비렘수면

3. 뇌파 특징

수면 방추와 K-복합체는 비렘수면에만 나타나는 뇌파 특징이다. 수면 방추는 시상, 전대상피질, 섬피질, 상측두이랑 등 뇌 영역 활성화를 포함하며, 11~13Hz의 느린 방추는 상전두이랑 활동 증가와, 13~15Hz의 빠른 방추는 감각운동 처리 피질 영역, 내측 전두 피질, 해마 동원과 관련된다.^[9] K-복합체는 1초 동안 지속되는 단일의 긴 델타파로, 수면 방추처럼 주로 2단계에서 자발적으로 나타나지만, 일시적인 소리에 유도될 수도 있다.^[10][11]

3. 1. 수면 방추 (Sleep spindles)

3. 2. K-복합체 (K-complexes)

4. 꿈 (Dreaming)

렘 수면 동안 강렬한 꿈을 꾸고, 꿈을 더 잘 기억한다는 것은 사실이지만,^[12] 비렘수면 중에도 꿈을 꿀 수 있다.^[12] 비렘수면에서 꾸는 꿈은 평범한 경향이 있다.^[13] 렘 수면 중 깨어난 사람의 90-95%가 꿈을 꿨다고 보고하는 반면, 비렘 수면 중 깨어난 사람 중에서는 5-10%만이 꿈을 꿨다고 보고한다.^[14] 그러나, 일반적인 생각이나 느낌에 대해 질문했을 때, 비렘 수면에서 깨어난 사람의 70%가 꿈과 같은 느낌을 가졌다고 보고했다.^[15][16]

연구에 따르면 비렘 수면 단계 동안의 꿈은 주로 아침 시간에 발생하는데, 이 시간은 렘 수면이 가장 많이 발생하는 기간이기도 하다. 수면다원검사법을 통해 렘 수면만 포함하는 낮잠과 비렘 수면만 포함하는 낮잠으로 구분하여 실험한 결과, 꿈을 꾸는 데 렘 수면이 꼭 필요한 것은 아니라는 점이 밝혀졌다. 렘 수면을 생성하는 메커니즘이 수면 경험에 변화를 일으켜 아침에는 비렘 수면 중에도 렘 수면과 유사한 피질하 활성화가 발생하기 때문이다.^[17]

비렘 수면의 꿈에는 공격적인 자아(렘)와 우호적인 자아(비렘) 두 가지 자아가 관여하는 것으로 알려져 있다. 비렘 수면의 꿈에서 자아는 대부분 부정적인 상황에 놓이지만, 낯선 대상에게 우호적으로 반응하거나 포용하는 방식으로 대응한다.^[2] 때때로 비렘 수면 상태에서 꿈을 꾸는 사람은 "2차적 의식"이라고도 불리는 "의식하고 있다는 것을 의식하는" 상태에 있기도 하는데,^[18] 이는 더 나은 결정을 내리고 잠재적으로 이를 숙고할 수 있게 해준다.^[15]

5. 근육 움직임 (Muscle movements)

비렘수면 중에는 상기도 대부분의 호흡근에 대한 긴장성 자극이 억제된다. 이로 인해 다음 두 가지 결과가 나타난다.

• 상기도가 더 유연해진다.
• 세포 내 칼슘 수치가 낮아지면서, 긴장성 신경 지배의 제거가 운동신경세포를 과분극시킨다. 결과적으로 근육 세포를 과분극시키기 때문에, 리듬적인 신경 지배는 더 약한 근육 수축을 유발한다.

6. 수면 중 이상 행동 (Parasomnias)

수면 중 이상 행동은 비렘수면의 마지막 단계에서 매우 흔하게 발생한다. 수면 중 이상 행동은 뇌가 잠들기와 깨어나는 단계 사이에 갇히는 생리적 활성화로 인해 발생하며, 수면의 기능, 질 또는 시기에 영향을 미치는 수면 행동을 말한다. 자율신경계, 인지 과정 및 운동 시스템은 수면 중 또는 잠에서 깨어나는 동안 활성화된다.

