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“다들 한 번쯤 늦잠 때문에 수업이나 약속에 늦은 기억이 있을 겁니다. 저도 그런 학생 중 하나였죠. 도대체 잠이라는 게 무엇이길래 내 인생에 이렇게 지장을 주는 걸까. 이런 고민이 일주기 리듬에 대한 관심의 시작이었죠.”

동물 행동과 일주기 생체시계 연구실을 이끄는 최한경 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 교수는 일주기 리듬을 연구하게 된 계기를 묻는 질문에 자신의 경험담으로 답했다. 그의 관심 분야는 일주기 리듬과 함께 사회적 행동 인지기능과 행동 패턴, 감각 등 다양하다. 매일 시간에 따라 규칙적인 생활을 하는 우리의 일상과 관련이 깊은 주제다.

우리 모두 일주기 리듬의 영향을 받는다

매일 아침, 우리는 잠에서 깨 활동을 하고 저녁이 되면 잠자리에 든다. 활동 중에도 시간에 따라 활성화되는 감각과 수행하는 행동은 다르다. 대부분 생물에게서 나타나는 이런 특징을 일주기 리듬(circadian rhythm)이라 말한다.

동물에서는 시상하부 앞쪽에 있는 ‘시교차 상핵’이 온몸의 일주기 리듬을 관리한다. 이곳에서는 일주기 리듬에 관련한 유전자가 발현되고, 이 유전자가 시간의 흐름에 따라 신경을 자극하거나 호르몬 분비를 조절한다. 최 교수는 “일주기 리듬은 외부 환경에 대한 자극보다는 생명체가 가진 생체시계의 영향이 크다고 알려져 있다”며 “즉 모든 사람이 같은 일주기 리듬을 갖는 것이 아니라 자신이 가진 생체시계에 따라 다른 리듬을 갖게 된다고 볼 수 있다”고 말했다.

최 교수의 주요 관심사 중 하나는 일주기 리듬에 따른 사회적 행동의 변화다. 기존 일주기 리듬 연구에서는 동물 한 마리의 움직임에 집중했다면, 그는 여러 마리가 무리를 이뤘을 때의 행동 정보를 수집하고 있다.

암컷과 수컷 쥐를 한 우리 안에서 키웠을 때 시간에 따라 흥미를 갖는 대상이 달라졌다. 잠에서 깬 직후에는 처음 보는 쥐에게 더 많은 관심을 갖고 탐색했지만, 시간이 지나면서 이성 쥐에게 더 많은 관심을 보였다. 최 교수는 “시간에 따라 쥐가 갖는 본능의 우선순위가 달라지는 현상을 처음으로 관찰한 실험”이라고 말했다.

뇌 스캔 기술의 발달로 여러 마리의 쥐에서 뇌의 어떤 부위가 활성화 되는지도 동시에 알 수 있게 됐다. 기존에는 쥐가 다른 쥐의 냄새를 맡는 행동을 관찰할 때 단순히 관심을 가진다고 해석했다면, 실시간으로 뇌 활성을 확인해 어떤 감정을 느끼는지, 어떤 의도인지를 동시에 분석해낼 수 있다. 최 교수는 “여러 마리의 쥐가 함께 생활할 때 뇌파가 동기화되는 현상도 관찰했다”며 “현재 여러 실험 데이터를 수집하고 가공해 인공지능(AI) 실험 도구를 개발하고 있다”고 말했다.

청소년들의 아침잠은 게으름이 아니다

“우리가 뇌를 이해하려는 이유가 질병의 정복과 호기심 해결 때문만은 아닙니다. 지금까지 당연하게 생각했던 사회적 행동을 다시 생각해보는 계기를 마련할 수도 있습니다.”

일주기 리듬이 우리의 생활에 영향을 미친 사례는 적지 않다. 대표적으로 2014년부터 초중고등학교의 등교 시간을 오전 7~8시에서 오전 9시로 늦춘 ‘9시 등교’가 있다. 최 교수는 “사람의 생체시계는 어릴 때 오전 8시 기상, 오후 8시 취침으로 맞춰진 뒤 청소년기가 되면서 점점 뒤로 늦춰졌다가 다시 나이가 들면서 빨라진다”며 “생체시계에 대한 이해 덕에 청소년을 배려할 수 있는 정책이 자리 잡을 수 있었다”고 말했다.

최 교수가 일주기 리듬과 사회적 행동을 연구하는 이유는 우리의 실생활과 밀접하기 때문이다. 그는 뇌과학과 사회적 행동을 연구한 결과가 앞으로 사회정책에 필요한 고려요소 중 하나가 될 거라고 설명했다. 수면 시간이 대표적이다. 최 교수는 “생체시계와 관련된 유전자에 변형이 생기면 수면장애와 함께 자폐증, 우울증 등이 유발된다”며 “수면장애가 정신질환은 물론 일반적인 건강상태와도 밀접한 연관이 있는 만큼 일주기 리듬을 고려한 국민 보건 정책을 수립할 수도 있을 것”이라고 말했다.

일주기 리듬과 사회적 행동을 연결하는 연구는 이제 막 태동하는 단계다. 여전히 밝혀내야 할 비밀이 많이 남아 있다는 의미다. 그렇기에 최 교수는 다양한 연구기법을 시도하고 있다. 일반적인 분자생물학 실험은 물론 학생들과 함께 실험장비를 직접 설계하기도 한다. 최 교수는 “우리가 궁금한 것들에 답을 줄 수 있는 다양한 방법을 시도해 보고 있다”며 “다양한 시도를 통해 우리가 실생활에서 느끼는 것들에 어떤 뇌과학적 의미가 있는지 밝히고 싶다”고 말했다.

* 이 기사는 대구경북과학기술원(DGIST)의 제작지원을 받았습니다.