커피는 잠자는 뇌에 어떤 영향을 미칠까?

카페인은 커피뿐만 아니라 차, 초콜릿, 에너지 드링크, 그리고 많은 청량음료에도 들어 있어, 전 세계에서 가장 널리 소비되는 정신 활성 물질 중 하나입니다.

4월에 Nature Communications Biology 에 발표된 연구에서 몬트리올 대학의 연구진은 카페인이 어떻게 수면을 변화시키고 뇌의 회복(신체적, 인지적 측면 모두)에 영향을 미치는지에 대한 새로운 시각을 밝혔습니다.

이 연구는 UdeM의 인지 및 계산 신경 과학 연구실(CoCo Lab)의 연구원인 필립 톨케가 주도했으며, 연구실 책임자이자 Mila-Quebec AI Institute의 심리학 교수이자 연구원인 카림 제르비가 공동으로 이끌었습니다.

과학자들은 UdeM 수면 의학 고급 연구 센터의 수면 및 노화 심리학 교수인 줄리 캐리어와 그녀의 팀과 협력하여 AI와 뇌파(EEG)를 사용하여 카페인이 수면에 미치는 영향을 연구했습니다.

그들은 카페인이 수면 중 뇌 신호의 복잡성을 증가시키고 뇌의 "중요성"을 강화한다는 것을 처음으로 보여주었습니다. 흥미롭게도, 이러한 현상은 젊은 성인에게서 더욱 두드러졌습니다.

"비판성은 질서와 혼돈 사이에서 균형을 이루는 뇌의 상태를 말합니다."라고 제르비는 말했습니다. "오케스트라와 같습니다. 너무 조용하면 아무 일도 일어나지 않고, 너무 혼란스러우면 불협화음이 들립니다. 비판성은 뇌 활동이 체계적이면서도 유연하게 이루어지는 최적의 상태입니다. 이 상태에서 뇌는 최적의 기능을 발휘합니다. 정보를 효율적으로 처리하고, 빠르게 적응하고, 학습하고, 민첩하게 결정을 내릴 수 있습니다."

캐리어는 이렇게 덧붙였다. "카페인은 뇌를 자극하여 뇌를 중요한 상태로 밀어넣습니다. 이 상태에서는 뇌가 깨어 있고, 경계하며, 반응성이 높아집니다. 이런 상태는 낮에는 집중하는 데 유용하지만, 밤에는 휴식을 방해할 수 있습니다. 뇌가 제대로 이완되거나 회복되지 않기 때문입니다."

40명의 성인을 대상으로 연구

카페인이 수면 중인 뇌에 미치는 영향을 연구하기 위해, 캐리어 연구팀은 건강한 성인 40명의 야간 뇌 활동을 뇌파를 이용하여 기록했습니다. 참가자들은 두 날 밤, 즉 취침 3시간 전과 1시간 전에 카페인 캡슐을 섭취했을 때와 같은 시간에 위약을 섭취했을 때의 뇌 활동을 비교했습니다.

"우리는 고급 통계 분석과 인공지능을 사용하여 신경 활동의 미묘한 변화를 파악했습니다."라고 이 연구의 제1저자인 톨케는 말했습니다. "연구 결과, 카페인은 뇌 신호의 복잡성을 증가시켜 신경 활동이 더욱 역동적이고 예측 불가능하게 되었음을 보여주었습니다. 특히 기억력 강화와 인지 회복에 중요한 비급속안구운동(NREM) 수면 단계에서 더욱 두드러졌습니다."

연구자들은 또한 수면 중에 뇌의 전기적 리듬에 놀라운 변화가 있다는 것을 발견했습니다. 카페인은 일반적으로 깊고 회복적인 수면과 관련된 세타파와 알파파와 같은 느린 진동을 약화시키고, 깨어 있고 정신적으로 참여하는 동안 더 흔히 나타나는 베타파 활동을 자극했습니다.

"이러한 변화는 수면 중에도 카페인의 영향으로 뇌가 더 활성화되고 회복력이 떨어지는 상태를 유지한다는 것을 시사합니다."라고 계산 신경과학 및 인지 신경 영상 분야의 캐나다 연구 의장을 맡고 있는 저비는 말합니다. "뇌의 리듬 활동의 이러한 변화는 카페인이 밤 동안 뇌의 회복 효율에 영향을 미치는 이유를 설명하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 기억 처리에 잠재적인 영향을 미칠 수 있습니다."

20대, 더 큰 영향 받아

또한 이 연구에서는 카페인이 뇌 역학에 미치는 영향이 20~27세의 젊은 성인과 41~58세의 중년 참가자 사이에서 훨씬 더 두드러지는 것으로 나타났으며, 특히 꿈과 관련된 단계인 REM 수면 중에 그 영향이 두드러졌습니다.

젊은 성인들은 카페인에 더 큰 반응을 보였는데, 이는 뇌에 아데노신 수용체가 더 많기 때문일 가능성이 높습니다. 아데노신은 하루 종일 뇌에 서서히 축적되어 피로감을 유발하는 분자입니다.

캐리어는 "아데노신 수용체는 나이가 들면서 자연스럽게 감소하여 카페인이 수용체를 차단하고 뇌의 복잡성을 개선하는 능력이 감소합니다. 이것이 중년 참가자들에게 관찰된 카페인의 효과 감소를 부분적으로 설명할 수 있습니다."라고 말했습니다.

이러한 연령 관련 차이는 젊은 뇌가 카페인의 자극 효과에 더 민감할 수 있음을 시사합니다. 카페인은 전 세계적으로 널리 사용되고 있으며, 특히 피로 해소를 위한 일상적인 치료제로 활용되고 있기 때문에, 연구진은 다양한 연령대와 건강 상태에 따라 카페인이 뇌 활동에 미치는 복잡한 영향을 이해하는 것이 중요하다고 강조합니다.

연구팀은 이러한 신경 변화가 인지 건강과 일상 생활에 어떤 영향을 미치는지 명확히 밝히고, 카페인 섭취에 대한 개인별 권장 사항을 제시하기 위해서는 추가 연구가 필요하다고 덧붙였습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250529124625.htm