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잠잘 때 몸에서는 깨어있는 시간 못지 않게 활발한 생리 활동이 벌어진다. 뇌파가 여러 차례 반복해서 변하고, 호흡과 심장의 박동이 불규칙해진다.

잠을 자는 이유는 무엇인가- 뇌에 존재하는 생체 시계

사람은 왜 잠을 잘까. 대답은 간단하다. 졸리기 때문에, 그리고 너무 졸리면 일을 할 수 없기 때문에 잔다. 그러나 사람이 왜 졸리게 되는지 그 실체는 아직 과학적으로 밝혀지지 않았다.

많은 학자들은 낮 동안의 활동으로 인해 몸에 피로가 쌓이고 수면을 유도하는 물질이 증가한다고 생각한다. 저녁 11시-12시 경에는 피로와 수면유도체(sleep inducer)가 최고치에 도달해 잠을 잔다는 설명이다. 1970년대의 뇌 연구에 따르면 뇌 내부에서 신경세포간에 서로 연락을 취하는데 관여 하는 몇가지 분자들이 수면에 중요한 역할을 한다고 밝혀졌다. 최근에는 수면유도체 물질이 신체 면역계에서 만들어진다는 점이 밝혀졌다. 하지만 몸의 피로 물질과 수면유도체가 어떤 메커니즘을 통해 사람을 졸리게 만드는지 명확히 밝혀지지 않았다.

한편 졸리움만으로 수면의 원인을 전부 설명할 수 없다. 사람의 몸에는 낮과 밤을 알려주는 생체 시계(biological clocks)가 있다. 밤이 되면 이 시계가 잠을 자도록 유도하고(수면), 아침이 되면 깨도록 신체상황을 조절한다(각성).

생체 시계의 작동 원리를 뇌에 존재하는 수면-각성 중추와 연관지어 설명할 수 있다. 생체 시계는 빛에 매우 민감하게 반응한다. 아침이 되면 태양빛이 사람의 눈으로 들어가 각성중추를 자극한다. 이때 뇌에서는 송과선에서 멜라토닌이라는 호르몬의 분비가 감소한다. 그 결과 사람이 깨서 활동 을 시작한다. 반대로 밤이 돼 태양빛이 사라지면 수면중추가 자극돼 잠자리에 들게 된다. 멜라토닌 의 분비는 증가하기 시작한다.

생체 시계는 오랜 시간에 걸쳐 24시간 단위의 빛과 어둠 주기에 근접하도록 발달됐다. 그런데 흥미롭게도 사람의 수면-각성 주기는 정확히 24시간이 아니라 25시간이라는 점이 밝혀졌다. 만일 태양광선이나 알람시계가 없다면 사람은 매일 1시간 늦게 깨나고 잠들 것이다.

이처럼 수면이 인체에 이미 프로그램된 것이라면 사람이 본능적으로 잠을 피할 수는 없다. 사람에 따라서 깊게 한번(매일밤 약 6-8시간 취하는 수면) 또는 짧게 두번(밤에 5-6시간의 수면을 취하고 오후에 1-2시간의 낮잠을 취하는 형태) 다르게 잘 뿐이다.

뇌에서는 어떤 일이 벌어질까- 깊게 잠들 때 성장호르몬 분비

수면을 연구하던 초기에는 수면이 피곤할 때나 뇌가 정상적인 작용을 하지 못할 때 일어나는 과정 이라 여겼다. 즉 잠잘 때 뇌는 평소보다 활동이 줄어든다는 생각이 지배적이었다.

그러나 최근에는 수면이 능동적이고 고도로 조직화된 일련의 사건이라는 점이 밝혀졌다. 잠잘 때 뇌는 오히려 활발하게 활동을 벌인다는 의미다.

수면에는 뚜렷하게 구분되는 두가지 상태가 있다. 이 구분의 기준은 잠잘 때 눈이 급속하게 움직 이는지 여부에 따라 이뤄진다. 급속한 안구운동이 일어나는 수면을 렘수면((REM: Rapid Eye Movement), 그렇지 않은 수면을 비렘수면(NREM: Non-Rapid Eye Movement)이라 부른다.

