[가만한 당신] 신경생리학자 미셸 주베

# 렘수면을 “역설수면” 명명
꿈을 동반한 얕은 잠이 아니라
뇌 깨어 있지만 몸은 더 깊은 잠
잠 일부가 아니라 독자적 뇌활동
미셸 주베는 렘수면이 수면의 일부가 아니라 수면-각성과는 구별되는 독자적인 뇌활동상태로서, '역설 수면(파라수면)'이라 불러야 타당하다고 주장한 프랑스 신경생리학자다. 잠과 꿈의 메커니즘을 규명한 선구적 학자 중 한 명인 그는 인간이 왜 생애의 1/3을 잠과 꿈에 바쳐야 하는지 규명하고자 헌신했고, 독창적인 가설을 제시하기도 했다. 사진 프랑스국립과학연구원.

진로를 두고 고민하던 23세의 데카르트가 ‘30년 전쟁’의 전장에서 꿈을 꾼 뒤 철학의 길을 선택하게 됐다는 이야기는 유명하다. 그가 감각과 오성의 앎을 의심하며 참된 진리로 나아가기 위해 들여다본 것도 꿈이었다. 신학을 익힌 17세기의 그에게 꿈은 신의 계시거나 성령의 영감이었을 테지만, 그가 방법론적 회의 곧 ‘성찰’을 통해 들여다본 꿈은 합리론이라는 근대철학의 토대를 닦은 재료였다.

43세의 소설가 브램 스토커가 세 마녀와 한 괴인이 등장하는 악몽을 꾸고는 ‘드라큘라’를 썼고, 스테프니 메이어(Stephenie Meyer, 1973~)도 꿈 속에서 뱀파이어와 사랑을 나눈 뒤 ‘트와일라잇’ 시리즈를 쓰기 시작했다고 한다. 그들에게 꿈은 창작의 모티프이자, 프롬프터였을 것이다. 러시아 상트페테르부르크 대학의 드미트리 멘델레예프(1834~1907)는 원소들의 규칙성을 찾느라 골머리를 썩이던 어느 날, 꿈에서 원소들의 일람표를 보고 저 유명한 ‘주기율표’를 만들었고, 독일 화학자 아우구스트 케쿨레(1829~1896)도 꼬리를 물고 몸을 만 뱀을 꿈에 보고 벤젠의 고리모양 분자구조를 찾아냈다. 그들의 꿈에 찾아온 것은 자신을 뛰어넘는 통찰의 과학자였다. 길몽을 꾼 뒤 복권을 사고, 흉몽을 꾼 날엔 운전대를 잡지 않는 이들에게 꿈은 예언적 징후일 것이다.

꿈에 찾아온 저 모든 신과 뮤즈와 조상 등등이 실은 바깥에서 온 게 아니라 내 안, 나의 무의식의 반영이라고 말한 이는 지그문트 프로이트였다. 그는 꿈을 억눌린 욕망의 표상이라 여겼고, 꿈을 통해 신경증 등 정신질환을 치료할 수 있다고 주장했다. 1899년 출간한 그의 기념비적 저서 ‘꿈의 해석’은 발터 벤야민쯤 되는 이들조차 감복시킬 만큼 20세기 전반기 인류 지성사를 뒤흔들었다.

프로이트의 시대를 관통하며, 뇌과학(신경세포학 생화학 등)도 발전했다. 1889년 뇌의 기본 구성요소로서의 신경세포와 뉴런이 발견됐고(스페인 과학자 Santiago Ramón y Cajal, 1906년 노벨생리의학상), 1897년에는 뉴런을 잇는 시냅스가 확인됐다.(영국의 의사 Charles Scott Sherrington, 32년 노벨생리의학상) 1924년 독일 의사 한스 베르거(Hans Berger)는 뇌전도 검사를 실시했고, 51년 미세전극(John Eccles 발명)이 등장해 뇌를 열지 않고도 부위별 미세전류를 포착할 수 있게 됐다. 뇌파의 궤적을 종이에 기록하는 장치가 등장한 것도 50년대였다.(new-learn.kr) 과학자들이 잠과 꿈을 실험실로 끌고 와 본격적으로 관찰ㆍ연구하기 시작한 것도 대략 그 무렵부터였다. 그들은 ‘꿈의 해석’이 프로이트의 꿈일지 모른다고 의심했다.

