동물 뇌 속에 자명종? "수면시 `불침번` 역할"

KAIST, 배내측 시상핵이 소리에 반응해 각성
깊은 잠 들어도 주변 위험 감지해 뇌를 깨워
국내 연구진이 동물이 잠을 자는 동안에도 주변의 위험을 감지할 수 있는 뇌 신경회로를 찾아냈다.

KAIST는 김대수(사진) 생명과학과 교수 연구팀이 김정진 한국과학기술연구원(KIST) 박사 연구팀과 공동으로 동물의 수면 시 주변 소리에 배내측 시상핵이 반응해 깨어나는 각성 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.

수면은 뇌 활동을 정비하고, 건강을 유지하는 매우 중요한 생리작용이다. 잠을 자는 동안 감각신경의 작용이 차단돼 주변의 위험을 감지하는 능력이 떨어진다. 하지만 동물들은 잠자는 동안에도 주변에 포식자가 접근하면 반응한다.

과학자들은 동물들이 깊은 잠과 낮은 잠을 번갈아 자면서 언제 있을 지 모를 위험에 대비하는 것으로 생각해 왔다. 연구팀은 동물들이 깨어 있을 때 청각 시상핵을 통해 소리에 반응하지만, 깊은 잠(비 램수면) 동안에는 배내측 시상핵이 소리에 반응해 뇌를 깨운다는 사실을 밝혀냈다. 배내측 시상핵은 대뇌로 신호를 보내 각성을 유도하는 역할을 하는데, 주로 주의력,작업 기억, 의사결정에 역할을 한다. 이 때문에 의식을 찾지 못하는 일부 환자들에게서 배내측 시상핵의 손상이 관찰된다. 이처럼 배내측 시상핵이 각성과 의식 조절에 중요한 역할을 하는 것은 알려져 있었지만, 어떻게 뇌를 깨우는지에 대해서는 전혀 알려지지 않았다.

연구팀은 생쥐모델이 깊은 잠에 빠졌을 때 청각 시상핵 신경도 잠자고 있었으나, 배내측 시상핵이 깨어 있어 소리를 들려주자 곧바로 반응하는 것을 확인했다. 또 배내측 시상핵을 억제하면 소리를 들려줘도 생쥐모델이 잠에서 깨어나지 못하고, 배내측 시상핵을 자극하면 소리 없이도 쥐가 수 초 이내에 잠에서 깨어나는 것을 관찰했다.

김대수 KAIST 교수는 "수면상태와 각성상태가 서로 다른 신경회로를 통해 청각신호를 전달할 수 있다는 최초의 연구"라며 "앞으로 수면질환 등 다양한 뇌질환에서 보이는 각성이나 감각장애에 대한 이해 증진, 디지털 헬스케어 등 다양한 분야에 널리 활용될 것"이라고 말했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '커런트 바이올로지(지난 7일자)'에 실렸다.

이준기기자 bongchu@