제19강 꿈
꿈은 REM수면 시 세로토닌과 노르아드레날린이 거의 분출되지 않는 상황에서 아세틸콜린이 dominant하게 나와서 아세틸콜린의 강력한 연상작용에 의해 시각연합영역에 기억된 오래된 정보들이 다중으로 인출되는데 배외측전전두엽의 억제가 없기에 인출된 snap 사진들이 시공간상에 의미있게끔 조합되지 않아 기괴하면서 반성적 사고가 결핍, 꿈의 이미지는 80%가 시각적 이미지로 언어가 거의 없다.(진화적으로 시각은 역사가 5억년 되었지만 언어는 100만년도 되지 않는다.) 해마, 편도가 REM 수면시 시각연합영역과 강력하게 연결되어 과잉 연상, 기저핵의 작용으로 과잉 운동되어 정신분열증의 상태와 유사.
1.수면단계
수면연구실은 작은 침실과 연구자가 머무는 관찰실로 구성되어 있다. 따라서 수면 연구자 자신은, 잠을 자고 있는 피험자를 계속 관찰해야 하기 위해 깨어 있어야 하는 어려움이 있다. 이러한 어려움에도 불구하고 평생 동안 잠자고 있는 사람을 관찰하여, 수면에 대한 과학적 현상을 밝히는데 공헌한 과학자는 Nathaniel Kleitman이다. Kleitman과 그의 조교였던 Eugene Aserinsky는 수면중인 피험자의 눈동자가 빨리 움직이는 것(REM: Rapid Eye Movement)을 발견(1955)하였다.
우리가 잠들어 있는 아기를 유심히 관찰해 보면, 가끔씩 감은 눈밑에서 눈동자가 빠르게 움직이면서(REM) 꿈꾸는 듯한 예쁜 미소를 살짝 짓는 모습을 볼 수가 있다.
전기생리적 변화를 측정하기 위해서는 수면자의 머리에 뇌파기록용 전극인 EEG(Electrocephagram)를 부착한다. 턱에는 근전도(electromyogram: EMG)를 측정하는 전극을 부착한다. 아래 그림을 보면 EEG로 뇌파를 검사하기 위해 아동이 머리에 EEG를 쓰고 있는 모습을 볼 수 있다. 과거의 EEG에 비해 성능과 디자인이 훨씬 세련되게 발전했다.
마치 유명 패션 디자이너의 모자를 쓰고 있는 것처럼 보인다.
Kleitman은 후속 연구에서 REM과 뇌파의 유형 사이의 관계를 밝혔다. 수면 단계별로 나타나는 EEG 기록은 다음과 같다. 우리가 정상적으로 깨어 있는 동안은 뇌에서 알파 활동과 베타 활동이 나타난다. 알파활동(alpha activity)은 주파수 8-12Hz의 규칙적인 파형이다. 조용히 쉬거나, 가벼운 정신활동을 할 때 나타나며, 눈을 감으면 더 잘 나타난다. 베타활동(beta activity)은 불규칙적이고 낮은 진폭(13-30 Hz)의 파형이다. 어떤 상황이나 사건에 주목하거나, 활발하게 생각을 할 때 나타난다.
수면은 4단계로 이루어진다.
1단계 수면에서는 쎄타활동(theta activity:3.5-7.5Hz)이 나타난다. 처음 졸리기 시작할 때 나타나는 활동으로 수면과 각성의 과도기적 상태이다. 천천히 눈을 떴다 감았다 하며, 눈동자가 상하로 구른다.
2 단계 수면은 잠든 후 10분이 지나면 나타난다. 쎄타활동, 수면방추(sleep spindle), 날카로운 파형의 K복합(K complex)이 나타난다. K복합은 2단계 수면에서만 1 분당 한번 발생하며, 수면을 유지시키는 기제 역할을 한다. 수면방추는 12-14 Hz로서, 1- 4단계까지의 수면 중에 분당 2-5번 발생한다. 수면방추는 감각입력에 대한 뇌의 민감성을 감소시켜서 수면을 유지시킨다 나이가 들어가면 수면방추가 덜 나타나서 밤에 자다가 더 잘 깬다.
