우리가 잠든 뒤에도 뇌는 바깥세상을 살핀다. 소리는 물론이고, 냄새도 수면 중 뇌 활동에 영향을 미친다.

영국 에식스대 심리학과 강사 홍비엣 응오-데닝은 “진화적으로 보면 당연한 일”이라며 “위험이 닥칠 때 대응하기 위한 반응”이라고 설명했다.

이렇듯 잠을 깨우고 활동할 수 있게 만드는 요소가 있는가 하면, 어떤 소리는 오히려 더 깊은 잠에 빠지게 만들기도 한다.

지난 9일(현지 시간) 국제학술지 ‘사이언스 중개 의학’에 발표된 연구에 따르면 기능적 자기공명영상(fMRI) 장치 안에서 잠든 사람에게 ‘핑크노이즈’를 들려주자 뇌를 둘러싼 뇌척수액의 흐름이 증가했다. 핑크노이즈가 수면에 영향을 미칠 수 있다는 뜻이다.

잠든 뇌에서는 무슨 일이 일어날까

잠을 자고 나면 기운이 나는 이유는 아직 명확히 밝혀지지 않았지만, 연구진은 그 단서 중 하나로 뇌척수액의 움직임에 주목하고 있다. 뇌척수액이 수면 중 뇌에 쌓인 생화학적 노폐물을 제거하는 역할을 할 수 있기 때문이다.

“몇 년 전 MRI 영상을 통해 사람들이 잠들면 뇌 주변의 체액이 큰 파동을 이루며 흐른다는 사실을 발견했습니다.” 이번 연구에 참여한 미국 매사추세츠공대(MIT) 신경과학자 로라 루이스가 말했다. 2019년 그가 참여한 연구에서는 수면 중 나타나는 서파와 혈류 변화, 뇌척수액의 흐름이 서로 맞물려 나타나는 현상을 관찰했다.

그는 “그 뒤로 무엇이 이 파동을 조절하는지 알아내는 데 계속 관심을 가져왔다”며 “이런 파동을 더 많이 만들어낼 수 있는지 확인해보면 흥미로울 거라고 생각했다”고 덧붙였다.

이번 연구에서는 핑크노이즈를 활용한 선행 연구에 주목했다. 핑크노이즈는 잠들 때 흔히 사용하는 백색소음과 비슷하지만 음높이가 조금 더 낮다. 루이스는 핑크노이즈가 “지지직거리는 백색소음보다 덜 거칠게 들린다”고 설명했다.

2013년 응오-데닝 연구팀은 수면 중 핑크노이즈를 들려주면 다음 날 기억력 과제 수행 능력이 향상된다는 실험 결과를 발표했다. 이후 연구에서는 엇갈린 결과가 나왔지만, 응오-데닝은 적어도 특정 조건에서는 핑크노이즈가 뇌에 영향을 미친다고 보고 있다.

루이스는 ‘서파(slow waves)’에 주목해 이번 연구를 진행했다. 서파는 깊은 비렘수면에서 나타나는 느리고 큰 진폭의 뇌파다. 앞선 연구에서는 짧은 핑크노이즈가 수면 중 서파에 영향을 주는 것으로 나타났다. 연구진은 핑크노이즈가 뇌 속 체액의 흐름까지 바꿀 수 있는지 살펴봤다.

공동저자인 대학원생 조슈아 레빗은 MRI 장치 안에서 잠든 사람의 뇌파를 측정해 서파가 정점에 이르는 순간 정확히 50밀리초 동안 핑크노이즈를 들려주는 알고리즘을 개발했다. 이를 통해 연구진은 핑크노이즈를 들려준 뒤 뇌척수액의 흐름이 어떻게 달라지는지 관찰했다.

레빗과 루이스는 이 기술의 특허를 출원했으며, 수면 중 착용할 수 있는 제품으로 상용화하는 것을 목표로 하고 있다.

수면 연구의 다음 단계, 건강증진 효과 검증

핑크노이즈가 수면 중 서파를 증폭시킨다는 사실은 기존 연구에서도 확인됐다. 서파가 커진 것은 잠이 더 깊어졌을 가능성을 보여준다.

이번 연구에서는 서파가 증폭된 뒤 뇌척수액(CSF)의 흐름도 증가했다는 점이 새롭게 관찰됐다.

레빗은 “이번 연구에서 가장 흥미로운 부분은 제4뇌실에서 뇌로 유입되는 뇌척수액이 증가하는 현상도 관찰했다는 점입니다”라며 “제가 알기로는 적어도 인간에게서 외부 자극을 이용해 뇌척수액의 흐름을 비침습적으로 조절할 수 있다는 것을 보여준 첫 사례입니다”라고 말했다.

응오-데닝은 이번 연구가 핑크노이즈와 서파, 뇌척수액 흐름의 파동이 서로 밀접하게 연결돼 있다는 사실을 분명히 보여줬다고 평가했다.

앞으로는 뇌척수액의 흐름을 의도적으로 늘렸을 때 실제로 건강에 도움이 되는지를 검증해야 한다. 수면의 질이 좋지 않은 사람이나 뇌의 노폐물 제거 기능 저하로 발생할 수 있는 신경퇴행성 질환을 앓는 사람에게 효과가 있는지 살펴볼 수 있다.

응오-데닝은 “그게 다음 과제가 될 겁니다”라고 말했다.

글 Veronique Greenwood

한국어판 편집 장유정 기자 chloe@timekorea.co.kr