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 IBS 신희섭 단장, 수면뇌파의 수면 조절 메커니즘 증명

- PNAS 誌 발표, 수면 장애의 효과적 진단과 치료 방법 개발 가능성 제시-

□ 기초과학연구원(IBS, 원장 오세정) 「인지 및 사회성 연구단」(단장 신희섭)이 다양한 수면 장애의 진단과 치료에 대한 중요한 실마리를 제공할 수면뇌파 유도 방법을 개발했으며, 이 연구 결과는 세계적 권위의 학술지인 “미국국립과학원회보 (PNAS)” 11월 19일 온라인판에 게재됐다.

  ○ 연구단은 광유전학 기술을 이용하여 수면 방추라는 뇌파를 유도하는 방법을 개발하고, 이를 통해 수면 방추가 수면의 양과 안정성을 증가시킨다는 것을 밝혔다. 이 연구 결과는 수면 뇌파의 역할을 이해하고 수면 장애의 효과적인 치료 방법을 개발하는데 중요한 이론적 기반을 제공할 것으로 기대된다. 

    ※ 연구자 : 김미연(UST, 석사과정 학생), 찰스 라츄만(Charles Latchoumane) 박사(IBS, 박사후연구원), 조지 어거스틴 박사(KIST WCI교수)

□ ‘수면 장애’란 비정상적인 수면으로 인해 면역기능, 자율신경계 등의 이상을 초래하여 다양한 신체 질환을 일으키는 증상으로, 우울증, 불안증 등 정신 질환의 원인이 되기도 한다.

  ○ 수면방추는 수면시간의 대부분을 차지하는 비-렘수면(NREM)에서 특이적으로 관찰되는 뇌파로서 뇌의 시상-피질 회로에서 생성되는 것으로 알려져 있다.

  ○ 불면증, 수면과다증, 기면증 등 다양한 수면 장애를 보이는 환자들에서 수면방추가 비정상적으로 감소 또는 증가되어 있다는 사실은 많은 임상연구를 통하여 알려져 왔다. 하지만 수면방추가 수면의 질 또는 수면 시간의 조절에 직접적으로 관여하는지에 대하여는 아직까지 과학적으로 증명된 바가 없었다.

□ 연구단은 최근 새롭게 개발된 광유전학 기술을 통해 뇌 시상 부위의 신경세포 활동을 조절하여 수면방추를 효과적으로 유도할 수 있는 방법을 개발하였다.

  ○ 또한 연구단은 이 방법을 통해 쥐에게서 수면방추를 증가시키자 수면 시간이 증가하고 수면 구조가 변화하여 결과적으로는 수면의 안정성이 증가된다는 것을 밝혔다.

□ 이는 수면방추가 수면의 질 향상에 중요한 역할을 하며 수면 장애의 주요한 원인이 될 수 있다는 것을 보여주는 첫 연구이다.

  ○ 또한 뇌의 특정부위를 조절하여 수면방추가 유도될 수 있다는 사실을 밝힘으로써 수면 장애의 진단과 치료법 개발에 새로운 가능성을 연 뿐 아니라, 향후 뇌의 다른 기능에서 수면 뇌파의 역할을 연구할 수 있는 새로운 기반을 마련한 것으로 평가된다. 

용   어   설   명

1. PNAS 지(Proceedings of the National Academy of Sciences in USA)
 ○ 미국국립과학아카데미(NAS)에서 1914년부터 발간하고 있는 학술지. NAS는 특정 과학분야에서 업적이 있어야 회원 자격이 부여되며 현재 2100명(외국인 380명) 중 노벨상 수상자가 200명이다. (우리나라의 한림원과 유사) PNAS는 연구 기록, 실록, 논평 등을 수록해 여러 나라의 정부, 기관에서 다방면에서 학문적으로 인용된다.

2. 광유전학 (Optogenetics)
 ○ 광유전학은 최근 각광받고 있는 바이오 기술 중 하나로 2005년 스탠포드대학의 칼 다이서로스 (Karl Deisseroth) 연구팀에 의해 개발되었다. 빛을 의미하는 광(光, opto)와 유전학(genetics)이 합쳐져 만들어진 단어로 녹조류에서 추출한 빛에 민감하게 반응하는 단백질을 신경세포에 유전공학을 이용해 삽입함으로써 빛의 파장에 따라 신경세포의 활성을 조절하는 방법이다. 이렇게 빛을 이용해 신경세포의 활성을 조절하면 불특정 다수의 신경세포를 자극하는 기존의 전기 자극에 비하여 보다 정밀하게 신경세포의 활성을 통제할 수 있다.

3. 비-렘수면(NREM)
 ○ 인간의 수면은 비-렘수면과 렘수면으로 나뉜다. 정상 성인의 수면은 비-렘수면으로 시작하여 약 90분을 주기로 비렘수면과 렘수면이 반복된다. 비-렘수면은 전체 수면시간의 75~80%를 차지하며 1~4단계로 나뉘어 점점 더 깊은 수면상태에 빠지게 된다. 렘수면은 수면중 안구의 움직임이 활발히 일어나고 뇌파가 각성 상태와 유사하다고 하여 ‘역설 수면’이라 불린다. 대개 사람은 렘수면 중 꿈을 꾸게 된다.
 

4. 수면방추 (Sleep spindle)
  ○ 비-렘수면(NREM)에서 특이적으로 관찰되며, 7∼15Hz 주파수를 가진 베틀의 방추 형태를 보이는 뇌파이다. 수면 장애를 보이는 환자에서 수면방추의 비정상적인 변화가 관찰되며 기억과 학습에도 밀접한 관련이 있다고 알려져 있다. 하지만 수면방추의 역할에 대한 정확한 신경 과학적 메커니즘은 아직 밝혀져 있지 않다.

그   림   설   명

광유전학적 수면방추 유도를 통한 수면 조절

빛에 민감하게 반응하는 채널로돕신2 단백질을 발현하도록 형질전환 된 생쥐의 뇌에 광섬유를 삽입하고 시상망상핵 신경세포를 광자극하여 수면방추를 유도하였다. 이러한 방법으로 수면방추의 수를 증가시키자 수면시간이 증가하고 수면 구조가 변화하여 수면의 질이 향상되었다.