3 단계 수면은 잠든 지 15분 후에 나타나며, 진폭이 큰 델타활동(delta activity: 3.5Hz 이하)이 출현한다. 잠의 단계에서 3단계와 4단계의 구분은 분명치는 않다. 3단계는 델타활동이 20-50%, 4단계는 50% 이상 나타난다. 잠이 든지 90분 후에는 생리적 측정치가 급격히 떨어지고, 쎄타파가 산발적으로 나타난다. 이 때 눈꺼풀 아래 눈동자가 빨리 움직이는 REM 현상이 나타난다. REM수면 동안은 가꿈 움찔하는 외에는 거의 마비상태라고 한다.
1단계에서 4단계 까지의 수면을 비-REM수면이라고 한다.
이 중에서 3-4단계는 서파수면(slow-wave sleep)이라고 한다.
사람들은 REM수면 동안에는 소음에 반응이 없지만, 이름을 부르면 그것은 의미있는 일이기 때문에 반응을 한다. REM수면 상태에서 깬 사람은 기민하고 주의력 있어 보인다. REM수면 중인 피험자를 깨워 무슨 일이 있었냐고 물어보면, 대부분 꿈을 꾸었다고 답한다. EM수면과 비-REM 수면은 주기적으로 교대로 나타난다. 한 주기는 약 90분이며, 주기마다 20-30분이 REM수면이다. REM 수면 동안은 척수신경 및 운동 뉴런이 강하게 억제되기 때문에 몸의 대부분이 거의 마비상태가 된다. 그러나 동시에 뇌는 매우 활동적이 되어 대뇌혈류 및 산소 소모량이 증가한다.
어릴때는 REM수면기가 길다. non REM 수면과 반반이다. 어른이 되면서 REM수면기가 줄어든다.
2.Allan Hobson의 꿈
3번(전대상회, 해마, 해마방회, 편도)과 11번(시각연합영역)이 강하게 연결-시각적 환상, 시각적 과잉연상
7번(운동영역), 8번(체감각영역), 10번(시각영역)이 봉쇄
4번(배외측전전두엽)이 억제되어 시공간이 뒤범벅되어 있다.
꿈을 꿀 때 활성화 되는 영역
a.교뇌(상행활성계) - 운동신경패턴 발생, 꿈의 시작은 교뇌에서부터
그물형성체 (Reticular Formation)
뇌간의 피개에는 회색질(gray matter)과 백색질(white matter), 어느쪽에도 속하지 않는 부분이 있다. 이 부분은 섬유다발이 신경세포들을 마치 그물처럼 감싸고 있는 형태로 나타나기 때문에 그물형성체(reticular formation)라고 한다. 그물형성체는 뚜렷한 핵을 이루지 않는 신경세포체들과, 이 사이를 주행하는 신경섬유의 다발로 구성되어 있고, 대체적으로 뇌간 피개의 중앙부에 위치해 있다. 계통발생학적으로 뇌에서 가장 오래된 부분이라고 할 수 있으며, 생명의 유지에 직접적으로 관계되는 원시적인 기능을 담당한다고 알려져 있다.
그물형성체 신경원은 대부분 다극신경원(multipolar neuron)으로, 수상돌기(dendrite)는 뇌간의 장축에 직각방향으로 뻗어있으며, 세포체에서 여러 방향으로 방사되어 나간다. 이와 같은 수상돌기의 배열은 뇌간에 평행한 방향으로 주행하는 여러 상행 및 하행신경로와 시냅스를 이루기 쉬운 구조이며, 실제로 신경계의 여러 부분에서 다양한 종류의 구심섬유를 받는다. 하나의 그물형성체 신경원이 4000개가 넘는 다른 세포에서 입력을 받으며, 이들 세포들은 중추신경계의 거의 전역에 걸쳐 있다. 특히 그물형성체의 신경원들은 거의 모든 감각계에서 곁가지(collaterals)를 통해 직접 또는 간접으로 정보를 받는다.
