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제목 뇌파 맵(Map)으로 렘수면의 숨겨진 구조를 밝히다
연구팀 치매DTC융합연구단 최지현 박사팀 조회수 2632
파일첨부 20170313 [KIST 보도자료] REM 수면의 비밀을 밝히다_최지현 박사팀_최종.hwp  
뇌파 맵(Map)으로 렘수면의 숨겨진 구조를 밝히다


 
- 세계 최초로 실험용 쥐의 수면 중 뇌파 맵을 고해상도로 측정

- 수면이 부족한 상태의 렘(REM) 수면 시 뇌파에 미치는 영향 규명


인간은 평생의 1/3을 수면으로 보내지만, 왜 잠을 자는 지, 자는 동안 우리의 뇌에서는 어떤 일들이 일어나는 지에 대해서는 아직 명확히 밝혀진 바가 없다. 특히 새벽에 주로 일어나는 렘수면동안의 뇌는 깨어있을 때의 뇌처럼 활발하게 두뇌활동이 벌어지지만, 그 기능이 무엇인지에 대해서는 많은 연구가 이루어지지 못했다. 최근 국내 연구진이 세계최초로 개발한 실험용 쥐의 고해상도 뇌파맵을 이용해서 미지의 영역인 렘수면의 비밀을 한 꺼풀 벗겼다. 
*렘(REM, Rapid Eye Movement) 수면 : 수면의 두 단계인 비렘수면 (non-REM 수면)과 렘수면 중 하나로, 안구의 빠른 운동으로 구분됨. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 치매DTC융합연구단 최지현 박사연구팀은 보통 수면에서는 관찰하기 어려운 뇌파를 인위적으로 조성된 만성수면부족 상태로부터 유도하는 방식으로 그동안 알려지지 않은 렘수면의 구조를 찾아냈다. 

렘수면은 수면의 후반기에 나타나는 흥미로운 수면 단계로, 깨어있을 때와 비슷한 패턴의 뇌파가 관찰된다. 하지만, 총 수면시간 중 상대적으로 적은 비중을 차지하고, 광범위하게 벌어지는 뇌 활동을 동시에 측정하는 것이 어려워 렘수면의 기능이 무엇인지는 잘 알려지지 않았다. 최지현 박사팀은 렘수면의 기능을 규명하기 위해 뇌파를 활용했다. 일반적으로 특정한 뇌파마다 그 역할이 알려져 있다. 대표적으로, 수면 중 나타나는 크고 느린 뇌파는 뇌세포의 피로를 줄여주는 반면, 간헐적으로 작고 빠르게 나타나는 뇌파는 기억 형성 등의 뇌 활동을 반영하는 것으로 알려졌다. 최지현 박사팀은 기능이 다른 뇌파를 동시에 감지하는 데 성공하였다. 이를 통해, 뇌의 전반적인 휴식이 증가함을 반영하는 느린 뇌파는 수면결핍 초기에 반응을 보이고 더 이상 변화가 없는 반면, 기억 형성을 담당하는 빠른 뇌파는 수면 박탈 기간 동안 지속적으로 반응을 보임 관찰하였다. 이는 렘수면이 신경세포의 회복과 기억 형성에 동시에 기여함을 의미한다. 이 외에도 연구팀은 렘수면 중 전두엽과 해마 간 신경회로가 있고, 수면박탈 기간 동안 이 회로의 신경활동이 점진적으로 증가하는 패턴을 관찰하였다. 수면 중 비정상적으로 증대된 신경활동이 다음 날 기억 형성과정에 혼선을 줄 수 있는 바, 이는 만성 수면 결핍의 폐해를 예측하는 것으로 이해할 수 있다. 

KIST 최지현 박사는 “본 연구는 약물이나 유전자 변형 없이도 KIST에서 자체 개발한 고해상도 뇌파 맵을 이용해 얻은 결과로, 향후 치매를 비롯한 특정 질병과 수면 질환간의 연관성을 연구하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 국가과학기술연구회(NST, 이사장 이상천)가 주관하는 치매DTC융합연구단 사업으로 수행되었으며, 연구결과는 세계적인 과학 학술지 ‘미국 국립과학원 회보’(PNAS, Proceedings of National Academy of Sciences)에 2월 28일(화)자 최신호(vol.114 no.9)에 게재되었다. 
* (논문명) Differential modulation of global and local neural oscillations
           in REM sleep by homeostatic sleep regulation
            - (제1저자) 한국과학기술연구원 김보원 학생연구원
            - (교신저자) 한국과학기술연구원 최지현 책임연구원


<그림 설명>

1.JPG

<그림 1> 어레이 전극으로 측정한 실험용 쥐의 뇌 영역
 (좌) 어레이형 전극의 채널 위치 (우) 각 채널의 뇌파신호 예

2.JPG


<그림 2>  느린 주파수와 빠른 주파수의 진폭변화를 그린 뇌파 맵
(상) A. 느린 주파수 대역 뇌파의 증감을 그린 뇌파 맵 (붉은색 : 증가, 파란색 : 감소)
(하) B. 빠른 주파수 대역 뇌파의 증감을 그린 뇌파 맵
    *(SR1: 수면 박탈 첫 날, SR5: 수면박탈 다섯째 날)
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