렘수면
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1. 개요
렘수면(REM sleep, 급속 안구 운동 수면)은 뇌가 각성 상태와 유사한 전기적 활동을 보이며, 꿈을 꾸는 수면 단계이다. 뇌간의 특정 영역과 신경전달물질의 변화가 특징이며, 아세틸콜린 분비는 증가하고 모노아민 분비는 억제된다. 렘수면 중에는 뇌의 연결성이 각성과 다르게 나타나며, 뇌 에너지 사용량은 각성 시와 비슷하거나 더 높다. 렘수면은 기억, 학습, 뇌 발달, 감정 조절 등 다양한 기능과 관련이 있으며, 수면 주기의 일부로 나타나며, 총 수면 시간의 20~25%를 차지한다. 렘수면 부족은 심리적 장애, 공격성 증가, 식욕 증가, 렘 반동, 우울증과 같은 다양한 영향을 미칠 수 있으며, 다른 동물에게서도 관찰된다. 렘수면은 1952년 유진 아세린스키와 너새니얼 클라이트먼에 의해 발견되었고, 관련 질환 연구가 진행되고 있다.
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| 렘수면 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 다른 이름 | 렘수면 |
| 영어 명칭 | Rapid eye movement sleep (REM sleep) |
| 특징 | |
| 주요 특징 | 빠른 안구 운동 |
| 관련 뇌파 | 세타파 베타파 |
| 근육 | 근육 이완 |
| 심박수 및 호흡 | 불규칙적인 심박수 및 호흡 |
| 생리적 기능 | |
| 역할 | 기억 공고화 촉진 뇌 발달 |
| 조절 메커니즘 | 무스카린 아세틸콜린 수용체 (Chrm1, Chrm3) 기타 분자 메커니즘 |
| 수면 단계 | |
| 구분 | 비렘수면과 대비됨 |
| 역사 | |
| 발견 | 나사니엘 클레이트만 |
2. 생리학
렘수면 동안 뇌는 각성 상태와 유사한 활발한 활동을 보인다. 뇌파는 빠르고 불규칙적인 패턴을 보이며, 해마에서는 세타파, 대뇌 피질에서는 감마파가 관찰된다.[92] 이러한 뇌파의 패턴은 렘수면의 특징 중 하나이며, 각성 상태와 비슷하여 '''역설 수면'''이라고도 불린다.
뇌간의 다리뇌 피개와 청반핵에 있는 특정 뉴런들은 렘수면 동안 활성화되어 렘수면 발생에 중요한 역할을 한다.[100][101] 렘수면 중에는 노르에피네프린, 세로토닌, 히스타민과 같은 모노아민 신경전달물질의 방출이 완전히 멈추면서 근육 이완이 일어난다. 이 때문에 운동신경이 자극받지 않아 근육은 움직이지 않게 된다. 만약 REM 이완이 부족하면 렘수면 행동장애가 발생할 수 있다.[100][101]
렘수면에서는 아세틸콜린 분비가 증가하고, 노르에피네프린, 세로토닌, 히스타민과 같은 모노아민 신경전달물질의 분비는 억제된다. 아세틸콜린에스테라제 억제제를 주사하면 사용 가능한 아세틸콜린이 효과적으로 증가하는데, 이는 이미 서파 수면을 하고 있는 사람과 다른 동물에게 렘수면을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 카바콜은 뉴런에 대한 아세틸콜린의 효과를 모방하여 유사한 영향을 미친다.[8][18][19][20][21]
렘수면과 관련된 안구 운동은 뇌교의 핵과 REM 위 둔덕(superior cilliculus)의 투영에 의해 발생하며, PGO(다리뇌-무릎-후두)파와 관련되어 있다.[9]
일반적으로 렘수면 동안에는 항상성이 중단된다. 심박수, 심장 압력, 심박출량, 혈압, 그리고 호흡수는 신체가 렘수면으로 들어가면 빠르게 불규칙해진다.[1] 저산소증에 대한 반응과 같은 호흡 반사가 감소하며, 전반적으로 뇌는 호흡에 대한 통제력을 덜 행사한다.[1]
발기는 음경의 발기 (야간 음경 발기)는 일반적으로 렘수면과 동반된다.[31] 여성의 경우, 음핵의 발기 (야간 음핵 발기)는 확장을 일으키며, 질 혈류 증가와 삼출(즉, 윤활)이 동반된다.[32]
체온은 렘수면 동안 잘 조절되지 않으며, 따라서 유기체는 온도 중립 구역 밖의 온도에 더 민감해진다. 근육의 긴장 감소로 인해 동물은 신체 움직임을 통해 체온을 조절하는 능력을 잃는다.[1]
2. 1. 뇌의 전기적 활동