수면 중 이상 행동의 몇 가지 예로는 몽유병, 잠꼬대, 수면 섭식 장애, 악몽 또는 야경증, 수면 마비, 수면 중 성행위(성수면증) 등이 있다. 이들 중 다수는 유전적 요소를 가지고 있으며, 이러한 행동을 하는 사람이나 배우자에게 매우 해로울 수 있다. 수면 중 이상 행동은 어린이에게 가장 흔하게 나타나지만, 대부분의 어린이는 나이가 들면서 이러한 증상을 극복하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 극복하지 못하면 일상생활에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.^[19]

7. 수면다원검사 (Polysomnography)

수면다원검사 (PSG)는 수면 연구에 사용되는 검사이며, 검사 결과는 수면다원검사 기록이라고 불린다. 뇌파(EEG), 안구 운동(EOG), 근전도(EMG) 등을 측정하여 수면 단계를 분석하고 수면 장애를 진단하는 데 사용된다.

다음은 비렘수면 1, 2, 3단계의 30초 간격(30초의 데이터)을 나타낸 이미지이다. 각 그림은 양쪽 눈, 뇌파(EEG), 턱, 마이크, 심전도, 다리, 코/입 공기 흐름, 써미스터, 흉부 노력, 복부 노력, 산소 측정법, 그리고 신체 위치의 데이터를 순서대로 나타낸다. 2단계 그림의 수면 방추는 빨간색으로 밑줄이 쳐져 있다.

8. 서파수면 (Slow-wave sleep)

서파수면(SWS, slow wave sleep)은 비렘수면의 3단계에 해당하며, 흔히 깊은 수면이라고 불린다. 1968년 레흐차펜과 칼레스(R&K)가 정의한 비렘수면 4단계는 2007년 미국 수면 의학회(AASM)의 업데이트를 통해 3단계로 축소되었는데, 이때 기존의 3단계와 4단계가 통합되어 3단계 서파수면이 되었다.^[7]

서파수면 중에는 뇌파의 주파수가 감소하고 진폭이 커지며, 뇌 활동 수준, 근육 긴장, 심박수 및 호흡수, 혈압, 대사가 모두 저하된다. 각성 역치가 가장 높아 소리 등으로 깨우기 어려우며,^[20] 이 단계에서 깨어나면 수면 관성으로 인해 정신 수행 능력이 일시적으로 저하될 수 있다.

수면 박탈 후에는 서파수면이 급격히 증가하는데, 이는 서파수면에 대한 "필요"가 있음을 시사한다.^[20]

뇌 영상 연구에 따르면, 서파수면은 단순한 뇌의 휴식 상태가 아니라 매우 활동적인 상태이다. 3D 미로 탐색 학습 실험에서, 참가자들의 해마곁이랑 혈류는 학습 성과에 따라 증가했다. 이후 서파수면 동안 PET 스캔 결과, 학습을 진행한 실험군에서 해마 혈류가 증가한 반면, 대조군에서는 변화가 없었다. 이는 서파수면 중 뇌 활동이 이전 각성 경험의 영향을 받는다는 것을 보여준다. 해마-신피질 대화 모델에 따르면, 해마는 각성 상태에서 기억을 기록하고, 서파수면 동안 기억을 재생한다. 이 과정은 신피질 부위 간의 연결을 강화하여, 정보가 피질에서 해마와 독립적으로 활성화되도록 돕는다.^[21]

서파수면은 뇌 발달에 중요한 역할을 한다. 서파 활동(SWA)은 항상성 행동뿐만 아니라 연령과 뚜렷한 상관관계를 보인다.^[22] 어린이는 성인보다 더 오래, 더 깊게 자며, SWA는 사춘기 직전에 최고조에 달하고 청소년기부터 성인기까지 급격히 감소한다.^{[24][22][23][25]} 이는 시냅스 재배선과 행동 성숙의 결과로 해석된다.^[24] 주의력 결핍 과잉 행동 장애(ADHD)와 같은 정신 질환은 피질 두께 변화와 관련이 있으며, SWA는 피질 성숙도를 나타내는 지표로 활용될 수 있다.^[24][25]

9. 기억 (Memory)

비렘수면은 서술 기억 공고화에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.^[26] 특히, 서술적 기억 과제 후 비렘수면을 취한 사람들은 그렇지 않은 사람들보다 더 나은 기억 수행 능력을 보였다.^[29][30][31]

수면 방추는 비렘수면에만 나타나는 특징으로, 서술 기억 공고화와 관련이 있다.^[9] 수면 방추는 서술적 학습 후에 강화되며(밀도가 증가),^[36] 이러한 증가는 더 나은 기억 수행 능력과 관련이 있다.^[37]

