우리는 왜 잠을 자는가: 밤 동안 당신의 뇌가 하는 일

여든 살까지 산다면 당신은 인생에서 대략 26년을 잠으로 보내게 된다. 역사의 대부분 동안 그 시간은 낭비처럼 보였다. 아무런 쓸모 있는 일도 일어나지 않는 매일 밤의 활동 정지 상태로 여겨졌다. 이제 우리는 거의 그 반대가 진실임을 안다. 잠은 당신의 뇌가 들어가는 가장 활동적이고 정교하게 조율된 상태 중 하나이며, 다른 무엇도 할 수 없는 일을 해내고 있다. 충분히 오래 잠을 거르면 단순히 피곤하다고 느끼는 데 그치지 않는다. 당신의 기억력, 기분, 면역계, 그리고 대사가 모두 무너지기 시작한다.

그렇다면 당신이 어둠 속에서 가만히 누워 있는 동안 머릿속에서는 실제로 무슨 일이 벌어지고 있는 걸까?

하룻밤의 구조

잠은 단일한 균일 상태가 아니다. 잠은 각각 약 90분 지속되는 주기들로 이루어지며, 당신은 하룻밤에 네다섯 개의 주기를 거친다. 각 주기 안에서 당신은 뚜렷이 구별되는 단계들을 지나는데, 이 단계들은 크게 두 부류, 즉 비렘수면과 렘수면으로 나뉜다.

비렘수면은 점점 깊어지는 휴식의 세 단계로 이루어진다. 1단계는 깨어 있음과 잠 사이의 가볍고 어렴풋한 문턱으로, 갑작스러운 소음에 다시 깨어날 수 있는 몇 분간이다. 2단계는 심박수가 느려지고 체온이 떨어지는 약간 더 깊은 상태이며, 전형적인 하룻밤의 약 절반을 차지한다. 3단계는 깊은 서파수면으로, 잠든 뇌를 가로질러 굽이치는 크고 느린 전기적 파동에서 그 이름을 따왔다. 이 단계는 깨어나기가 가장 힘든 단계이며, 수면 부족 상태일 때 당신이 가장 갈망하는 단계이기도 하다.

그다음에는 렘수면이 있는데, 감긴 눈꺼풀 아래에서 깜박이는 빠른 눈 운동(rapid eye movement)에서 이름을 따왔다. 렘수면에서 뇌는 깨어 있을 때만큼이나 활동적이 되지만, 몸은 일시적으로 마비된다. 이는 아마도 당신이 꿈을 행동으로 옮기는 것을 막는 안전장치일 것이다. 가장 생생한 꿈은 바로 여기서 일어난다.

하룻밤의 모양새가 중요하다. 깊은 서파수면은 처음 몇 주기를 지배하며, 그래서 초반 몇 시간이 그토록 회복력이 강한 것이다. 렘수면은 주기를 거듭할수록 길어지므로, 당신의 꿈 대부분은 깨어나기 직전 몇 시간에 일어난다. 밤을 짧게 줄이면 당신은 잠의 무작위한 한 조각을 잃는 게 아니라, 끝에 오는 렘수면과 꿈을 우선적으로 잃게 된다.

밤사이의 정리 시스템

잠의 핵심 임무 중 하나는 하루 경험의 뒤죽박죽을 가져다가 무엇을 간직할지 결정하는 것이다. 낮 동안 새로운 기억은 우선 해마라고 불리는 영역에, 일종의 임시 수신함에 보관된다. 잠을 자는 동안, 특히 깊은 서파수면 동안, 뇌는 그날의 활동을 재생하고 중요한 기억을 장기 저장을 위해 점차 대뇌 피질로 옮기는 것으로 보인다. 수신함은 비워져서 내일을 받아들일 수 있게 된다.

