기억과 학습에도 영향을 미치는 수면

2021-10-06
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인간은 하루의 약 30%를 잠을 자는데 소비하는데, 이는 인간이 100년을 산다면 약 30년을 자는 셈이다. 사람이 이토록 오랜 시간 동안 잠을 자는 이유를 알아보자. 




잠은 왜 자는 걸까?




잠을 자지 않으면 어떻게 될까?


1964년 '랜디 가드너'라는 17세의 미국 고등학생이 학교의 과학 실습 프로젝트를 위해 잠을 자지 않고 얼마나 오래 버틸 수 있을지 도전한 적이 있다. 그는 264시간을 한숨도 자지 않고 깨어 있었는데, 그동안 그에게 다음과 같은 변화가 일어났다. 수면을 중단한 지 2일째부터 눈의 초점이 일정하지 않아 TV 시청을 할 수 없었고, 3일째에는 기분이 잘 변하고 토하고 싶다는 느낌이 들었다. 4일째에는 기억력이 떨어지기 시작했고, 집중력이 낮아졌으며 환각이 보이기 시작했다. 6일째가 되자 물체를 입체적으로 보는 능력이 떨어졌고, 7일째가 되자 혀가 잘 돌아가지 않았다. 8일째에는 발음을 제대로 낼 수 없었고, 9일째에는 문장을 끝까지 말하지 못했다. 그리고 10일째부터는 기억이나 언어에 관한 능력이 매우 낮아졌다. 결국, 그는 12일째에 실험을 중단하고 14시간 40분 동안 잠을 잤다고 한다. 


잠을 계속 자지 않으면 죽음으로 이어질 수 있다는 사실은 동물 실험으로 증명된 적이 있다. 시카고 대학의 '알렌 레샤펜' 교수는 쥐가 잠들려고 할 때마다 깨우는 장치를 만들어 쥐가 계속 잠들지 못하게 하는 실험을 진행했다. 그 결과 쥐는 몸이 점점 야위어지면서 결국 14일 만에 죽고 말았다. 이 연구는 수면 부족이 죽음을 몰고 올 수 있다는 사실을 알려준 최초의 실험이었다. 이같이 사람이나 동물은 수면을 제대로 취하지 못하면 몸의 기능에 이상이 생기고, 목숨을 잃을 수도 있다.




잠을 자야 하는 이유는?


뇌는 신체의 정보를 처리하는 중요한 기관으로 무게는 몸무게의  2% 정도지만 우리 몸이 소비하는 전체 에너지의 약 18%를 소비할 정도로 매우 활발하게 활동한다. 그런데 뇌가 쉬지 않고 계속 일하면 앞서 언급했듯이 여러 가지 문제가 생긴다. 그래서 뇌는 수면을 통해 정기적으로 휴식을 취해야 기능이 회복된다.


과학자들은 지금도 수면의 기능이 무엇인지 연구해 나가고 있다. 여러 가설이 나오고 있지만 그 중 무엇 하나도 확정적이지는 않다. 그러나 최근 들어 뇌과학자들에 의해 잠이 뇌 기능에 많은 역할을 하고 있다는 사실이 드러나고 있다. 그중 활발히 연구되고 있는 것은 잠을 자지 않으면 기억과 학습에 문제가 생긴다는 것이다.


우리가 낮 시간 동안 보고 느끼는 것들은 기억의 형태로 뇌에 저장된다. 이때 그 기억들은 많은 경우 신경 세포의 시냅스 강화가 일어나며 그 강화된 시냅스 속에 저장된다. 우리가 잠을 잘 때, 뇌는 아무런 일을 하지 않을 거라고 흔히 생각할 수 있지만 그렇지 않다. 잠을 자는 동안, 깨어 있을 때 새로 저장된 기억을 담는 세포들과 그에 딸려있는 시냅스들이 다시 활성화된다. 우리도 모르는 사이에 자면서 다른 형식의 복습을 하는 것이다. 또한 다시 활성화된 시냅스들은 장기 기억을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.




수면의 종류


수면은 렘수면과 비렘수면으로 구분되며, 렘은 R=Rapid, E=Eye, M=Movement라는 의미로 수면 전문가이자 생리학자인 '나다니엘 클라이트만'이 수면 중 안구의 빠른 움직임을 관찰하고 붙인 이름이다. 수면은 1시간 30분 정도를 한 싸이클로 4~5회 반복되며, 한 사이클은 4단계의 논렘수면과 1단계의 렘수면으로 이루어져 있다.


얕은 수면에 속하는 렘수면 상태에서는 꿈을 꾸고, 하루 동안 얻은 정보를 저장하고 기억하는 작업을 하므로 뇌파는 일상과 크게 다르지 않다. 하지만, 몸의 근육은 완전히 이완되기 때문에 ‘역설적 수면’이라 표현하기도 한다. 비렘수면은 대뇌와 소뇌는 휴식기에 들어가고 반대로 신체는 깨어 있는 상태이다. 자는 동안 몸의 뒤척임은 있지만 뇌는 잠들어 있기 때문에 깊은 잠을 자게 된다. 




얼마나 많은 수면이 건강에 도움이 될까?


성인이 일반적으로 일상 생활을 잘 유지하기 위하여 하루 6~8시간 정도의 수면을 취하는 것이 좋고 아동 및 청소년기에는 성인에 비해 더 많은 수면 시간이 필요하다. 이보다 수면이 부족하게 되면 피로가 쏟아지면서 집중력이 떨어지고 운동 능력이 저하될 수 있고, 수면 시간을 줄일수록 비만이 생길 위험이 높아진다는 연구도 있다. 반대로 적당한 수면 시간 보다 많은 시간 동안 수면을 취한다고 하더라도 그 이상의 효과를 얻지 못하고, 너무 잠을 많이 자는 것이 건강에 해로울 수 있다는 연구도 있다. 


수면의 절대적인 시간뿐 아니라 렘수면과 비렘수면의 비율도 중요하다. 따라서 충분한 수면을 취할 시간이 부족하다면 수면 사이클에 맞춰 평상시 보다 90분 또는 180분 정도를 적게 자는 것이 좋다.





ㅣ글쓴이 와이즈만 영재교육연구소 수학팀 이산하 연구원


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