잠든 뇌, 절반은 깨어있다… 수면 중 의식의 비밀 풀려

출처

• Mass General Brigham. "Brain energy use and blood flow dynamics during NREM sleep." 2025. 연구 보도자료.[1]
• Neuroscience News. "Sleeping brain keeps sensory watch." 2025. 대중 과학 해설.[2]
• Nature Communications. "Coordinated metabolic and hemodynamic changes across sleep stages." 2025. 학술 논문 개요.

우리가 잠들 때 뇌는 완전히 꺼지는 것이 아니라, 일부 영역은 활동을 멈추고 에너지를 아끼는 반면 다른 일부는 외부 세계를 감시하며 계속 작동하는 '선택적 활성 상태'를 유지하는 것으로 밝혀졌습니다. 이는 수면 중에도 우리가 어떻게 외부 자극에 반응할 수 있는지에 대한 중요한 단서를 제공합니다.

'생각하는 뇌'는 잠들고 '감각하는 뇌'는 깨어있다

미국 매사추세츠 제너럴 브리검(Mass General Brigham) 연구팀이 차세대 영상 기술을 이용해 뇌가 각성 상태에서 비급속안구운동(NREM) 수면 상태로 전환될 때의 활동 변화를 관찰한 결과, 뇌의 여러 영역이 조율된 방식으로 활동을 달리하는 것을 발견했습니다.[1]

연구팀은 EEG-PET-MRI 삼중 영상 기법을 사용하여 23명의 건강한 성인을 대상으로 낮잠 세션 중 뇌를 스캔했습니다. EEG로 뇌 활동을, 기능적 MRI로 혈류를, 기능적 PET(fPET)-FDG로 포도당 대사 역학을 동시에 모니터링한 것입니다.

연구에 따르면, 사고, 기억, 공상과 같이 고차원적인 인지 기능을 담당하는 뇌 영역은 활동을 멈추고 에너지 사용을 최소화했습니다. 반면, 운동 및 감각 입력을 처리하는 영역은 수면 중에도 여전히 활발하게 에너지를 사용하고 있었습니다.

이는 우리가 잠자는 동안에도 누군가 우리를 건드리거나 특정 소리가 들렸을 때 잠에서 깰 수 있는 이유를 설명합니다. 뇌의 '감시병' 역할을 하는 부분이 계속 작동하고 있기 때문입니다.

연구팀은 또한 수면이 깊어질수록 에너지 사용과 대사는 감소하지만, 특히 상대적으로 활성 상태를 유지하는 감각 영역에서 혈류는 더욱 역동적으로 변한다는 것을 발견했습니다. 동시에 고차원 인지 네트워크는 조용해지고, 뇌척수액 흐름이 증가했습니다. 이러한 발견들은 수면이 뇌에서 노폐물을 제거하는 동시에 깨어날 수 있는 감각 신호에 대한 민감성을 유지한다는 이론을 뒷받침합니다.[2]

이 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재되었습니다.

수면 장애 및 신경 질환 연구의 새로운 길 열어

이번 연구는 단순히 수면의 신비를 푸는 것을 넘어, 다양한 질병의 기전을 이해하는 데 중요한 기여를 할 것으로 보입니다.

연구 교신저자인 징위안 첸(Jingyuan Chen) 박사는 매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)의 아티눌라 A. 마르티노스 생의학 영상 센터(Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging) 조교수입니다. 그는 "이번 연구는 수면 중 의식이 흐려지는 순간에도 뇌가 어떻게 외부 세계에 반응하는지 설명하는 데 도움이 된다"고 말했습니다.

그는 이어 "수면 중 뇌 활동, 에너지 사용, 혈류가 어떻게 상호작용하는지 밝혀냄으로써, 신경계 질환 및 수면 관련 질환의 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있다"고 밝혔습니다.[1]

연구팀은 이번에 활용된 영상 기술과 연구 결과가 앞으로 알츠하이머병과 같은 신경 퇴행성 질환이나 만성 수면 장애 환자들의 뇌에서 어떤 일이 일어나는지를 더 깊이 탐구하는 데 중요한 도구가 될 것으로 기대하고 있습니다.