수면의 단계와 REM 수면의 특징 및 뇌 기능에 대하여 알아보겠습니다. 수면은 뇌가 능동적으로 만들어내는 상태로서, 자극에 대한 반응의 감소가 그 특징입니다.
수면의 단계
수면의 단계는 두피에 부착된 전극에 가장 가까운 뇌 영역에 있는 세포와 섬유들의 전위 전체 평균치를 기록하는 뇌파기록법(electroencephalography, EEG)에 의해 알 수 있습니다. 처음에는 편안한 각성 상태를 보여줍니다. 초당 8~12회의 주파수를 갖고 있는 알파파의 연속이 안정적으로 나타나는데, 알파파는 모든 각성 상태가 아니라 편안한 휴식 상태의 특징을 나타냅니다. 인간이 막 잠에 들면 1단계 수면이라 불리는 이 기간에는 불규칙적이고 들쭉날쭉하며 전압이 낮은 파들이 EEG에 주로 나타납니다.
전체적인 뇌 활동은 편안한 각성 상태일 때보다는 낮지만 다른 수면 단계들에 비해서는 높습니다. 2단계 수면의 가장 눈에 띄는 점은 수면 방추와 K 복합입니다. 수면 방추는 적어도 0.5초 동안 지속되는 격발동안 일어나는 12~14Hz의 파들로 구성되어 있습니다. 수면 방추는 시상과 겉 질에 있는 세포들 사이의 상호작용에 기인합니다. K 복합은 뉴런 발화의 일시적인 억제와 연관된 뾰족한 파입니다. 이어지는 수면의 각 단계에서 심박률, 호흡률 및 뇌 활동은 감소하며, 진폭이 크고 느린 파들이 점점 더 흔해집니다.
4단계에 이르게 되면, 기록된 것 중의 절반 이상이 최소한 0.5초 이상 지속되는 큰 진폭의 파입니다. 3단계와 4단계를 합쳐서 서파 수면이라고 합니다. 느린 파는 뉴런 활동이 고도로 동기화되어 있음을 나타냅니다. 1단계 수면과 각성 상태에서는 대뇌겉질이 아주 많은 입력을 받아들이는데, 그 대부분이 고주파입니다. 거의 모든 뉴런이 활동하고 있지만 상이한 시각에 상이한 부류의 뉴런이 활동합니다. 따라서 EEG는 짧고 빠르며 고르지 못한 파들로 가득 차게 됩니다. 하지만 4단계쯤에는 대뇌겉질로 가는 감각 입력이 크게 줄어들게 되고, 따라서 남아있는 소수의 입력 원천이 많은 세포를 동기화시킬 수 있습니다.
REM 수면의 특징
REM 수면이란 수면 중에 안구운동이 빠르게 일어나는 기간을 말하며, 급속 안구운동 수면이라고도 합니다. REM 수면 시에는 EEG 상 불규칙하고 전압이 낮으며 빠른 파들이 나타나는데, 이는 신경 활동이 증가하여 있음을 의미합니다. 이런 면에서 REM 수면이 얕은 잠입니다. 그러나 머리를 받치는 근육을 비롯한 신체의 체위근은 다른 수면 단계에 비해 REM 수면 시에 더 이완되어 있습니다. 이런 측면에서 REM 수면은 깊은 잠입니다. 요약하자면 REM 수면은 깊은 잠, 얕은 잠, 그리고 깊거나 얕은 것으로 분류하기 힘든 특징들을 합쳐 놓은 상태입니다. 결과적으로 깊은 잠 혹은 얕은 잠이라는 용어를 피하는 것이 최선입니다.
REM 수면은 깊은 잠, 얕은 잠, 그리고 깊거나 얕은 것으로 분류하기 힘든 특징들을 합쳐 놓은 상태입니다. EEG 기록은 1단계 수면의 기록과 유사하지만 안구운동은 매우 다릅니다. REM 수면 이외의 단계들을 비 REM 수면이라고 부릅니다. 잠이 든 사람은 1단계 수면에 들어가서 서서히 2, 3, 4단계 수면으로 차례대로 진행합니다. 하지만 큰 소리나 다른 침입 자극이 순서를 방해할 수 있습니다. 잠든 뒤 약 한 시간 후에는 4단계에서 서서히 3, 2단계를 다시 거친 다음 REM으로 들어갑니다. 이러한 수면 단계의 진행은 계속 반복되며 한 주기가 90분 정도 걸립니다.
이른 밤에는 3단계와 4단계가 많이 나타나며, 아침이 가까워질수록 REM 수면의 비율이 높아집니다. REM의 양은 얼마나 많이 잤는지보다는 하루 중 어느 때인가에 달려있습니다. 즉 평소보다 더 늦게 잠자리에 들어도 여전히 평소와 대략 똑같은 시간에 REM이 증가합니다. 또한 REM과 꿈이 대개 중첩되기는 하지만 동일한 것은 아닙니다.
REM 수면 시의 뇌 기능
REM 수면 동안, REM 수면의 개시를 촉발하는 다리뇌와 정서 반응에 중요한 가장자리계통에서 활동이 증가하였습니다. 일차시각겉질, 운동겉질 및 등가 쪽 이마앞겉질에서는 활동이 감소했지만 마루 겉 질과 관자 겉 질의 일부 영역들에선 활동이 증가했습니다. REM 수면은 PGO파라는 진폭이 큰 전위들로 이루어진 독특한 패턴의 뇌파와 연관이 있습니다. PGO는 다리뇌-무릎체-뒤통수(pons-geniculate-occipital)를 뜻합니다. 신경 활동의 파들이 제일 먼저 다리뇌에서 감지되고, 잠시 뒤에는 시상의 가쪽무릎체에서, 그러고는 뒤통수 겉 질에서 탐지됩니다.
동물마다 매일 거의 일정한 PGO파를 유지합니다. 실험동물에서 REM 수면을 장기간 박탈하면 PGO파가 2~4단계 수면 도중에 나타나고 심지어는 깨어있는 동안에도 나타나기 시작하는데, 이 경우에는 동물이 마치 환각을 경험하는 것 같은 괴이한 행동을 할 때가 종종 있습니다. 박탈 기간이 끝나서 동물이 방해받지 않고 잘 수 있게 되면, REM 수면 동안에 나타나는 PGO파의 밀도가 비정상적으로 높습니다.
REM 수면은 신경전달물질인 세로토닌과 아세틸콜린 사이의 관계에 의존하는 것으로 보입니다. 아세틸콜린 시냅스를 자극하는 약물인 카르바콜을 주사하면 잠자던 사람이 재빨리 REM 수면으로 들어갑니다. 아세틸콜린은 깨어있음과 REM 수면 모두에 중요한데, 이 두 가지는 뇌가 각성한 상태임을 주목해야 합니다. 세로토닌과 노르에피네프린은 REM 수면을 방해합니다.