졸리면 꼭 잠을 자야 할까. 얼마나 오랫동안 잠을 자지 않고도 살아 있을 수 있을까. 過去 이러한 質問에 對答하기 위해 11日 동안 잠을 자지 않은 사람이 있었다. 1964年 랜디 가드너라는 美國 高等學生은 科學者 윌리엄 디멘트와 함께 實驗을 進行했다. 가드너는 藥물이나 카페인 도움 없이 졸릴 때마다 親舊들과 籠球를 하며 잠을 자지 않았고, 디멘토는 가드너의 狀態를 꼼꼼히 觀察해 記錄으로 남겼다. 結局 그가 잠들지 않고 버틴 時間은 264時間이 넘었고, 世上에서 가장 오랫동안 잠을 자지 않은 사람으로 기네스북에 올랐다.

다만 잠을 자지 않는 동안 가드너의 모습은 頂上이 아니었다. 實驗이 始作되고 며칠이 지나자 調絃病 症狀과 함께 幻覺에 시달렸고, 筋肉을 充分히 制御할 수 없게 돼 비틀거리며 제대로 걷기조차 힘들었다. 短期 記憶喪失症을 앓기도 했는데, 簡單히 주어진 뺄셈 問題를 遂行하는 過程에서 自身이 只今 무엇을 하고 있었는지 자꾸 잊어버렸다. 눈瞳子와 손가락이 떨리는 症狀이 漸次 심해졌고, 不正確한 發音 때문에 누구도 그의 말을 제대로 알아듣기 힘들었다. 多幸히 實驗을 마친 後 별다른 後遺症은 나타나지 않았지만, 健康에 큰 問題를 일으킬지도 모른다는 危險性 때문에 기네스協會는 睡眠時間 部門 記錄을 廢止했다.

잠자는 동안 腦에 쌓인 老廢物 淸掃

科學者들은 繼續 잠을 자지 않으면 어떻게 될지 궁금한 나머지 쥐로 實驗을 하기 始作했다. 잠들려 하면 電氣衝擊을 주거나 물에 빠지게 해 늘 覺醒狀態를 維持하게 했다. 睡眠을 除外한 물과 飮食物 等 모든 生存 手段은 提供됐다. 結果는 慘酷했다. 實驗에 强制로 動員된 쥐들은 漸漸 말라가더니 結局 14日 만에 죽었다. 平常時와 똑같이 먹거나 더 많이 먹어도 마찬가지였다. 甚至於 生存 期間은 飮食物을 주지 않았을 때보다 짧았다. 잠들지 못하는 不眠은 斷食보다 危險하고, 멀쩡한 生命體에게 죽음을 안겨줄 수 있을 만큼 危險했다.

모든 生命體는 왜 자야 할까. 一般的으로 所重한 壽命의 3分의 1은 죽은 듯이 누워 뻗어 있는 狀態로 消費돼야 하는데, 80歲까지 살 수 있다고 假定하면 26年이 넘는 歲月이다. 多幸히 우리는 只今 가만히 누워 있어도 安全한 都市에서 生活하고 있지만, 凶暴한 猛獸들 탓에 보금자리를 求하기 쉽지 않은 정글에 떨어져 있다면 잠자는 時間은 致命的인 危險 要素 中 하나가 된다. 에너지를 效率的으로 얻기 위한 側面에서라면 차라리 자는 사이에 먹거나 다른 形態로 에너지를 얻는 便이 낫다. 그런데도 반드시 자야 하는 건 生存에 유리하기 때문일 텐데, 水面만이 가진 重要한 機能이 있다는 걸까.

事實 잠자는 時間은 正말 危險하다. 捕食者로부터 도망치지 못할 뿐 아니라, 將來를 約束한 내 半쪽이 다른 競爭者에게 눈을 돌려도 눈치채지 못한다. 生存과 더불어 繁殖에도 影響을 미치는 것이다. 그래도 자야 한다. 바로 腦 때문이다. 우리 몸 모든 細胞는 活動 過程에서 必然的으로 老廢物을 生成하고, 重要한 機關인 腦도 마찬가지다. 單, 여느 細胞와 달리 腦는 안쪽까지 들어갈 수 있는 길이 없어 이런 찌꺼기를 淸掃할 만한 裝置가 없는 것처럼 보였다. 하지만 2013年 ‘사이언스’에 실린 硏究에 따르면 낮에 活動하면서 腦에 쌓인 老廢物이 잘 때 淸掃된다는 事實이 밝혀졌다. 잠을 자는 동안 우리 몸 다른 機關은 푹 쉬고 있지만, 腦는 잠자고 있을 때 더 바빴다.



