잠을 줄이면 공부에 손해일까? — 잠이 기억과 뇌를 지키는 방식

"한 시간만 덜 자면 한 단원을 더 볼 수 있는데."

시험 전날 새벽 두 시, 책상 위 시계와 남은 쪽수를 번갈아 봅니다. 잠은 시험 끝나고 몰아서 자면 된다고 계산을 끝내고 한 단원을 더 넘깁니다. 다음 날 아침 시험지 앞. 분명히 새벽에 봤던 공식인데 앞부분만 떠오르고 뒤가 비어 있습니다. 일찍 잤다던 옆자리 친구는 그 문제를 풀고 있습니다. 시험이 끝난 복도에서 "밤새 봤는데 하나도 안 떠오르더라"는 말이 오갑니다.

새벽의 그 계산에는 빠진 항목이 하나 있습니다. 잠을 공부가 멈추는 시간으로 셈한 것입니다. 잠은 공부의 공백이 아니라 공부의 뒷공정입니다. 낮에 넣은 것이 밤에 자리를 잡고, 밤에 치우지 못한 것이 다음 날 머리를 둔하게 합니다.

결론부터 말씀드리면, 잠을 줄여 얻은 한 시간은 그날 배운 것을 굳히는 시간과 다음 날 새로 담을 자리를 비우는 시간에서 빠져나갑니다. 열쇠가 되는 말은 둘입니다. 배운 것을 오래 가는 기억으로 굳히는 과정인 기억 공고화(memory consolidation), 그리고 잠든 뇌가 노폐물을 씻어 내는 통로인 글림프 시스템(glymphatic system)입니다.

잠든 뒤에도 공부는 끝나지 않는다

잠과 기억을 처음 같은 저울에 올린 실험은 100년 전 것입니다. 1924년 미국의 심리학자 젠킨스와 댈런배크는 두 사람을 거의 두 달 동안 실험실에서 지내게 하면서 뜻 없는 철자를 외우게 했습니다. 그런 뒤 한 시간, 두 시간, 네 시간, 여덟 시간을 자거나 깨어 있는 채로 보내게 하고 얼마나 남았는지 물었습니다. 같은 시간이 지나도 잠을 잔 뒤에는 잊은 양이 적었습니다. 두 사람은 망각이 시간이 흘러 저절로 생기는 것이 아니라, 새로 들어온 것이 옛것을 밀어내서 생긴다고 결론 내렸습니다^[1].

피험자가 둘뿐이라 숫자를 믿기보다 질문을 세운 실험으로 보는 편이 맞습니다. 그 질문에 답이 모이는 데 90년이 걸렸습니다. 독일 튀빙겐 대학의 얀 보른 연구진이 2013년에 정리한 설명은 이렇습니다. 낮에 배운 것은 먼저 뇌 안쪽의 해마에 임시로 담깁니다. 깊은 잠, 그러니까 뇌파가 1초에 한 번 꼴로 느리게 오르내리는 서파수면에 들면 해마가 그 기억을 되풀이해 재생합니다. 느린 파도에 맞춰 짧고 빠른 파형과 해마의 잔물결이 겹치면서, 임시 보관된 기억이 대뇌 겉질의 오래 가는 저장소로 옮겨져 이미 아는 것과 엮입니다. 연구진은 이를 능동적 시스템 공고화라고 부릅니다^[1].

재생이 실제로 일어나는지는 냄새로 확인됐습니다. 2007년 같은 연구진은 사람들에게 장미 향을 맡으며 카드 위치를 외우게 한 뒤, 서파수면에 들었을 때 그 향을 다시 흘려보냈습니다. 다음 날 아침, 자는 동안 향을 맡은 쪽이 카드 위치를 더 잘 기억했고, 뇌 영상에서는 잠든 사이 향에 반응해 해마가 켜졌습니다^[2]. 2013년에는 느린 뇌파가 올라가는 순간에 맞춰 작은 소리를 들려주자 서파가 커지고 단어 기억이 좋아졌습니다. 박자가 어긋나게 들려주면 아무 효과가 없었습니다^[3]. 잠든 뇌는 쉬고 있는 것이 아니라 낮의 수업을 되감기하고 있었습니다.