일반적으로 잠을 자기 시작하면 비렘수면 상태가 먼저 나타난다(그림2). 잠자는 동안 뇌에서는 독특한 뇌파가 형성되는데, 비렘수면은 뇌파의 종류에 따라 4단계로 구분된다. 1단계에서 4단계로 진 행될수록 점차 깊은 잠에 빠지게 된다. 특히 제3-4단계에서는 뇌파의 크기가 가장 크고 속도가 가장 느리게 나타나는데, 이때의 잠을 서파수면(slow-wave sleep)이라 부른다.
 

흥미로운 점은 이때 뇌에서는 성장호르몬이 하루 중에서 가장 많이 분비된다는 점이다. 그래서 '잠 잘자는 아이가 잘 큰다'는 말이 설득력있게 들린다.

만일 사람이 서파수면 상태만 유지하다 깨어난다면 매일 아침이 피곤함 없이 활기차게 느껴질 것 이다. 하지만 사람은 수면중에 깊은 잠에만 빠져있는 것이 아니다. 서파수면 상태에 이르렀다 싶으면 잠은 거꾸로 1단계를 향해 변해가다 렘수면 단계에 이르고, 다시 1단계에서 시작해 4단계로 빠 져든다. 이 과정은 90분을 주기로 반복된다. 정상인의 경우 밤새 4-5회에 걸쳐 잠의 주기가 변동하 는 셈이다. 각 주기에서 뇌파는 잠들기 시작할 때 4단계까지 이르다 아침에 이르면 1-2단계에서 멈추기 때문에, 깊은 잠은 수면의 초기, 그리고 설잠은 아침 무렵에 이루게 된다.

꿈꾸는 수면 없애면 우울증 호전

그렇다면 렘수면 동안에는 어떤 일이 벌어질까. 이 단계에 이른 사람을 깨워 물어보면 십중팔구는 꿈을 꿨다고 얘기하기 때문에, 렘수면은 흔히 '꿈꾸는 수면'이라 불린다(서파 수면 단계에서 꿈을 꾼다는 주장도 있다). 그런데 눈을 급속히 움직이는 이유는 무엇일까. 어떤 학자들은 안구가 꿈에 나타나는 시각적 영상을 좇느라 눈이 빨리 움직이는 것이라고 주장한다. 하지만 명확한 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았다.

렘수면은 생물에게 꼭 필요한 것일까. 적어도 생쥐에게는 그렇다. 한 실험에 따르면 생쥐가 렘수면을 취할 때마다 강제로 깨워 렘수면을 박탈하자 생쥐가 2-3주 후에 죽고 말았다.

하지만 사람은 다르다. 오랫동안 렘수면을 박탈당한다 해도 일상 생활에서 별탈없이 지낼 수 있다는 주장이 우세하다. 즉 렘수면이 사람의 정신건강을 위해 반드시 필요한 것은 아니다. 오히려 렘 수면은 정신병리 현상을 일으키는 원인일지도 모른다. 우울증 환자의 경우 렘수면을 박탈하자 증세가 호전된 사례가 있기 때문이다.

DNA의 구조를 규명해 노벨상을 받은 프란시스 크릭은 렘수면에 대해 색다른 주장을 펼쳐 관심을 끌었다. 그는 렘수면이 뇌를 재정비해 불필요한 정보들을 제거함으로써 다음날의 인식능력을 향상 시킨다고 생각했다.

렘수면의 기능이 무엇인지 정확히 밝혀지지 않지만 렘수면이 서파 수면 못지 않게 깊은 잠에 빠진 단계라는 점은 확실한 듯하다. 정도의 차이는 있지만, 흔히 렘수면중인 사람을 깨우기가 그렇게 쉽지 않기 때문이다.

몇시간 자는 것이 적절한가 - 깨고나서 개운하면 OK!