단서 제시(cueing)를 통해 비렘수면 중 기억 재활성화를 촉진할 수 있다. 비렘수면 단계에서 단서(예: 소리, 단어, 냄새)를 제시하면 기억 흔적의 재활성화 및 공고화가 촉진되어, 이후 기억 수행 능력이 향상된다.^[32][33][38]

서파 수면(SWS)은 기억 공고화에 필수적인 역할을 한다. 전기 자극을 통해 느린 진동을 유도하고 증폭시키면 서술적 기억 과제에서 더 나은 성과를 보였다.^[34] SWA 억제는 서술적 기억 공고화를 손상시킨다.^[35]

Schreiner와 Rasch (2017)는 수면 중 기억에 대한 단서 효과 작동 모델을 제안했다.^[38] 이 모델에서 세타파 증가는 단서 제공 후 기억의 성공적인 재구성을 나타내며, 감마파와의 상호작용을 통해 해마에서 대뇌 피질로 기억 표현을 재배치한다. 수면 방추 증가는 기억 흔적의 안정화, 강화 및 통합에 필요한 메커니즘이다.^[38] 서파는 '시간을 제공하는 페이스 메이커' 역할을 한다.^[38]

10. 다른 동물에서의 비렘수면 (NREM in other animals)

과학자들은 뇌가 왜 두 가지 뚜렷한 상태를 가지도록 진화했는지 더 잘 이해하기 위해 다른 동물들을 대상으로 비렘수면에 대한 연구를 수행했다.^[39] 이 연구에서 조류와 돌고래와 같은 특정 포유류들이 뇌에서 유사한 행동을 보인다는 것을 발견했다. 특정 조류 종은 뇌 반구의 절반이 인간의 비렘수면 중과 유사한 뇌파를 방출하고, 다른 절반은 완전히 의식을 유지하여 잠자는 동안에도 비행할 수 있다는 것을 발견했다.^[40] 특정 종의 돌고래 또한 잠자는 동안에도 수영할 수 있도록 조류와 유사한 행동을 보인다.^[41]

쥐의 경우, 24시간 수면 박탈 후 비렘수면에서 서파 활동의 증가가 발견되었는데,^[42] 이는 수면이 부족할 때 렘수면보다 비렘수면을 우선시하는 인간의 뇌와 직접적으로 일치하며, 비렘수면이 놓친 수면을 조절하고 보상하는 역할을 한다는 것을 시사한다.^[43]

