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수면의 역할 :  세라토닌, 성장호르몬

수면의 역할
- 수면과 기억력
- 수면과 비만

● 잠자는 동안 뇌에 쌓인 독성물질을 배출한다
밤에 수면을 잘 취하면 기억, 집중력 및 학습능력을 증진시키는 이점이 있다고 한다. 게다가 잠을 자는 동안 뇌가 대낮동안 쌓아두었던 독성물질들을 청소하기도 한다고 한다.
수면은 여전히 과학에서 해결 안 된 커다란 신비들 중 하나. 사람들이 인생의 3 분의 1에 해당하는 시간을 잠을 자지만 아직도 이유를 모른다.
우리는 여러 날 잠을 자지 못하면 의사 결정이나 학습하는 일을 할 수가 없다. 연구자들은 잠이 기억을 형성시켜주고 스스로 신체를 회복시켜주는 것으로 인식해 왔었다.
로체스터 의과대학의 마이킨 네데어가드는 수면동안에 뇌속의 독성물질들이 청소된다는 연구를 했다. 잠을 자거나 마취가 된 쥐를 보면 두뇌의 일부는 일을 하고 있다고 한다.
예를 들면 알츠하이머 환자와 관련있는 베타 아밀로이드 단백질이 잠자는 쥐의 뇌에서 빠져나오는데 그 속도가 깨어있을 때보다 훨씬 20배나 빠르게 관찰되었다. 또 잠자는 동안엔 뇌가 60%가 오므라져서 불순물들이 쉽게 빠져나가게 한다고 한다. 뇌가 자면서 오그라들고 또는 팽창하는 것은 논아드레나린이란 물질이 조절한다고 생각한다.
뇌가 크면 여유공간이 많아져 독성물질을 저장한 공간이 많아 잠자는 시간이 적은데 반해서 뇌가 적은 동물은 자주 잠을 자야만 한다고 한다.

Now, scientists find changes in the brain that are unique to bedtime.
"We show that the brain cleans itself during sleep," study author Dr. Maiken Nedergaard, co-director of the University of Rochester Medical Center's Center for Translational Neuromedicine in Rochester, N.Y., told LiveScience. [7 Strange Facts About Insomnia]
The researchers investigated the flow of fluids in the brains of sleeping and awake mice. They focused on the flow within the glymphatic system, the spaces between brain cells. The glymphatic system acts much like a sewer, helping to clear out the waste products that brain cells generate during regular tasks.
Experiments revealed these interstitial spaces in the brains of sleeping or anesthetized mice were 60 percent larger than those of the brains of mice that are awake. Interstitial space takes up 14 percent of the volume of the brain of awake mice, while it makes up 23 percent of the brain of sleeping or anesthetized mice.
These changes make the brains of sleeping mice much better equipped to remove its trash. The scientists detailed their findings in the Friday (Oct. 18) issue of the journal Science.
"The brain only has limited energy at its disposal, and it appears that it must [choose] between two different functional states — awake and aware, or asleep and cleaning up," Nedergaard said in a statement. "You can think of it like having a house party. You can either entertain the guests, or clean up the house, but you can't really do both at the same time."
For instance, the protein beta-amyloid, which is linked with Alzheimer's disease, flowed out of the brains of sleeping mice twice as fast as it flowed out of the brains of awake mice. Overall, the flow of waste out of the brain while awake was only 5 percent of what it was when mice slept.
Also, the researchers surprisingly found that cells in the brain shrink by 60 percent during sleep. This creates more space between the cells, helping waste to wash out the brain's plumbing more effectively.
The scientists noted that a hormone called noradrenaline is less active in sleep. This chemical is released in bursts when the brain needs to become alert, often in response to threats. The research team speculated noradrenaline might help control how brain cells expand and contract during sleeping and waking. "These findings have significant implications for treating 'dirty brain' disease like Alzheimer's," Nedergaard said. "Understanding precisely how and when the brain activates the glymphatic system and clears waste is a critical first step in efforts to potentially modulate this system and make it work more efficiently."
This discovery might also help explain why larger animal species typically sleep less than smaller ones, neuroscientist Suzana Herculano-Houzel, of the Federal University of Rio de Janeiro in Brazil, who did not take part in the new study, wrote in a review on this work.
For instance, bats sleep as many as 20 hours a day, while giraffes and elephants sleep as little as three to four hours daily. It could be that larger brains have more interstitial space to accumulate toxins, and so could withstand much longer periods of waking before the need for sleep, Herculano-Houzel said. Follow us @livescience, Facebook & Google+. Original article on LiveScience.


