[연구] 수면부족이 장기기억 형성을 방해하는 메커니즘 규명
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쥐를 대상으로 한 연구에서 수면 부족이 장기 기억과 관련된 중요한 뇌 신호를 방해한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 왜 수면 부족이 기억 형성을 방해하는지에 대한 설명을 제공할 수 있습니다. 연구 결과에 따르면, 다음날의 정상적인 수면도 손상된 뇌 신호를 복구하기에는 충분하지 않습니다.
이 결과는 Nature에 발표되었으며, 연구에 참여하지 않은 샌프란시스코 캘리포니아 대학교의 신경과학자 Loren Frank는 "기억 처리를 위한 중요한 창이 있으며, 한 번 잃어버리면 다시 되찾을 수 없다"고 말했습니다. 연구 공동 저자인 미시간 대학교 의과대학의 계산 신경과학자 Kamran Diba는 이 연구 결과가 향후 기억 향상을 위한 목표 치료법으로 이어질 수 있다고 말합니다.
뇌의 뉴런들은 혼자 작동하는 일이 거의 없으며, 주로 리드미컬하거나 반복적인 패턴으로 함께 발화합니다. 이러한 패턴 중 하나는 예파 리플(sharp-wave ripple)이며, 이는 큰 그룹의 뉴런들이 극도로 동기화되어 발화하고, 이후 또 다른 큰 그룹이 같은 방식으로 발화하는 것을 반복합니다. 이러한 리플은 기억 형성에 중요한 해마에서 발생하며, 장기 기억이 저장되는 신피질과의 소통을 촉진하는 것으로 생각됩니다.
리플의 기능에 대한 한 가지 단서는 일부 리플이 과거 사건 동안 발생한 뇌 활동 패턴의 가속 재연이라는 것입니다. 예를 들어, 동물이 특정 장소를 방문할 때 해마의 특정 뉴런 그룹이 함께 발화하여 해당 위치의 신경 표현을 만듭니다. 나중에 이 동일한 뉴런들이 예파 리플에 참여하여 그 경험의 조각을 빠르게 재생하는 것처럼 보입니다.
이전 연구에서는 이러한 리플이 방해받았을 때 쥐가 기억 테스트에서 어려움을 겪는다는 것을 발견했습니다. 반대로, 리플이 길어지면 같은 테스트에서 성능이 향상되었습니다. 이는 뉴욕 대학교 랑곤 헬스의 시스템 신경과학자 György Buzsáki가 이러한 리플을 기억과 학습을 위한 '인지 바이오마커'라고 부르는 이유입니다.
연구자들은 예파 리플이 깊은 수면 중과 깨어 있는 동안 모두 발생하며, 이러한 리플이 짧은 기간의 지식을 장기 기억으로 전환하는 데 특히 중요하다고 관찰했습니다. 그러나 수면이 리플에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 그로 인해 기억이 어떻게 영향을 받는지 직접적으로 조사한 연구는 거의 없었습니다. 이를 이해하기 위해 Kamran Diba와 그의 동료들은 몇 주에 걸쳐 미로를 탐색하는 동안 7마리의 쥐의 해마 활동을 기록했습니다. 연구진은 일부 동물의 수면을 주기적으로 방해하고 다른 동물들은 자유롭게 잠을 자도록 했습니다.
Diba의 놀라움에 따르면, 반복적으로 깨운 쥐들은 정상적인 수면을 취한 쥐들보다 유사하거나 더 높은 수준의 예파 리플 활동을 보였습니다. 그러나 리플 발화의 강도와 조직화는 약해졌고, 이전 발화 패턴의 반복이 현저히 감소했습니다. 수면 부족 동물들이 이틀 동안 회복된 후에도 이전 신경 패턴의 재현은 정상적인 수면을 취한 동물 수준에 도달하지 못했습니다.
이 연구는 “기억은 경험 후에도 계속 처리되며, 이러한 후속 처리가 매우 중요하다”는 것을 분명히 보여준다고 Frank는 말합니다. 그는 이것이 시험 전에 벼락치기를 하거나 밤을 새우는 전략이 비효율적일 수 있는 이유를 설명할 수 있다고 덧붙였습니다. 또한, 그는 정상적인 수면을 취한 쥐와 수면이 부족한 쥐가 유사한 수의 리플을 가졌다는 점에서 리플의 내용이 그 양보다 중요하다는 것을 연구자들에게 중요한 교훈으로 제시합니다.
Buzsáki는 이 연구 결과가 그의 그룹이 3월에 발표한 데이터와 일치한다고 말합니다. 그 데이터는 깨어 있는 동안 발생하는 예파 리플이 어떤 경험이 장기 기억에 저장될지를 선택하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 보여줍니다.
그는 수면 부족 쥐의 비조직화된 예파 리플이 경험을 효과적으로 장기 기억으로 표시하지 못할 수 있다고 합니다. 그 결과, 동물들은 나중에 그 경험의 신경 발화를 재현할 수 없게 될 수 있습니다.
이는 수면 방해가 기억이 장기 저장으로 들어가는 것을 방지하는 데 사용할 수 있음을 의미합니다. 이는 외상 후 스트레스 장애(PTSD)와 같은 트라우마를 최근에 경험한 사람들에게 유용할 수 있다고 Buzsáki는 말합니다.
<<ChatGPT로 요약, 번역했습니다>>
달랑님의 댓글
제 경우는 일정 시간 공부 후 '눈 감고 휴식'으로 뇌의 캐시메모리 부분을 조금이라도 비워주고, 밤에도 푹 자둬야 기억이 장기기억으로 전환돼 오래갔습니다.
바이트님의 댓글