# 인간만 꿈꾸는 게 아니다
다른 포유류와 조류도 꿈을 꿔
각성 상태때 받은 뇌 교란 행위서
정서ㆍ심리적 유전형질을 보존
뇌전도검사가 시작된 건 1920년대였고 뇌파의 궤적을 종이에 기록하게 된 건 1950년대였다. 주베가 고양이를 대상으로 수면 연구를 시작한 것도 그 무렵이었다. 인류는 잠을 자는 동안 부위별 뇌 세포와 운동신경이 어떤 활동을 하는지, 꿈은 어떻게 전기적으로 번역되는지, 비로소 그 비밀의 단서를 얻었다.

미국 시카고대 생리학자 유진 애스린스키(Eugene Aserinsky)와 너새니얼 클라이트먼(Nathaniel Kleitman)이 1953년 ‘렘(REM, Rapid Eye Movement) 수면’을 발견했다. 수면 상태에서 눈동자가 마치 깨어있는 것처럼 빠르게 움직이는 현상. 뇌파 활동도 각성상태에 버금가게 빨라졌다. 꿈의 과학적 증거로 추정되는 전기화학적 반응이 최초로 포착된 거였다. 학자들은 렘 수면을 꿈의 방해를 받는 반(半) 각성상태의 얕은 잠이라 여겼다.

프랑스 리옹대 신경생리학자 미셸 주베와 그의 연구팀은 렘 수면 단계에 이르면, 서파(徐波)수면 즉 깊은 수면 단계에서도 얼마간 긴장을 유지하던 근육이 완전히 이완돼 온 몸에 힘이 빠진다는 사실을 발견했다. 그는 꿈을 동반한 렘수면이 단순히 얕은 잠이 아니라, 뇌는 깨어있지만 몸은 더 깊이 잠이 든 상태, “잠의 일부가 아니라 새로운 차원의 뇌 활동 상태”(lepoint.fr)라 판단했다. 그리고 그 상태를 렘수면 대신 ‘역설수면(Paradoxical Sleep, 일명 파라수면)’이라 명명했다.

그는 역설수면과 꿈이 고도의 지적 능력을 지닌 인간만의 것이 아니라 조류와 포유류 일반(돌고래 등 수상포유류는 예외)에 나타나는 현상으로, ‘톰과 제리’의 쥐나 고양이도 실제로 꿈을 꾸고, 눈이 퇴화한 두더지나 눈동자를 움직이지 않는 올빼미도 ‘렘’ 없이 꿈을 꾼다는 사실을 확인, 꿈에 대한 인간의 수천 년 독점적 지위(착각)를 박탈하고 꿈에 드리운 신화적 베일을 벗기는 데 일조했다. 역설수면을 관장하는 뇌 부위도 당연히, 인지기능을 관장하는 대뇌피질이 아니라 호흡 감각 등 생명활동을 컨트롤하는 뇌교와 연수 속의 신경핵, 특히 폰스(Pons)라 불리는 중-소뇌 사이의 중추신경계라는 것도 찾아냈다.(nyt, 2017.10.11)

잠과 꿈의 메커니즘과 생리ㆍ해부학적 원리서부터 꿈ㆍ역설수면의 기능에 이르기까지 꿈의 비밀을 연구, 인류를 오랜 꿈에서 깨우는 데 앞장선 미셸 주베(Michel Valentin Marcel Jouvet)가 10월 3일 별세했다. 향년 91세.