수면다원검사에서 렘수면의 뇌파는 각성 시와 유사한 빠르고 낮은 진폭의 탈동기화된 신경 진동(뇌파)을 보인다.[8][9] 이는 NREM 깊은 수면의 느린 δ(델타) 파 패턴과는 대조적이다.[8][9] 해마에서는 3–10 Hz의 세타 리듬[9]이, 피질에서는 40–60 Hz의 감마파가 나타나는데, 이러한 뇌파 활동 패턴은 각성 중에도 관찰된다.[10] 각성 및 렘수면 상태의 뇌는 피질 및 시상 뉴런이 NREM 깊은 수면 상태보다 더 탈분극되어 있어 더 쉽게 발화한다.[9]
렘수면 중에는 뇌의 다른 부분 간의 전기적 연결성이 각성 시와 다르게 나타난다. 전두엽 및 후두엽 영역은 대부분의 주파수에서 덜 일관성을 보이는데, 이는 꿈의 혼란스러운 경험과 관련이 있다고 알려져 있다. 그러나 후두엽 영역은 서로 더 일관성이 있으며, 특히 자각몽 동안에는 뇌의 오른쪽 및 왼쪽 반구도 마찬가지이다.[13][14]
사람의 경우 렘수면 시 뇌파는 4 Hz에서 7 Hz의 세타파가 우세하며 각성 시와 유사한 진폭을 보인다.[92]
2. 2. 뇌간의 역할
뇌간의 다리뇌 피개와 청반핵에 있는 특정 뉴런들은 렘수면 동안 활성화되며, 렘수면 발생에 중요한 역할을 한다.[100][101] 렘수면 중에는 노르에피네프린, 세로토닌, 히스타민과 같은 특정 모노아민 신경전달물질의 방출이 완전히 멈추면서 REM 이완이 일어난다. 운동신경이 자극받지 않아 근육은 움직이지 않게 된다. REM 이완이 부족하면 REM 행동 장애가 발생할 수 있다.[100][101]렘수면과 관련된 안구 운동은 뇌교의 핵과 REM 위 둔덕(superior cilliculus)의 투영에 의해 발생하며, PGO(다리뇌-무릎-후두)파와 관련되어 있다.[9] PGO파는 뇌간에서 시작되는 전기적 활동의 폭발로, 얕은 잠에서 렘수면으로 전환될 때 약 6초마다 1~2분 동안 발생한다.[9][14] PGO파는 시각 피질로 이동하면서 가장 높은 진폭을 보이며, 렘수면 중 "빠른 눈 움직임"의 원인이 된다.[15][57][41]
양전자 방출 단층 촬영술(PET) 연구에 따르면, 뇌간은 렘수면 조절에 중요한 역할을 하며, 앞뇌 내 변연계와 변연피질 시스템이 다른 영역보다 더 활성화된다.[6] 렘수면 동안 활성화되는 영역은 비렘수면 동안 활성화되는 영역과 거의 반대이며, 조용한 각성 상태보다 더 큰 활동을 보인다.[41]
로버트 맥칼리와 앨런 호브슨의 활성화-합성 가설에 따르면, 렘 수면 조절에는 뇌간의 "렘-온(REM-on)" 뉴런과 "렘-오프(REM-off)" 뉴런의 경로가 관여한다. 렘-온 뉴런은 주로 콜린성(아세틸콜린 관련)이며, 렘-오프 뉴런은 세로토닌과 노르아드레날린을 활성화시켜 렘-온 뉴런을 억제한다. 맥칼리와 호브슨은 렘-온 뉴런이 렘-오프 뉴런을 자극하여 렘 수면과 비렘 수면 사이의 순환 메커니즘 역할을 한다고 제안했다.[8][18][20][24]
2. 3. 신경전달물질
렘수면은 서파 수면과 비교했을 때, 각성 상태와 마찬가지로 더 많은 아세틸콜린을 사용하며, 이는 더 빠른 뇌파를 유발할 수 있다.[8][18][19][20][21] 렘수면 동안에는 모노아민 신경전달물질인 노르에피네프린, 세로토닌, 히스타민은 완전히 사용할 수 없다.[8][18][19][20][21] 아세틸콜린에스테라제 억제제를 주사하면 사용 가능한 아세틸콜린이 효과적으로 증가하는데, 이는 이미 서파 수면을 하고 있는 인간과 다른 동물에게 렘수면을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 카바콜은 뉴런에 대한 아세틸콜린의 효과를 모방하여 유사한 영향을 미친다. 각성 상태의 인간에게 같은 주사를 하면 모노아민 신경전달물질이 이미 고갈된 경우에만 렘수면이 유발된다.[8][18][19][20][21] 아세틸콜린은 각성과 렘수면 동안 대뇌 피질에서는 동일하게 나타나지만, 렘수면 동안 뇌간에서 더 높은 농도로 나타나는 것으로 보인다.[25]오렉신과 γ-아미노부티르산(GABA)은 각성을 촉진하고 깊은 수면 동안 감소하며, 렘수면을 억제하는 것으로 보이는 두 가지 신경전달물질이다.[8][22] 오렉신과 GABA의 철수는 다른 흥분성 신경전달물질의 부재를 유발할 수 있으며, 최근 연구자들은 GABA 조절을 모델에 점점 더 포함시키고 있다.[26][27]
2. 4. 근육 이완
