수면 부족 시 뇌에서 체액이 배출되며 주의력 저하 발생

• 수면 부족 상태에서 뇌척수액(CSF)이 뇌 밖으로 흐르는 세척 작용이 깨어 있는 동안 발생함
• 이 현상은 주의력 저하 순간과 동시에 일어나며, 이후 체액이 다시 뇌로 유입되는 주기적 흐름이 관찰됨
• 연구진은 수면 중 일어나는 노폐물 제거 과정이 결핍될 때, 뇌가 이를 보상하려는 수면 유사 상태로 전환된다고 설명
• 주의력 저하 시 심박수·호흡수 감소와 동공 수축 등 전신적 생리 변화가 함께 나타남
• 이러한 결과는 주의력·체액 흐름·혈류 조절을 통합적으로 제어하는 단일 신경 회로 존재 가능성을 시사함

수면 부족과 뇌척수액 흐름의 관계

• MIT 연구진은 수면 부족 시 주의력 저하가 뇌척수액(CSF)의 배출 파동과 동시에 발생함을 발견
  • 평소 수면 중 일어나는 CSF의 세척 작용이 깨어 있는 동안에도 나타남
  • 이 과정은 뇌의 노폐물 제거 기능과 관련 있음
• 수면이 부족할 때 뇌는 이러한 세척 과정을 보상하려는 시도를 하며, 그 결과 주의력 손상이 발생
  • CSF 파동이 깨어 있는 상태로 침입하면서 주의력과 세척 기능 간의 교환(tradeoff) 이 일어남

연구 방법

• 연구에는 26명의 참가자가 참여했으며, 각각 수면 부족 상태와 충분한 수면 후 상태에서 두 차례 실험 수행
• 참가자들은 EEG(뇌파 측정) 와 fMRI(기능적 자기공명영상) 장비를 착용하고 시각·청각 주의력 과제를 수행
  • 시각 과제: 화면의 십자 표시가 사각형으로 변할 때 버튼을 누름
  • 청각 과제: 특정 음향 신호에 반응
• 수면 부족 참가자는 반응 속도가 느리고 일부 자극을 인식하지 못함
• 주의력 저하 순간 CSF가 뇌 밖으로 배출되고, 이후 다시 유입되는 흐름이 관찰됨

생리적 변화와 통합 반응

• 주의력 저하 시 호흡·심박수 감소, 동공 수축이 동반됨
  • 동공 수축은 CSF 배출 약 12초 전에 시작되고, 주의력 회복 후 다시 확장됨
• 이러한 변화는 뇌뿐 아니라 신체 전반의 동시 반응으로 나타남
  • 주의력 저하가 뇌-신체 통합 사건임을 시사

단일 회로 가설

• 연구진은 주의력, 체액 흐름, 혈류, 혈관 수축 등을 함께 조절하는 통합 신경 회로가 존재할 가능성을 제시
  • 이 회로는 주의력과 생리적 기능을 동시에 제어할 수 있음
• 구체적 회로는 규명되지 않았으나, 노르아드레날린 시스템이 유력 후보로 언급됨
  • 이 시스템은 각성·심박·혈류 조절을 담당하며, 수면 중에도 주기적으로 진동함

연구 의의 및 지원

• 이번 연구는 Nature Neuroscience에 게재되었으며, MIT Picower Institute와 Institute for Medical Engineering and Science 소속 연구진이 수행
• 연구는 미국 국립보건원(NIH) , 국방과학공학대학원 펠로십, NAWA 펠로십, McKnight Scholar Award, Sloan Fellowship, Pew Biomedical Scholar Award, One Mind Rising Star Award, Simons Collaboration on Plasticity in the Aging Brain 등의 지원을 받음