“내 뇌는 얼마나 더러울까”…국내 연구진, 세계 최초 ‘수면 중 뇌 청소’ 측정
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국내 연구진이 치매를 유발하는 뇌 속 노폐물이 자는 동안 효과적으로 배출되고 있는지 실시간으로 확인할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.
23일 분당서울대병원 신경과 윤창호 교수와 카이스트(한국과학기술원·KAIST) 전기·전자공학부 배현민 교수 공동 연구팀은 세계 최초로 수면 중 뇌 노폐물 배출 시스템 ‘아교임파계(Glymphatic System)’의 활동을 실시간으로 관찰할 수 있는 근적외선 분광기법(Near Infrared Spectroscopy) 기반의 비침습적 검사법을 개발했다고 밝혔다.
사람이 잠자리에 들면 뇌를 감싸고 있는 뇌척수액이 혈관 주위 공간을 따라 뇌 깊숙이 스며들어 노폐물을 씻어내고, 뇌수막 림프계나 경부 림프샘을 통해 배출된다. 수면 중 뇌척수액이 뇌 안으로 들어가 뇌 조직을 세척하고 빠져나오는 시스템을 ‘아교임파계’라고 한다.
대표적인 뇌 노폐물인 아밀로이드 베타는 뇌에 장기간 축적될 경우 신경세포를 손상해 알츠하이머병을 유발하는 것으로 알려져 있다.
아교임파계는 이런 노폐물들을 제거함으로써 치매, 파킨슨병 등 퇴행성 뇌질환을 억제하는 수면의 핵심적인 기능 중 하나다.
하지만 지금까지 아교임파계가 수면 중 잘 작동하고 있는지 실시간으로 관찰하기에는 한계가 있었다. 자기공명영상검사(MRI)는 조영제를 써야 한다는 부담이 있고, 7~8시간에 이르는 전체 수면시간 동안 연속적으로 시행할 수도 없다.
이에 연구팀은 아교임파계 활동을 비침습적으로 연속 측정할 수 있는 기술을 개발하기 위해 노력했고, 수분 변화에 민감한 ‘무선 근적외선 분광기’를 활용해 뇌 내 체액 흐름을 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.
‘무선 근적외선 분광기’는 이마에 부착된 상태로 작동해 두개골 내부로 700~1000nm 파장의 근적외선을 투과시키고, 빛의 흡수율을 분석해 뇌 수분량, 산소포화도, 혈류량 등을 산출한다.
특히 측정된 수분량 중 뇌 혈류량의 영향을 제거해 아교임파계 활동과 직접 연관된 수분량을 정밀하게 평가할 수 있다.
연구팀이 해당 장비를 사용해 건강한 성인 41명을 대상으로 검증 연구를 수행한 결과, 각성 상태에서 잠이 들어 깊은 잠으로 진행하는 동안 전두엽 수분량이 유의미하게 증가했다. 이는 깊은 수면 단계로 갈수록 뇌 청소 활동이 활성화됨을 보여주는 결과다.
또 잠이 들고 난 후 첫 번째 깊은 잠 사이클에서 수분량이 가장 많이 증가했다. 수면 초반이 뇌 청소 활동의 핵심적인 시간대임을 시사해 향후 수면 치료를 개선하는 데 중요한 참고 자료가 될 것으로 전망된다.
연구를 이끈 윤창호 교수는 “세계 최초 근적외선 분광기법 기반 기술을 개발해 수면과 뇌 건강의 연관성을 과학적으로 규명할 수 있는 토대를 마련했다는 점에서 의미가 깊다”라고 말했다.
이어 “향후 치매를 비롯한 퇴행성 뇌질환의 조기 예측과 위험군 선별은 물론 수변 치료의 효과를 평가하는 등 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 전망했다.
이번 연구 결과는 국제뇌혈류대사학회 공식 학술지 ‘뇌혈류 및 대사 저널(Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism)’에 게재됐다.
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