그는 1925년 11월 16일 프랑스 동부 쥐라 주 롱르소니에(Lons-le Saunier)에서 태어났다. 그의 고향은 대륙 한 복판이었고 아버지는 내과 의사였지만, 그의 꿈은 엉뚱하게도 선원이 되는 거였다고 한다.(lemonde.fr) 자질 탓인지 기회가 없었던지 그는 선원이 되지 못했고, 대학(리옹대)은 수학과로 진학했다. 43년 전쟁이 났고, 이듬해 19세의 그는 자유프랑스군(FFI) 레지스탕스의 전설인 쥐라 주 마커(Maquis) 부대에 입대해 산악 게릴라로 활약했다. 전쟁이 끝나고 복학하면서 그는 수학 대신 고생물학과와 해양학과에 노크했다가 잇달아 거부당한다. 아버지의 설득에 못 이겨 의대로 전과했지만, 거기서도 인류학과 민족(인종)학(ethnology)을 부전공했다. 부모 입장에선 그의 ‘방황’이 심란해 보였겠지만, 어쨌건 그는 51년 신경외과 전공의가 됐고 신경생리학에 매료돼 고양이 실험을 시작했다. 그에게 잠과 꿈은 선원이 되려던 유년의 바다처럼 미지의 영역이었고, 하루 평균 스무 시간씩 자는 고양이는 이상적인 실험 대상이었다.

뇌파 검사 기법이 갓 도입되고, 당시로선 신비로워 보였을 렘수면이 막 발견된 때였다. 그는 54년, 뇌-수면과학 분야에서 앞서 있던 미국 노스웨스턴대 캘리포니아 실험실의 호레이스 매군(Horace W. Magoun, 1907~1991)과 이탈리아 출신 신경생리학자 주세페 모루치(Giuseppe Moruzzi, 1910~1986) 공동연구팀 연구원으로 합류했고, 한 해 뒤 귀국해 56년 박사 학위를 받았다. 매군-모루치는 고양이 중뇌의 망상체라는 신경경로에 전기자극을 가하면 고양이가 깨어난다는 사실을 근거로 망상체가 대뇌 피질의 전기활동을 촉진시켜 각성을 일으키는 부위라고 주장했다. 훗날 그 가설을 뒤집은 것도 주베였다. 현대 신경생리학은 연수에서 시상까지 거미줄처럼 엮인 시스템이 단계적으로 관여해 뇌를 각성시키며, 그 과정에서 히스타민, 아세틸콜린 같은 각성 신경전달물질이 상호작용한다는 사실을 밝혀냈다.

과학은 생명체가 어떻게 잠들고 깨는지, 각성-수면 메커니즘을 밝혀냈다. 깨어있는 동안 ‘S인자(Sleep-Inducing Factors)’라 부르는, 아직 온전히 정체를 밝히지 못한 물질이 뇌 안에 쌓여 깊은 수면 단계의 아주 느린 뇌파인 델타파가 발생하고, S인자가 감소하면 델타파도 줄어들어 깨어나게 된다는 것이다. 각성체계의 복잡한 신경세포 작용에 제동을 거는, 억제성 신경전달물질을 학자들은 GABA(Gamma-aminobutyric acid)라 부른다. 이 성분을 함유한 중간 뉴런들이 GABA를 분비하면 시냅스로 연결된 신경세포들이 기능을 서서히 멈추며 잠이 든다. 호흡과 눈동자를 움직이는 신경세포를 제외한 모든 운동신경 활동도 억제된다. 바로 렘수면, 역설수면이다.

주베는 꿈을 꾸면서 꿈속 동작을 따라 하며 심할 경우 옆 사람을 때리거나 걷어차기도 하는 몽환행위(Oneiric Behavior) 즉 ‘렘수면 행동장애’가 저 시스템이 교란되거나 망가져 운동 신경을 활성화하는 수면 장애의 하나임을 밝혀냈다. 렘수면 행동장애는 유년기 서파수면 단계에서 나타났다가 성장하면서 대부분 사라지는 몽유병 증상과는 다르다. 주베는 프랑스 제약회사 세팔론(Cephalon)사의 라폰(Lafon)연구소와 협력, 중추신경흥분ㆍ각성제로 렘수면행동장애 치료제로 쓰이는 ‘모다피닐(Modafinil)’을 개발했다.(reditt.com) 그는 모다피닐을 복용하면 군인이 사흘 정도는 부작용 없이 각성 상태로 작전에 임할 수 있다고 제안했고, 이라크 걸프전 당시 프랑스 외인부대와 미군이 저 약을 활용했다.(telegraph) ‘머리 좋아지는 약’(smart drug)으로 잘못 알려져 수험생들이 복용해 부작용을 일으키곤 하는 바로 그 약이다.

