사람의 일상생활에서 약 3분의 1를 차지하는 수면은 생존에 필수적이지만 수면의 생물학적 역할은 아직 밝혀지지 않았다.
수면은 새로운 기억을 형성하고, 집중도를 유지하거나, 뇌에 축적된 부산물을 제거하는 역할을 하는 것으로 추측한다.
만성적인 수면 부족이나 수면 장애는 고혈압, 심혈관 질환, 당뇨병, 우울증, 비만 등을 증가시킨다.
뇌의 시상하부(hypothalamus), 뇌간(brain stem), 송과샘(pineal gland) 등이 수면과 관련된 부위이다.
과거에는 뇌에 특정한 '수면 중추'와 별도의 '각성 중추'가 존재한다고 생각했지만, 이러한 구분이 쉽지 않고 수면과 각성은 여러 뇌 부위의 복잡하고 다층적인 네트워크에 의해 조절되는 것으로 보인다.
시상 하부
시상 하부에 속하는 구조인 시신경교차상핵(suprachiasmatic nucleus, SCN)은 시각에서 직접 빛에 대한 정보를 받고 수면과 각성을 조절한다.
SCN이 손상되면 일주기 리듬을 빛의 주기와 일치시킬 수 없기 때문에 불규칙한 생체 리듬이 나타난다.
역시 시상 하부에 속하는 시삭전핵(preoptic nucleus)도 수면과 각성의 전환에 관여하는 스위치 역할을 한다.
특히 시삭전핵에 있는 GABA성 뉴런(GABAergic neuron)은 수면 유도에 중요하다.
깨어있을 때 이들 뉴런은 아세틸콜린, 노르에피네프린, 도파민 등의 각성 촉진 신경전달물질에 의해 억제되어있다.
뇌간
뇌간에 속하는 부위인 뇌교(pons)의 뉴런이 빠른눈운동(rapid eye movement, REM) 수면 동안 특이적으로 활성화 한다.
또 억제 신호를 척수에 보내어 REM 수면에서 움직임이 발생하지 않도록 근육을 이완한다.
시상
시상(thalmus)은 감각기에서 대뇌 피질에 이르는 정보를 중계한다.
대부분의 수면 단계에서 시상의 뉴런은 억제되어 외부 감각이 대뇌 피질에 전달되지 않는다.
그러나 REM 수면 중에는 시상이 활성화되어 꿈에 나타나는 이미지, 소리 및 기타 감각이 뇌에서 발생한다.
송과샘
뇌의 두 반구사이에 위치한 송과샘은 SCN 신호에 반응하여 멜라토닌 생성을 증가시켜 빛이 없으면 수면이 시작하도록 한다.
시력을 잃어 자연광을 이용해 자연적인 수면주기를 조율 할 수 없는 사람들은 매일 같은 시간에 소량의 멜라토닌을 먹으면 수면 패턴을 안정화시킬 수 있다.
수면은 REM 수면과 NREM(non-REM) 수면으로 나뉜다.
밤에는 NREM 및 REM 수면의 단계가 반복되는데 아침에는 REM의 기간이 점점 더 길어진다.
1단계 NREM 수면
1단계 NREM 수면은 수면이 시작하는 시점이다.
상대적으로 가볍고 짧은 수면의 기간(몇 분간 지속되는)으로, 심장 박동, 호흡 및 안구 운동은 느려지고, 근육은 이완한다.
뇌파의 주파수가 줄어들고 진폭은 증가하여 세타파를 나타낸다. 세타파의 주기는 4~8 Hz이다.
수면이 호출에 의하여 중단될 때 나타나는 수면 패턴
2단계 NREM 수면
2단계 NREM 수면은 가벼운 수면에서 깊은 수면으로 접어드는 기간이다.
심장 박동과 호흡은 느려지고, 근육은 더욱 이완된다. 체온이 떨어지고 안구 운동이 멈춘다.
뇌파 활동은 느려지지만 2~3초 동안 지속하는 짧은 파열(burst)같은 수면방추(sleep spindle)가 이 시기에 특징적으로 기록된다.
3과 4단계 NREM 수면
3단계는 깊은 수면이 시작되는 단계이다. 3과 4단계를 합하여 3단계로 구분하기도 한다. 4단계 NREM 수면은 깊은 수면의 기간이다.
수면의 전반부에 더 오랜 기간 동안 나타난다. 심장 박동과 호흡은 수면 중에 최저 수준으로 느려진다. 근육이 이완되어 있어 깨우는 것이 어렵기도 하다.
뇌파의 주파수는 더욱 감소하여 0.5~4 Hz의 느린 파동이 기록된다. 이들 델타파라고 하며 깊은 수면의 특징이다.
REM 수면
일반적으로 수면을 시작하고 약 90분 후 REM 수면이 나타난다. 처음의 REM 수면은 약 10분간 진행된다.