참조

_[1] 논문 Structural differences between REM and non-REM dream reports assessed by graph analysis 2020-01-28
_[2] 논문 A "Jekyll and Hyde" Within: Aggressive Versus Friendly Interactions in REM and Non-REM Dreams http://journals.sage[...] 2005-02
_[3] 논문 Rethinking sleep analysis. Comment on the AASM Manual for the Scoring of Sleep and Associated Events
_[4] 서적 Biological Rhythms, Sleep and Hypnosis Palgrave MacMillan 2011
_[5] 웹사이트 Understanding sleep http://www.talkabout[...] National Institute of Neurological Disorders and Stroke 2012-06-18
_[6] 서적 Biological Rhythms, Sleep and Hypnosis Palgrave Macmillan 2011
_[7] 웹사이트 Glossary. A resource from the Division of Sleep Medicine at Harvard Medical School, Produced in partnership with WGBH Educational Foundation http://healthysleep.[...] Harvard University 2009-03-11
_[8] 논문 Representation of the Self in REM and NREM Dreams 2007-06
_[9] 간행물 Sleep Spindles http://www.psycholog[...]
_[10] 웹사이트 NREM Sleep: Stages 1, 2, and 3 http://sleepforall.c[...]
_[11] 논문 The Human K-Complex Represents an Isolated Cortical Down-State 2009-05-22
_[12] 논문 Exploring the neural correlates of dream phenomenology and altered states of consciousness during sleep 2017-01-01
_[13] 논문 The relation of eye movements during sleep to dream activity: An objective method for the study of dreaming. 1957
_[14] 서적 The Brain and the Inner World http://dx.doi.org/10[...] 2018
_[15] 간행물 Physiological Context of Rem Dreaming http://dx.doi.org/10[...] Elsevier 2021-10-01
_[16] 논문 Brain-Mind States: I. Longitudinal Field Study of Sleep/Wake Factors Influencing Mentation Report Length 2001-03-01
_[17] 논문 Dreaming During Non-rapid Eye Movement Sleep in the Absence of Prior Rapid Eye Movement Sleep 2004-12
_[18] 논문 Intentionality and Self-Awareness http://dx.doi.org/10[...] 2003-09
_[19] 웹사이트 Sleep and Parasomnias http://sleepfoundati[...] National Sleep Foundation 2020-10-02
_[20] 논문 Selective slow-wave sleep (SWS) deprivation and SWS rebound: do we need a fixed SWS amount per night? 1999
_[21] 논문 Understanding non rapid eye movement sleep through neuroimaging 2010-01
_[22] 논문 Topographic Differences in the Adolescent Maturation of the Slow Wave EEG during NREM Sleep 2011-03-01
_[23] 논문 Mapping the electrophysiological marker of sleep depth reveals skill maturation in children and adolescents 2012-11
_[24] 논문 EEG Sleep Slow-Wave Activity as a Mirror of Cortical Maturation 2011
_[25] 논문 Developmental trajectories of EEG sleep slow wave activity as a marker for motor skill development during adolescence: a pilot study 2017-01
_[26] 논문 A daytime nap containing solely non-REM sleep enhances declarative but not procedural memory 2006-09
_[27] 논문 Dissociable learning-dependent changes in REM and non-REM sleep in declarative and procedural memory systems 2007-06-04
_[28] 논문 Sleep, Memory, and Plasticity http://pdfs.semantic[...] 2006-01
_[29] 논문 Effects of Early and Late Nocturnal Sleep on Declarative and Procedural Memory 1997-07
_[30] 논문 Effect of sleep on memory: II. Differential effect of the first and second half of the night. 1971
_[31] 논문 Sleep and Memory 1973-01-19
_[32] 논문 Boosting Vocabulary Learning by Verbal Cueing During Sleep 2015-11
_[33] 논문 Odor Cues During Slow-Wave Sleep Prompt Declarative Memory Consolidation http://pdfs.semantic[...] 2007-03-09
_[34] 논문 Boosting slow oscillations during sleep potentiates memory 2006-11
_[35] 논문 Sleep-Dependent Improvement in Visuomotor Learning: A Causal Role for Slow Waves 2009-10
_[36] 논문 Learning-Dependent Increases in Sleep Spindle Density 2002-08-01
_[37] 논문 The Critical Role of Sleep Spindles in Hippocampal-Dependent Memory: A Pharmacology Study 2013-03-06
_[38] 논문 The beneficial role of memory reactivation for language learning during sleep: A review http://doc.rero.ch/r[...] 2017-04
_[39] 논문 Evolutionary Origin of Distinct NREM and REM Sleep 2020-12-14
_[40] 논문 Local Aspects of Avian Non-REM and REM Sleep 2019-06-05
_[41] 논문 Interhemispheric asymmetry of the electroencephalographic sleep patterns in dolphins https://linkinghub.e[...] 1977-10
_[42] 논문 Effect of sleep deprivation on sleep and EEG power spectra in the rat https://linkinghub.e[...] 1984-12
_[43] 논문 Dreamless: the silent epidemic of REM sleep loss: The silent epidemic of REM sleep loss https://onlinelibrar[...] 2017-10
_[44] 논문 Dreaming and REM sleep are controlled by different brain mechanisms https://pdfs.semanti[...] Academic Department of Neurosurgery, St. Bartholomew’s and Royal London School of Medicine, Royal London Hospital
_[45] 뉴스 Why do some people sleepwalk? http://search.proque[...] Irish Times 2010-03-09
_[46] 서적 Introductory Textbook of Psychiatry American Psychiatric
_[47] 서적 Introductory Textbook of Psychiatry American Psychiatric
_[48] 서적 Rem And Nrem Sleep Mentation Elsevier Inc
_[49] 서적 Rem And Nrem Sleep Mentation Elsevier Inc
_[50] 논문 Further evidence of abnormal non-rapid-eye-movement sleep in schizophrenia 1985-08
_[51] 간행물 Sleep, Cognition, and Normal Aging: Integrating a Half Century of Multidisciplinary Research https://doi.org/10.1[...] PubMed 2015-01-14
_[52] 논문 Sleep and the single neuron: the role of global slow oscillations in individual cell rest 2013-06
_[53] 논문 Biological rhythms in man: relationship of sleep-wake, cortisol, growth hormone, and temperature during temporal isolation https://pubmed.ncbi.[...] 1981