그물형성체 신경원의 축삭은 매우 크고 길며, 곁가지를 많이 분지하여, 중추신경계의 광범위한 부위로 투사된다. 일부 세포는 25,000개가 넘는 다른 신경원과 시냅스를 이루어 중추신경계의 거의 모든 부분에 투사섬유를 보낸다. 이들 원심섬유는 다른 그물형성체 신경원과도 시냅스를 이루며, 척수쪽으로 하행하는 가지와, 간뇌-대뇌피질 쪽으로 상행하는 가지를 모두 내는 것들도 있다. 이들은 모두 하나의 축삭에서 나온 축삭가지들이라고 알려져 있다.
그물형성체는 수면과 각성, 의식 등 대뇌피질 기능의 조절이나, 호흡 및 심장혈관기능과 관계된 내장기능의 조절, 감각전달의 조절, 골격근 운동기능의 조절 등 여러 가지 중요한 기능에 관여한다.
상행(오름)그물활성계 (Ascending Reticular Activating System, ARAS)
그물형성체의 활성은 각성상태(arousal, waking state, alertness)와 밀접한 연관이 있다. 일반적인 수면상태의 경우, 뇌전도(EEG, electroencephalogram)에서는 진폭이 큰 수면파가 낮은 빈도로 나타나는 동조현상(synchronization)이 나타나며(서파수면 slow wave sleep), 각성상태 또는 REM 수면(REM sleep, paradoxical sleep)에서는 비동조현상(desynchronization)이 나타난다. 그물형성체의 자극에 의해 뇌전도의 동조 상태는 비동조 상태로 변화하고, 수면상태에서 각성상태로 변화하게 되며, 이를 각성반응(arousal reaction)이라고 한다. 실험동물에서 이러한 현상은 뇌와 척수의 연결이 끊어진 상태(고립뇌 encephale isole)에서도 나타나지만, 뇌간과 뇌가 끊어진 경우(고립대뇌 cerveaux isole)에는 나타나지 않으며, 고립대뇌의 경우 뇌전도에서는 비동조현상을 계속 보이고 동물은 계속적인 수면 상태에 있게 된다. 또한 뇌간의 중심부분, 즉 그물형성체가 손상된 경우, 뇌전도에서 동조상태는 비동조상태로 변화하지 않고 동물은 각성상태로 활성화되지 않으며, 사람의 경우에는 계속 혼수(coma)상태에 있게 된다. 따라서 뇌간의 중심부분에 위치하는 그물형성체가 상행신경로를 통해 대뇌피질을 활성화시킨다고 생각되며, 이를 상행(오름)그물활성계(ascending reticular activating system, ARAS)라고 한다. 이 상행그물활성계는 시상의 수질판내핵군(intralaminar nuclear group)을 통해 대뇌피질(cerebral cortex)로 이어지며, 그물형성체에서 시상으로 이어지는 신경로는 중심피개로(central tegmental tract)로 생각된다. 이 상행그물활성계(ARAS)에 의해 자극에 대한 정상적인 반응을 할 수 있는 각성상태(arousal)가 유지되고 의식(consciousness)이 있게 된다. 또한 이 계통에 속하는 세 구조인 그물형성체, 시상 수질판내핵군, 대뇌피질과 이들의 연결 부분이 손상되면 의식의 장애가 일어날 수 있다.
각성(arousal)은 망상체 기능들 중 하나로 보인다. 망상체는 “경비견(watchdog)” 기능 제공에 특히 적격인데, 망상체는 뇌간에 있는 감각핵, 운동핵과 통합핵 및 모든 경로들과 광범위하게 연결되어 있기 때문이다.
한 개체가 영위하고 있는 의식의 상태는 뇌간과 대뇌피질 사이의 복잡한 상호작용에 의해 결정된다. 가장 중요한 뇌간 요소의 하나는 RAS(reticular activating system; 망상체활성계)로 알려진 망상체 안에 펼쳐져 있는 망이다. 그림 15-12에 도해되어 있는 이 망은 시상하부에서 연수까지 걸쳐있다. RAS의 출력은 넓은 영역의 대뇌피질에 영향을 끼치는 시상의 핵들로 투사된다. RAS가 활동하지 않으면, 대뇌피질 역시 활동하지 않는다. RAS를 자극하면 대뇌피질의 활동이 광범위하게 일어난다.