이것은 막연한 비유가 아니다. 연구를 거듭할 때마다, 단어 목록이든, 피아노 연주 순서든, 운동 기술이든, 무언가를 배운 뒤 잠을 잔 사람들은 같은 시간 동안 깨어 있던 사람들보다 그것을 더 잘 기억하고 더 잘 수행한다. 서파수면은 사실과 사건을 공고히 하는 것과 특히 관련이 있는 반면, 렘수면은 감정적 기억과 절차적 기술, 즉 말보다 손에 깃드는 종류의 학습을 돕는 것으로 보인다. 결정이나 시험을 앞두고 "하룻밤 자며 생각해보라"는 옛 조언에는 실제로 그것을 떠받치는 기제가 있었던 셈이다.

뇌의 청소반

잠이 수행하는 또 다른, 더 기이한 임무가 있다. 바로 쓰레기를 내다 버리는 일이다. 당신 몸의 모든 세포는 노폐물을 만들어내며, 막대한 양의 에너지를 태우는 뇌는 그것을 엄청나게 많이 만들어낸다. 뇌에는 몸의 다른 곳에서 노폐물을 배출하는 통상적인 림프관이 없는데, 그렇다면 뇌는 어떻게 깨끗함을 유지하는 것일까?

2013년, 생쥐를 연구하던 연구자들은 그들이 글림프 시스템이라 이름 붙인 한 체계를 기술했다. 이는 뇌척수액을 뇌 조직 사이로 흘려보내 대사 노폐물을 씻어내는 연결망이다. 인상적인 발견은 이 청소 작용이 잠을 자는 동안 극적으로 활발해진다는 것이었다. 동물들이 잠을 자는 동안 뇌세포 사이의 공간이 넓어지면서 체액이 더 자유롭게 통과하도록 하는 것으로 나타났다. 청소된 물질 중에는 알츠하이머병과 관련된 플라크로 뭉치는 단백질인 베타 아밀로이드가 있었다.

여기서는 신중할 필요가 있다. 이 연구의 상당 부분이 동물을 대상으로 이루어졌으며, 과학자들은 그것이 인간의 뇌에 얼마나 밀접하게 적용되는지 여전히 규명하는 중이다. 그러나 그것은 수년에 걸친 부실한 수면이 왜 나빠진 뇌 건강과 연관되는지, 그리고 왜 잠이 그토록 타협 불가능하게 느껴지는지에 대한 설득력 있는 가설을 제공한다. 하룻밤의 잠이 당신에게 사주는 것의 일부는 깨어날 때 머물 깨끗한 뇌일지도 모른다.

두 개의 시계

무엇이 당신이 졸음을 느끼는 때를 결정하는 걸까? 함께 작동하는 두 시스템이다.

첫 번째는 당신의 일주기 리듬이다. 이는 약 24시간 길이의 체내 시계로, 시교차상핵이라 불리는 뇌 속 작은 세포 무리가 운영한다. 이 시계는 빛에 맞춰 자신을 조정한다. 빛이 사그라들면 뇌는 멜라토닌을 분비하는데, 이는 밤을 알리고 당신을 잠으로 떠미는 호르몬이다. 화면에서 나오는 빛을 포함한 밝은 빛은 그것을 억제한다. 시차증과 야간 교대 근무가 그토록 가혹하게 느껴지는 이유가 바로 이것이다. 당신의 체내 시계와 외부 세계가 어긋나버린 것이다.

두 번째 시스템은 수면 압력이다. 당신이 깨어 있는 동안 아데노신이라는 분자가 뇌에 서서히 쌓이며, 그것이 많이 쌓일수록 당신은 더 졸음을 느낀다. 잠은 그것을 말끔히 비워내며, 그래서 당신이 개운하게 깨어나는 것이다. 카페인은 아데노신이 작용하는 수용체를 차단함으로써 효과를 내는데, 압력을 제거하지는 않은 채 일시적으로 가려둘 뿐이다. 카페인이 효력을 다하고 나면 그동안 쌓인 모든 아데노신이 마침내 감지되면서 급격한 피로가 찾아오는 것도 같은 이유다.