렘 수면 상태가 되면, 몸 전체의 운동 뉴런은 과분극이라는 과정을 거친다.[34] 이미 음전하를 띠고 있는 막 전위가 2–10 밀리볼트 더 감소하여, 자극이 뉴런을 흥분시키기 위해 극복해야 하는 역치가 높아진다. 근육 억제는 모노아민 신경 전달 물질의 부족(뇌간의 아세틸콜린 양 제한)과 각성 시 근육 억제에 사용되는 메커니즘으로 인해 발생할 수 있다.[9] 숨뇌는 다리와 척추 사이에 위치하며, 유기체 전체의 근육을 억제하는 능력을 가진 것으로 보인다.[35] 국소적인 경련과 반사는 여전히 발생할 수 있다.[1] 동공은 수축한다.[36]렘 무긴장증이 없으면 렘 수면 행동 장애가 발생하여, 영향을 받는 사람들이 꿈을 육체적으로 행동으로 옮기거나,[37] 반대로 렘 수면 중 근육 자극과 관련된 정신적 이미지 간의 관계에 대한 다른 이론에 따라 "행동을 꿈에서 수행"한다(이는 해당 조건이 없는 사람에게도 적용되지만, 근육에 대한 명령이 억제된다는 점만 다르다).[9] 이는 얕은 수면 중에 발생하는 일반적인 몽유병과는 다르다. 몽유병은 렘 수면 중에 발생하지 않는다.[1]
2. 5. 자율신경계 변화
일반적으로 신체는 렘수면 동안 항상성을 중단한다. 심박수, 심장 압력, 심박출량, 혈압, 그리고 호흡수는 신체가 렘수면으로 들어가면 빠르게 불규칙해진다.[1] 저산소증에 대한 반응과 같은 호흡 반사가 감소한다. 전반적으로 뇌는 호흡에 대한 통제력을 덜 행사한다. 호흡과 관련된 뇌 영역의 전기적 자극은 비렘수면과 각성 시와는 달리 폐에 영향을 미치지 않는다.[1]발기는 음경의 발기 (야간 음경 발기 또는 NPT)는 일반적으로 쥐와 인간의 렘수면과 동반된다.[31] 남성이 깨어 있는 동안 발기 부전 (ED)이 있지만 REM 수면 중에 NPT 에피소드가 있다면, ED가 생리적인 원인보다는 심리적인 원인에서 비롯된 것임을 시사한다. 여성의 경우, 음핵의 발기 (야간 음핵 발기 또는 NCT)는 확장을 일으키며, 질 혈류 증가와 삼출(즉, 윤활)이 동반된다. 정상적인 수면 밤 동안 음경과 음핵은 REM 동안 총 1시간에서 3시간 반 동안 발기될 수 있다.[32]
체온은 렘수면 동안 잘 조절되지 않으며, 따라서 유기체는 온도 중립 구역 밖의 온도에 더 민감해진다. 고양이와 다른 작은 털이 많은 포유류는 NREMS 동안 온도를 조절하기 위해 전율하고 빈호흡하지만 REMS 동안에는 그렇지 않다.[1] 근육의 긴장 감소로 인해 동물은 신체 움직임을 통해 체온을 조절하는 능력을 잃는다.[1] 일반적으로 차가운 온도에 반응하여 활성화되는 뉴런—신경 체온 조절의 방아쇠—은 NREM 수면과 각성 시와는 달리 렘수면 동안에는 단순히 발화하지 않는다.[1]
결과적으로, 덥거나 추운 환경 온도는 렘수면의 비율과 총 수면 시간을 감소시킬 수 있다.[33][1] 즉, 깊은 수면 단계가 끝날 때 유기체의 열 지표가 특정 범위를 벗어나면, 조절 장애로 인해 온도가 바람직한 값에서 더 멀어지는 것을 방지하기 위해 역설 수면에 들어가지 않을 것이다.[1]
3. 렘수면의 기능
렘수면의 정확한 기능은 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 여러 가설들이 제기되고 있다.
일부 연구자들은 렘수면이 포유류와 조류의 생존에 중요한 기능을 수행한다고 주장한다. 렘수면은 생존에 필수적인 생리적 요구를 충족시키며, 렘수면이 장기간 박탈되면 실험 동물이 사망에 이르기도 한다. 인간과 실험 동물 모두 렘수면 손실은 여러 행동 및 생리적 이상을 초래한다. 감염 중 렘수면이 완전히 약화되면 실험 동물의 생존 가능성이 감소하는데, 이는 렘수면의 질과 양이 정상적인 신체 생리에 필수적일 가능성을 시사한다.[72] 또한, 렘수면 부족 후 나타나는 "렘 반등" 효과는 렘수면에 대한 생물학적 요구가 있음을 보여준다.
렘수면은 골격근 이완과 뇌 활성화가 동시에 나타나는 역설적인 수면 상태이다. 시상과 척수 레벨에서 정보 전달이 차단되어 운동 기능이 정지되지만, 대뇌 피질은 각성 시보다 더 활발하게 활동한다. 이때문에 렘수면을 '''역설 수면'''이라고도 부른다. 렘수면 중에는 꿈을 꾸는 경우가 많으며,[92] 뇌파는 4 Hz에서 7 Hz의 세타파가 우세하게 나타난다.