RAS의 중뇌 부분이 이 시스템의 중추인 것으로 나타나고 있으며, 이 부분에 대한 자극은 대뇌피질에 가장 두드러지고 오래 지속되는 작용을 일으킨다. RAS의 다른 부분들에 대한 자극은 단지 중뇌 부분의 활동을 변하게 하는 정도로만 작용하는 것으로 보인다. RAS의 중뇌 부분에 대한 자극이 크면 클수록, 들어오는 감각 정보를 더욱 경계하고 살피게 된다. RAS의 시상 부분은 특정한 지적 처리(specific mental processes)에 집중하는 데에도 중요한 역할을 하기도 한다.
망상체와 RAS를 충분히 활성화시킬 수 있는 자극은 모두 수면이 끝나게 할 수 있다. 각성은 신속하게 일어나지만, RAS에 대한 단일 자극의 효과는 1분도 채 안 되는 동안만 지속된다. 그 후에는 의식이 양성 되먹이에 의해 유지되어질 수 있는데, 대뇌피질과 대뇌핵 및 감각과 운동 경로들의 활동이 RAS를 계속 자극하기 때문이다.
많은 시간 활동한 후, 망상체는 자극에 덜 반응하게 된다. 그 사람은 덜 명료해지고 더욱 졸립게 된다. 정확한 기전은 아직 밝혀져 있지 않지만, 신경 피로는 RAS 활동의 저하에 비교적 작은 역할을 하고 있는 것으로 보인다. 증거는 깨어있는 것과 잠든 것이 교대되는 주기의 조절은 서로 다른 신경전달물질을 이용하는 뇌간의 핵들 사이의 상호작용에 의해 이루어진다고 시사하고 있다. 한 무리의 핵들은 노어에피네프린으로 RAS를 자극하여 깨어있는 명료한 상태를 유지시킨다. 세로토닌으로 RAS의 활동을 저하시키는 다른 무리는 깊은 수면을 조장한다. 이 “경쟁하는 핵들(dueling-nuclei)”은 뇌간에 자리잡고 있다.
b.시상하부(본능(식욕,성욕,갈증), 꿈은 본능에 의해 driving - 프로이트학설이 앨런홉슨에게 받아들여지는 유일한 부분)
1. 시각교차전구역(preoptic region)
2. 전시상하부핵(anterior nucleus)
3. 시각교차상핵(supraoptic nucleus)
4. 뇌실옆핵(paraventricular nucleus)
5. 등쪽내측시상하부핵(dorsomedial nucleus)
6. 배쪽내측시상하부핵(ventromedial nucleus)
7. 깔대기핵(infundibular nucleus,
궁상핵 arcuate nucleus)
8. 유두체핵(mammillary nucleus)
9. 후시상하부핵(posterior nucleus)
그림 10-10. 시상하부(hypothalamus)의 핵군.
편도핵복합체(amygdaloid nuclear complex)
뇌간(brain stem) 해마형성체(hippocampal formation)
시상하부(hypothalamus)
중뇌변연구역(limbic midbrain area)
후각피질(olfactory cortex)
척수(spinal cord)
중격부(septal region)
그림 10-2. 중격-시상하부-중뇌 연속체(septo-hypothalamo-midbrain continuum)와 변연계(limbic system)에 속하는 구조의 관계.
c.전뇌기저부(마이네르트기저핵 Ach이 가장 많이 분비, 의식과 꿈에 있어 가장 중요한 신경전달물질이 아세틸콜린)
d.해마, 편도(감정), 전대상회(감정이 leveling된다. 꿈을 꿀 때 가장 활성화되는 곳이 전대상회이다), 해마방회 - 정서적 현저성
e.시상(외측슬상체, 꿈에서 우세한 감각은 시각, 언어도 산수도 없지만 시각은 과잉연상, 꿈은 시각으로 구성되어 있다 )
f.시각연합영역(배외측전전두엽의 억제 없이 기억과 시각 연결)
꿈을 측정할 때 항상 PGO(뇌교,시상,시각영역) pulse가 나온다.