좋은 잠은 이 두 시스템이 나란히 정렬될 때 일어난다. 높은 수면 압력이 매일 밤 같은 시각에 일주기 시계의 하강 곡선과 만나는 것이다.

잠을 자지 않으면 벌어지는 일

우리가 왜 잠을 자는지에 대한 가장 명확한 증거는 우리가 잠을 자지 않을 때 무엇이 무너지는지에서 나온다.

단 하룻밤만 제대로 못 자도 주의력이 흔들리고 반응 시간이 느려진다. 더 밀어붙이면 뇌는 미세수면을 취하기 시작하는데, 이는 뇌가 당신의 허락 없이 잠깐 꺼지는 1, 2초간의 의식 결손이며, 졸음운전을 그토록 위험하게 만드는 요인의 일부다. 지속적인 수면 부족은 기억을 저하시키고, 기분을 가라앉히며, 면역 반응을 약화시키고, 식욕과 혈당을 조절하는 호르몬을 교란한다. 만성적으로 짧은 수면은 길게 늘어선 건강 문제들과 관련이 있다.

가장 극단적인 사례는 치명적 가족성 불면증이라는 희귀 유전병으로, 환자들은 잠을 자는 능력을 점차 완전히 잃어간다. 그것은, 이름 그대로, 치명적이다. 당신은 잠 없이는 살 수 없으며, 이는 어떤 것의 필요성에 대해 생물학이 내놓을 수 있는 만큼이나 강력한 진술이다.

우리는 왜 꿈을 꾸는가

그리고 모든 것 중 가장 기묘한 부분, 꿈이 있다. 렘수면 동안 뇌는 몸이 가만히 누워 있는 와중에 생생하고 흔히 기괴한 이야기를 자아낸다. 왜일까?

하나의 정착된 답은 없다. 한 부류의 이론들은 꿈이 감정을 처리하는 것을 돕는다고, 더 안전한 화학적 환경에서 뇌가 그날의 감정을 다시 들여다보게 한다고 본다. 또 다른 이론은 꿈이 뇌가 기억을 공고히 하는 과정의 부산물이라고, 새로운 경험을 옛 경험에 꿰매 넣으며 그 과정에서 이따금 기이한 조합을 만들어낸다고 시사한다. 또 다른 이들은 꿈이 일종의 밤사이 예행연습이라고, 위협과 사회적 상황을 위한 모의실험 장치라고 제안한다. 이 견해들은 서로 배타적이지 않으며, 정직한 요약은 꿈이 실재하고, 중요해 보이며, 여전히 일부만 이해되었다는 것이다. 이는 가장 보편적인 인간 경험 중 하나가 여전히 열린 과학적 질문으로 남아 있다는 좋은 일깨움이다.

핵심 요점

잠은 휴면 시간이 아니다. 그것은 당신의 뇌가 하는 가장 활동적이고 필수적인 일 중 하나다. 잠은 가벼운 단계, 깊은 단계, 렘 단계로 이루어진 대략 90분짜리 주기로 진행되며, 깊은 잠은 회복을 위해 앞쪽에 몰려 있고 렘수면은 꿈을 위해 뒤쪽에 몰려 있다. 밤 동안 당신의 뇌는 그날의 기억을 공고히 하여 임시 저장에서 장기 저장으로 옮기며, 글림프 시스템을 통해 대사 노폐물을 씻어내는 것으로 보이는데, 이 과정은 지금까지 동물에서 가장 잘 입증되어 있다. 빛이 이끄는 일주기 시계와 당신이 깨어 있는 동안 쌓이는 화학적 압력이라는 두 시스템이 당신이 잠드는 때를 결정한다. 그리고 잠이 타협 불가능하다는 가장 확실한 증거는 잠 없이 벌어지는 일이다. 기억부터 기분, 생존 그 자체에 이르기까지 모든 것이 무너지기 시작한다.