단 하룻밤의 철야로 뇌에 변화? 최신 연구가 포착한 '잠들지 않는 뇌'의 이상

「어제는 거의 잠을 못 잤다」

업무 마감, 시험 공부, 야근, 육아, 여행, 혹은 이유를 알 수 없는 불면증. 인생에서 하룻밤 거의 잠을 자지 않고 아침을 맞이한 경험을 가진 사람은 적지 않을 것이다.

다음 날에는 머리가 멍해지고, 집중력이 지속되지 않으며, 감정 조절이 어려워진다. 그럼에도 불구하고 많은 사람들은 "하룻밤 정도면, 다음 날 잠을 자면 돌아온다"고 생각한다.

그러나 최신 연구는 그 하룻밤의 철야 중에 뇌 내의 신경 연결에 관련된 지표가 이미 변화하고 있을 가능성을 시사했다.

변화가 확인된 것은 기억에 관련된 해마와 감각 정보와 각성 상태의 조정에 관여하는 시상 등이다. 연구자가 포착한 것은 뇌세포가 대량으로 파괴되는 극적인 손상이 아니다. 그러나 잠들지 않고 활동을 계속한 뇌가, 일반적인 상태와는 다른 방향으로 움직이고 있음을 인간을 대상으로 한 영상 검사로 보여준 점에 큰 의미가 있다.

뇌는 깨어 있는 동안 연결을 계속 강화한다

뇌에는 약 수백억 개의 신경세포가 존재한다. 신경세포끼리는 직접 연결되어 있는 것이 아니라, '시냅스'라고 불리는 연결 부분을 통해 정보를 주고받고 있다.

우리가 새로운 경치를 보거나, 사람과 이야기하거나, 일을 배우거나, 실패에서 배우는 순간, 뇌 내에서는 특정 시냅스가 강화된다. 각성 시간이 길어질수록 뇌가 처리해야 할 정보는 증가하고, 이에 따라 많은 연결이 강화된다고 생각된다.

그러나 연결이 많다고 해서 좋은 것은 아니다.

모든 시냅스를 강한 상태로 유지하려고 하면, 뇌의 에너지 소비는 증가하고, 필요한 정보와 불필요한 정보를 구별하기 어려워진다. 신경 회로에 있어서는 정보가 계속 증가하기만 하고 정리되지 않는 상태라고 할 수 있다.

그래서 주목받고 있는 것이, 수면 중에 신경 연결의 강도를 조정한다는 생각이다.

낮 동안의 경험에 의해 강화된 연결 중, 중요한 것은 남기고 중요성이 낮은 것은 약화시킨다. 뇌는 잠자는 동안 다음 날의 활동을 대비해 네트워크를 재조정하고 있을 가능성이 있다.

이 생각은 '시냅스 항상성 가설'이라고 불린다.

쉽게 비유하자면, 각성 중의 뇌는 하루 종일 다양한 파일이 계속 추가되는 컴퓨터에 가깝다. 수면은 필요한 파일을 저장하고, 불필요한 임시 파일을 정리하여 시스템을 다시 효율적으로 작동할 수 있게 하는 시간이다.

잠들지 않는다는 것은, 이 정리 작업을 실행하지 않은 채로, 더 많은 새로운 정보를 입력하는 것이 된다.

40명의 뇌를 PET로 측정

이번 연구에는 평균 연령 약 27세의 건강한 성인 40명이 참가했다.

참가자는, 평소대로 잠을 자는 그룹과, 하룻밤 잠을 자지 않고 보내는 그룹으로 나뉘어, 2일간에 걸쳐 PET라고 불리는 영상 검사를 받았다.

잠을 자지 않는 그룹은 약 28시간 연속으로 각성한 상태에서 두 번째 측정을 받았다. 연구팀은 검사 시간대에 의한 영향을 최대한 피하기 위해, 체내 시계의 시간을 고려하여 측정 조건을 맞췄다.

연구자가 조사한 것은 'SV2A'라고 불리는 단백질이다.

SV2A는 신경세포가 정보 전달 물질을 방출하기 위해 사용하는 작은 주머니 모양의 구조에 존재한다. 뇌 내의 시냅스가 많은 곳일수록 SV2A도 많은 경향이 있기 때문에, 현재는 시냅스 밀도를 추정하기 위한 지표로 이용되고 있다.

검사의 결과, 평소대로 잠을 잔 그룹에서는 첫 번째와 두 번째 측정에 명확한 변화는 보이지 않았다.

반면, 하룻밤 잠을 자지 않은 그룹에서는 여러 뇌 영역에서 SV2A의 결합량이 증가했다.

