우리는 왜 잠을 잘까? 수면과 꿈

 

의식과 각성은 깨어 있음과 수면 간을 매일 순환한다. 수면 동안 우리는 주변에 대한 자각이 감소한다. 꿈은 우리를 불가능한 사건이 가능해 보이는 환상의 세계로 데려간다. 우리에게 왜 그러한 변경된 의식 기간이 있을까?

 

일주율

동물의 삶에는 주기가 있다. 동면을 보자. 다람쥐는 먹이를 찾기 힘든 겨울에 동면한다. 암컷은 봄에 먹이를 찾을 수 있게 되자마자 깨어난다. 수컷도 먹이가 필요하긴 하지만 암컷보다 더 빨리 깨어나야 할 이유가 있다. 암컷은 교미할 준비가 된 상태로 겨울 땅굴에서 나오는데, 1년에 딱 한 번만 교미한다. 암컷보다 더 나중에 깨어나는 수컷은 좀 더 잠을 잔 대가로 그 한 해 전체의 교미할 기회를 날려버리게 된다. 그런 위험을 피하기 위해 수컷은 암컷보다 일주일 먼저 깨어난다. 암컷도 없고 먹이도 없으며 아무 할 일도 없이 수컷들은 그 한 주를 기다리면서 서로 싸우기만 한다.

 

요점은 예측 가능한 필요에 대비할 수 있게 하는 내적인 타이밍 기제가 진화를 통해 동물에게 생겨났다는 것이다. 다람쥐 수컷은 현재 상황에 반응해서가 아니라 며칠 후에 일어날 일에 대비해서 깨어난다. 마찬가지로 새들은 북쪽의 서식지가 살기 어렵게 되기 한참 전인 가을에 남쪽으로 이동하기 시작한다.

 

인간은 낮에는 활동하고 밤에는 자도록 준비시키는 기제를 갖고 있다. 다른 동물들처럼 우리는 일주율, 즉 대략 하루를 주기로 지속되는 활동과 무활동의 리듬을 생성한다. 해가 뜨고 지는 것이 우리의 리듬을 재설정시키는 단서가 되기는 하지만 그 리듬은 우리 자신이 만들어낸다. 여름이나 겨울의 극지방처럼 시간 단서가 없는 환경에서도 대부분의 사람들은 각성-수면 주기를 생성하는데, 이는 24시간보다 약간 더 길어서 점차로 시계를 가리키는 시간과 어긋나게 된다.

 

일주율이 우리의 수면과 각성만 통제하는 게 아니다. 하루가 흘러가는 동안 배고픔, 목마름, 소변량 등이 변한다. 체온은 늦은 오후의 37.2도씨에서부터 한밤 중의 36.7도씨까지 변화한다. 대부분 젊은이들의 기분은 하루 내내 변해서 늦은 오후에 가장 행복하게 느낀다.

 

아침형 인간과 저녁형 인간

 

사람들의 일주율이 저마다 다르다. "아침형 인간"은 일찍 일어나서 정신이 쉽게 초롱초롱해지며 아침에 일을 제일 잘한다. "저녁형 인간"은 아침에 발동이 걸리는 데 더 오래 걸리며 오후나 저녁에 가장 일을 잘한다. 당신은 아마도 자신을 아침형 인간, 저녁형 인간으로 분류할 수 있을 것이다. 젊은 성인이 대부분 저녁형이거나 중간형인 반면에 65세 이상인 사람은 대부분 아침형이다. 아무것도 해야 할 일이 없을 때 몇 시에 잠자리에 들고 싶은지를 물어보면 사람들의 평균적인 답은 십 대 동안 점점 더 늦어져서 20세 때 오전 1~2시가 되었다가 다시 몇십 년에 걸쳐서 천천히 그리고 꾸준히 역전된다.

 

일주율의 뇌 기제

 

수면과 각성의 일주율은 뇌의 밑바닥 부분에 있는 시각교차위핵이라는 작은 구조물에서 생성된다. 이것이 손상되면 신체의 활동 주기가 불안정해진다. 이 영역에서 추출한 세포를 체외에서 살려두면 세포 스스로 24시간 리듬을 생성한다. 다른 영역에 있는 세포들도 매일의 리듬을 만들어내기는 하지만 시각교차위핵이 신체의 주된 시계 역할을 한다.

 

시각교차위핵은 솔방울샘의 호르몬인 멜라토닌의 분비를 조절함으로써 그 통제력을 일부 발휘하는데, 멜라토닌은 일주율에 중요하며 많은 종의 경우 번식, 동면 등의 일년율에도 중요하다. 일반적으로 인간의 솔방울샘은 잠자기 두세 시간 전에 멜라토닌을 분비하기 시작한다.

 

우리는 왜 잠을 잘까?

수면이 어떤 유익한 점이 있지 않은 한 우리가 인생의 1/3을 소비하지 않을 수 없게 만드는 기제가 진화되었을 리 없다. 하지만 어떤 유익한 점이 있는 걸까? 가장 간단한 것은 수면이 에너지를 아껴준다는 것이다. NASA가 화성을 탐색하는 로봇을 보냈을 때 밤에는 탐색하는 것이 에너지를 낭비하는 일일 것이므로 NASA는 로봇이 밤에는 작동 중지되도록 프로그램했다. 아마도 우리의 옛 조상에게서도 똑같은 이유로 수면이 진화되어 나왔을 것이다. 수면 중인 포유류와 조류는 체온이 떨어지며, 모든 동물은 근육 활동이 적어져서 에너지가 절약된다. 식량이 모자랄 때 사람은 잠을 더 많이 자고 체온을 더 낮게 유지하여 에너지를 아낀다.