● 외계인을 만났다는 주장이 수면 장애와 관련이 있다는 연구 결과가 나왔다.
영국 런던 골드스미스대 크리스 프렌치 교수가 외계인과 접촉한 적이 있다고 믿는 사람 19명을 조사한 결과 이들이 가위눌림과 같은 수면마비 상태를 겪었을 가능성이 큰 것으로 나타났다. 가위눌림은 사람이 움직일 수 없지만 의식이 깨어 있어 주변을 인식할 수 있는 상태다. 프렌치 교수는 “이런 상태의 사람들은 종종 밝은 빛과 위협적인 모습을 보게 될 것”이라고 설명했다.

● 수면과 질병

만성 수면부족은 비만, 당뇨병, 심장병 위험을 증가시키는 것으로 알려져 있는데 그 이유가 바로 수면부족에 의한 신체활동 감소 때문이라는 연구결과가 나왔다.
독일 뤼베크 대학의 세바스티안 슈미트(Sebastian Schmidt) 박사는 체중이 정상인 건강한 남자 15명에게 이틀은 4시간씩, 그 이후 이틀은 8시간씩 잠을 자게 하고 손목장치를 통해 하루 신체활동량을 측정한 결과 수면을 제한한 날은 충분한 수면을 취한 날에 비해 신체활동량이 적은 것으로 나타났다고 밝혔다.8시간 잔 날은 몸을 움직이는 시간의 25%가 강도가 높은 운동으로 채워진 데 비해 4시간 잔 날은 22%에 그쳤다.  슈미트 박사는 이와 함께 식욕촉진호르몬 그렐린과 식욕억제호르몬 렙틴의 혈중수치를 측정하고 칼로리 섭취량도 조사했다. 수면부족이 그렐린 분비를 촉진한다거나 잠을 적게 잔 다음 날은 평소보다 식사량이 늘어난다는 앞서 발표된 연구결과들을 확인하기 위해서였다.  그러나 4시간 잔 날과 8시간 잔 날의 그렐린-렙틴 수치와 칼로리 섭취량에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 지방세포에서 분비되는 렙틴은 배가 찼다는 신호를 뇌에 보내 포만감을 느끼게 해 식욕을 억제하는 동시에 칼로리 연소를 촉진시키는 한편 위에서 분비되는 그렐린은 배고픔을 느끼게 해 식욕을 촉발시킨다. 이 연구결과는 잠을 적게 잔 다음 날은 피곤해서 몸을 덜 움직이기 때문에 체중이 늘 수 있음을 시사하는 것이다. 연구결과는 미국의 영양학전문지 '임상영양학 저널(Journal of Clinical Nutrition)' 최신호에 실렸다.

