【뉴스퀘스트=김형근 과학전문 기자】 수면은 겉으로 보기엔 평온하게 보인다. 그러나 뇌에 수면은 침묵이 아니라 역동적인 전기적 활동이 일어나는 시간이다.

세상이 조용해지면 우리 몸에서 뇌는 활동의 중심지가 된다. 뇌를 구성하는 신경 뉴런은 폭발적인 전기 펄스를 발사한다.

그러면 우리에게는 질문이 생긴다. 왜 우리가 휴식을 취하는 그렇게 조용한 시간에 뇌는 그렇게 많은 활동을 하는 것일까? 하는 의문이다.

뇌 속의 쓰레기 걷어내면 조그만 자고도 일상생활 가능해

미국 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학 의과대학(WUSTL)의 과학자들은 느린 뇌파가 수면 중에 뇌를 청소하는 데 중요한 역할을 한다는 사실을 발견했다.

신경 세포인 뉴런이 조용한 시간에 동기화 되어 이러한 파동을 만들어 뇌의 복잡한 조직을 깨끗하게 청소를 한다는 것이다.

이 연구를 주도한 WUSTL의 박사후 연구원인 리펑 장시에(Li-Feng Jiang-Xie)는 “이 뉴런은 소형 펌프이다. 동기화된 신경 활동은 뇌의 체액과 쓰레기를 제거하는데 힘을 실어준다”고 말했다.

그는 "만약 우리가 이 과정을 구축할 수 있다면, 대사 폐기물 및 정크 단백질과 같은 폐기물이 뇌에 축적되어 신경 퇴화를 초래하는 알츠하이머병 및 파킨슨병을 포함한 신경 질환을 지연하거나 예방할 수 있다”고 설명했다.

뇌 세포는 사고, 감정, 움직임, 기억, 문제 해결 등 광범위한 기능을 담당한다. 그러나 이러한 과정은 에너지 집약적이어서 대사 폐기물이 생성된다.

같은 대학의 병리학 및 면역학 교수이자 수석 저자인 조나단 키프니스(Jonathan Kipnis) 박사는 “우리는 수면이 잠이 깨어 있는 동안 축적된 노폐물과 독소를 제거하기 위해 뇌가 청소 과정을 시작하는 시간이라는 것을 알고 있었다”고 말했다.

그는 “그러나 우리는 그런 일이 어떻게 일어나는지 몰랐다. 이러한 우리의 발견은 해로운 폐기물 제거 속도를 높이고 심각한 결과를 초래하기 전에 제거할 수 있는 전략과 잠재적 치료법을 제시할 수 있다”고 말했다.

평온한 수면 시간에 뇌는 많은 활동해

연구팀에 따르면 뇌의 조밀한 구조를 청소하는 것은 복잡한 작업이다. 문제의 주요 활동을 하는 뇌 척수액을 신체의 림프계를 통해 여과해야 한다.

그들은 뉴런의 리듬파가 이러한 유체 운동을 추진하는 데 필수적이라는 것을 입증했다. 연구팀은 잠자는 쥐의 뇌 영역을 특별히 침묵시켜 뉴런이 이러한 파동을 생성하는 것을 방지함으로써 뇌척수액이 제대로 순환하지 못하고 뇌 조직 내에 폐기물을 가두는 것을 관찰했다.

키프니스 박사는 “우리가 잠을 자는 이유 중 하나는 뇌를 정화하기 위한 것이다. 따라서 우리가 이 정화 과정을 향상시킬 수 있다면 아마도 잠을 덜 자고도 건강을 유지하는 것이 가능할 것”이라고 말했다.

그는 이어 “수면 부족은 건강에 영향을 미친다. 그렇다고 모든 사람이 매일 밤 8시간의 수면을 취하는 것은 아니다. 불면증을 앓고 있는 사람들의 뇌 청소 능력을 강화하면 잠을 덜 자고도 충분한 사회생활을 할 수 있도록 도울 수 있다”고 말했다.

이 연구는 유명 과학 저널 ‘네이처(Nature)’ 최근호에 게재되었다.