과학은 하지만, 우리가 왜 생애의 1/3을 잠으로 소비해야 하는지, 잠의 기능과 목적이 무엇인지 제대로 밝혀내지 못했다. 물론 가설은 많다. 각성상태의 활동으로 인해 피곤해진 몸을 회복시키기 위해서라는 복원설은 상식적인 가설이지만, 뇌 세포단위에서 복원 메커니즘을 입증한 예는 아직 없다. 보호 가설, 즉 너무 피곤해져 ‘최면독소’란 게 축적되지 않게 하기 위해 잠을 잔다는 주장도 있지만, 최면독소를 확인한 학자도 없다. 겨울잠을 자는 포유동물의 예에 근거해 ‘경제이론’을 제기하는 학자들도 있다. 잠이 과도한 에너지 소비를 막아 개체단위 혹은 생태계 단위의 항상성을 유지시킨다는 것이다. 잠의 원인과 기능을 유기체 바깥 환경 요인에서 찾기도 한다. 발정ㆍ생식기가 아닌 한 고양이는 하루 20시간을 자지만, 야생 상태에서는 하루 6~7시간을 자다 깨다 하면서 잔다. 유영하는 고래는 호흡을 위해서, 길게는 한 달씩 논스톱 비행하는 알바트로스는 날갯짓과 사냥을 위해서, 뇌의 절반씩 수면-각성을 교대하는 반구(半球)수면을 한다. 저 가설들은 일부 종에 한해서만 유효하다. -‘잠과 꿈속으로 떠나는 7일간의 과학여행’(미셸 주베, 서천석 옮김, 한울림) 참조.

주베는 황제펭귄의 주요 서식지인 남극 크로제 섬에서 펭귄의 수면패턴을 연구했다. 황제펭귄은 평소 하루 6~8시간씩 자지만, 암컷이 알을 낳으면 수컷이 두 달간 알을 품고 선 채 하루 10~15분씩 자면서 버티고, 암컷이 돌아오면 교대해서 또 한 달간 먹이사냥만 하면서 버틴다. 황제펭귄의 수면 패턴은 저 모든 가설로도 설명할 수 없다. 한번은 전파 원격 칩을 삽입한 주베의 황제펭귄이 범고래에게 잡아 먹히는 바람에 실험을 망친 일도 있었다고 한다.(telegraph)

저 가설들은 모두 서파 수면에 관한 것이고, 역설수면과 꿈의 기능은 더 미지의 영역이다. 뇌 각성상태를 유지함으로써 야생 상태의 동물들이 자면서 포식자를 감시하는 데 도움을 얻는다는 설, 유년의 일들이 꿈에 가끔 등장하듯 개체의 장기기억을 강화한다는 설, 거꾸로 깨어 있는 동안 받아들인 무의식적 신호들을 배출(망각)하는 데 도움을 준다는 설 등이 있다. 그 중 기억강화설은 수면이 학습에 도움이 된다는 가설과 결합하면서 상업적 의미의 ‘수면과학’으로 변질되기도 했다. 하지만, 항우울제 등 정신과 치료 약물을 장기 복용할 경우 역설수면이 억제되지만 기억력에 아무런 문제가 없고, 뇌간 부위에 손상을 입어 역설수면을 취하지 못하는 이들도 기억력과 관련된 일상 생활에 불편을 겪지 않는다는 사실이 입증되면서 저 가설은 신뢰받지 못하고 있다.