g.기저핵(운동시작) - 운동프로그램을 선택
h.소뇌(미세한 운동)
i.하두정엽(다양한 감각신호를 공간상에서 종합)
뇌교에서 activation되어서 시상침과 시각연합영역으로 input이 들어가고 cortex와 pons, thalamus의 modulation
3.꿈을 꿀 때 억제되는 영역
a.배외측 전전두엽(비교, 예측, 판단, 작업기억, 주의, 집중)
-꿈의 내용이 지리멸렬, 그러함에도 영상이 보이는 것은 시각연합영역과 기억영역이 강력하게 연결, 배외측전전두엽의 억제없이 임의대로 시각, 기억이 무한대로 인출 → 시각적 연상의 과잉
b.일차운동영역에서 출력에 억제(척수전각에서 off)
c.체감각영역, 청각영역에서 들어오는 정보가 봉쇄
d.일차시각영역으로 들어오는 정보가 봉쇄
4.꿈의 특징
a.시간 공간 뒤섞임
b.반성적 사고의 결핍
c.최근 기억 불러오지 않고 장기기억 불러온다(일상사가 잘 일어나지 않는다)
⇒ 배외측전전두엽이 억제되기 때문, 작업기억이 되지 않는다. 작업기억은 최근 기억을 process한다.)
5.꿈과 신경전달물질
아민계 - 세로토닌, 노르아드레날린 (Non REM 수면 일때 50% 발화율이 떨어지고, REM수면일 때 거의 0)
콜린계 - 아세틸콜린 (꿈을 만든다, 기억의 강한 인출), REM수면일 때 높다
하루에 90분정도 REM수면을 취한다.
초록색이 REM수면, 새벽으로 갈수록 REM수면 시간이 늘어남. REM수면시 아세틸콜린 증가, 노르아드레날린, 세로토닌 감소
6.깨어있을 때나 REM수면일때의 뇌파는 거의 유사하다. 
입력을 배경으로 하지 않을 뿐 꿈은 강력한 뇌의 활동
7.꿈이 왜 꿈일 수밖에 없는가?(5가지 질문으로 요약된다)
a.강력한 감각운동적 특성을 같고 있는가? ex)날아다닌다.
→배외측전전두엽 억제되어 있는데 기저핵의 활동은 과잉, 운동성의 과잉.
b.꿈은 왜 반성적 사고가 안 되나?
c.꿈에서는 왜 기억 활용이 제한되는가?
d.꿈은 왜 기억 안되나?
→진화적으로 꿈은 기억이 잊혀져야 한다. 내부신호(꿈), 외부신호(자극)가 구분 안되면 정신분열 - 노르아드레날린 분출 안된다.(기억 안된다)
e.?
8.꿈의 진화
어류 3억년 전 출현
원시수면(어류)
1단계 수면시 자극하면 꼬리가 움직인다.
2단계 수면시 자극해도 완전 굳어짐
3단계 수면시 자극에도 완전 이완
조류, 포유류로 오면서 3단계만 진화(Non REM, REM)
단공류인 오리너구리, 바늘두더지(전체 피질에 비해 전두엽이 아주 크다 - REM수면이 없기 때문 모든 학습을 온라인 상태로 현장에서 학습해야)
REM수면이 없다면 인간 정도의 능력을 갖추기 위해 전두엽이 수레 가득 있어야
REM수면 중에 오프라인 상태에서 낮에 있었던 것을 반복 학습한다.
현장에서 예기치 않은 상황에서 현장에서의 회피 상황을 REM수면 중에 simulation(학습하는 곳이 전두엽), 바늘두더지는 REM수면이 없기에 현장 상황 상황마다 다시 process해야 하기에 전두엽이 클 수 밖에 없다.
9.자각몽(스티븐 라버지) - 자기가 꿈꾸는 것을 자각한다. 동시에 여러 사람이 함께 자각몽을 꾸는 것이 가능하다. 꿈을 통한 하나의 세계가 건립된다. 리얼한 세상과 꿈을 통한 세상이 뇌과학적으로 구분되지 않는다. 라버지의 자각몽 연구는 의식과 꿈과 현실을 전체로 아우르는 새로운 이론으로 주목받고 있다.
꿈과 현실이 우리가 흔히 생각하는 것만큼 구분 가능한가? 꿈과 현실을 비교할 때 시간상으로 지금까지 부당하게 견주었다. 꿈과 옛날의 지나간 일을 다 과거의 사건으로 비교해볼 때 본질적으로 다르지 않다는 것을 알 수 있다.