수면으로 뇌의 노폐물을 씻어내는 메커니즘을 규명...알츠하이머병 등의 신경퇴행성 질환의 예방에 도움이 될 가능성

우리의 뇌는 수면 시에도 쉬지 않고 계속 움직이고 있으며 뇌에서는 뉴런이 협조하여 전기신호를 발신하고 그것들이 축적되어 리드미컬한 파가 됨으로써 뇌에 쌓인 노폐물을 씻어낼 가능성이 워싱턴대학 의과대학의 연구팀에 의해 제시되었습니다.

Neuronal dynamics direct cerebrospinal fluid perfusion and brain clearance | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07108-6

Neurons help flush waste out of brain during | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/1035658

뇌세포는 사고와 감정, 몸의 움직임을 조정하고 기억의 형성과 문제해결에 필수적인 네트워크를 구축하고 있습니다. 이 네트워크를 유지하고 작업을 수행하기 위해 섭취한 영양소가 에너지로 뇌세포에 공급됩니다. 그러나 영양소를 소비하면 그 과정에서 대사에 의한 노폐물이 만들어지고 축적되면 알츠하이머병이나 파킨슨병 등의 신경퇴행성 질환을 발병할 가능성이 높아지는 것이 지적되고 있습니다.

연구팀의 조나단 키프니스 씨는 “이런 대사노폐물을 뇌가 처리하는 것이 중요하다”며 “수면이란 각성상태에 축적된 노폐물과 독소를 씻어내기 위해 뇌가 청소하는 시간이라고 알려져 있지만 이 메커니즘은 밝혀지지 않았다”고 설명했습니다.

세포와 신경이 밀집된 뇌를 청소하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 뇌를 채우는 뇌척수액은 복잡하게 둘러싸인 세포 사이를 이동하며 유독한 노폐물을 모읍니다. 그리고 노폐물이 쌓인 뇌척수액은 경막의 림프관으로 흘러갑니다. 그러나 기존의 연구에서는 뇌척수액이 움직이는 이유는 밝혀지지 않았습니다.

연구팀은 수면상태에 있는 마우스의 뇌를 분석하여 뉴런이 협조하여 전기신호를 발신하고 뇌내에서 리드미컬한 파를 형성함으로써 밀집한 뇌조직에 뇌척수액을 보내고 있다고 것을 밝혀냈습니다. 또한 연구팀은 특정 뇌영역의 활동을 억제하여 리드미컬한 파의 형성을 저해하면 수면 시에 신선한 뇌척수액이 흐르지 않고 축적된 노폐물이 씻겨지지 않는 것을 확인했습니다.

또한 우리가 자고 있을 때는 렘수면과 논렘수면을 반복하고 있으며 뇌파의 패턴은 수면 사이클 사이에 크게 변화합니다. 연구팀은 고주파 또는 고진폭 뇌파가 관찰될 때 뇌척수액이 크게 움직이는 것을 발견했습니다.

키프니스 씨는 “우리가 자는 이유 중 하나는 뇌를 청소하기 때문입니다. 그리고 이 과정을 강화할 수 있다면 수면시간을 줄이면서도 건강을 유지할 수 있습니다. 수면부족은 건강에 영향을 미치지만 지금까지의 연구는 수면시간이 짧아지도록 유전적으로 조절된 마우스가 건강한 뇌를 가지고 있음을 보여줍니다”라며 “이 과정의 연구를 더욱 계속함으로써 알츠하이머병이나 파킨슨병 등 신경퇴행성 질환의 예방과 진행을 억제할 수 있을 것입니다. 이번 발견은 뇌에 유해한 노폐물을 제거하는 능력이 증가하고 신경퇴행성 질환으로 인한 비참한 결과로 이어지기 전에 효율적으로 노폐물을 제거하기 위한 전략과 잠재적 치료법을 찾는데 기여할 것"이라고 전망했습니다.