● 수면과 비만 : 어린이 비만 가장 큰 원인은 수면부족"
[연합] 입력 2011.05.30

어린이들의 비만이나 과체중은 고르지 못한 식생활이나 활동부족보다는 수면 부족일 때문일 가능성이 더 큰 것으로 나타났다.
이런 사실은 뉴질랜드 오타고 대학 연구팀이 지난 2001년부터 2002년 사이에서 태어난 250여명의 뉴질랜드 어린이들을 대상으로 한 조사에서 밝혀졌다. 뉴질랜드 언론에 따르면 오타고 대학 연구팀은 3세에서 5세 사이 어린이들이 밤에 1시간 더 자는 것은 7세 때 체중 대 신장 비율이 낮아지는 것과 관계가 있는 것으로 나타났다고 밝혔다. 연구팀은 브리티시 메디컬 저널에 발표한 논문에서 "이는 중간 신장 어린이는 7세 때 0.7kg의 차이에 해당한다. 1시간 더 잘 때 7세 때 과체중이나 비만의 위험이 61% 정도 줄어드는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 3세에서 5세 어린이들은 측정 결과 하루에 평균 11시간 정도 자는 것으로 나타났다며 많이 자는 그룹과 적게 자는 그룹의 차이는 3시간 이상 된다고 말했다. 연구팀은 신체 활동 수준, 음식물 섭취, 출생 시 몸무게, 임신 중 흡연, 교육, 체중 등 어머니 때문인 요인 등이 모두 영향을 미친다고 해도 가장 큰 원인은 수면과 체중 관계인 것으로 보인다고 밝혔다. 연구팀의 일원인 배리 테일러 소아과 교수는 이전의 연구에서도 수면 부족과 어린이 비만 사이에 연관이 있는 것으로 밝혀졌으나 오랜 기간에 걸쳐 보다 완벽하게 연구가 이루어진 것은 이번이 처음이라고 말했다. 그는 오타고 대학이 있는 뉴질랜드 남섬 더니든 지역에서 실시된 이번 연구에서 어린이들의 4분의 1 정도가 7세 때 과체중인 것으로 나타났다면서 "그러나 활발한 신체 활동 여부는 7세 때 과체중이든 아니든 거의 아무런 영향을 미치지 않는 것으로 보인다"고 설명했다. 그는 "먹는 음식물은 어느 정도 영향을 미치지만 실질적으로 가장 큰 요인은 짧은 수면"이라고 강조했다. 그는 이어 사람이 취하는 수면의 양은 물질대사와 식욕을 통제하는 호르몬 수치를 바꾸고 그렇게 됨으로써 먹는 양도 달라진다며 "우리는 수면이 그렇게 큰 영향을 미친다는 사실을 발견하고 무척 놀랐다”고 말했다. 그는 "채소와 과일 섭취의 비율이 더 중요하고, 신체 활동 수준이 역시 더 중요한 것으로 생각했었다"며 많은 연구에서 어린이든 어른이든 수면의 양이 지난 30년 동안 크게 줄어든 것으로 나타나고 있다고 지적했다. 그는 수면이 줄어든 이유에 대해 전자 게임과 텔레비전 등이 원인인 것으로 보인다고 말했다. (연합뉴스)

● 수면과 수명

하루 6시간보다 적게 자면 요절(夭折)할 수도 있다는 연구결과가 나왔다.
BBC는 4일 영국과 이탈리아의 연구결과를 인용해 25년 동안 정기적으로 하루 6시간 미만의 수면을 취한 사람은 하루 6~8시간 잠을 잔 사람보다 향후 25년 내에 사망할 확률이 12% 더 높다고 전했다. 하루 9시간 이상 자는 사람도 일찍 죽는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 다만 이 경우 잠을 오래 자는 것이 나쁜 건강의 원인인지 결과인지 불분명하다고 연구자들은 전했다. 수면학저널(Sleep Journal)에 발표된 이번 연구는 150만명의 사람을 대상으로 시행한 서로 다른 15개의 연구 결과를 종합한 것이다. 워윅(Warwick) 대학교의 수면 건강 프로그램 책임자 프란체스코 카푸치오 교수는 “현대인들은 평균 수면 시간이 점점 줄어들고 있다”며 “특히 정규직에 있는 사람들이 가장 수면이 부족하다”고 말했다. 그는 이런 수면 부족이 더 많은 시간 동안 일하도록 압박하는 사회적 압력과 잦은 이직에 따른 결과라 보았다.
러프보로(Loughborough) 대학교의 짐 혼 교수는 사람이 일찍 죽는 데는 다른 요인들이 영향을 줄 수 있다고 단서를 달면서도 “매일 5시간 이하로 잔다면 건강뿐 아니라 일상생활에도 나쁜 영향을 미친다”고 말했다. 운전 중이나 위험한 기기를 만지는 중 졸음으로 인해 사고 가능성이 커지는 것이 대표적인 예다. 지난해 OECD 18개 회원국 조사에서 한국인 평균 수면시간은 영·유아를 포함해 7시간49분으로 회원국 중 가장 짧은 것으로 나타났다. OECD 평균은 8시간22분이었다. 하루 중 수면 시간이 6시간이 채 되지 않는 성인의 비중도 2005년 기준으로 16%인 것으로 알려졌다.