사람의 경우 렘수면은 신생아기에 수면 시간의 약 절반을 차지하지만, 나이가 들면서 점차 감소하여 성인에서는 20~25% 정도를 차지한다.[88]
기면증 환자나 극심한 수면 부족 상태에서는 급속히 렘수면에 돌입하여 현실감 넘치는 꿈(입면 시 환각)을 꾸고, 가위눌림과 함께 극심한 공포를 느낄 수 있다.[93]
3. 1. 기억 및 학습
렘수면은 절차 기억, 공간 기억, 감정 기억 등 특정 유형의 기억을 공고히 하는 데 중요한 역할을 한다.[47] 쥐 대상 실험에서는 집중적인 학습 후, 특히 몇 시간 후나 여러 밤 동안 렘수면이 증가했다. 렘수면 부족은 복잡한 과정과 관련된 기억 통합을 방해할 수 있다.[47]인간의 경우, 렘수면은 새로운 움직임(예: 트램펄린 점프) 학습이나 문제 해결 기술과 같은 절차 학습 관련 기억력을 향상시킨다는 증거가 있다. 렘수면 부족은 더 복잡한 이야기 기억과 같은 사실적 기억을 손상시킬 수 있다.[47]
수면과 기억의 '이중 과정 가설'에 따르면, 수면의 두 주요 단계는 서로 다른 유형의 기억에 해당한다. 서파 수면은 선언적 기억에 중요한 것으로 보이며, 비렘수면을 인위적으로 강화하면 다음 날 암기한 단어 쌍의 회상이 향상된다.[73] 터커 등의 연구는 비렘수면만 포함하는 낮잠이 선언적 기억은 향상시키지만 절차 기억은 향상시키지 않음을 보여주었다.[74] '순차적 가설'은 두 유형의 수면이 기억 통합을 위해 함께 작용한다고 주장한다.[47]
그러나 렘수면 기능에 대한 다른 의견도 있다. 제롬 시겔은 렘수면이 극심하게 부족해도 기억이 크게 방해받지 않는다고 주장했다. 뇌간 파편 부상으로 렘수면이 거의 없는 사람의 기억력이 손상되지 않았다는 연구 결과가 있으며,[75] 렘수면을 억제하는 항우울제가 기억력을 향상시킬 수 있다는 연구 결과도 있다.[75]
그레이엄 미치슨과 프랜시스 크릭은 렘수면이 "대뇌 피질의 세포 네트워크에서 특정 바람직하지 않은 상호 작용 모드를 제거하는 것"이라고 제안하며, 이를 "언러닝"이라 불렀다. 이들은 렘수면이 관련 기억을 강화하고 약하고 일시적인 "잡음" 기억 흔적을 붕괴시킨다고 주장했다.[76]
3. 2. 뇌 발달
렘수면은 특히 영유아기에 신경 발달을 촉진하는 데 중요한 역할을 한다. '발생 가설'에 따르면, 렘수면(신생아에서는 '활성 수면'이라고도 함)은 신생아가 성숙한 신경 연결을 형성하는 데 필요한 신경 자극을 제공함으로써 발달 중인 뇌를 돕는다.[77] 신경 체계 발달을 위해서는 새로 태어난 신경 자극을 통해 신경 연결 성숙이 이루어져야 한다.[107] 활동 수면 손실(Active Sleep deprivation)의 효과에 대한 연구에 따르면, 어릴 때 이러한 수면이 부족하면 행동 문제, 영속적인 수면 붕괴, 뇌 용량 감소[108], 병적인 수준의 신경세포 사멸[109] 등의 결과가 나타날 수 있다.렘 수면은 출생 후 가장 많이 나타나며 나이가 들면서 감소한다. 발생 가설에 대한 가장 강력한 증거는 렘 수면 박탈 실험과 외측 슬상 핵 및 일차 시각 피질의 시각 시스템 발달에서 얻을 수 있다.[54]
3. 3. 감정 조절
양전자 방출 단층 촬영술(PET)을 사용한 1990년대 연구에 따르면, 렘수면 동안 앞뇌 내에서 변연계와 변연피질 시스템이 다른 영역보다 더 활성화되는 것으로 나타났다.[6] "전방 변연 렘 활성화 영역"(APRA)에는 감정, 기억, 공포, 성과 관련된 영역이 포함되어 있어, 렘수면 중의 꿈 경험과 관련될 수 있다.[14][16]상전두회, 내측 전두회, 두정엽내구 및 상두정소엽과 같이 정교한 정신 활동에 관여하는 영역은 렘수면에서 각성 시와 동일한 활동을 보인다. 편도체 또한 렘수면 중에 활성화되어 PGO파를 생성하는 데 참여할 수 있으며, 편도체의 실험적 억제는 렘수면 감소를 초래한다.[17]
3. 4. 기타 가설
렘수면의 기능은 아직 명확하게 밝혀지지 않았으며, 몇 가지 가설만 존재한다.4. 렘수면과 꿈
꿈은 렘수면과 밀접하게 연관되어 있다. 렘수면 중에 깨어나면 꿈을 더 잘 기억하는 경향이 있는데, 신경형인 사람의 80%가 렘수면에서 깨어났을 때 어떤 종류의 꿈을 꾸었는지 보고할 수 있다.[40][14] 렘수면은 꿈과 밀접하게 연관되어 발견되었으며, 렘수면 단계에서 잠자는 사람을 깨우는 것은 꿈 보고서를 얻기 위한 일반적인 실험 방법으로 사용된다. 렘수면에서 깨어난 사람들은 더 길고 서사적인 꿈을 꾸었다고 이야기하며, 꿈을 꾼 시간을 더 길게 추정한다.[41][43]
렘수면 동안에는 특정 모노아민 신경전달물질(노르에피네프린, 세로토닌, 히스타민)의 방출이 완전히 멈추고, 이는 REM 이완을 유발하여 운동신경이 자극받지 않아 근육이 움직이지 않는 상태가 된다. REM 이완이 부족하면 렘수면 행동장애가 발생하여 꿈 속의 행동을 실제로 하게 될 수 있다.[100][101]
꿈을 꾸는 동안, 본래의 시각 피질은 비활성화되는 반면, 두 번째 공간이 활성화된다. 이는 물체를 상상하거나 시각 장면으로 나타날 때와 유사하며, 실제 장면을 볼 때와는 다르다.[102] 렘수면과 관련된 안구 운동은 렘 위 둔덕의 투영과 뇌교의 핵에 의해 발생하며, PGO파와 관련되어 있다.
