치매예방에 중요한 ‘뇌 세척’…‘첫번째 깊은 잠’서 가장 활발

분당서울대병원·KAIST 공동연구팀 개발한
‘무선 근적외선 분광기’로 아교임파계 활동 측정
뇌 속 독성물질 배출 상황 실시간으로 확인 가능

잠자는 동안 뇌의 독성물질이 배출되는 정도를 확인할 수 있는 기술이 개발됐다. 사진은 기사의 특정 사실과 관련 없음. 게티이미지뱅크

잠자는 동안 뇌에 쌓인 독성물질이 빠져나가는 정도를 실시간으로 확인할 수 있는 기술이 세계 최초로 개발됐다. 특히 잠든 직후 처음으로 깊은 잠에 빠질 때 뇌의 청소 활동이 가장 활발하게 일어난다는 점도 확인됐다.

윤창호 분당서울대병원 신경과 교수와 배현민 KAIST 전기·전자공학부 교수 공동 연구팀은 세계 최초로 뇌 속 노폐물이 자는 동안 효과적으로 내보내지는지 실시간으로 확인할 수 있는 기술을 개발했다.

수면 중에는 뇌 속 노폐물을 배출하는 시스템인 ‘아교임파계’(Glymphatic System)가 작동된다. 뇌척수액이 뇌 깊숙이 스며들어 노폐물을 씻어내고 뇌수막 임파계나 경부 임파절을 통해 배출된다.

아교임파계는 뇌 속 노폐물을 제거함으로써 치매와 파킨슨병 등 퇴행성 뇌질환을 막는 뇌 신경계 보호 기전이자 수면의 핵심 기능 중 하나다. 대표적인 치매 유발 물질인 ‘아밀로이드 베타’도 이때 배출된다.

하지만 지금까지는 인체에서 아교임파계가 수면 중 어떻게 작동하는지 실시간으로 관찰하는 것은 한계가 있었다. 자기공명영상(MRI)은 뇌 척수강(뇌척수액이 흐르는 공간) 내 조영제를 투여해야 하는 부담이 있고, 7~8시간에 이르는 전체 수면시간 동안 연속적으로 시행할 수 없으며 결과를 정량화하기도 어려웠다.

연구팀이 개발한 ‘무선 근적외선 분광기’는 이마에 부착된 상태로 작동해 머리뼈 내부에 700~1000나노미터(㎚) 파장의 근적외선을 투과시키고 산란한 빛의 흡수율을 분석해 뇌 수분량, 산소포화도, 혈류량 등을 산출한다. 이를 통해 아교임파계 활동과 직접 연관된 수분량을 정밀하게 평가할 수 있다.

연구팀이 건강한 성인 41명을 대상으로 연구한 결과, 깊은 잠에 빠져드는 비렘수면(NREM) 과정에서 전두엽 수분량이 유의하게 증가하는 것을 확인했다. 이는 깊은 수면 단계로 갈수록 뇌 세척 활동이 활성화되는 것을 보여주는 결과다.

또 잠든 직후 처음 깊은 잠(NREM)에 빠질 때 수분량이 가장 많이 증가했다. 이는 수면 초반이 뇌 청소 활동의 핵심적인 시간대임을 보여주는 것으로, 이 결과는 앞으로 수면 치료의 지침을 수립하는 데 중요한 자료가 될 것으로 보인다.

윤 교수는 “이번 연구는 수면 중 아교임파계 활성도를 정량적으로 평가할 수 있는 세계 최초의 기술로 수면과 뇌 건강의 연관성을 규명할 수 있는 토대를 마련했다”며 “향후 퇴행성 뇌질환의 조기 예측과 위험군 선별, 웨어러블(몸에 착용하는) 기기로 발전시켜 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 국제뇌혈류대사학회의 공식 학술지 ‘뇌 혈류 및 대사 저널(Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism)’에 게재됐다.