● 수명과 성장

‘폭풍성장’의 비밀은 잠

"자고 일어나니 키가 더 컸구나!"하는 할머니의 감탄이 과장이 아니라는 연구 결과도 발표됐다.
미국 에모리대 마이클 램플 박사팀은 유아의 성장급등기에 수면 시간이 영향을 미친다고 학술지 ‘슬립’ 이달 1일자에 발표했다. '키 크려면 많이 자야된다' 같은 할머니의 말이 과학적으로 밝혀진 셈이다. 성장급등기는 영아기의 생후 1년 사이 갑자기 키와 몸무게가 늘어나는 시기를 뜻한다. 이 시기에 아기는 다리와 몸통 부분에 급속한 성장을 경험하며 잠을 보채거나 자주 깨어 우는 등 고통을 호소하게 된다. 연구진은 아기 23명(남 9, 여14)의 수면 패턴과 키를 4~17개월 동안 매일 기록했다. 그 결과 자주, 오래 잘수록 체중과 체지방률, 신장이 늘었다. 일반적으로 남아는 여아보다 짧게 자주 자는 것으로 알려졌다.
성장급등기에 이르자 남자아이는 수면시간을 늘리고 여자아이는 잠드는 횟수가 늘어났다. 또 모유수유를 하면 더 자주 짧게 잠을 자는 것으로 나타났다. 성별과 모유수유 여부를 떠나 성장급등기에는 총 수면시간이 늘어나 성장이 빨라졌다.연구진은 "성장급등기에 아이의 몸속에서 어떤 일이 일어나는지 밝히는 데 앞으로 이 연구가 도움이 될 것"이라며 "이 시기의 불규칙적인 잠버릇을 부모가 이해해야 한다"고 덧붙였다.

●  학습 후 수면이 뇌 세포간의 연결을 강화
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=246800&cont_cd=GT  
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-06-11  
  