REM 수면 동안 눈꺼풀은 닫고 있으나 안쪽에 위치한 눈은 빠르게 좌우로 움직인다. 뇌파 활동은 각성 기간에 보이는 것과 가깝다.
호흡이 빠르고 불규칙 해지고 심장 박동과 혈압이 거의 깨어나기 시작한다. 대부분의 꿈은 REM 수면 중에 발생한다.
팔과 다리 근육이 REM 수면 동안 일시적으로 마비된다. 나이가 들면 REM 수면 시간이 줄어들어 유아기의 3분의 1정도이다.
수면 주기 방해
호출에 의하여 수면이 방해되면 정상적인 수면 주기가 형성되지 못한다.
특히 깊은 수면이 일어나는 3단계 수면이 크게 감소한다.
다상수면
다상수면(多相睡眠, Polyphasic sleep), 또는 폴리페이직 수면(Polyphasic 睡眠), 분할수면(分割睡眠)이라고도 일컫다.
이는 24시간 내에 여러 번 짧은 수면을 취하는 수면방법을 말한다.
이 방법은 1918년에 독일 과학자 J.S. Szymanski가 동물을 연구할 때 발견했고 그리고 그는 우리 인류도 이런 수면방식이 가능하다는 것을 발견했다.
이론
사람의 잠은 렘수면(REM) 과 비렘수면(NREM)으로 이루어져 있고, 또 비렘수면도 깊은수면(SWS), NREM1, NREM2 단계로 이루어져 평균 90분 주기로 계속 되풀이된다. 폴리페이직 수면은 이단계들 중 렘수면과 깊은수면의 비중을 높이고, NREM1, NREM2 의 비중을 낮추어 전체 수면시간을 줄이고, 그 대신 잠을 여러번 나누어 자주 자는 것으로 보완하는 원리이다.
폴리페이직 수면 습관은 코어수면(Core Sleep)과 낮잠(Nap)으로 이루어진다. 코어수면은 보통 90분의 배수로 자며 잠의 4단계 모두 거친다. 반면 낮잠은 보통 20분으로 깊은수면 단계를 거치기 전에 깨어나는 것을 목표로 한다.
사례
전등이 발명되기 이전의 시기에는 잠을 약 3~4시간씩 2번에 나누어 자는 것이 보통이었다.
종류
다상수면의 종류는 매우 다양하고, 새로운 종류들이 매번 등장하고 있다. 코어수면과 낮잠의 횟수로 구분된다.
마이크로 수면
마이크로 수면(micro 睡眠)은 수 분의 1초 또는 30초 미만까지 지속될 수 있는 한 차례의 잠을 말한다. 이 현상은 종종 수면 부족, 정신적인 피로, 우울증, 수면성 무호흡, 저산소증, 기면증, 과면증 등에 의한다. 수면 부족이 되면, 마이크로 수면은 어느 시간이곤 일어날 수 있으며, 전형적으로 주목할 만한 경고 없이 발생한다.
마이크로 수면은 오토바이 운전이나 육중한 기계로 일을 할 때와 같이 일정한 각성도를 요구하는 상황에서는 극단적으로 위험해진다. 마이크로 수면을 경험한 사람들은 보통 이를 알아차리지 못하여서, 그들이 항상 깨어있었거나, 일시적으로 초점을 잃었다고 믿는다.
낮잠
낮잠 또는 주침(晝寢)은 점심 후 잠깐 자는 잠이다. 남유럽에서는 시에스타라고도 한다.
수면욕구
인간은 하루 두 번 잠을 자고 싶어하는 습성이 있다. 한번은 밤에 자는 잠이고, 한번은 낮에 오는 수면 욕구가 그것이다. 생체 시계 상으로 가장 약한 각성 상태의 시간이 오후 1시에서 3시 사이다. 이때는 식사를 하건 안 하건 생체 리듬 상으로 졸리게 된다.
효과
낮잠은 얼마나 언제 자느냐에 따라 효과가 달라진다.
15분 간 짧게 자는 낮잠은 기억력 개선에 도움이 된다.
30분 내로 자는 잠은 인간의 정신활동에 도움이 된다. 90분 간의 낮잠은 부족한 수면을 보충하는 데 도움이 된다.
90분 낮잠의 경우엔 밤에 자기 전 4시간 이내에 잔다면 오히려 야간 수면에 방해가 된다.
방법
되도록이면 편안한 곳에서 낮잠을 잔다. 불가피하게 책상에 엎드려서 자는 경우는 쿠션 등을 얼굴에 받쳐 최대한 허리가 구부러지지 않게 해준다.
자고 나서는 목과 어깨 스트레칭을 해주어야 한다.
수면부채
수면부채(睡眠負債, 영어: sleep debt, sleep deficit, sleep deprivation)는 충분한 수면을 취하지 못해 생기는 건강에 부정적인 누적효과를 말한다.