수면 상태의 뇌파와 꿈의 비밀

1.  뇌의 수면리듬과 휴식의 과학

우리는 일생의 30% 시간을 잠으로 보냅니다.
잠을 자는 동안 감각입력이 차단되고
온몸이 휴식을 취합니다.
이때 수면 중인 뇌는 휴식과 활동의
두 가지 상태가 가능한데,
이를 서파수면과 렘수면으로 구분합니다.
서파수면은 뇌가 휴식하는 상태이고,
렘수면은 몸이 휴식하는 상태입니다.
렘수면에서는 골격근에 신경자극이 전달되지 않아
몸을 움직일 수 없습니다.
서파수면에서는 대뇌의 포도당
사용량이 각성상태의 75% 정도이기 때문에,
에너지 사용이 줄어들고, 뇌파는
뇌가 비활동할 때 나타나는
델타파가 주로 발생됩니다.
렘수면의 꿈을 꾸는 동안의 뇌파는
각성상태의 뇌파와 비슷합니다.
렘수면은 각성상태를 대비하는 뇌가
활동을 시작하는 수면상태입니다.
실험을 위해 어둡고 조용한
수면 연구실 침대에 누워 있다고 상상해봅니다.
수면 동안 뇌전도(electronenecephalogram, EEG)를 기록하기 위해
머리의 중 중앙, 두정엽, 전두엽 앞쪽, 후두엽, 두정엽, 측두엽, 귀 쪽에 금속판 전극을 붙이고
뇌파 기록기와 신호측정기에 연결합니다.
턱에는 근육의 움직임을 확인하기 위해 근전도(electromyogram, EMG) 탐지 전극을 붙이고,
눈 주변에는 안구운동을 살피기 위해 안전도(electrooculography, EOG) 탐지 전극을 붙입니다.
심장박동이나 피부 전도,
호흡 등의 변화를 기록하기 위해 
다른 여러 부위에도 탐지 전극을 부착합니다.
침대 근처에는 전극 접속 상자가 놓여 있는데,
이 모든 전극에서 나온 전선들이
연결된 상태입니다.
몸을 바로 눕히고 온몸의 긴장을 푼 후 눈을 감습니다.
잠들어 있는 동안 뇌전도는 계속 기록됩니다.
두피(scalp) 안쪽으로 뇌를 보호하는
두개골이 있습니다.
두개골 안쪽에는 뇌가 있고, 
뇌는 세 층의 막으로 싸여 있습니다.
바깥쪽 막이 결질 막, 중간에 있는 막이 거미막,
안쪽이 연질막입니다.
거미막과 연질막 사이에는 뇌척수액이 흐르는,
망처럼 짜인 거미막하공간(지주막하공간)이 있는데,
거미막하공간은 혈압이 높아져 동맥꽈리가 터질 경우 혈액이 새어 들어가는 거미막하출혈이
일어나는 곳이기도 합니다.
연질막 안쪽으로는 대뇌가 있습니다.
대뇌피질의 신경세포 사이에서 시냅스가 생성됩니다.
시냅스전신경원 말단에서 신경전달물질을 분비하고, 분비된 신경전달물질이 시냅스
후막의 이온채널에 부착되어
이온채널이 열리고, 나트륨이온이
세포 안으로 유입되고, 칼륨이온은
세포 밖으로 유출되어
막전위에 변화가 생깁니다.
그 결과 전위차, 즉 전압이 생기며,
플러스 방향에서 마이너스 방향으로
전기가 미세하게 흐르면서, 
전기장이 형성됩니다.
시간에 따라 변하는 전기장은 자기장을 만듭니다.
또한 변화하는 자기장은 전기장을 형성합니다.
전기장과 자기장이 교차하며 만들어집니다.
뇌전도는 이렇게 생기는 미세한
뇌파를 증폭기로 증폭하여 측정한 것입니다.
마이크로볼트 수준의 전압을
증폭기로 증폭한 후 측정하면
10 ~ 50 µV의 뇌파가 측정됩니다.
이 뇌파는 하나가 아니라
모든 파장을 합쳐 평균 낸 값입니다.
이때 관여하는 다섯 개의
피라미드 신경세포의 작용을 살펴봅니다.
활성화된 피라미드세포들이 산발적으로
작용하면 뇌전도 신호가 약해지며,
일시에 발화하면 뇌전도 신호가 커집니다.
위상이 다른 파들을 결합하면 비동기화파,
위상이 맞는 파들이 결합하면 동기화파가 됩니다.
정신 활동이 활발할 때는 비동기화가 일어납니다.
이때 나타나는 파는
진폭이 낮고 주파수가 높은 베타 파입니다.
깊이 잠에 드는 3단계와 4단계의
서파수면 단계에서는 동기화가 일어나는데,
진폭이 크고 주파수가 낮은
델타파가 발생합니다.
휴식을 취하거나 눈을 감고 있거나 명상상태처럼
마음이 편안한 상태에서는
알파파가 많이 나타납니다.
반면에, 적극적으로 정신 활동을 하고 있을 때는
베타파가 많이 나타납니다.

