자는 동안 뇌에서 씻어내는 치매 원인 노폐물···실시간 측정기술 개발 성공

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국내 연구진이 치매를 유발하는 ‘아밀로이드 베타’ 등 뇌 속 노폐물이 수면 중 효과적으로 배출되는지 실시간으로 확인할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.

분당서울대병원 신경과 윤창호 교수와 카이스트 전기·전자공학부 배현민 교수 공동 연구팀은 뇌의 아교임파계 활동을 실시간 관찰할 수 있는 근적외선 분광 기법 기반의 비침습적 검사법을 개발했다고 23일 밝혔다. 이 연구는 국제뇌혈류대사학회 공식학술지 ‘뇌혈류 및 대사 저널(Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism)’에 게재됐다.

이마에 부착한 무선 근적외선 분광기가 두개골을 투과한 근적외선 광선을 통해 내부 수분량과 노폐물 세척 정도를 측정하는 방식을 묘사한 모식도. 분당서울대병원 제공

자는 동안 뇌를 감싸고 있는 뇌척수액은 혈관 주위 공간을 따라 뇌 깊숙이 스며들어 노폐물을 씻어낸 뒤 뇌수막 임파계나 경부 임파절을 통해 배출한다. 뇌의 신경세포를 손상시켜 알츠하이머병을 유발하는 독성 단백질인 아밀로이드 베타 등의 노폐물이 축적되는 것을 막기 위해서다. 이렇게 수면 중 뇌척수액을 통한 노폐물 세척·배출 체계를 아교임파계라 부르는데, 이전까지는 치매·파킨슨병 등 퇴행성 뇌질환을 억제하는 이 체계의 기능을 실시간으로 관찰할 수 없는 한계가 있었다.

이에 연구진은 피부를 절개해 기기를 심는 등의 침습적 조치 없이도 전체 수면시간 내내 아교임파계의 활동을 연속 측정할 수 있는 기술을 개발하기 위해 수분 변화에 민감한 무선 근적외선 분광기를 활용했다. 기기를 이마에 부착한 상태로 작동해 두개골 내부로 700~1000㎚ 파장의 근적외선을 투과시킨 뒤 산란된 빛의 흡수율을 분석해 뇌 내부의 수분량, 산소포화도, 혈류량 등을 산출하는 방식이다. 특히 수분에 민감한 925㎚ 파장을 중심으로 측정한 수분량 중 아교임파계 활동과 직접 연관된 수분량을 정밀 측정하는 알고리즘을 적용해 실시간 분석에 성공했다.

건강한 성인 41명을 대상으로 해당 장비의 효과를 다시 검증한 연구에선 각성 상태에서 잠이 들어 깊은 수면 단계인 비렘수면까지 진행하는 동안 전두엽 수분량이 유의하게 증가하는 양상을 확인했다. 이는 깊은 수면 단계로 갈수록 뇌 세척 활동이 활성화된다는 걸 보여주는 결과로, 동물실험에서 관찰된 아교임파계 활성 패턴과 일치했다. 노폐물을 씻어내는 정도를 보여주는 수분량은 특히 잠들고 난 후 첫 번째 깊은 비렘수면 사이클에서 가장 많이 증가하는 것으로 확인됐다. 연구진은 수면 초반부에 뇌의 청소 활동이 활발하다는 사실이 밝혀지면서 향후 수면 치료 지침을 세우는 데도 중요한 참고 자료가 될 것으로 전망했다.

윤창호 교수는 “수면 중 아교임파계 활성도를 정량적으로 평가할 수 있는 세계 최초 근적외선분광기법 기반 기술을 개발해 수면과 뇌 건강 간의 연관성을 과학적으로 규명할 수 있는 토대를 마련했다”며 “향후 치매를 비롯한 퇴행성 뇌질환의 조기 예측과 위험군 선별은 물론, 수면 치료의 효과를 평가하고 개인 맞춤형 뇌 건강 관리 전략을 수립하는 데까지 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

김태훈 기자 anarq@kyunghyang.com