勿論 잠을 자는 理由는 매우 다양해 오직 頭腦 淸掃만을 위한 行爲라고 보긴 어렵다. 特히 잠과 密接한 關聯이 있는 腦의 機能은 바로 記憶이다. 硏究陣은 쥐가 睡眠하는 동안 前날 배운 內容을 잘 記憶할 수 있도록 貯藏하고, 쓸데없는 記憶은 整理한다는 事實을 發見했다. 長期 記憶을 위해서는 잠을 자야 한다는 硏究 結果는 예전부터 있었지만, 記憶을 貯藏하는 腦 속 神經細胞들이 具體的으로 어떻게 잠자는 동안 記憶을 또렷하게 만드는지를 밝혀낸 것이다. 우리 腦는 睡眠 中에 不必要한 記憶이 담긴 시냅스의 連結을 아예 끊어버리고, 特定 記憶에 對한 시냅스는 柔軟하게 만들어 記憶 回路를 强化한다. 一種의 記憶 가지치기를 통해 重要한 건 살리고, 버릴 건 버리는 것이다.

그럴듯한 꿈을 向해 나아가는 水面 段階

반짝거리는 자그마한 銀色 팽이가 비틀거리며 눈앞에서 돌아가는 꿈을 꾼 적이 있다. 이곳은 現實일까, 아니면 꿈속일까 한참을 苦悶했다. 多幸히 팽이가 멈추기 前 잠에서 깰 수 있었고, 映畫 ‘인셉션’의 한 場面을 꿈으로 꾼 것뿐이었다. 꿈속에서 무엇이든 할 수 있다는 건 興味롭고, 事實 생각보다 마음먹은 대로 되지 않는다는 制限조차 즐겁다.

우리가 밤에 經驗할 수 있는 水面 狀態는 두 가지다. 렘(REM)睡眠과 非렘(non-REM)睡眠이다. 腦 神經細胞가 分泌하는 化學物質 種類에 따라 두 水面 週期는 바뀌는데, 렘睡眠을 活性化하는 化學物質이 分泌되면 렘睡眠에 進入하고, 렘睡眠을 抑制하는 化學物質이 나오면 비렘睡眠 狀態가 된다. 누워서 눈을 감고 精神이 안드로메다로 가버린다고 全部 똑같은 잠은 아니다. 普通 잠을 잘 때 平均的으로 3段階에서 많게는 5段階를 거치는데, 各 段階는 身體 健康을 회복시키는 데 重要한 役割을 한다. 가장 먼저 進入하는 졸음 段階는 完全히 잠들지는 못했지만 呼吸이 느려지고 筋肉이 緩和되며 深博 數가 떨어진다. 以後 非렘睡眠 狀態로 進入하는데, 얕은 잠 段階와 깊은 잠 段階로 區分된다. 얕은 잠 段階에서 些少한 刺戟에도 쉽게 깨어날 수 있지만, 깊은 잠 段階로 가면 몸이 마치 超節電 狀態처럼 最小限의 活動만 하기에 外部 刺戟이 있어도 깨기 힘들다. 여기선 꿈을 꾸지 않는다.

깊은 잠에 빠진 後 다시 얕은 잠 段階로 暫時 되돌아갔다가 드디어 꿈을 꾸는 렘睡眠 狀態로 간다. 急速 眼球 運動(Rapid Eye Movement)의 줄임말인 렘수면 段階에서는 實際로 자면서 눈瞳子가 빠르게 움직인다. 렘睡眠 中에는 記憶의 聯想 作用을 活潑하게 하는 아세틸콜린이라는 神經傳達物質이 分泌되기 때문에 이때 잠에서 깨어나면 꿈이 생생하게 기억난다. 하지만 非렘睡眠 中에는 아세틸콜린 分泌가 中斷되고 注意集中을 誘導하는 노르에피네프린이 分泌된다. 그래서 꿈을 꾸지 않을뿐더러 깨고 나서도 記憶이 잘 나지 않는다.