바깥자극을 받아들일 때 신경세포들은
활발하지만 동기화되지 않아 진폭이 낮고
주파수는 높은 파가 발생합니다.
이와 다르게 뇌가 이완된 상태이면
신경세포들이 동기화되어
주파수가 낮고 진폭이 높은 델타파, 세타파 같은
서파(slow wave)가 주로 나타납니다.
 
 

2. 렘수면과 꿈 그리고 뇌의
상호작용

하버드 대학교의 꿈 과학자 앨런 홉슨은
렘수면 상태에서의 꿈을
뇌과학적 관점에서 연구했으며,
꿈과 뇌 작용의 연관성을
렘수면시 뇌 기능을 바탕으로
논리적으로 설명합니다.
꿈의 약 80%는 렘수면에서 나타납니다.
꿈을 촉발하는 활성전위는
내측교뇌 그물형 성체에서 시작됩니다.
이곳에서 출발하는 상행각성 그물형성체 신경세포의
신호가 외측슬상체까지 뻗어가다가
시각연합영역으로 전달됩니다.
교뇌, 외측슬상체, 후두엽
이곳이 바로 PGO파 생성 영역입니다.
PGO파가 나타나면 시각연합영역이 활성화됩니다.
렘수면 꿈은 뇌간과 뇌피질 여러 영역이
활성 상태이고 배외측전전두엽과
일차시각은 비활성상태입니다.
꿈의 특성을 이해하려면, 활성 혹은 비활성 되는
뇌의 영역을 공부해야 합니다.
뇌 공부는 다양한 방향의 뇌 단면 구조에
익숙해지는 것입니다.
꿈속에서는 언제나 자아가 존재합니다.
내가 보는 것이며, 내가 움직이고 있습니다.
꿈의 특징인 시각적 이미지의
감정적 분출에서, 그 감정을 느끼는 주체인 자아는
배경처럼 항상 존재합니다.
꿈의 특징을 요약하면, 시각연합영역이
활성화되어 시각적 기억들이 인출되고,
전대상회, 편도체 그리고 내측전두엽이
작용해 그 기억들을 감정들로
물들이면서 증폭하는 것입니다.
그래서 우리는 꿈을 꾸면서 화도 내며,
울기도 하고 무서워서 소리를 지르기도 합니다.
꿈에서는 시각적 내용이 감정적으로 분출됩니다.
또한 꿈에 등장하는 인물들이 무언가를
암시적으로 나타내려하는 경우도 있습니다.
논리적이고 직접적인 표현은 드물고 
암시적이고 은유적으로 표현합니다.
이것은 인간의 인지체계에서
논리적 특성은 최근에 진화된 능력이며,
인간 진화의 대부분 기간에는
은유적으로 사고했기 때문이라고 볼 수 있습니다.