사람의 경우 렘수면은 신생아기에 수면 시간의 약 절반을 차지하지만, 나이가 들면서 점차 감소하여 소아기에는 20%, 성인에서는 20~25% 정도가 된다.[88]
4. 1. 꿈의 특징
꿈은 렘수면 중에 자주 꾸는 것으로 알려져 있다. 렘수면 직후 깨어난 사람은 직전의 꿈 내용을 기억하는 경우가 많다.[92] 신경형인 사람의 80%는 렘수면 중 각성 시 어떤 꿈을 꾸었는지 보고할 수 있다.[40][14] 이때의 꿈은 더 길고 서사적인 경향이 있으며, 꿈을 꾼 시간도 더 길게 느껴진다.[41][43] 자각몽은 렘수면에서 훨씬 더 자주 보고된다.[42] 렘수면 중의 꿈은 서사적 구조, 설득력, 본능적 주제를 포함하며, 때로는 일화 기억에서 직접 가져온 최근 경험을 포함하기도 한다.[41] 꿈의 80%가 렘수면 중에 발생한다는 추정도 있다.[65]렘수면 동안 앞뇌 내 변연계와 변연피질 시스템이 활성화된다. 여기에는 감정, 기억, 공포와 관련된 영역이 포함되어 있어 렘수면 중의 꿈 경험과 관련될 수 있다.[14][16] 상전두회, 내측 전두회, 두정엽내구, 상두정소엽 등 정교한 정신 활동에 관여하는 영역은 렘수면과 각성 시에 동일하게 활동한다. 편도체 또한 렘수면 중에 활성화되어 PGO파 생성에 참여할 수 있다.[17]
일부 꿈은 비렘수면 중에도 발생할 수 있다. "가벼운 수면자"는 2단계 비렘수면 동안 꿈을 경험할 수 있지만, "깊은 수면자"는 같은 단계에서 깨어났을 때 "꿈"이 아닌 "생각"을 보고할 가능성이 더 높다.[43][44] 이러한 비렘수면 꿈의 존재는 일부 수면 연구자들이 꿈과 렘수면을 연결하는 것에 반대하는 근거가 되기도 한다.[1]
4. 2. 꿈과 뇌 활동
렘수면 중 뇌 활동은 꿈의 내용과 관련이 있을 수 있다. 특히 뇌간에서 시작되는 전기적 활동의 폭발인 PGO(다리뇌-무릎-후두)파는 렘수면의 특징적인 요소이며, 시각 피질로 이동하면서 가장 높은 진폭을 보여 꿈의 시각적 이미지와 관련이 있을 수 있다.[9][15][57][41] 이 파는 딥 슬립에서 역설 수면으로 전환되는 동안 약 6초마다 1~2분 동안 무리 지어 발생한다.[9]양전자 방출 단층 촬영술(PET) 연구에 따르면, 렘수면 동안 앞뇌 내 변연계와 변연피질 시스템이 다른 영역보다 더 활성화되는 것으로 나타났다. 이 영역은 감정, 기억, 공포, 성과 관련된 영역을 포함하며, 렘수면 중 꿈 경험과 관련될 수 있다.[6][14][16]
렘수면 중 뇌파 검사는 각성 상태와 유사한 빠르고 진폭이 낮은 탈동기화된 신경 진동(뇌파)을 보인다.[8][9] 해마에서는 3–10 Hz의 세타 리듬[9]과 피질에서는 40–60 Hz의 감마파가 나타나는데, 이러한 뇌파 활동 패턴은 각성 중에도 관찰된다.[10]
자각몽은 렘수면에서 훨씬 더 자주 보고되며,[42] 렘수면과 각성 의식의 요소를 결합한 하이브리드 상태로 간주될 수 있다.[41] 렘수면 중 발생하는 정신적 사건은 서사적 구조, 설득력, 본능적 주제의 통합 등 꿈의 특징을 가장 일반적으로 갖는다.[41]
홉슨(Hobson)과 맥칼리(McCarley)는 PGO 파동이 시각 피질과 전뇌에 전기적 흥분을 공급하여 꿈의 환각적 측면을 증폭시킬 수 있다고 제안했다.[19][24]
기면증 환자나 극심한 수면 부족 상태에서는 급속히 렘수면에 돌입하여 현실감 넘치는 꿈(입면 시 환각)을 꾸게 되고, 동시에 운동 기능이 차단되어 가위눌림 상태가 되어 공포를 느낄 수 있다.[93]
5. 렘수면과 창의성
렘수면은 창의적인 문제 해결 능력을 향상시킬 수 있다. 렘수면 중의 뇌 활동은 새로운 아이디어와 연결을 촉진하는 데 기여할 수 있다.[115][116][117]
렘수면 동안, 해마에서의 높은 아세틸콜린 수치는 신피질로부터의 피드백을 억제하고, 신피질 내 낮은 아세틸콜린과 노르에피네프린 수치는 신피질 영역 내에서 연상 활동이 통제 없이 확산되도록 돕는다.[119] 이는 깨어 있을 때 높은 수준의 노르에피네프린과 아세틸콜린이 신피질의 반복적인 연결을 억제하는 것과 대조적이다. 이러한 과정을 통해 렘수면은 "신피질 구조가 연상 계층을 재구성하도록 하여, 해마의 정보가 이전의 의미 표현 또는 노드와 관련하여 재해석될 수 있도록" 함으로써 창의성을 높인다.[120]
렘수면에서 깨어난 직후, 사람들은 글자 바꾸기나 창의적 문제 해결과 같은 과제에서 더 나은 성과를 보이는 경향이 있다.[47] 이는 렘수면에서 깨어난 후 정신이 "과잉 연상" 상태가 되어 의미적 점화 효과에 더 민감해지기 때문이다.
