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스트레스에 따른 수면 장애를 일으키는 신경
우리나라 전체 성인 인구의 약 20%가, 미국으로 가면 전체 성인 인구의 약 1/3~1/2이 여러 종류의 불면증에 시달리고 있다고 합니다. 주위에 불면증에 시달려본 경험이 없는 사람을 찾기가 어렵죠. 불면증 중에도 우울감이나 불안으로 인한 수면 장애는 건강에 중대한 문제를 일으킬 수 있고 삶의 질을 떨어뜨리는 주요 원인입니다. 불면증을 치료하는 가장 좋은 방법은 수면 장애의 원인을 찾아 제거하는 것이겠지만 그 원인이 불분명한 경우가 많고 안다고 해도 제거할 수 없는 경우가 대부분입니다. 따라서 불면증이라는 증세 자체를 완화하는 방법을 사용할 수 밖에는 없는데, 잠을 유도하는 각종 수면제(sleeping pill)들이 개발되어 있습니다. 가장 많이 처방되는 약성분으로는 Benzodiazepine, barbiturate 등을 들 수 있습니다. 이들은 신경활동을 억제하는 gamma-aminobutylic acid(GABA)의 합성을 증진시키거나(bezodiazepine), GABA 수용체에 작용하는(barbiturate) 것으로 알려져 있지요. 기본적으로는 불면증 뿐 아니라 뇌전증, 조현병등의 증세를 완화할 수 있습니다. 따라서 부작용도 심하고 의사의 처방에 의해서만 사용이 가능합니다. 최근에 개발된 비중독성 수면제들도 있지만 아직은 범용되지 못하고 있습니다. 이들은 기본적으로 마취의 기능을 갖기 때문에 천식이나 기도폐색증이 있는 경우 위험할 수 있습니다.
아래에 소개한 글은 스트레스 후에 생기는 불면증이 어느 신경군에 의해 일어나는 현상인지를 밝힌 연구결과를 소개한 글입니다. 이번 연구 결과가 어떤 방식으로 응용될지는 알 수 없지만, 깊은 잠을 자지 못하는 많은 사람들을 위해 이런 연구들이 활용되었으면 합니다. 아직도 해결 못한 수면과 관련된 많은 문제들을 해결하기 위한 기초 연구라고 생각하면 될 것 같습니다.
스트레스에 따른 수면 장애를 일으키는 신경 세포들
놀란 생쥐는 잠을 잘 자지 못한다. 연구자들이 이 현상을 일으키는 신경 일부를 발견했다.
누구든 힘든 하루를 보낸 후 밤새도록 뒤척여본 사람이라면 스트레스가 수면 리듬을 빼앗을 수 있음을 잘 알 것이다.
연구자들은 깜짝 깨어남(미세 각성: microarousal)을 조절하는 생쥐의 뇌 속에 일군의 신경들 찾아냈다. 이 발견은 어떻게 스트레스가 잠을 방해하는지 설명해줄 수도 있을 것이라고 University of California, LA의 신경과학자인 Ketema Paul이 말했다. “스트레스에 의한 수면장애를 대처하는데 올바른 표적을찾는 바른 방향을 향한 큰 진전이라고 봅니다.”
Microarousal을 정상적인 수면의 한 과정이다. 밤새 자는 동안 비렘수면{non-rapid eye movement (non-REM) sleep} 사이에 잠깐 깨는 시기이다. 그런데이 microarousal이 너무 자주 발생하면 수면의 질이 떨어지고 심지어는 수면 장애, 나가서는 불면증(insomnia)으로 이어지게 된다고 이 연구의 공동 연구자인 University of Pennsylvania in Philadelphia의 신경과학자인 Shinjae Chung이 설명한다.
Chung과 그녀의 동료들은 뇌의 어떤 회로가 microarousal을 조절하고 급성 스트레스에 의한 격발을 전달하는지 알아보고자 하였다. 급성 스트레스는 급작스러운, 큰 사건에 의해 유발된다. 반면 만성 스트레스는 시간을 두고 스트레스가 지속된다. 사람의 경우 급성 스트레스는 차 사고와 같은 사건에 의해일어난다고 Chung은 말했다.