증가율은 해마에서 약 5.6%, 시상에서 약 4.6%, 두정피질에서 약 3.2%였다. 전체적으로 보면 수% 정도의 변화이지만, 평소 수면 그룹에서는 동일한 변화가 보이지 않았다.

또한, SV2A의 증가가 컸던 사람일수록, 그 후의 회복 수면에서 '서파 활동'이 강해지는 경향도 확인되었다.

서파 활동은 깊은 수면 중에 나타나며, 수면에 대한 욕구나 뇌에 축적된 수면 압력을 반영하는 지표 중 하나로 여겨진다. 즉, 장시간 깨어 있었던 것으로 신경 연결에 관련된 지표가 증가한 사람일수록, 회복 수면 중에 강한 조정이 필요했을 가능성이 있다.

「연결이 증가한다＝머리가 좋아진다」는 아니다

뇌의 연결이 증가했다고 들으면, 「신경 회로가 증가하면 능력이 올라가는 것이 아닌가」라고 느낄 수 있다.

그러나 이번 변화를 능력 향상으로 해석할 수는 없다.

각성 중에 연결이 강화되는 것은 뇌가 많은 정보를 처리한 결과로 생각된다. 하지만, 연결이 계속 강화되면, 에너지 효율이 저하되고, 중요한 신호와 잡음을 구별하기 어려워질 가능성이 있다.

예를 들어, 책상 위에 자료가 10장 있는 상태라면, 필요한 서류를 바로 찾을 수 있다. 그러나 정리하지 않고 수백 장의 자료를 쌓아두면, 정보량은 증가했어도, 작업 효율은 저하된다.

수면은 단순히 뇌의 활동을 중단시키는 시간이 아니다. 필요한 기억을 고정하고, 감정을 조정하며, 신경 회로의 균형을 다시 잡는 적극적인 작업 시간으로 여겨진다.

철야 후 판단이 느려지고, 작은 문제에 과잉 반응하거나, 간단한 실수를 반복하는 배경에는 졸음뿐만 아니라, 이러한 뇌 내 네트워크의 조정 부족이 관련되어 있을지도 모른다.

해마와 시상에 변화가 나타난 의미

이번에 비교적 큰 변화가 확인된 해마는, 새로운 기억을 형성하고, 경험한 사건을 정리하는 데 중요한 영역이다.

수면 부족의 다음 날에 「어제 기억했을 텐데 생각나지 않는다」 「설명을 들어도 머리에 들어오지 않는다」고 느끼는 경우가 있다. 해마에 관련된 변화는 이러한 체감과 무관하지 않을 가능성이 있다.

시상은, 눈이나 귀 등에서 들어온 감각 정보를 대뇌에 중계하고, 각성 상태나 주의의 조정에도 관여한다.

수면 부족이 되면, 시야에 들어오는 것을 놓치거나, 대화를 듣고 있어도 내용을 처리하지 못하는 경우가 있다. 운전 중 반응의 지연이나, 작업 현장에서의 판단 실수에도, 주의 기능의 저하가 영향을 미친다.

그러나 이번 연구만으로, SV2A의 증가가 특정 인지 기능 저하를 직접 초래했다고 증명된 것은 아니다.

연구가 보여준 것은, 잠들지 않고 보낸 후, 기억이나 주의에 관련된 영역을 포함한 여러 장소에서, 시냅스에 관련된 지표가 증가했다는 관련성이다.

하룻밤의 철야로 뇌는 '노화'하는가

수면 부족과 뇌의 구조 변화에 대해서는, 이전부터 다른 연구도 보고되고 있다.

2023년에 발표된 연구에서는, 134명의 젊고 건강한 참가자의 뇌 영상을 인공지능으로 분석한 결과, 완전히 하룻밤 잠을 자지 않은 사람의 뇌가, 실제 연령보다 1~2세 정도 나이를 먹은 듯한 영상 패턴을 보였다.

그러나 그 변화는 회복 수면 후에 원래대로 돌아가는 경향이 있었다.

이 결과도, 「한 번 철야하면 뇌가 영구적으로 노화한다」는 의미는 아니다. 수분량이나 혈류, 대사 등 일시적인 생리 변화가 영상상의 연령 추정에 영향을 미쳤을 가능성도 있다.

또한, 2018년의 연구에서는, 건강한 성인 20명을 대상으로 PET 검사를 실시하여, 하룻밤의 단잠 후에 오른쪽 해마와 시상에서 아밀로이드 β의 축적량이 증가했다고 보고되었다.