"체력 유지를 위해서는 5시간, 보통은 7시간, 게으름뱅이는 9시간, 그리고 지독한 게으름뱅이는 11 시간이 필요하다." 17세기 영국의 시인 존 밀튼이 한 말이다.

그러나 사람에게 필요한 수면량은 객관적으로 '몇시간'이라고 말할 수 없다. 낮 동안 차분히 앉아 서 무엇인가에 주위를 기울이려 할 때 졸리움을 느끼지 않고 일할 수 있는 정도가 적정량이다. 따라서 사람마다 적절한 수면량은 다양하다. 어떤 사람은 4시간만 자면서 낮동안 왕성한 활동을 벌 이는가 하면 10시간 이상 자야 직성이 풀리는 사람도 있다. 그러나 수면시간이 6시간 이하인 사람과 9시간 이상인 사람은 각각 전체 인구의 10% 이하에 불과하다.

한편 수면량은 나이에 따라 달라진다(그림3). 신생아는 하루 종일 거의 수면으로 일관하는데, 뇌 파를 분석하면 주로 렘수면 상태만을 유지한다. 그렇다고 갓태어난 아이가 과연 꿈을 꾸는지 확인할 길은 없다. 이후 2-6개월이 지나면 비렘수면이 등장하기 시작하고 10세쯤 되면 수면의 패턴이 성인과 거의 비슷한 양상을 보인다. 노인의 경우는 어떨까. 흔히 "나이가 들면 잠이 준다"는 말이 있다. 그러나 나이가 들더라도 몸에 필요한 수면시간은 대체로 일정하다. 단지 사람이 60대에 이르면 깊은 잠에 빠지는(비렘수면) 상태 가 줄어든다는 점은 분명하다. 그래서 잠을 푹 자지 못하고 자주 깨게 돼 낮에 조는 현상이 잦아 진다.

왜 이런 현상이 벌어질까. 동물행동학자 데즈먼드 모리스에 따르면, 아이들은 날마다 완전히 새로운 세계를 경험하기 때문에 잠을 오래 자면서 머릿속에서 새로운 정보를 분류하고 정리한다. 반면 노인의 경우 이미 많은 정보가 입력돼 있다. 따라서 새로운 경험을 정리하는데 필요한 시간이 줄어든다.

낮잠은 취하는게 좋을까?- 밤에 잘 자도 낮에 갑자기 쏟아질 수 있다

좋은 경우와 좋지 않은 경우가 있다. 우선 밤잠이 많이 부족한 사람은 낮잠을 자는게 좋다. 예를 들어 입시를 앞둔 학생이나 병원의 인턴들은 항상 졸려한다. 이 경우 부족한 수면을 낮에 보충하면 문제가 해결된다.

만일 시험공부나 일 때문에 밤을 샜다면 다음날 부족한 잠을 얼마나 보충할 수 있을까. 예를 들어 하루에 7시간씩 잠을 자는 사람이 이틀 동안 밤을 새면 3일째 밤에는 21시간을 자야 할 것이다. 하지만 많이 자봐야 평소보다 3-4시간 이상 자기 어렵다. 수면의 양은 수면에 대한 욕구뿐 아니라 자신의 몸에 내재해 있는 '수면-각성 주기'에 의해서도 좌우되기 때문이다. 보통 아침 8시가 지나면 완전히 각성 상태에 놓이게 되므로 잠을 아무리 청해도 깊은 잠을 자지 못하고 자주 깨게 마련 이다. 따라서 만성적으로 부족한 수면은 단시일에 회복할 수 없다. 이때 낮에 잠깐씩 잠을 청하면 피로를 회복하는데 도움이 된다.

한편 밤에 잠을 잘 자도 낮에 졸음이 쏟아지는 기면증(수면발작) 증세가 있으면 낮잠을 자는게 좋다. 짧은 시간 동안(약 15분) 갑자기 참을 수 없을 정도로 잠이 쏟아지는 증상이다. 또 정신은 멀쩡한데 전신의 힘이 갑자기 빠져버리기도 한다. 그래서 길에 서있거나 운전을 할 때 갑자기 쓰러져 사고를 일으킬 수 있다. 한편 기면증 증상은 심하게 웃거나 화를 낼 때처럼 감정이 고조된 상태에서도 잘 발생한다. 잠들기 전 환각이 일어나는 것도 기면증의 특성이다.