못 잔 뇌는 새것을 담지 못한다

밤샘의 손해는 저장에서 끝나지 않습니다. 입력에서도 납니다. 2007년 미국 하버드 의대의 연구진은 건강한 젊은이들을 하룻밤 재우지 않은 뒤 사진을 외우게 하고 뇌 활동을 찍었습니다. 잠을 못 잔 뇌는 외우는 동안 해마가 뚜렷하게 덜 움직였고, 뒤이은 시험에서 기억해 낸 사진도 적었습니다. 연구진은 학습 전의 잠이 새 기억을 받아들일 준비를 시키며, 그 잠이 빠지면 새 경험을 새기는 능력이 크게 꺾인다고 적었습니다^[4].

그러니 새벽에 넘긴 그 단원은 두 번 손해를 봅니다. 해마가 잘 받지 못했고, 받은 것마저 재생할 밤이 없었습니다. 비유하자면 밤샘 공부는 젖은 종이에 글씨를 쓰고 말리지 않은 채 접어 넣는 일에 가깝습니다. 쓸 때는 쓴 것 같지만, 펼쳤을 때 남은 것은 번진 자국입니다.

잠든 사이 뇌는 하루치 찌꺼기를 씻는다

기억만이 아닙니다. 뇌는 깨어 있는 동안 대사 찌꺼기를 쌓습니다. 그중 베타아밀로이드는 알츠하이머병 환자의 뇌에서 덩어리로 발견되는 단백질입니다. 2013년 미국 로체스터 대학의 네데르고르 연구진은 살아 있는 생쥐의 뇌를 들여다보다가, 잠들거나 마취된 생쥐에서 뇌세포 사이의 공간이 60퍼센트 넓어지는 것을 보았습니다. 넓어진 틈으로 뇌척수액이 밀려들어 세포 사이 액체와 섞였고, 베타아밀로이드는 깨어 있을 때보다 두 배 빠르게 씻겨 나갔습니다^[5]. 뇌에는 몸의 림프관 같은 배수로가 없어 오래 수수께끼였는데, 잠이 그 배수로를 여는 스위치라는 것이 이 연구의 요지입니다.

생쥐의 일이 사람에게도 일어날까요. 2019년 보스턴 대학 연구진은 사람이 자는 동안 뇌파와 혈류와 뇌척수액의 움직임을 동시에 찍었습니다. 비렘수면에서 느린 뇌파가 한 번 지나가면 뇌의 혈류가 줄고, 그 자리를 채우듯 뇌척수액이 큰 파도로 밀려들었습니다. 셋이 박자를 맞춰 움직였습니다^[6]. 깊은 잠의 느린 파도는 기억을 옮기는 박자이면서 동시에 뇌를 헹구는 펌프였던 셈입니다.

2018년 미국 국립보건원 연구진은 건강한 성인 20명을 하룻밤 재우지 않고 뇌 양전자단층촬영을 했습니다. 단 하룻밤인데도 오른쪽 해마와 시상에서 베타아밀로이드가 유의하게 늘었습니다^[7]. 20명이라 규모는 작습니다. 다만 늘어난 자리가 기억을 담는 해마였다는 점은 눈여겨볼 만합니다.

오래 쌓이면 어떻게 되는지는 영국 공무원 7,959명을 25년 동안 따라간 조사가 보여 줍니다. 2021년 파리 대학의 사비아 연구진이 분석한 결과, 50세에 하루 6시간 이하로 자던 사람은 7시간 자던 사람보다 뒤에 치매 진단을 받을 위험이 22퍼센트 높았고, 60세에 그랬던 사람은 37퍼센트 높았습니다. 50대부터 70대까지 내내 짧게 잔 사람은 30퍼센트 높았습니다^[8]. 관찰 연구라 잠이 원인이라고 못 박을 수는 없습니다. 초기 치매가 잠을 먼저 망가뜨렸을 가능성을 줄이려고 진단 수십 년 전의 잠을 본 것이지만, 그래도 상관일 뿐입니다. 숫자보다 중요한 것은 방향입니다. 생쥐의 배수로, 사람의 하룻밤, 25년의 추적이 같은 쪽을 가리킵니다.

줄여도 티가 안 나는 것이 함정이다

여기서 꼭 짚고 넘어갈 게 있습니다. 잠을 줄인 사람은 대개 자기가 멀쩡하다고 느낍니다. 2003년 펜실베이니아 대학의 반 동언 연구진은 건강한 성인 48명을 실험실에 두 주 동안 머물게 하며 하루 4시간, 6시간, 8시간만 침대에 있게 했습니다. 하루 6시간씩 두 주를 잔 집단의 주의력 등 인지 성적은 날마다 조금씩 떨어져, 두 주가 끝날 무렵에는 이틀 밤을 꼬박 새운 사람과 비슷한 수준이 됐습니다. 그런데 스스로 매긴 졸림 점수는 처음 며칠 오르고는 거의 그대로였습니다. 연구진의 표현으로, 피험자들은 자기 능력이 계속 떨어지고 있다는 사실을 대체로 알지 못했습니다^[9].