급성 스트레스를 일으키기위해 생쥐를 공격적인 생쥐의 공격에 반복적으로 노출시켰다. 그리곤 그 공격적인 생쥐를 제거하고, 표적이 되었던 생쥐들을방의 반쪽에 나누어 놓는다. 공격적인 생쥐는 소위 사회적 패배 스트레스(social defeat stress)를 이끌어내기 위해 설계된 것이다. 그리고 그 스트레스는표적이 되었던 생쥐들의 잠에 계속 영향을 미치게 된다.
시상하부로 돌아오다.
연구자들은 스트레스를 받은 생쥐가 잠이 들었을 또는 깨어 있을 때 뇌의 활동을 알아보기 위해 뇌파검사 (electroencephalogram, EEG)와 신경전도검사(electromyography, EMG)를 사용하였다. 이와 동시에 특정 신경집단이 어떻게 자극되는지를 보기 위해 섬유측광(fibre photometry)라고 불리우는 뇌 영상기술을 이용했다. 과학자들은 이미 시상하부–뇌줄기 꼭대기에 있는 대략 아몬드 크기의 조직–가 잠을 조절하는데 중요하다는 것을 알고 있었다. 그래서연구진은 시상하부의 시교차전핵(preoptic area)에 몇몇 세포군을 표적으로 삼았다. 스트레스를 받은 쥐들은 스트레스를 받기 이전에 비해 자주 microarousal을 겪고, 따라서 non-REM수면 시간이 짧다. 연구진들은 preoptic area의 일부 세포집단이 non-REM 수면시 정상적인 microarousal이 있을 때 활성화된 다는 것을 발견했다. 그리고 바로 그 세포들, 글루탐산성 뉴런(글루탐산을 분비하는 신경: glutamatergic neuron)가 급성 스트레스를 받은 뒤 더 활성화되는 것이었다. 연구자들은 이 glutamatergic neuron을 억제하면; 즉, 이 신경들을 끄면, 그 반대의 활동이 일어나 스트레스 받은 쥐들이 microarousal 사이에 간격이 넓어져 좀더 오랜 잠을 자게 된다는 것을 보여주었다. 이는 아마도 수면의 질을 조절하는 여러 경로 중 하나일 것이며 이를 Current Biology지에 발표했다. “이 신경들은 수면을 끊어지지 않도록 해주는 안정성과 지속성을 조절하는데 정말 중요하죠.” Chung의 말이다.
이 발견은 스트레스를 받으면 수면시간이 늘어난다는 이전의 연구에 어긋난다고 Stanford university의 수면 연구자인 Brittany Bush가 말했다. 하지만 이런 결과의 차이에는 여러 요인이 작용했을 수 있고 이번 연구는 “깨여있는 것과 스트레스의 관계를 통해” 과학자들의 이해를 도왔다.
이전의 연구에서 중요한 차이는 생쥐들을 다시 그들의 원래 위치로 돌려보낸 것이다. 이번 연구의 경우는 스트레스를 받았던 바로 그 장소에서 잠을 자도록 했다. Chung의 설명이다. 다음 연구는 왜 이런 결과에 차이가 나는지 예를 들면 왜 개체에 따라 스트레스에 대한 회복력에 차이가 나는 지와 같은 문제들로 이어갈 수 있을 거라 생각합니다.
이 연구결과는 당장 사람의 수면을 치료하는데 사용되지는 않을 것 같다. 하지만 미래에는 사람의 스트레스와 수면 간의 관계 또는 수면과 스트레스가 건강에 미치는 다양한 효과에 관한 질문들에 대답을 줄 수 있을 것이라고 한다. Paul은 다음과 같이 말했다.
“여러 잠재적 신경회로 중에 어느 한 회로가 밝혀지면, 우리는 다음 질문을 하기에 훨씬 쉬워집니다. 저에게는 이 논문의 가장 흥미로운 부분이죠.”
<이 글은 아래의 기사를 번역한 것입니다.>
Jude Coleman, 2023, Neurons responsible for poor sleep and stress found in mice. Nature News 13 Dec. 2023.
doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03936-0
References
1. Smith, J. et al. Curr. Biol. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.11.035 (2023).