기면증은 뇌질환의 일종인데, 정확한 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 기면증은 우울증이나 게으름, 무력함으로 오인될 가능성이 있기 때문에 가족이나 직장 동료의 이해가 필요하다. 물론 기면증 증세가 보이면 낮잠만 잘게 아니라 정신과에서 적절한 치료를 받아야 한다.

잠이 아예 잘 안오거나 잠자리가 불편해 자주 깨는 증상인 불면증에 시달리는 경우는 어떨까. 불면증에 걸린 사람은 늘 '자신의 잠이 부족하다'고 생각한다. 그래서 틈만 나면 이를 보충하느라 잠을 청하려 한다. 하지만 낮잠을 많이 청하면 밤에 잠이 더 오지 않기 때문에 악순환이 반복된다. 따라서 불면증 증상이 있는 사람은 낮잠을 피하거나 줄이는게 좋다.

위대한 인물들은 과연 조금만 잤을까? - 영웅다움 미화시키려고 과장했을 가능성

역사상 위대한 영웅으로 평가받는 인물은 생활 습관 자체가 보통 사람과 다르다고 알려져 있다. 흔하게 듣는 말 가운데 하나는 이들이 잠을 '초인적으로' 적게 잤다는 내용이다. 하지만 여기에는 상당한 과장이 실려있다는 비평도 있다. 본인 스스로 혹은 후대의 역사가들이 영웅을 더욱 영웅답게 미화시키는 과정에서 생긴 오류라는 지적이다.

나폴레옹은 스스로 하루에 4시간만 잔다고 주장했다. 하지만 동시대 사람들은 그가 실제 잠잔 시간을 줄여서 생각한다고 말했다. 또 전투에 함께 참여했던 많은 증인들은 그가 "매우 피로하고 잠을 충분히 못잤다"는 불평을 자주 했다고 전한다.

레오나르도 다 빈치는 4시간 간격으로 15분씩 잠을 잤다고 전해진다. 하루에 1시간 30분 정도 수면을 취한 셈이다. 그러나 한 수면학자는 다 빈치가 특수한 상황(예를 들어 인체 해부도를 그릴 때 시체가 부패하기 전에 모두 그려야 할 상황)에 그럴 가능성이 있을 뿐, 오히려 말년에 다 빈치는 보통 사람보다 많이 잤다고 주장했다.

영국 수상 처칠 역시 하룻밤에 몇 시간 안잔 인물로 알려져 있다. 하지만 그의 내각 각료들은 그가 실제로 매일 6시간 가량을 침대에서 보냈다고 말한다. 더욱이 낮잠을 보통 1-2시간 잤으니, 실제 수면시간은 8시간 정도다.

반대로 잠을 보통사람보다 훨씬 많이 잔 위대한 사람도 있다. 예를 들어 영국 수학자 무아부르는 확률이론과 삼각법 분야에서 뛰어난 업적을 남긴 인물이다. 그런데 그는 소문난 잠꾸러기였다. 잠자는 시간까지 아까워 밤새며 발명에 몰두했던 에디슨은 그를 못마땅하게 여겼다. 에디슨은 무아부르가 노년에는 하루에 20시간씩 잠을 잤으며, 결국 24시간까지 자다가 '잠에 빠져' 사망했다고 비난했다. 하지만 많은 전기 작가들은 무아부르가 그토록 오래 잠을 자면서도 커다란 수학적 발견을 한 천재라고 평가한다.