하루 6시간이면 시험 기간에는 많이 잔 축에 듭니다. 그 6시간이 두 주 이어지면 밤샘 이틀과 맞먹는데, 당사자는 그것을 모릅니다. "나는 잠을 줄여도 괜찮은 체질"이라는 말이 흔한 이유가 여기 있습니다. 괜찮다고 느끼는 감각이 먼저 둔해집니다.

같은 실험에서 연구진은 결손이 쌓이는 기준선도 계산했습니다. 하루에 깨어 있는 시간이 약 16시간을 넘는 만큼 주의력 실수가 거의 직선으로 늘었습니다^[9]. 하루 8시간을 자면 그 선 안쪽이고, 6시간을 자면 날마다 두 시간씩 선 밖으로 나갑니다. 밤샘이 아니라 그 두 시간이 두 주 동안 쌓인 것입니다.

성적은 전날 밤이 아니라 그 전 한 달이 정한다

그렇다면 시험 전날만 잘 자면 될까요. 2019년 MIT 연구진은 화학 수업을 듣는 학생 88명에게 한 학기 동안 손목 활동 측정기를 채우고, 퀴즈 아홉 번과 중간고사 세 번의 점수를 잠과 맞춰 봤습니다. 잠의 길이와 질과 규칙성을 합치면 성적 차이의 24퍼센트 남짓이 설명됐습니다. 그런데 시험 전날 밤의 잠은 세 번의 중간고사 어느 것과도 관련이 없었습니다. 관련이 있었던 것은 시험 전 한 달 동안의 평균 수면이었고, 가장 뚜렷한 단일 지표는 들쭉날쭉함이었습니다. 자는 시간이 날마다 크게 달라지는 학생일수록 점수가 낮았습니다^[10].

이것도 상관 연구이고, 측정기의 수면 질 계산법은 제조사가 공개하지 않은 것입니다. 다만 앞의 실험들과 맞물리는 그림이 하나 나옵니다. 기억은 배운 그날 밤에 굳고, 찌꺼기는 매일 밤 치워지며, 모자란 잠은 티 없이 쌓입니다. 그러니 시험 전날 하루 잘 자는 것으로는 되돌릴 수 없습니다. 벼락치기가 벼락치기인 까닭은 공부를 몰아서가 아니라, 잠을 몰아서 갚으려 하기 때문입니다.

그래서 순서를 바꾸면 됩니다. 공부한 날 밤이 그 공부의 마지막 단계이니, 어려운 내용을 본 날일수록 잠을 깎지 않습니다. 시험이 다가오면 자는 길이가 날마다 널뛰지 않게 먼저 붙듭니다. 측정기를 찬 학생들에게서 성적과 가장 또렷하게 이어진 것이 길이보다 들쭉날쭉함이었기 때문입니다. 그리고 전날 밤에 몰아 자서 만회하려는 계획은 지웁니다. 그 밤 하나는 성적과 관련이 없었습니다.

정리하자면 이렇습니다. 배운 것은 해마에 임시로 담겼다가 깊은 잠에서 되풀이 재생되며 오래 가는 자리로 옮겨집니다. 잠을 못 잔 뇌는 다음 날 새것을 담는 힘부터 떨어집니다. 그 사이 잠든 뇌는 느린 뇌파 박자로 뇌척수액을 밀어 넣어 하루치 찌꺼기를 씻어 내고, 짧은 잠이 수십 년 쌓이면 치매 위험과 함께 갑니다. 하루 6시간이 두 주 이어지면 이틀 밤샘과 맞먹지만 본인은 모르고, 성적과 이어지는 것은 전날 밤이 아니라 한 달의 평균과 규칙성입니다.

오늘 밤, 책을 덮는 시각을 정해 두셨나요. 정해 두었다면 그 시각이 공부의 마지막 공정이 시작되는 시각입니다.

이 글은 일반적인 정보 제공을 위한 것이며 개인의 진단이나 치료를 대신하지 않습니다. 잠들기 어렵거나 자주 깨는 상태가 몇 주 이상 이어지거나, 기억력 저하가 걱정된다면 수면 클리닉이나 신경과·정신건강의학과 전문의와 상의하세요.