수면, 특히 렘수면은 창의성이 연상 요소를 유용하거나 어떤 요구 사항을 충족하는 새로운 조합으로 형성하는 과정을 돕는다.[48] 렘수면 동안의 콜린성 및 노르아드레날린성 신경조절 변화가 이러한 현상에 기여하는 것으로 여겨진다.[49]
6. 렘수면 주기
초단기 수면 주기에서 유기체는 깊은 수면과 역설 수면(REM 수면) 사이를 번갈아 한다. 수면은 일주기 리듬의 영향을 받으며, 야행성 동물은 낮에, 주행성 동물은 밤에 주로 잔다.[1] 렘 수면이 끝난 직후 유기체는 거의 즉시 항상성 조절로 돌아간다.[1]
인간은 하룻밤 동안 보통 4~5회의 렘 수면을 경험하며, 밤이 깊어질수록 렘 수면의 지속 시간은 길어진다(~15분에서 ~25분).[52] 렘 수면의 비율은 나이에 따라 크게 다른데, 신생아는 총 수면 시간의 80% 이상을 렘 수면으로 보내지만,[52] 성인은 총 수면 시간의 20~25%(약 90~120분)를 차지한다.[23] 첫 번째 렘 수면은 잠든 후 약 70분 후에 나타나며, 이후 약 90분 주기로 반복된다.[23]
인간 아기가 태어난 후 몇 주 동안 신경계가 성숙함에 따라 렘 수면과 비렘 수면의 리듬이 나타나기 시작한다. 유아는 성인보다 더 많은 시간을 렘 수면에서 보낸다. 렘 수면 비율은 유년기에 현저하게 감소한다. 노인은 전반적으로 수면 시간이 적어지는 경향이 있지만, 렘 수면 시간은 거의 동일하게 유지되어 렘 수면이 차지하는 비율은 오히려 높아진다.[55][65]
렘 수면은 긴장성 및 위상성 모드로 나눌 수 있다.[56] 긴장성 렘 수면은 뇌의 세타 리듬이 특징이며, 위상성 렘 수면은 PGO 파와 실제 "빠른" 눈 움직임이 특징이다. 위상성 렘 수면 동안에는 외부 자극 처리가 심하게 억제되며, 최근 증거에 따르면 잠자는 사람은 서파 수면보다 위상성 렘 수면에서 깨우기가 더 어렵다.[57]
입면 후 45~60분 이내에 비렘수면 N1~N3 단계에 도달하고, 이후 약 1~2시간에 걸쳐 얕아져 렘 수면이 된다.[88] 이후 비렘수면과 렘 수면이 90~110분 주기로 반복되며,[88] 하룻밤(6~8시간) 동안 4~5회의 렘 수면이 나타난다. 렘 수면이 입면 후 30분 이내에 나타나면 우울증, 기면병, 일주기 리듬 수면 장애, 약물 의존 등이 의심된다.[88]
6. 1. 수면 단계
렘수면은 뇌가 깨어 있는 것처럼 활동하지만 신체는 마비되는 '역설적' 수면 단계이다. 뇌파는 각성 상태와 유사한 빠르고 진폭이 낮은 패턴을 보이며, 해마에서는 세타파(3–10 Hz), 대뇌피질에서는 감마파(40–60 Hz)가 관찰된다.[9][10] 뇌의 에너지 사용량은 각성 시와 같거나 그 이상이다.[41]수면은 렘수면과 비렘수면(NREM, Non-REM)으로 구성되며, 이 둘은 ''초단기 수면 주기''에 따라 번갈아 나타난다. 수면은 일주기 리듬의 영향을 받으며, 야행성 동물은 낮에, 주행성 동물은 밤에 주로 잔다.[1]
하룻밤 동안 인간은 보통 4~5회의 렘수면을 경험하며, 밤이 진행될수록 렘수면의 지속 시간은 길어진다(~15분에서 ~25분).[52] 신생아는 총 수면 시간의 80% 이상을 렘수면으로 보내지만, 성장하면서 렘수면의 비율은 감소한다.[52] 성인의 경우 렘수면은 총 수면 시간의 20~25%(약 90~120분)를 차지하며, 첫 렘수면은 잠든 후 약 70분 후에 나타난다.[56][57]
비렘수면은 4단계(N1~N4)로 나뉘며, N4가 가장 깊은 단계이다. 비렘수면 동안에는 델타파(1–4 Hz)라는 저주파, 고진폭 뇌파가 관찰된다.[88] 비렘수면은 뇌의 휴식, 기억 형성, 뇌 기능 회복 등에 관여하는 것으로 알려져 있다.[89]
입면 후 45~60분 이내에 비렘수면 N1~N3 단계에 도달하고, 이후 약 1~2시간에 걸쳐 얕아져 렘수면으로 이어진다.[88] 이후 비렘수면과 렘수면이 90~110분 주기로 반복된다.[88]
6. 2. 주기성
렘수면과 비렘수면은 약 90분 주기로 반복되며, 하룻밤 수면 동안 4~5회의 렘수면이 나타난다. 렘수면은 밤의 시작 부분에서는 짧고(~15분), 밤이 깊어질수록 길어진다(~25분). 많은 동물과 일부 사람들은 렘수면 후 짧은 시간 동안 깨어나거나 매우 가벼운 수면을 경험하는 경향이 있다.일반적으로 성인의 경우 렘수면은 총 수면 시간의 20~25%를 차지하며, 이는 밤에 약 90~120분에 해당한다. 첫 번째 렘수면은 잠든 후 약 70분 후에 나타나며, 이후 약 90분 주기로 반복된다. 각 주기마다 렘수면의 비율이 증가한다.