고양이 뇌에서 발견된 잠 조절 부위 - 스스로 잤다 깼다 주기적 반복

고양이의 뇌에서 기저전뇌영역(basal forebrain area)이라는 부분에 미세한 전극을 심어놓고 약한 전류를 흘려 전기자극을 하면, 활발하게 움직이고 있던 고양이가 대개 30초 정도만에 잠에 빠져버린다(그림1). 반면에 이 부분을 손상시키면 고양이는 불면증에 걸려서 며칠간 잠을 못자다가 결국 죽어버리기도 한다. 이로부터 잠에 들기 위해서는 기저전뇌영역의 활동이 필요하다는 것을 알 수 있다.
 

반대로 고양이 뇌의 망상체(reticular formation)라는 구조물의 어떤 부분을 전기자극하면 잠자던 고양이가 벌떡 일어나서 사방을 두리번거리게 된다. 그리고 이 부분을 손상시키면 깨어있는 시간이 별로 없이 계속 잠을 자게 된다. 따라서 깨어있기 위해서는 망상체의 활동이 필요하다는 것을 알 수 있다.

이렇듯 사람을 포함한 동물의 뇌에는 잠을 촉발하는 신경회로와 잠에서 깨어나게 만드는 신경회로들이 있어서 수면과 각성 상태는 뇌에 의해 잘 조절된다. 쉽게 말하면, 뇌는 스스로 잠에 빠졌다가 또 스스로 잠에서 깨어나는 주기를 반복하는 것이다. 이를 이용하면 미래에는 심각한 불면증 환자의 뇌에 미세한 전극을 심어놓고 리모컨으로 전기자극을 주어 수면을 취하게 만들 수도 있을 것이다.

몸에서 일어나는 생리반응 - 심장 박동·호흡수 왔다 갔다

잠에 대한 이미지를 떠올리면 흔히 '쥐죽은 듯' 조용히 새근새근 잠든 모습을 연상하기 쉽다. 그러나 이 모습은 비렘수면 상태에 해당하는 얘기일 뿐이다. 렘수면에서는 깨어있는 상태 못지 않게 활발한 신체 활동이 벌어진다. 하지만 이런 현상이 일어나는 생리적 메커니즘은 별로 밝혀지지 않앗다.

비렘수면 단계에서는 신체의 거의 모든 기능이 떨어진다. 1단계 수면에서는 느린 눈동자의 움직임을 보이다 잠이 깊어질수록 눈동자가 거의 움직이지 않는다. 또 수면이 깊어질수록 점점 심장의 박동수가 줄어들고 혈압이 떨어진다. 호흡수 역시 감소한다. 근육은 부분적으로 이완된다.

이에 비해 렘수면에서는 급속한 안구운동과 함께 혈압이 깨어있을 때와 거의 비슷한 상태로 변한다. 또 심장의 박동과 호흡은 불규칙해진다.
흥미로운 점은 몸의 여러 기능이 깨어있는 것처럼 변화하는데 비해 정작 근육은 비렘수면에 비해 더욱 이완된다는 점이다. 몸은 숨을 쉬거나 심장을 뛰게 하는 근육을 제외하고 거의 '마비' 상태에 이른다. 이유는 정확히 모르지만 사람의 '안전'을 위해서 다행스런 일이다. 축구를 하거나 싸움을 벌이는 꿈을 꾼다고 생각해보자. 만일 근육이 이완되지 않았다면 사람은 자신도 모르는 사이 방안을 뛰어다니거나 옆에서 자는 가족을 두드려 팰지도 모른다.

렘수면의 또다른 특징은 생식기에서 나타난다. 남성은 이 시기에 음경이 발기하기도 한다(여성의 경우에는 질에서 분비물이 나오고 음핵이 확대된다). 흔히 새벽에 발기를 경험하는 것은 렘수면 상태에서 잠을 깨기 때문이다.

렘수면 동안 음경이 발기한다는 사실로부터 발기부전증이 심리적 원인에 의해서인지 아니면 생리적인 이유에 따른것인지 가려낼 수 있다. 만일 잠자는 동안 발기가 되는 환자라면 평소의 발기부전은 심리적인 원인에서 일어난 것이다.