학습 후 수면이 수상세포의 가지(dendritic spines) 생장을 촉진한다는 것이 뉴욕대학교 의료센터(NYU Langone Medical Center) 연구자들에 의해 최초로 확인되었는데, 수상세포의 가지는 뇌 세포들을 연결시키고, 시냅스(synaps)를 가로지는 정보의 전달을 촉진하는 작은 돌출부이며, 시냅스는 뇌 세포들이 만나는 접합(junctions)이다. 더욱이, 학습 후, 깊은 수면 또는 서파수면(slow-wave sleep) 동안, 뇌 세포의 활성이 그러한 생장에 핵심적이라고 한다. 이 연구 결과는 학술지 Science에 최근 실린 논문에 실렸다.
생쥐에서의 이번 발견은 수면이 새로운 기억을 공고히 하고 강화시킨다는 가설을 뒷받침하는 중요한 물리적 증거가 되며, 학습과 기억이 어떻게 운동 피질(motor cortex )에서의 물리적 변화를 유발하는지를 처음으로 보여준다. 운동 피질은 수의적 운동(voluntary movements)을 담당하는 뇌 영역이다.
학습과 기억에 수면이 중요한 역할을 한다는 것은 오랫동안 알려져 왔다. 수면을 잘 취하지 못하면, 학습을 잘할 수 없다는 것이다. 하지만 이 현상의 기초가 되는 물리적 메커니즘이 무엇인가? 이에 대한 답 즉, 뉴런이 장기 기억을 촉진할 수 있는 수상세포의 가지들(dendritic branches )에서의 매우 특이적 연결을 형성하는 것을 수면이 어떻게 돕는지가 이번에 간(Wen-Biao Gan) 박사의 팀에 의해 밝혀졌다. 또한 이 연구팀은 서로 다른 유형의 학습은 동일 뉴런에서 서로 다른 가지들에서의 시냅스를 만든다는 것도 밝혔는데, 이는 학습으로 인해 뇌에서 매우 특이적인 구조적 변화가 유발된다는 것을 의미한다.
세포 수준에서 수면은 결코 평온한 것이 아니다. 즉, 깨어있는 시간 동안 새로운 정보의 소화에 따라 발화한 뇌 세포가 깊은 수면 동안 그 정보를 재생하는 것이다. 학자들은 이러한 야행성 재생이 새로운 기억을 형성하고 기억하는데 도움이 된다고 오랫동안 믿고 있었으나, 이 과정의 근거가 되는 구조적 변화를 완전하게 이해하지 못하고 있었다.
간 교수 팀은 이 과정을 이해하기 위해서, 뉴런에 형광 단백질이 발현되도록 유전적으로 조작된 생쥐를 이용했다. 이 연구팀은 운동 피질에서 형광을 발하는 단백질을 빛나게 하는 특수 레이저 주사 현미경(laser-scanning microscope)의 이용으로, 생쥐가 회전하는 막대 위에서 균형을 잡는 것을 학습하기 전 그리고 후에 수지상 세포의 개별 가지들에서 돌출부들의 생장을 추적하고, 영상화시킬 수 있었다. 생쥐들에게 점진적으로 회전이 빨라지는 막대 위에서 균형을 잡는 방법을 오랜 시간 동안 학습시켰다. 이는 우리가 자전거 타는 방법을 익히는 것과 비슷하고, 일단 학습되면 절대 잊어버리지 않는다고 한다.
회전 막대 위에서의 훈련 후 6시간 이내에, 생쥐가 수지상 세포의 가지를 따라 새로운 돌출부(spines)를 생성시킨다는 것을 확인 한 후, 이러한 물리적 생장에 수면이 어떻게 영향을 미치는 지를 밝히기 시작했고, 두 그룹의 생쥐를 훈련시켰다. 즉, 한 그룹은 한 시간 동안 훈련시킨 후 7시간 동안 수면을 취했다. 두 번째 그룹은 동일 시간 동안 훈련했으나, 7시간 동안 깨어있는 상태가 유지되었다. 그리고 수면이 결핍된 생쥐 그룹은 수면을 잘 취한 그룹에 비해서 수상 돌기의 생장이 상당히 작다는 것이 확인되었다. 더욱이, 학습의 유형이 어떤 가지들이 생장될지를 결정한다는 것도 연구팀은 확인했다.
예를 들어, 회전 막대에서 앞으로 달리기는 뒤로 달리기에 비해 서로 다른 사지들에서의 돌출부가 생장되도록 했는데, 이는 특정 작업 대한 학습은 뇌에서 특이적인 구조적 변화를 가져온다는 것을 시사한다.
이번 연구로 우리가 새로운 것을 학습하면 뉴런은 어떤 특정 가지에서 새로운 연결을 만들게 된다는 것을 알게 되었다고 한다. 어떤 또 다른 여러 가지가 아닌 특정한 한 가지에서 새로운 잎들(뉴런의 돌출부)을 생장시키는 나무를 생각해 볼 수 있고, 마찬가지로, 우리가 새로운 것을 학습한다는 것은 한 특정 가지 위에 잎들이 돋아나게 하는 것과 같다고 한다.
마지막으로, 생쥐가 학습할 때 활성화된 운동 피질의 뇌 세포들이 서파수면 동안 재활성화된다는 것을 연구팀은 확인했다. 그리고, 이 과정에 혼란이 오면, 수지상 세포의 돌출부 생장이 저해된다는 것을 밝혔다. 이들 발견은 신경의 재생(neuronal replay) -즉, 자고 있은 뇌가 낮 동안의 학습을 반복하는 과정-의 기능적 역할에 대한 중요한 이해를 제공한다. 이들 데이터는 수면 동안 뉴런의 재활성화가 운동 피질 내부에서의 특정 연결을 생장시키는데 매우 중요하다는 것을 시사한다는 것이다.


