깊은 잠(Deep sleep)에 빠지는 메커니즘과 담당 부위 발견

잠이나 꿈은 마인드콘트롤의 일종인 실바 메쏘드(Silva Method)와 관련이 깊어서 나중에  이야기 소재로 쓰려고 차원용 소장의 페이스북 페이지에서 허락없이 퍼 담았습니다. 부디 용서하소서… ^_^

차원용 소장/교수/MBA/공학박사/미래학자
아스팩기술경영연구소(주) 대표, 국제미래학회 과학기술위원장, (사)창조경제연구회 이사, (사)한국지식재산상업화협회 부회장, 연세대학원/KAIST IP-CEO 겸임교수

번역문 출처: 차원용, ‘상상 현실이 되다.’

 

미국 버팔로 의대와 하버드 의대 과학자들이 우리가 깊은 잠(Deep sleep)에 빠지는 메커니즘과 담당 부위를 찾아냈습니다. 연구자들은 최근에 각광받고 있는 빛으로 신경세포를 껐다 켰다 조절하는 광유전학(Optogenetic) 기술로 쥐를 대상으로 연구한 결과 그것은 바로 뇌의 뇌간(생명의 뇌, Brainstem)에 위치한 뇌교(Pons, 꿈) 안 쪽에 있는 PB(Parabrachial nucleus)의 바로 아래에 위치한 연수(medullary)의 PZ(Parafacial zone)가 잠을 촉진시키는 회로(circuit)라는 것을 밝혀냈는데(Anaclet & Fuller et al., Nature Neuroscience, 17 Aug 2014), 이는 포유동물에서는 매우 중요한 것입니다. 왜냐하면 깊은 잠은 잠자는 동안 해로운 이물질들을 청소하여(신경교가 담당) 건강에 이롭기 때문입니다.

* Science Daily – No sedative necessary: Scientists discover new ‘sleep node’ in the brain(18 Sep 2014).http://www.sciencedaily.com/releases/2014/09/140918162313.htm
* Anaclet & Fuller et al., “The GABAergic parafacial zone is a medullary slow wave sleep–promoting center”, Nature Neuroscience, Vol. 17, No. 9, pp. 1217-1224, 17 Aug 2014.
http://www.nature.com/neuro/journal/v17/n9/full/nn.3789.html
* 뇌간의 PB와 PZ 위치 확인하기(Supplementary Figure 8: Schematic model of the principal findings described in this study).
http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/fig_tab/nn.3789_SF8.html

동물이나 인간이나 깊은 잠을 잘 때에는 매우 느린 잠 파장(slow wave sleep, SWS)인 델타파(0.5~3.5Hz)가 나옵니다. 델타파가 나오면 깊은 수면에 빠져 의식이 거의 없는 상태와 눈동자가 거의 안 움직이는 비렘수면(non-REM sleep) 상태가 됩니다. 이 델타파의 뇌파를 촉진시키고 싱크시키는 곳이 바로 뇌간 깊숙한 곳에 있는 PZ가 콘트롤 센터라는 것입니다. 따라서 PZ에 있는 뉴런들이 뇌파의 느린 파장을 활성화(SWS or EEG slow-wave activity=SWA) 시키고 있다는 것입니다. 뇌간은 생명의 뇌로 살아남기, 숨쉬기, 혈압, 심장박동, 몸의 온도 등을 조절합니다.

광유전학(Optogenetics)이란 것이 있습니다. 이는 빛(Light)을 특정 신경세포에 쏘아 자극하는 광유전자극(Optogenetic Stimulation) 기술로 발전하고 있습니다. 빛을 이용하는 광유전학은 최근 생명과학의 여러 분야에서 각광받고 있는 학문으로 미생물이나 식물에서 발견되는 빛에 반응하는 신경세포나 단백질을 인간이나 동물세포에 적용해 신경세포의 여러 기능들을 조절할 수 있습니다. 빛을 특정 뉴런에 쏘이면 자극을 받아 켜지고, 빛을 안 쏘이면 꺼지는 스위치(Switch)의 원리를 이용하는 것입니다.

연구의 내용은 이렇습니다. 연구자들은 PZ에 있는 특정 뉴런이 신경전달물질인 감마 아미노부티르산인 가바(neurotransmitter gamma-aminobutyric acid, GABA)를 만들고 있다는 것을 알아냈습니다. PZ에 있는 뉴런이 GABA를 만들라는 신호를 시냅스(Synapse)에 보내면 시냅스가 GABA를 만듭니다. 그런데 이 GABA가 바로 깊은 잠에 빠지는 역할을 하고 있다는 것을 발견한 것입니다.

그래서 연구자들은 기존의 광유전학 기술보다 한 발 더 나아가서, 빛에 민감한 단백질 수용체(a ‘designer’ receptor)를 발현하는 특정 유전자를 유전공학적으로 만들어서 바이러스에 주입한 후 바이러스를 PZ에 있는 뉴런에 주입했습니다. 그랬더니 뉴런들은 수용체를 만들고 수용체들은 뉴런의 세포막에 나타났습니다. 그리고 이 수용체에 빛을 쏘아 관찰했습니다. 빛을 쏘면 수용체가 신호를 받아 뉴런보고 GABA를 만들라고 명령하는 것입니다. 그러면 뉴런의 명령대로 시냅스가 GABA를 만듭니다. 그랬더니 쥐들은 바로 깊은 잠에 빠졌습니다.

 

원문: Scientists discover new ‘sleep node’ in the brain