신생아는 총 수면 시간의 80% 이상을 렘수면으로 보내지만, 나이가 들면서 렘수면의 비율은 감소한다. 노인의 경우 수면 시간은 줄어들지만, 렘수면 시간은 거의 동일하게 유지되어 수면에서 렘수면이 차지하는 비율은 오히려 높아진다.
렘수면은 긴장성 및 위상성 모드로 나눌 수 있다. 긴장성 렘수면은 뇌의 세타 리듬이 특징이며, 위상성 렘수면은 PGO 파와 실제 "빠른" 눈 움직임이 특징이다.
7. 렘수면 부족의 영향
렘수면이 부족하면 여러 문제가 발생할 수 있다. 연구에 따르면 수면이 부족한 사람은 렘수면에 더 빨리 진입하고, 수면 단계 사이의 이동도 더 빠르다고 한다.[114]
렘수면 중에는 우리 몸의 항상성이 일시 중단된다. 심박수, 심장 압력, 심박출량, 혈압, 호흡수 등이 불규칙해지고, 저산소증에 대한 반응과 같은 호흡 반사도 감소한다.[1] 체온 조절도 잘 되지 않아 외부 온도에 더 민감해진다. 덥거나 추운 환경은 렘수면의 비율과 총 수면 시간을 감소시킬 수 있다.[33][1]
렘수면이 부족하면, 쥐는 4~6주 후에 사망할 수 있으며, 이 기간 동안 평균 체온은 지속적으로 떨어진다.[61] 또한, 렘수면 부족은 불안, 과민성, 환각, 집중 곤란, 식욕 증가와 같은 가벼운 심리적 장애를 일으킬 수 있다.[59][60]
7. 1. 렘 반동
렘수면 부족 후에는 렘수면을 보충하려는 경향이 나타나는데, 이를 렘 반동이라고 한다. 선택적 렘수면 박탈은 수면 중 렘 단계로 진입하려는 시도의 횟수를 현저하게 증가시킨다. 회복 수면 시에는 일반적으로 3단계와 렘수면으로 더 빠르게 이동하며, 정상 수준보다 렘 단계에서 더 많은 시간을 보내게 된다.[58][59] 그러나 "반동" 렘수면은 일반적으로 놓친 렘 기간의 예상 길이만큼 완전히 오래 지속되지는 않는다.[53]렘수면 박탈이 완료된 후에는 불안, 과민성, 환각, 집중 곤란과 같은 가벼운 심리적 장애가 발생할 수 있으며 식욕이 증가할 수 있다. 렘 박탈의 긍정적인 결과도 있는데, 우울증의 일부 증상은 렘 박탈에 의해 억제되는 것으로 밝혀졌다. 공격성이 증가할 수 있으며, 식행동이 방해받을 수 있다.[59][60]
항우울제(선택적 세로토닌 재흡수 억제제, 삼환계 항우울제, 모노아민 산화 효소 억제제 포함)와 암페타민, 메틸페니데이트, 코카인 등의 자극제는 렘 수면을 방해한다. 치료 용량으로 투여하면 이러한 약물은 몇 주 또는 몇 달 동안 렘 수면을 완전히 중단시킬 수 있으며, 금단 증상은 렘 반동을 유발한다.[65][75]
7. 2. 우울증과의 관계
렘수면 박탈이 우울증 환자의 치료에 성공적인 방법이 될 수 있다는 보고가 있어 주목을 끈다. 렘수면 부족은 우울증의 일부 증상을 억제하는 것으로 밝혀졌으며, 실제로 우울증 치료에 효과가 있는 모든 약물은 근본적으로 렘수면 비율을 감소시키지만 전반적인 수면시간은 증가시킨다는 사실이 발견되었다.[58][59]급성 렘수면 박탈이 특정 유형의 우울증(특정 신경 전달 물질의 불균형과 관련이 있는 것으로 보이는 경우)을 개선할 수 있다는 제안이 있다. 일반적으로 수면 박탈은 대부분의 사람들을 짜증나게 하지만, 일시적이기는 하지만 우울증을 완화시키는 것으로 반복적으로 나타났다.[62] 이러한 완화를 경험한 개인의 절반 이상이 다음 날 밤에 잠을 자면 효과가 없어진다고 보고한다. 따라서 연구자들은 렘 박탈 기간 이후 며칠 동안 수면 일정을 변경[63]하고, 수면 일정 변경과 약물 치료를 결합하는[64] 등의 방법을 고안하여 이러한 효과를 연장하고 있다.