 

A. [수면 부족의 10 가지 폐해]

Sleep Deprivation: The 10 Most Profound Psychological Effects
http://www.spring.org.uk/2014/03/sleep-deprivation-the-10-most-profound-psychological-effects.php?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+PsychologyBlog+%28PsyBlog%29

1. 수면 부족 -> 효율성이 떨어짐 -> 뇌가 더 열심히 일해야 함-> 전두엽에 대량 에너지 필요
2. 작업기억, 단기기억 급격 감퇴
3. 장기기억도 저장이 잘 안됨
4. 주의력이 크게 감퇴
5. 결정력이 감퇴하여, 일상적 기획이나 취해야할 행동 결정 못함
6. 늘 하던 버릇, 습관에 의존 (그것이 나쁜 습관이면 큰일임)
7. 위험한 모험을 무릅씀
8. 뇌세포가 죽어감 (25%)
9. 심적 이상(정신병)적 증후를 보임 (조증, 과대망상, 환각, 공격성 등)
10. 수면 부족은 누적되어 음주운전과 같은 효과를 가져 옴.; ->자동차 충돌

* Cure: 수면 부족 후 잠을 잘 자면 회복됨
(- 열흘 수면 부족 후, 첫날 14 시간 잠, 다음날 10시간잠 -> 회복)

B. 잠의 심리학적 신비 12 가지

"The Miracle and Mystery of Sleep: 12 Remarkable Psychological Studies":
http://www.spring.org.uk/2014/02/the-miracle-and-mystery-of-sleep-12-remarkable-psychological-studies.php

1. 플라시보 수면 효과- 지난밤에 잘 잤다고 생각만(믿기만) 해도 긍정적 효과
2. 감정적 수면 -잠자는 동안 우리의 기억은 재조직, 정리(버릴 것은 버림) 된다.
- 잠 동안 우리의 뇌의 감정(정서) 센터가 활발히 활동하여, 쓸데없는 것은 버리고
정서적 중요한 것은 키우는 분류 작업을 한다.
3. 보름달 등, 달(moon)의 상태와 관련 있음
4. 수면 부족은 자제력에 손상을 가져와 유해한 음식을 갈구하게 한다.
5. 수면 중에 새로운 것(예: 외국어)을 학습하지는 못해도 이미 아는 것을 강화시킬 수 있다.
6. 6분만 졸아도(nap)큰 도움이 된다.
7. 수면 빚 : 밤늦게 일하는 사람의 뇌에는 백질에 문제가(백질 integrity 저하-> 우울증, 인지적 불안정서) 생긴다. 마치 빚이 많은 사람처럼.
8. 아동은 어른보다 더 많은 정보를 처리하지만, 잠에 든 시간이 불규칙하면 인지적 기능이 떨어진다. 그래서 잠은 어른들보다 아이들에게 더 중요하다.
9. 사춘기의 아이들은 어른보다 1-2시간 더 자야 한다. - 학교에 늦는 사춘기 학생들의 이유
10. 잠은 운동 능력을 향상시킨다. 뇌는 운동 기술을 배운 이후에도 계속 정보처리 한다.
11. 잠이 부족하면 친밀한 관계도(intimate relationship) 망가진다.
12. 잠자는 동안 뇌에서는 (숨겨진 동굴이 열리고), 뇌척수액이 나와서 해로운 물질들(β-amyloid; 치매유발 물질)을 씻어낸다.