KAIST 김대수 교수 연구팀

뇌 속 자명종 신경회로 발견

수면장애 기기 개발에 도움

김대수 KAIST 뇌인지과학과 교수(위쪽). 소리신호는 청각신경에서 청각시상으로 전파되지만 깊은 수면 동안에는 청각신경이 뇌간신경을 통해 배내측시상으로 소리신호를 보내어 뇌의 각성을 유도한다. [KAIST 제공]
김대수 KAIST 뇌인지과학과 교수(위쪽). 소리신호는 청각신경에서 청각시상으로 전파되지만 깊은 수면 동안에는 청각신경이 뇌간신경을 통해 배내측시상으로 소리신호를 보내어 뇌의 각성을 유도한다. [KAIST 제공]

동물이 깊은 잠에 빠져있어도 감각신호를 전달하는 신경회로가 뇌 속에 존재한다는 사실이 국내 연구진 의해 밝혀졌다.

카이스트(KAIST)는 생명과학과 김대수 교수 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김정진 박사팀과 공동연구를 통해 동물이 잠을 자는 동안에도 소리에 반응해 각성하는 원리를 규명했다고 20일 밝혔다.

수면은 뇌의 활동을 정비하고 건강을 유지하는 매우 중요한 생리작용이다. 잠을 자는 동안 감각신경의 작용이 차단되므로 주변의 위험을 감지하는 능력이 감소하게 된다. 사람들은 자연적인 수면 각성 주기와 독립적으로 기상하기 위해 알람을 사용하다. 동물들은 잠자는 동안에도 포식자의 접근을 감지하고 반응한다. 깊은 잠인 비렘수면(Non-REM) 중 대부분의 신경들은 외부감각자극에 반응이 무뎌져 수면을 촉진하므로 어떻게 동물과 사람이 수면 중에 소리자극에 반응할 수 있는지 알려지지 않았다. 과학자들은 동물이 깊은 잠과 낮은 잠을 번갈아 자면서 언제 있을지 모를 위험에 대비한다고 생각했다.

김대수 교수 연구팀은 깊은 잠을 자는 동안에도 동물이 소리에 반응하는 신경회로가 있다는 사실을 발견했다. 깨어 있을 때는 청각 시상핵(Medial geniculate thalamus)이 소리에 반응하지만 깊은 잠 동안에는 배내측 시상핵(Mediodorsal thalamus)이 소리에 반응해 뇌를 깨운다는 사실을 밝혀냈다.

연구팀의 실험 결과 쥐가 깊은 잠에 빠졌을 때 청각 시상핵 신경도 잠을 자고 있었지만 배내측 시상핵 신경은 깨어 있어 소리를 들려주자 곧바로 반응했다. 또한 배내측 시상핵을 억제하면 소리를 들려줘도 쥐가 잠에서 깨어나지 못했으며 배내측 시상핵을 자극하면 소리 없이도 쥐가 수초 이내에 잠에서 깨어나는 것을 관찰할 수 있었다.

이것은 수면상태와 각성상태가 서로 다른 신경회로를 통해 청각신호를 전달 할 수 있다는 최초의 연구로 평가된다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘커런트 바이올로지(Current Biology)’ 2월 7일자에 게재됐다. 또 관련 내용은 국제학술지 ‘네이처’에 소개되기도 했다.

김대수 교수는 “이번 연구를 통해 수면 질환 등 다양한 뇌 질환에서 보이는 각성 및 감각장애에 대한 이해를 증진하고 향후 감각을 조절할 수 있는 디지털 헬스케어 개발 등 다양한 분야로 활용이 가능하다”고 말했다. 구본혁 기자


nbgkoo@heraldcorp.com