꿈 內容을 잘 되새겨보면 登場하는 人物이나 場所, 目的 等이 時도 때도 없이 바뀐다. 論理的 因果關係를 찾아내기 宏壯히 힘들다는 것인데, 이런 問題는 記憶을 時間 順序대로 羅列하고 組合하는 前前頭葉이 꿈을 꾸는 途中에는 거의 作動하지 않기에 發生한다. 그런데도 아세틸콜린의 聯想 作用으로 뒤죽박죽 떠오른 場面들이 어떻게든 連結되면서 뭔가 理解될 듯한 이야기가 만들어진다. 깨고 나면 都大體 이게 무슨 개꿈인지 精神이 없지만, 깨기 直前까지도 꿈속에서는 그럴듯하다고 여기며 고개를 끄덕이는 理由가 여기 있다.

잠자다 꿈에서 發見한 벤젠 構造式

지난 數十 年 동안 꿈꾸는 行爲는 렘수면 段階에서 大部分 일어난다고 알려져 있었다. 아쉽게도 나이가 들수록 全體 睡眠時間에서 렘수면의 比重이 줄어드는 境遇가 많아 어릴 때보다 꿈을 꾸는 回數는 줄어든다는 말도 있다. 하지만 最近 硏究에 따르면 非렘睡眠 段階에서도 꿈꿀 때 發生하는 信號가 捕捉된 情況이 나타났다. 렘수면 段階에서만 꿈을 꾸는 게 아닐 수도 있다는 말이다.

相反되는 여러 主張이 繼續 나오는 狀況에서 2017年 美國 위스콘신대 神經科學者들은 렘睡眠과 非렘睡眠 段階 모두에서 꿈을 꿀 수도 있고 꾸지 않을 수도 있다고 밝혔다. 單純히 어떤 水面 段階에서 꿈을 꾸는 것이 아니라 腦 後頭部에 있는 ‘핫 존(hot zone)’李 活性化되면 꿈을 꾼다는 主張이었다. 硏究陣은 잠든 사람의 高密度 腦波檢査 結果를 分析해 꿈을 꾸고 있는지 아닌지를 매우 높은 正確度로 豫測했다. 게다가 平常時 腦와 꿈꾸는 腦는 豫想보다 훨씬 類似했다. 꿈속에서 남들과 이야기했던 사람은 腦에서 言語와 關聯된 領域의 腦波 活動이 나타났고, 사람을 만나는 꿈을 꾼 사람은 이미지를 認識하는 領域이 活性化됐다. 앞으로 어쩌면 누군가 잠잘 때 꾸는 꿈을 外部에서 他人이 TV처럼 同時에 볼 수 있는 世上이 올지도 모르겠다.

꿈의 腦科學은 如前히 밝혀진 部分이 많지 않지만, 모든 이에게 共通으로 흥미로운 分野다. 잠자는 사람은 꿈을 꾸지만, 잠자지 않는 사람은 꿈을 이룰 수 있다는 말이 있다. 그렇지 않다. 자면서 꾸는 꿈 自體도 充分히 價値가 있다. 아직 벤젠 構造가 밝혀지기 前인 1865年 겐트대 敎授로 在職하던 獨逸 有機化學者 아우구스투스 케쿨레는 깜빡 잠이 들었다. 꿈속에서 原子들이 나왔는데, 서로 기다란 熱을 이뤄 달라붙고 비틀어지더니 빙글빙글 돌면서 스스로 꼬리를 문 뱀처럼 움직였다. 잠에서 깬 케쿨레는 바로 筆記道具를 찾아 꿈에서 본 뱀 모습을 그렸다. 六角形의 完璧한 고리 模樣인 벤젠 構造式은 이렇게 誕生했다. 勿論 꿈에도 나올 만큼 平素 주어진 問題를 푸는 데 沒入하고 있었기에 斬新한 解決 方法을 찾아냈을지도 모른다. 그래도 充分히 자고 健康해지면, 오히려 더 많은 꿈을 이룰 수 있으리라. 늘 새벽까지 깨어 있는 스스로에게도 해주고 싶은 말이다.

_{軌道는… 연세대 天文宇宙學科 學部 및 大學院을 卒業하고 韓國天文硏究院 宇宙監視센터와 연세대 宇宙飛行制御硏究室에서 勤務했다. ‘軌道’라는 藝名으로 팟캐스트 ‘課長窓’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 進行 中이며, 著書로는 ‘軌道의 科學 虛勢’가 있다.}