항우울제(선택적 세로토닌 재흡수 억제제, 삼환계 항우울제, 모노아민 산화 효소 억제제 포함)와 자극제(암페타민, 메틸페니데이트 및 코카인 등)는 렘수면 발생에 필요한 모노아민 신경 전달 물질을 자극하여 렘수면을 방해한다. 치료 용량으로 투여하면 이러한 약물은 몇 주 또는 몇 달 동안 렘수면을 완전히 중단시킬 수 있다. 금단은 렘 반동을 유발한다.[65][75]
입면부터 30분 이내에 렘수면이 나타난 경우에는 우울증, 기면병, 일주기 리듬 수면 장애, 약물 의존 등의 병태가 의심된다.[88] 알츠하이머병이나 우울증 등에서는 수면 중의 델타파가 감소하는 것으로 알려져 있어 렘수면의 효과나 병의 해명 가능성도 기대되고 있다.[89]
8. 다른 동물에서의 렘수면
렘수면은 모든 육상 포유류와 조류에서 나타난다. 렘수면을 식별하는 주요 기준은 뇌파도(EEG)로 측정된 전기적 활동의 변화와 근육 긴장의 상실이며, 이는 위상적 렘수면에서 경련 발작과 함께 나타난다.[68]
렘수면의 양과 주기성은 동물마다 다르다. 포식자는 먹이보다 더 많은 렘수면을 경험한다.[18] 또한 더 큰 동물은 더 오랫동안 렘수면 상태에 머무르는 경향이 있는데, 이는 뇌와 신체의 더 높은 열 관성으로 인해 체온 조절의 더 긴 중단을 견딜 수 있기 때문일 수 있다.[1] 인간의 경우 렘수면과 비렘수면의 전체 주기는 약 90분, 고양이의 경우 22분, 쥐의 경우 12분 동안 지속된다.[9] 자궁 내에서 포유류는 하루 24시간 중 절반 이상(50–80%)을 렘수면 상태에서 보낸다.[23]
파충류의 수면은 포유류의 렘수면에서 보이는 PGO파 또는 국소적인 뇌 활성화를 보이지 않는 것으로 보인다. 그러나 뇌파도로 측정 가능한 렘수면과 유사한 전기적 활동 단계를 가진 수면 주기를 나타낸다.[68] 최근 연구에 따르면 호주 중앙 수염 도마뱀에서 주기적인 안구 운동이 발견되었으며, 이를 통해 연구 저자들은 양막류의 공통 조상이 렘수면의 전구체를 나타냈을 수 있다고 추측했다.[69]
야간 휴식 자세에서 점프 거미를 관찰한 결과, 경련 발작, 망막 운동, 그리고 근육 무긴장(몸통의 근육 무긴장으로 인한 압력 손실로 다리가 말림)이 특징인 렘수면과 유사한 상태가 나타난다는 것을 시사한다.[70]
9. 렘수면 연구 역사
1952년 시카고 대학교의 의학도였던 유진 아세린스키(Eugene Aserinsky)와 너새니얼 클라이트먼(Nathaniel Kleitman), 그리고 조수 윌리엄 C. 디멘트(William C. Dement)는 렘수면 현상과 꿈의 연관성을 발견하였다.[124] 클라이트먼과 아세린스키의 중요한 글은 1953년 9월 10일에 출간되었다.[124]
10. 렘수면 관련 질환
렘수면 관련 질환으로는 렘수면 행동 장애와 기면증이 있다.
렘수면 행동 장애는 렘수면 중 근육 이완이 제대로 이루어지지 않아 꿈 내용을 행동으로 옮기는 수면 장애이다.[37] 렘 무긴장증이 없으면 렘수면 행동 장애가 발생하여, 꿈을 꾸는 동안 신체적으로 행동하게 된다.[9] 이는 서파 수면 중에 발생하는 몽유병과는 다르다.[1]
기면증은 과도하고 원치 않는 렘 무긴장증을 포함하는 것으로 보인다. 즉, 깨어 있는 동안 탈력 발작 및 과다 주간 졸림이 나타나거나, 서파 수면에 들어가기 전 입면 환각이 나타나거나, 깨어 있는 동안 수면 마비가 나타난다.[9] 기면증 환자는 극심한 수면 부족 상태와 같이 급속히 렘수면에 돌입하여 현실감 넘치는 꿈을 꾸게 되고, 동시에 운동 기능이 차단되어 가위눌림 상태가 되어 극심한 공포를 느낄 수 있다.[93]
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서적
Understanding Sleep and Dreaming
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간행물
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논문
Sleep inspires insight
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논문
REM, not incubation, improves creativity by priming associative networks
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논문
Cognitive flexibility across the sleep-wake cycle: REM-sleep enhancement of anagram problem solving
2002
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논문
REM, not incubation, improves creativity by priming associative networks
2009
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논문
Neuromodulation: acetylcholine and memory consolidation
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http://www.webscienc[...]
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논문
Do the eyes scan dream images during rapid eye movement sleep? Evidence from the rapid eye movement sleep behaviour disorder model
2010
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논문
Do the eyes scan dream images during rapid eye movement sleep? Evidence from the rapid eye movement sleep behaviour disorder model
2010
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논문
Regularly Occurring Periods of Eye Motility, and Concomitant Phenomena, during Sleep
1953
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