 

REM(rapid eye movement sleep) 수면

 

1950년대 중반에 프랑스와 미국의 연구자들이 각자 독립적으로 역설적 수면, 즉 급속 안구 운동 수면(rapid eye movement sleep; REM)이라는 수면의 한 단계를 발견했다. 이 수면 단계에서는 자는 사람의 눈이 감긴 눈꺼풀 아래에서 빨리 왔다 갔다 움직인다. 역설이란 뚜렷한 모순을 가리키는 말이다. REM 수면을 역설적이라고 하는 이유는 어떤 면에서는 얕은 잠이고 다른 면에서는 깊은 잠이기 때문이다. REM 수면 동안에는 뇌가 활동적이고 심박수, 호흡률 및 체온이 많이 오르내리기 때문에 잠이 얕다. 이와 동시에, 자세와 몸의 이동을 통제하는 큰 근육들이 대단히 이완되어 있기 때문에 잠이 깊다. 사실상 그런 근육들로 가는 신경이 REM 수면 동안에는 실질적으로 마비되어 있다. 

 

밤 동안의 수면 주기

 

우리가 자는 동안 뇌는 대개들 생각하는 것보다 더 활동적이다. 뉴런의 신진대사율, 자발적 활동, 자극에 대한 반응성은 20% 이상 떨어지지 않는다. 수면의 주된 특징은 억제적 메시지의 증가인데, 이는 뇌의 메시지가 광범위하게 퍼져나가는 것을 막는다. 한 뇌 영역의 활동이 다른 영역들을 흥분시키기가 더 힘들어진다. 수면 연구자들은 머리 피부에 붙여 놓은 전극으로 뇌파를 기록하며 수면 단계를 구분한다. 뇌전도(electroencephalograph ; EEG)는 뇌 활동의 패턴을 반영하는 아주 작은 전기적 변화를 머리 피부에서 측정하여 증폭시킨다. 수면 연구자들은 EEG 측정과 동시에 안구 운동도 함께 측정하여 다원수면도를 만들어낸다.

 

잠자는 사람은 먼저 1단계에 들어가는데, 이때 눈은 거의 정지되어 있으며 EEG는 짧고 고르지 못한 파를 보여주는데 이는 뇌 활동이 상당히 일어나고 있음을 나타낸다. 뇌세포들이 저마다 발화하고 있기 때문에 그 활동이 많은 사람이 동시에 이야기하는 소리처럼 서로를 거의 상쇄하여 그런 파가 기록된다. 잠이 계속되면서 사람은 2, 3, 4단계로 진행해 간다. 이 단계들은 길고 느린 파의 수가 서로 달라서, 2단계에서 가장 적고 4단계에서 가장 많다. 이런 파들은 뉴런 간의 동기화를 나타내는데, 이는 뇌 활동의 감소와 관련된다. 2단계의 또 다른 특징은 초당 약 12~13회 주기로 일어나는 뇌파인 수면 방추인데, 이는 대뇌겉질과 그 아래에 있는 시상 간의 정보 교환 때문에 생겨난다. 수면 방추는 기억을 저장하는 데 중요하며, 매일 밤 일어나는 수면 방추의 수는 그 사람의 IQ 점수와 놀랍게도 높은 상관을 나타낸다. 잠자는 사람은 2, 3, 4단계를 거쳐 진행하고 나서 다시 3단계와 2단계를 거쳐 REM 수면으로 들어간다.

 

수면의 이상

불면증

 

불면증은 "수면의 결핍"이라는 뜻이다. 더 구체적으로 말하자면, 불면증은 그다음 날 쉬었다는 느낌이 들지 않는 수면 부족을 가리킨다. 6시간의 잠이 어떤 사람에게는 불면증이고 다른 사람에게는 아닐 수 있다. 불면증은 시끄러움, 걱정, 소화불량, 부적절한 온도, 알코올이나 카페인 복용, 의학적 또는 심리적 장애로 인해 생긴다.

 

수면 무호흡증

 

자는 동안 가끔 짧은 기간 호흡하지 않는 사람들은 많다. 하지만 수면 무호흡이 있는 사람은 1분 이상 호흡을 못 하다가 깨어나서는 숨을 헐떡거린다. 이들은 8~10시간을 잠자리에 누워 있어도 그 시간의 절반도 못 잘 수 있다. 수면 무호흡은 비만인 중년 남성에게 가장 흔한데, 이들은 기도가 평균보다 더 좁아진 상태이다. 깨어 있는 동안에는 자주 격렬하게 호흡함으로써 보충하지만 자는 동안에는 그런 패턴을 유지할 수가 없다.

 

수면 발작

 

수면 발작이 있는 사람은 대낮에 갑작스럽게 졸음이 엄습하면서 근육의 힘이 빠지거나 마비되는 경험을 한다. 그리고 깨어 있는데 꿈을 꾸는 것 같은 경험도 가끔 한다. 이러한 증상은 REM 수면이 깨어 있는 상태에 침입하는 것을 나타낸다. 특정 유전자를 지닌 개에서도 수면 발작이 생겨난다. 이 유전자는 오렉신 또는 히포크레틴이라고 불리는 신경전달물질에 대한 뇌 수용기에 장애를 일으킨다.