동공은 잠자는 뇌를 들여다보는 창문이다

우리의 눈은 잠을 잘 때 일반적으로 감겨 있습니다. 그러나 감긴 눈꺼풀 아래에서는 많은 활동이 일어납니다. ETH 취리히의 운동 신경 제어 연구실의 수석 연구원인 캐롤라인 루스텐베르거, 사라 마이스너, 니콜 웬더로트가 이끄는 연구진은 동공의 크기가 수면 중에 끊임없이 변동한다는 것을 관찰했습니다. 때로는 크기가 커지고, 때로는 작아집니다. 때로는 이러한 변화가 몇 초 안에 일어나고, 때로는 몇 분 동안 일어납니다.

"이러한 역학은 각성 상태, 즉 수면-각성 조절을 담당하는 영역에서 뇌 활성화 수준을 반영합니다."라고 Lustenberger는 말합니다. "이러한 관찰은 본질적으로 수면 중 각성 수준이 낮다는 이전 가정과 모순됩니다."

대신, 동공 크기의 이러한 변동은 수면 중에도 뇌가 더 높고 낮은 수준의 활성화 사이를 끊임없이 전환한다는 것을 보여줍니다. 이러한 새로운 발견은 또한 다른 연구 그룹이 설치류에 대한 연구에서 최근에 발견한 것을 인간에게도 확인시켜 주는데, 설치류도 활성화 수준의 느린 변동(이 분야에서는 각성이라고 함)을 보입니다. ETH 연구자들의 연구는 최근 저널 Nature Communications 에 게재되었습니다.

오래된 미스터리에 대한 새로운 방법

활성화 수준을 제어하는 ​​뇌 영역은 뇌간 깊숙한 곳에 위치하여 이전에는 수면 중에 인간의 이러한 과정을 직접 측정하기 어려웠습니다. 기존 방법은 기술적으로 까다롭고 아직 이 맥락에서 확립되지 않았습니다. 따라서 ETH 연구원의 연구는 동공 측정에 의존합니다. 동공은 사람이 깨어 있을 때 활성화 수준을 나타내는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 뇌 깊숙한 곳에 위치한 영역의 활동에 대한 마커로 사용할 수 있습니다.

ETH 연구원들은 수면 중 사람들의 동공 변화를 조사하는 새로운 방법을 개발했습니다. 특수 접착 기술과 투명한 반창고를 사용하여 실험 대상자의 눈을 몇 시간 동안 뜨고 있게 할 수 있었습니다.

"우리의 주요 우려는 피험자들이 눈을 뜨고 잠을 잘 수 없을 것이라는 것이었습니다. 하지만 어두운 방에서는 대부분의 사람들이 눈이 여전히 뜨여 있고 잠을 잘 수 있다는 사실을 잊습니다." 이 기술을 개발한 연구의 수석 저자 마누엘 카로 도밍게스가 설명합니다.

데이터 분석 결과, 동공 역학은 수면의 여러 단계와 관련이 있을 뿐만 아니라 수면 스핀들과 뚜렷한 심부 수면파와 같은 특정 뇌 활동 패턴과도 관련이 있는 것으로 나타났습니다. 이 뇌파는 기억 통합과 수면 안정성에 중요합니다. 연구원들은 또한 뇌가 동공 크기에 반영되는 활성화 수준에 따라 다양한 강도로 소리에 반응한다는 사실을 발견했습니다.

활성화 수준의 중앙 조절자는 청반점이라고 알려진 뇌간의 작은 영역입니다. 과학자들은 동물에서 이것이 수면 단계와 각성 조절에 중요하다는 것을 보여줄 수 있었습니다. ETH 연구자들은 이 연구에서 청반점이 실제로 동공 변화에 직접적인 책임이 있는지 증명할 수 없었습니다. "우리는 단순히 뇌 활성화 수준과 심장 활동과 관련된 동공 변화를 관찰하고 있습니다."라고 Lustenberger는 설명합니다.

후속 연구에서 연구자들은 약물을 사용하여 청반점의 활동에 영향을 미쳐 이것이 동공 역학에 어떤 영향을 미치는지 조사할 것입니다. 그들은 뇌의 이 영역이 실제로 수면 중 동공을 제어하는 ​​데 책임이 있는지, 그리고 활성화 수준의 변화가 수면과 그 기능에 어떤 영향을 미치는지 알아내고자 합니다.

동공 역학을 사용하여 질병 진단

수면 중 동공 역학을 이해하는 것은 수면 장애 및 기타 질병의 진단 및 치료에 중요한 통찰력을 제공할 수도 있습니다. 따라서 연구자들은 수면 중 동공 변화가 각성 시스템의 기능 장애를 나타낼 수 있는지 조사하고자 합니다. 여기에는 불면증, 외상 후 스트레스 장애 및 아마도 알츠하이머병과 같은 장애가 포함됩니다. "이것들은 우리가 미래에 조사하고자 하는 가설일 뿐입니다."라고 Lustenberger는 말합니다.

또 다른 목표는 수면 실험실 밖에서도 이 기술을 사용할 수 있게 하는 것입니다. 예를 들어, 병원에서는 혼수상태 환자의 깨어남을 모니터링하거나 수면 장애를 더 정확하게 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서 동공은 뇌를 들여다보는 창문 역할을 하므로 수면 의학과 신경 과학에서 새로운 기회를 열 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250305135152.htm