수면 중 뇌 활동, 알츠하이머 조기 발견 '열쇠' 될까

벨기에 리에주대 연구진
청색반점-렘수면 뇌파 연관성 규명
수면 중 '미세 각성', 유전적 발병 위험 연결 포착

기사 이해를 돕기 위한 이미지. 제미나이 생성.

수면 중 나타나는 뇌 활동이 뇌 건강의 변화를 미리 읽어내는 단서가 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 뇌의 각성과 수면을 조절하는 핵심 부위인 '청색반점(Locus Coeruleus·LC)'의 활동이 렘(REM) 수면 특유의 뇌파와 연관되어 있음이 확인되면서, 수면 패턴을 활용한 신경퇴행성 질환 조기 식별 가능성에 학계의 관심이 쏠리고 있다.

벨기에 리에주대학교(ULiège) GIGA 연구소 및 생체 내 영상 기술 플랫폼 연구진은 성인 52명을 대상으로 한 정밀 뇌 영상 연구와 500여 명을 대상의 대규모 유전체 연구 결과를 연이어 발표했다. 결과는 국제학술지 'Journal of Biomedical Science'와  'Sleep'에 게재됐다.

◆ '각성 스위치' 청색반점, 렘수면 뇌파 조정

뇌간 깊숙이 위치한 청색반점은 쌀알 크기 정도의 작은 신경핵이다. 신경전달물질인 노르에피네프린을 분비해 평소 뇌의 각성과 주의력을 유지하는 한편, 수면과 각성 사이의 전환을 조절하는 '각성 스위치' 역할을 한다.

연구진은 성인 참가자 52명을 대상으로 인지 과제를 수행하는 동안 초고해상도 7테슬라(7T) MRI로 청색반점의 활동을 정밀 측정하고, 야간 수면 중 뇌파검사(EEG) 데이터와 비교·분석했다.

그 결과, 깨어 있을 때 청색반점이 높게 활성화된 사람일수록 이후 렘수면 단계에서 세타(Theta)파 에너지가 유의미하게 높게 나타났다. 세타파는 렘수면 중 기억 정착 및 뇌 기능 유지를 반영하는 대표적인 뇌파다.

또한 렘수면에 진입하기 직전 나타나는 '시그마파'의 강도 역시 청색반점의 활동과 밀접하게 연결되어 있었다.

다만 연구진은 청색반점의 활성화 수치 자체가 무조건 높다고 좋은 것은 아니라고 설명했다. 청색반점은 평소 기초 각성을 유지하는 '긴장성 활동'과 외부 자극에 순간적으로 반응하는 '위상성 활동'을 보이는데, 두 활동 간의 정교한 균형이 핵심이기 때문.

이러한 연관성은 연령에 따라 차이를 보였다. 고령층의 경우 특정 과제에서 청색반점의 순간 반응이 클수록 렘수면의 세타파 활동이 오히려 낮아지는 반대 양상을 나타내 연령 증가에 따른 신경계 변화를 시사했다.

연구진이 진행한 실험 절차 및 인지 과제 개요. 참가자들은 수면 일지와 액티워치(Actiwatch) 착용, MRI 촬영(A)과 함께 깨어 있는 동안 시각(B) 및 청각(C) 인지 과제를 수행하며 청색반점의 활성도를 측정했다. 출처: Journal of Biomedical Science

◆ 밤에 자다 깨는 '미세 각성' 알츠하이머 유전 위험과 연관

연구진은 청색반점 메커니즘 관찰에 이어, 500명 이상의 참가자를 대상으로 알츠하이머병 다유전자 위험도와 수면 패턴의 상관관계를 추적했다.

다유전자 위험도는 개인이 가진 여러 유전자 변이를 종합하여 특정 질병에 대한 유전적 취약성을 수치화한 지표다.

분석 결과, 중년층(50~69세) 참가자군에서는 알츠하이머병 유전적 위험도가 높을수록 야간 수면 중 완전히 깨지는 않지만 수면 흐름을 방해하는 '미세 각성'의 빈도가 유의미하게 높은 것으로 나타났다. 반면 젊은 성인(18~31세)에게서는 이러한 연관성이 관찰되지 않았다.

연구에 참여한 푸닛 탈와르 박사는 "이러한 미세 각성은 결코 사소하게 넘길 일이 아니다.특정 수면 미세 각성 패턴은 알츠하이머병과 관련된 독성 단백질(아밀로이드 베이타 및 타우)의 축적을 촉진하고 뇌의 취약성을 높일 수 있다"고 설명했다.

◆ "뇌 질환 예방 및 조기 선별의 새로운 이정표"

청색반점은 수면 조절뿐 아니라 알츠하이머병이나 파킨슨병 환자의 뇌에서 가장 먼저 비정상 단백질이 축적되는 핵심 영역 중 하나다.

연구진은 이번 연구가 깨어 있을 때의 각성 조절 시스템과 수면 중 뇌 파동이 어떻게 연결돼 있고, 알츠하이머병 취약성과 어떻게 만나는지 이해하는 중요한 기틀을 마련했다고 평가했다.

다만 이번 결과가 당장 수면 검사만으로 알츠하이머병을 조기 진단할 수 있음을 의미하는 것은 아니다. 연구 대상이 환자가 아닌 건강한 성인들이었으며, 진단 기술이 아닌 통계적 연관성을 확인한 기초 연구 단계이기 때문이다.

또한 청색반점의 활동이 전체 수면 시간이나 렘수면 비율 등 거시적인 수면 지표 전체에 영향을 주는 것은 아니었다.

연구 책임자인 질 반데발레 교수는 "수면은 증상이 나타나기 한참 전 뇌의 취약성을 포착할 수 있는 유용한 지표가 될 수 있다"며 "향후 수면의 질을 개선하는 맞춤형 개입 치료를 통해 유전적 소인을 가진 사람들의 질병 진행을 예방하거나 늦추는 새로운 길을 열 수 있을 것"이라고 밝혔다.