REM 수면과 신경 – Neural Control of REM Sleep
<서파수면과 신경> 을 먼저 읽는 것이 도움이 됩니다.

REM 수면은 동기화되지 않은 EEG 파형과 근육의 마비, 안구의 움직임 등 서파수면(slow-wave sleep)과 매우 다른 특징을 가지고 있습니다. REM수면은 수면-각성 상태를 조절하는 플립-플롭 시스템과 비슷한 방법으로 조절됩니다. (글 <서파수면과 신경>을 참고해주세요)

아세틸콜린(ACh)성 뉴런은 깨어있을 때 대뇌를 활성화시키는 역할을 주로 합니다. 이런 아세틸콜린성 뉴런들이 REM수면 중에도 활성화된다는 것이 밝혀졌습니다. 등쪽 뇌교(dorsal pons)의 아세틸콜린성 뉴런들은 깨어있을 때나 REM수면 단계에서 발화하거나 혹은 REM수면 단계일때만 발화합니다. 이렇게 REM수면 단계에서 활동성이 높아지는 뉴런들을 ‘REM-ON 뉴런'(REM-ON cell)이라고 합니다. 이런 뉴런들은 REM수면이 시작되기 80초쯤 전부터 활동성이 높아지기 시작합니다.

REM 수면은 등쪽 뇌교의 아세틸콜린성 뉴런들과 다른 뉴런들이 조절하는 일종의 플립플롭회로(filp-flop)에 의해 조절됩니다. 위쪽에서도 알 수 있듯이 등쪽 뇌교(dorsal pons)에는 REM-ON 뉴런들이 있습니다. 쥐의 경우, 이 지역은 하측배 핵(sublaterodorsal nucleus;SLD)로 알려져 있습니다. 그리고, 긴 이름을 가진 등쪽 중뇌의 한 지점인 ‘복외측 중뇌수도주위 회색질'(ventrolateral periaqueductal gray matter;vlPAG)에는 REM-OFF뉴런이 있습니다.
REM-ON 지역과 REM-OFF지역은 억제성 신호를 전달하는 GABA성 뉴런이 연결하고 있습니다. 그렇기 때문에 REM-ON 지역을 자극하면 REM 수면을 이끌어 낼 수 있고, 이 지역을 억제하면 REM 수면을 방해할 수 있습니다. 반면, REM-OFF지역을 자극하면 REM 수면을 방해할 수 있고, 이 지역을 억제하면 REM 수면을 이끌어 낼 수 있습니다.

이런 상호 억제는 플립플롭 시스템을 연상시킵니다. 두 부분 모두 활성화 될 수 없는 것이지요. 깨어있을 때 REM-OFF 뉴런들은 외측 시상하부(lateral hypothalamus)의 오렉신성 뉴런으로부터 흥분성 신호를 받습니다. 오렉신성 뉴런 뿐만 아니라 각성뉴런의 일종인 청반(locus coeruleus)의 노르아드레날린성 뉴런이나 솔기핵(raphe nuclei)의 세로토닌성 뉴런들도 REM-OFF 뉴런으로 흥분성 신호를 보냅니다.

수면-각성 플립플롭 시스템이 우리 몸을 수면 상태로 만들면 서파수면(slow-wave sleep)이 시작됩니다. 이에따라 REM-OFF 지역으로 가던 오렉신, 노르아드레날린, 세로토닌의 흥분 신호가 감소합니다. REM-OFF 뉴런의 활동성이 줄어들게 되고, 결국에는 REM 수면 단계로 들어가는 것입니다.

오렉신성 뉴런의 활동이 없는 상태에서 웃음이나 분노같은 감정적인 사건이 편도체(amygdala)를 활성화시키는데, 이는 REM 플립 플롭 시스템을 ON 상태로 만듭니다. 이 과정은 깨어있을 때에도 일어날 수 있는데, 깨어있을 때 일어나면 탈력 발작(cataplexy;공포 등으로 갑자기 마비가 일어나 움직일 수 없는 상태)을 일으킵니다. 편도체의 활동량 증가가 결과적으로 REM-ON 뉴런들의 활동량을 증가시키는 것입니다.

REM수면은 근육의 마비, 안구의 움직임 등 여러 행동이 수반됩니다.
먼저 REM-ON 지역의 바로 배쪽(ventral)에 있는 뉴런 중 몇몇 뉴런은 척수(spinal cord)와 연결되어 있습니다. 그 뉴런들은 운동 신경(motor neuron)들과 연결된 억제성 연합뉴런(inhibitory interneuron)을 자극합니다. 즉, REM 수면중에는 운동뉴런이 억제되어 꿈을 꾸고 있을 때 운동 피질(motor cortex)에서 전해지는 운동 자극을 무시한다는 것입니다. REM-ON 지역에 문제가 생기면 이 억제성 신호가 제대로 전해지지 않기 때문에 꿈을 꾸면서 실제로 움직이게 됩니다.

REM-ON 지역의 다른 뉴런들은 피질 각성(cortical arousal)을 조절하는 시상(thalamus)에 연결되어 있습니다.   이 연결은 REM 수면 상태에서 보이는 EEG의 파형을 형성하는 역할을 합니다. 이 뉴런들은 중막 뇌교 망상체(medial pontine reticular formation)의 글루타민성 뉴런을 자극하고, 그 뉴런들은 또다시 전뇌 기저(basal forebrain)의 아세틸콜린성 뉴런을 자극해서 피질에서의 각성 상태를 이끌어 내고, 피질에서의 뉴런의 활동을 비동기화(desynchrony)된 상태로 만듭니다.

REM 수면 상태에서 눈이 움직이는 것은 등쪽 뇌교의 아세틸콜린성 뉴런들이 중뇌개(tectum)로 뻗어나가기 때문인 것으로 알려져 있습니다.

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