아밀로이드 β는 알츠하이머병과의 관련으로 알려진 단백질이지만, 하룻밤의 수면 부족에 의한 일시적인 증가가, 그대로 치매 발병을 의미하는 것은 아니다.

또 다른 연구에서는, 하룻밤 잠들지 않음으로써, 뇌에서 특정 물질을 배출하는 기능이 저하될 가능성도 제시되고 있다.

이들을 종합하면, 수면 중에는 신경 연결의 조정뿐만 아니라, 대사물의 제거나 체액 균형의 조정 등, 여러 가지 유지 보수 작업이 진행되고 있을 가능성이 있다.

「하룻밤 잠을 못 자면 뇌가 망가진다」는 과장이다

건강 정보가 SNS에서 확산될 때는, 「하룻밤의 철야로 뇌가 파괴된다」 「잠을 자지 않으면 신경세포가 너무 많이 증가한다」는 강한 표현으로 변환되기 쉽다.

그러나 이번 연구로부터, 뇌가 비가역적으로 손상되었다고 결론지을 수는 없다.

이유 중 하나는, SV2A가 시냅스 그 자체가 아니라, 시냅스의 양을 추정하는 간접적인 마커이기 때문이다.

PET로 SV2A의 결합량이 증가했다고 해도, 실제로 새로운 시냅스가 형성되었는지, 기존의 시냅스에서 SV2A의 양이나 이용 가능성이 변화했는지, 혹은 다른 생리적 요인이 영향을 미쳤는지는 완전히 알 수 없다.

변화의 규모도 약 3~6%로, 매우 큰 것은 아니다.

또한, 대상자는 40명으로, 주로 젊고 건강한 성인이었다. 고령자, 어린이, 수면 장애가 있는 사람, 교대 근무자, 만성적으로 수면이 부족한 사람에게도 같은 변화가 일어날지는, 앞으로의 연구가 필요하다.

회복 수면 후에 SV2A의 값이 완전히 원래대로 돌아가는지 여부도, 이번 연구에서는 직접 검증되지 않았다.

따라서, 현 시점에서 적절한 것은, 「하룻밤의 수면 부족에서도, 뇌의 신경 연결에 관련된 측정치가 변화할 가능성이 시사되었다」는 이해이다.

공포를 조장할 필요는 없지만, 「하룻밤 정도면 뇌에는 아무런 영향도 없다」고 경시하는 것도 정확하지 않다.

SNS에서 확산된 놀라움과 불안

이번 연구 결과를 소개하는 게시물은, 신경과학이나 건강 정보를 다루는 SNS 커뮤니티에서도 공유되었다.

공개 범위에서 확인할 수 있는 게시물이나, 과거의 유사 연구를 다룬 논의에서는, 반응이 크게 몇 가지로 나뉘어 있다.

가장 눈에 띄는 것은, 「철야 후에 머리가 무겁게 느껴지는 이유를 알 것 같다」 「하룻밤이라도 뇌에 측정 가능한 변화가 나타난다는 것에 놀랐다」는 반응이다.

잠이 부족한 다음 날에 말이 잘 나오지 않거나, 간단한 계산에서 실수하거나, 감정적으로 되는 자신의 경험과 연구 결과를 연결 짓는 사람도 있다.

한편으로는, 「육아 중인 부모나 야근 노동자는 어떻게 해야 하는가」 「의료 종사자나 간병 직종의 근무 체제를 재검토할 필요가 있는 것이 아닌가」라고 사회 구조의 문제를 지적하는 의견도 보인다.

본인이 수면의 중요성을 이해하고 있어도, 업무나 가정의 사정으로 인해 충분한 시간을 확보할 수 없는 경우가 있다. 수면을 단순한 자기 관리의 문제로 하면, 잠을 잘 수 없는 환경에 놓인 사람에게 책임을 떠넘기는 결과가 될 수 있다.

연구의 해석에 신중한 목소리도 있다.

「40명은 규모가 작다」 「수%의 변화가 일상생활에서 어느 정도의 의미를 갖는지 알 수 없다」 「시냅스 마커의 증가를 뇌 손상처럼 보도해서는 안 된다」는 지적이다.

이러한 신중론은 중요하다. 과학 연구는 하나의 논문으로 모든 것이 결론 지어지는 것이 아니다. 이번 성과는 유력한 증거 중 하나이지만, 재시험이나 대상자를 늘린 연구, 회복 수면 후까지 측정하는 연구가 필요하다.

또한, SNS에서는 「주말에 길게 자면 평일의 수면 부족을 상쇄할 수 있는가」라는