뇌 속 '자명종' 있다?…수면 중 소리 반응 원리 발견

카이스트-KIST 공동 연구 결과

인간을 비롯한 동물들은 잠을 잘 때 대부분의 감각 신경을 차단한다. 하지만 주변의 소리에는 반응해 비상 상황에 대응한다. 도대체 어떻게 가능할까? 국내 연구진이 그 원리를 밝혀냈다. 뇌 속에 깊은 잠에 빠져 있어도 소리가 나면 잠을 깨는 '자명종' 역할의 신경회로가 존재한다는 사실을 확인했다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 김대수 생명과학과 교수 연구팀이 김정진 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀과 공동연구를 통해 동물이 잠을 자는 동안에도 소리에 반응해 각성하는 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.

수면은 뇌의 활동을 정비하고 건강을 유지하는 매우 중요한 생리작용이다. 잠을 자는 동안 감각신경의 작용이 차단되므로 주변의 위험을 감지하는 능력이 감소하게 된다. 그러나 많은 동물은 잠자는 동안에도 포식자의 접근을 감지하고 반응한다. 과학자들은 동물이 깊은 잠과 낮은 잠을 번갈아 자면서 언제 있을지 모를 위험에 대비한다고 생각했다.

연구팀은 깊은 잠을 자는 동안에도 동물이 소리에 반응하는 신경회로가 있다는 사실을 발견했다. 깨어 있을 때는 청각 시상핵 (Medial geniculate thalamus)이 소리에 반응하지만 깊은 잠 즉 비 램수면 (Non-REM) 동안에는 배내측 시상핵(Mediodorsal thalamus)이 소리에 반응해 뇌를 깨운다는 사실을 밝혔다.

연구 결과 쥐가 깊은 잠에 빠졌을 때 청각 시상핵 신경도 잠을 자고 있었지만 배내측 시상핵 신경은 깨어 있어 소리를 들려주자 곧바로 반응했다. 또 배내측 시상핵을 억제하면 소리를 들려줘도 쥐가 잠에서 깨어나지 못했으며 배내측 시상핵을 자극하면 소리 없이도 쥐가 수초 이내에 잠에서 깨어나는 것을 관찰할 수 있었다.

이것은 수면상태와 각성상태가 서로 다른 신경회로를 통해 청각신호를 전달 할 수 있다는 최초의 연구다. 국제 학술지 ‘커런트 바이올로지 (Current Biology)’에 지난 7일 보고됐고, 국제학술지 네이처에서도 주목했다.

김 교수는 “이번 연구를 통해 수면 질환 등 다양한 뇌 질환에서 보이는 각성 및 감각장애에 대한 이해를 증진하고 향후 감각을 조절할 수 있는 디지털 헬스케어 개발 등 다양한 분야로 활용이 가능하다”라고 설명했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr