수면 부족하면 기억 형성 해마 교란된다

학교 시험이나 자격 시험 전에 수면 시간을 줄여 공부한 경험이 있는 사람도 있을 것이다. 하지만 최근에는 수면 부족이 기억력에 악영향을 끼쳐 학습 효율을 떨어뜨려 꿀잠을 자는 게 좋다고 지적되고 있다. 미시간 대학 연구팀에 따르면 수면 부족 쥐에서는 기억 형성에 중요한 뇌 신호가 교란되어 이후 수면을 회복해도 충분한 수면을 취한 쥐 수준으로는 돌아오지 않는 것으로 밝혀졌다.

뇌 내 신경세포(뉴런)는 단독으로 발화하는 경우가 거의 없고 대부분 여러 뉴런이 리듬이나 반복 패턴으로 협조해 발화한다. 이런 발화 패턴 중 하나인 SWR(sharp-wave ripple)은 뉴런 큰 그룹이 극도로 동기화되어 발화한 뒤 다음에 큰 뉴런 그룹이 특정 템포로 이어지는 걸 말한다. SWR은 기억 형성에 중요한 역할을 하는 해마 영역에서 발생하며 장기 기억이 저장되는 대뇌 신피질과 통신을 촉진하는 것으로 여겨진다.

SWR은 학습 후 빈도가 증가하는 것으로 알려져 있으며 과거 사건으로 인한 뇌 활동 패턴을 가속적으로 재실행하는 것으로 지적되고 있다. 예를 들어 동물이 케이지 내 특정 장소를 지나면 해마 뉴런 그룹이 발화해 해당 장소에 대한 신경 표현이 형성된다. 이후 수면할 때 동일한 뉴런 그룹 발화가 SWR로 재현되어 경험을 기억으로 정착시킬 가능성이 있다.

과거 연구에서는 SWR이 교란된 쥐가 기억력 테스트에서 어려움을 겪는 것으로 나타났고 SWR은 각성 상태 뿐 아니라 수면 중에도 발생하는 것으로 알려졌다. 이런 지식에 비춰 보면 수면 중 SWR은 단기 기억을 장기 기억으로 전환하는 데 특히 중요한 것으로 여겨진다. 하지만 수면 시간을 직접 조작해 수면이 SWR과 기억에 어떤 영향을 미치는지 조사한 연구는 거의 없었다.

연구팀은 쥐 7마리에게 수주간 미로 탐색을 하게 하고 해마 활동을 기록하는 실험을 했다. 일부 쥐는 정상 수면을, 다른 쥐는 정기적으로 수면 방해를 받았다. 실험 결과 수면 부족 쥐 뇌에서 예상치 못한 반응이 일어난 것으로 밝혀졌다.

놀랍게도 수면이 방해된 쥐에서도 정상 수면 쥐와 같거나 더 높은 빈도로 SWR이 확인됐다. 하지만 SWR은 비교적 약하고 체계화되지 않았으며 이전과 동일한 발화 패턴 반복이 크게 감소했다.

또 수면 부족 쥐에게 2일 동안 정상 수면을 허용하면 SWR 반복 패턴이 어느 정도 회복됐지만 정상 수면 랫 수준에는 미치지 못했다.

이번 연구 결과는 기억이 경험 후에도 뇌에서 계속 처리되고 있으며 경험 후 처리가 중요하다는 걸 시사한다. 연구팀은 향후 수면 중 기억 처리 특성, 기억 처리 재활성화 필요성, 수면 압박이 기억에 미치는 영향 등을 규명할 계획이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.