국내 연구진, 수면 중 뇌파 조절로 '학습기억력 2배 향상' 증명

[이데일리 김혜미 기자] 수면 중 나오는 뇌파를 조절하면 학습 기억력을 두 배 가까이 높일 수 있다는 사실이 발견됐다.

6일 IBS(기초과학연구원)에 따르면 신희섭 인지 및 사회성연구단장이 이끄는 연구팀은 수면 중에만 나타나는 세 가지 종류의 뇌파가 동시에 발생해 동조를 이루면 학습한 내용의 장기 기억력이 향상된다는 사실을 증명해냈다.

이번 연구성과는 뉴런(Neuron)에 미국시각으로 7월6일자에 게재됐다.

학습 후 잠을 자는 동안 해당 내용에 관한 기억이 강화되는 것처럼 뇌의 해마 부위에서 담당하는 장기기억은 수면과 상관관계가 있다. 일부 연구자들은 숙면을 돕는 수면방추파라는 뇌파가 기억 형성에도 관여하기 때문일 것이라고 주장해왔으나, 수면방추파와 장기기억 간 정확한 인과관계는 밝혀진 바가 없었다.

연구팀은 수면방추파 외에 대뇌피질의 서파와 해마의 SWR파(Sharp Wave Ripples)가 학습과 기억에 관여하는 뇌파로 알려져 있는 것에 착안, 세 가지 뇌파가 상호작용할 것으로 판단했다. 이에 따라 빛을 받으면 나트륨 이온채널을 여는 채널로돕신을 생쥐 간뇌의 시상 신경세포에 발현, 생쥐 머리에 꽂은 광케이블을 통해 빛으로 수면방추파 발생을 유도하는 광유전학적 방법을 이용했다.

세 가지 뇌파의 상호작용을 통한 장기기억 형성. IBS 제공

연구팀은 생쥐들에게 특정 공간에서 30초 동안 특정소리를 들려주다가 마지막 2초간 전기 충격을 가하는 방식으로 전기충격에 대한 공포기억을 심어줬다. 그 다음 생쥐가 잠을 자는 동안 한 무리에게는 대뇌피질의 서파 발생 시기에 맞춰 광유전학 자극으로 수면방추파를 유도하고, 다른 생쥐에게는 서파 발생시기와 상관없이 다른 시점에 수면방추파를 유도했으며 또 다른 생쥐에게는 수면방추파를 유도하지 않았다.

연구팀은 24시간 뒤 이 세 종류의 쥐를 두 가지 상황에 각각 배치했다. 하루 전 공포를 느꼈던 똑같은 공간에 소리 자극은 없는 상황 A와 전날과 전혀 다른 공간에 소리가 들리는 상황 등 두 가지다.

생쥐 행동 관찰 결과 같은 공간에 소리가 없는 상황 A에 처한 세 종류의 생쥐 가운데 대뇌피질의 서파 발생 시기에 맞춰 수면방추파를 유도한 생쥐가 얼어붙는 행동을 좀더 오랫동안 강하게 보였고, 다른 생쥐보다 공포에 대한 기억을 2배 가까이 잘하는 것으로 나타났다. 반면 상황 B에 처한 세 종류의 생쥐들은 공포 기억을 떠올리는 정도에 차이가 없었다.

이는 대뇌피질의 서파 발생 시기에 맞춰 빛을 통해 수면방추파를 유도한 자극이 해마의 장기기억을 증진시킨다는 사실을 시사하는 것이다.

연구팀은 반대로 공포에 관한 기억 회상을 줄이는 실험도 수행했다. 광유전학 방법으로 시상의 뉴런을 활성화하는 것이 아니라 반대로 억제하게 되면 기억을 떠올리는 정도가 줄어드는데, 이때도 서파와 수면방추파, SWR파의 동조현상을 깨뜨릴 때 가장 효과적으로 공포 기억의 회상 정도가 줄어드는 것으로 확인됐다.

연구팀은 이번 연구가 장기기억 형성에 관여하는 여러 종류의 뇌파간 구체적인 상호작용을 밝혀내는 데 의의가 있다고 설명했다.

신 단장은 “생쥐를 대상으로 한 실험이므로 뇌에 광유전학 케이블을 삽입해 뇌파를 조정했지만, 비침습적인 방법으로 인간 뇌파를 조정할 수 있다면 언젠가 학습기억 증진을 도모할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.