# 몽환행위 치료제도 개발
잠드는 신경시스템 교란이 원인
중추신경흥분ㆍ각성제 만들어
“잠 안자고 전투” 걸프전때 사용
주베는 꿈이 인간만이 누리는, 신의 계시 같은 고도의 지적 선물이 아니며, 포유류와 새들도 역설수면을 취하며 꿈을 꾼다는 사실을 과학적으로 규명했다. 그는 조류와 포유류의 뇌신경세포가 태어난 직후 형성된 뒤 재생이 안 된다는 점에 착안, 꿈이 정서적 심리적 유전형질을 보존하는 데 기여한다는 가설을 제시했다. 그의 가설은 입증된 바 없지만, 틀렸다는 과학적 근거도 아직은 없다.

미셸 주베는 1999년 MIT공대에서 출간한 책 ‘The Paradox of Sleep’에서 꿈이 개인의 퍼스낼리티, 즉 정서ㆍ심리적 유전 형질을 보존하는 기능을 한다는 이른바 ‘신경학적 반복 프로그래밍 가설’을 제시했다. 역설수면이 기억이나 망각 같은 과거의 일이 아니라 미래 즉, 뇌의 기억ㆍ감정 중추인 해마 같은 영역에서 신경세포 연결을 통해 특정한 기능을 수행할 수 있는 구조를 만든다는 것이다.(lefigaro.fr)

주베는 역설수면이 없는 어류 양서류 파충류의 뇌 신경세포는 평생 분화하며 재생되는 반면 역설수면을 취하는 조류 포유류는 출생 초기(인간은 생후 2~3개월)에 뇌 중추신경계가 완성돼 한번 손상된 뇌는 치유가 불가능하다는 사실을 근거로 들었다. 그는 파충류 등이 반복적인 신경세포 분열로 유전적 정보를 유지할 수 있지만, 조류ㆍ포유류는 그게 불가능한 데다 각성상태에서 수많은 교란 요인들을 흡수하기 때문에 유전적 특징과 개성을 유지하기 위해 역설수면이 필요하다고 주장했다.

그는 꿈 연구자들을 주인공으로 한 과학 로맨스 ‘꿈의 성 The Castle of Dreams’(1992)과 자신의 역설수면 가설을 모티프로 한 SF스릴러 ‘꿈 도둑Le Voleur de Songes’(이세욱 옮김, 아침이슬)도 썼다. 역설수면을 교란시켜 인격을 바꿀 수 있는 물질이 등장하는 ‘꿈 도둑’의 주인공 이름도 주베다. 소설 속 주베는 자신의 가설을 이렇게 설명했다. “한 개인의 심리적 특성을 프로그램화하는 것은 당연히 뇌 속의 특정한 운동신경계를 활성화하거나 자극하는 것으로 귀착되지. 그럼으로써 우리는 저마다 남들과 구별되는 특유의 반응을 보이게 되는 걸세.(…) 그런데 이렇게 프로그램을 짜는 일은 우리가 깨어 있는 동안에는 일어나지 않는 편이 좋겠지. 깨어 있을 때 프로그래밍이 진행되면 우리의 의지와 무관한 행동이나 부적응 행동이 야기될 염려가 있으니까 말이야. 하지만 잠을 잘 때는 사정이 다르지. 특히 역설수면 단계에서는 척수에서 운동신경의 활동전위가 완전히 차단되기 때문에 프로그래밍이 아주 용이하게 진행될 수 있네.(…) 내가 다른 사람들과 구별되는 하나의 인격으로 존재하는 것은 역설수면 덕분이야. 나는 꿈을 꾼다, 고로 나는 존재한다.’ 아니 더 정확하게 말하면, ‘꿈이 나를 만든다, 고로 나는 존재한다.’ 그런 얘기일세.”

그는 리옹대와 파리대 교수를 지냈다. 프랑스 국립보건의학연구소(INSERM)와 국립과학연구원(CNRS)에서 수면 및 신경생리학 연구팀을 이끌었고, 콘래드 로렌츠가 첫 수상자(69년)였던 ‘치노 델 뒤까 세계상(Prix mondial Cino Del Duca, 91년)’ 등 여러 상을 탔다. 59년 중추신경계의 죽음을 규정한 논문으로 뇌파를 근거로 뇌사상태를 규명했던 그는 만년에는 유아돌연사와 6~8세 아동 기면증의 상관관계를 연구했다. 최윤필 기자

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