과는 학술지 ‘네이처 뉴로사이언스’에 지난 5월 13일 실렸다.

쥐 뇌 속 유체 흐름 속도 측정

연구진은 수컷 쥐 뇌의 한 부분에 형광 염료를 주입한 후, 이 염료가 뇌 밖으로 빠져나가는 속도를 측정했다.

뇌파의 변화 등 간접적인 방법으로 뇌척수액의 흐름을 관찰한 기존 연구와 달리 염료를 활용해 체액의 흐름을 직접 관찰한 셈이다.

                                그림 3. 연구진은 뇌에 염료를 주입한 후, 염료가 빠져 나가는 속도를 측정해

                                            노폐물 청소 속도를 비교했다. ⓒnature neuroscience

그 결과 염료 배출 속도는 쥐가 깨어 있을 때 비해 잠을 잘 때에는 30%, 마취된 경우 50% 줄어들었다. 

연구진은 “자는 동안 뇌 청소 활동이 줄어드는 현상이 무엇을 뜻하는지는 아직 모른다”라며

“왜 이러한 일이 벌어지는지 이유를 찾고, 사람에서도 확인해 보는 것이 다음 과제”라고 말했다.

 비록 이번 연구에서 수면 중 노폐물 속도가 느리다는 사실이 관찰됐지만, 

수면이 중요하지 않다는 것은 아니다. 연구에 참여한 임페리얼칼리지런던 영국치매연구소 빌 위스덴 소장은

 “이번 연구가 뇌 내 노폐물 청소가 수면의 주요 이유는 아닐 수 있음을 보였지만, 잠의 중요성은 부정할 수 없다”라며 “잠을 잘 자면 뇌 청소가 아닌 다른 방법으로 치매 예방에 도움이 되는 것일 수 있다”라고 말했다.

한편, 이번 연구에는 한계가 있다. 

수컷 쥐를 대상으로만 진행했고, 쥐를 몇 시간 동안 강제로 깨어 있게 했다 재우며 뇌 활동을 측정했다는 점이다. 반면 2013년 로체스터대학 연구는 암수 쥐를 모두 대상으로 했고, 쥐의 자연스러운 수면 패턴에 맞춰 뇌 활동을 추적했다. 즉 수면 패턴이 깨진 스트레스로 인해 뇌의 노폐물 제거 작용이 느려졌거나 암컷과 수컷 쥐의 차이가 결과에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 또 어떤 염료를 뇌의 어느 부위에 넣었는지에 따라서도 결과가 달라질 수 있다. 뇌는 부위에 따라 각기 다른 노폐물을 만들고, 이에 맞춰 글림프 시스템의 처리 속도나 방식이 달라질 수 있기 때문이다. 즉 이번 연구가 과거 연구와 같은 물질이나 방법론을 쓴 것은 아니기에 직접적으로 비교하기 어려렵다.

깨어 있을 때보다 자는 동안 뇌가 노폐물을 더 많이 배출한다는 통념이 사실에 부합하는지는 과학자들이 끊임없이 논쟁할 것이다. 그러나 이번 연구로 알 수 있는 것이 있다. 깨어 있는 동안 활발히 움직이고 운동하는 것이 중요하다는 사실이다. 낮 동안 열심히 살고, 밤에 푹 자면 제일 좋지 않겠는가!