[신경과학] 18.2 : brain rhythm의 메커니즘과 잠(sleep) - 2

 

 

이전 포스트에 이어서 잠에 대해 알아보자.

 

 

우리는 왜 잠을 자는 것일까. 크게 2가지 이유가 있는데, 첫 번째 이유는 energy를 conserve하기 위해서이고 두 번째 이유는 memory consolidation을 하기 위해서임. 이 때 memory consolidation이란 필요없는 쓸모없는 기억은 정리하고 중요한 기억만 선별해서 남겨놓는 과정을 의미함.

 

 

한편 흥미롭게도 REM sleep을 deprivation 시켰을 경우에도 dream이 아예 deprivation되지는 않으므로 REM sleep만이 전적으로 dream에 관련되어 있는 것은 아님.

 

 

 

 

위 그림은 sleep과 관련된 각종 neurotransmitter들을 보여주고 있는데, 보면 분비되는 위치에 따라 acetylcholine, hypocretin(orexin), histamine, serotonin, norepinephrine 등에 대한 diffusion system이 만들어져 있음.

 

 

 

한편 흥미롭게도 non-REM sleep에서 wake state로 transition될 때 핵심적으로 관여하는 system이 바로 ascending reticular activating system임.

 

 

 

위 그림을 보면 burst-firing이 관찰되는 non-REM sleep 상태에서의 ascending reticular activating system에 ACh, NE와 같은 catecholamine 계열 NT를 처리해 줄 시 single spike firing이 관찰되는 wake state로 바뀐다는 것을 알 수 있음.

 

 

일반적으로 잠에 빠져드는 과정, 그리고 non-REM sleep에는 CA neuromodulatory system이 밀접하게 관련되어 있음.

 

 

조금 더 자세한 논의를 해보자면, pons에 있는 REM-on cell의 경우 Ach가 밀접하게 관련되어 있으며, REM-off cell의 경우 NE, serotonin과 밀접하게 관련되어 있음. 이 때 REM-off cell은 non-REM cell로 봐도 무방함.

 

 

 

실제로 위 그림 오른쪽 graph를 보면 REM-on cell이 active할 때는 REM 수면이 일어나다가, REM 수면 말미에 REM-off cell이 활성화되어서 REM 수면이 종료되고, 이런 cycle이 90분 주기로 반복되고 있음을 알 수 있음.

 

 

 

다음으로 Narcolepsy(기면발작)에 대해 알아보자. Narcolepsy 환자는 낮 중에 갑자기 통제할 수 없을만한 잠이 유발되어서 wakefulness에서 직접 REM sleep으로 진행되는 증상을 보이게 됨. 이 경우 REM 수면이 유발되므로 의식은 있으나 온 몸을 움직일 수 없는 근육마비가 유발되게 되는데, 이 증상을 Cataplexy라고 함. 그 밖에 Narcolepsy 환자들의 경우 최면적인 환각 증상을 호소하기도 함.

 

Narcolepsy의 원인 중 하나로는 human leukocyte antigen(HLA) gene의 이상을 꼽을 수 있으며, 그 밖에 Orexin R2 gene의 이상에 의해 Narcolepsy가 생길 수 있다는 보고도 있음.

 

흔히 Narcolepsy treatment를 위해서는 amphetamine, modafinil과 같은 Ach, CA 관련 agonist drug를 사용하곤 하지만, 사실상 아직 제대로 된 치료법이 없는 실정임.

 

 

 

한편 과거부터 SCF(cerebrospinal fluid)에 sleep-promoting factor가 존재할 것이라는 논의가 많이 이루어졌었음. 이런 factor에는 다양한 예시들이 있음. 우선 대장에 사는 bacteria가 만들어내는 muramyl dipeptide의 경우 Havard 대학교의 Pappenheimer 박사가 발견했으며, 아마 이 물질이 뇌로 들어가 면역과 관련된 일을 할 것이라 추정되고 있음. 그 밖에 glial cell, macrophage에서 합성되는 IL-1도 잠과 관련된 factor의 일종임. 그리고 adenosine도 마찬가지인데, 이 물질은 CA와 관련된 diffuse neuromodulatory system의 활성 정도를 감소시켜서 잠에 더 잘 들게 함. 참고로 caffeine, theophyline 등은 adenosine antagonist로 작용하기에 각성 상태를 유지할 수 있게끔 함. 그 밖에 prostaglandin(PG)이라는 물질도 존재하는데, 이 물질에 의해 매개되는 반응에 의해서 glycogen 농도가 떨어질 시 각성 상태가 되고 glycogen 농도가 증가할 시 잠이 오게 됨.

 

 

 

그리고 sleep, wake 동안 어떤 유전자들이 많이 발현되는지를 DNA microarray, proteomics 등의 방법론을 이용해 조사해본 결과, sleep 동안은 IEG(immediate early gene) 혹은 mitochondria 내에 있는 gene들의 expression 정도가 떨어진다는 사실을 확인하기도 함.

 

 

 

 

 

참고로 위 그림상에 나타나 있는 연구소인 IIIS는 일본에 위치해있으며 상당히 유명한 sleep 관련 연구소임. 이곳 연구소의 director가 Massashi Yanagisawa인데, 이 분은 Orexin과 Orexin에 대한 receptor gene을 발견한 것으로 유명함.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 일주기리듬(circadian rhythm)에 대해 자세히 알아보자.