현대사회에는 수면으로 고민을 호소하는 사람이 많다. 교대근무부터 불규칙한 생활 등으로 불면증을 겪거나 자도 자도 피곤하다고 토로하는 등 저마다 이유도 다양하다. 이러한 사람들은 어떤 방법으로 문제를 해결할 수 있는지 궁금해하는데 마침 잘 자고 잘 깨는 법을 수학적으로 풀어볼 수 있는 자리가 마련됐다.
기초과학연구원(이하 IBS)은 24일 과학기자협회와 함께 서울 중구 HJ비즈니스센터 광화문점에서 ‘수학으로 보는 수면과학 미디어아카데미’를 개최했다.
이번 아카데미에서는 IBS 의생명수학그룹 김재경 수석연구원(이하 CI)이 연자로 나서 ‘수학이 알려주는 꿀잠비결’을 주제로 발표했다.
IBS는 2021년 3월 생물학분야 다양한 난제들을 수학적 관점에서 풀어낼 3번째 연구그룹을 출범하며 카이스트(KAIST) 수리과학과 김재경 교수를 연구그룹을 이끄는 책임자로 선정했다.
이후 김재경 CI가 이끄는 연구그룹은 불안정한 일주기리듬(생체리듬)이 수면에 미치는 영향을 규명하는 연구를 진행했다. 구체적으로 웨어러블기기를 이용해 저장된 수면기록을 분석, 수면을 결정하는 가장 큰 두 가지 요소인 ‘수면압력’과 ‘일주기리듬’을 측정해 불규칙한 생활을 하는 교대근무자의 근무 전후 각성도를 분석했다.
일주기리듬은 몸의 주요기능이 약 24시간 주기에 맞춰 돌아가게끔 조절하는 생체시계다. 보통 사람의 생체시계는 낮밤주기에 적응해 낮에는 높은 능률을 갖고 밤에는 회복을 위한 수면을 유도한다. 하지만 인공조명 발명 후 현대인들은 일반적인 근무시간에서 벗어나 야간에도 높은 각성도와 능률이 요구됐다. 실제로 전체 노동인구의 약 20%가 교대근무를 수행하고 있는 것으로 알려졌다.
연구팀은 그간의 연구를 통해 불규칙한 생활로 인한 수면패턴은 지나친 주간졸음을 유발해 업무수행 효율성을 감소시키고 업무 관련 부상위험을 증가시키는데 이때 이상적인 수면시간으로 알려진 6시간을 자도 원하는 시간에 높은 각성도를 유지할 수 없음을 확인했다.
이에 연구팀은 교대근무자들의 불규칙한 수면기록을 모두 반영해 매 순간의 각성도를 예측하는 수리모델을 개발했다. 이 수리모델은 교대근무자들의 근무·수면패턴에 따라 변동하는 일주기리듬과 수면압력을 시뮬레이션해 각성도를 예측하도록 설계됐다.
연구팀은 수리모델을 이용해 야간근무 전 특정 수면패턴을 취했을 때 각성도를 예측, 여러 수면패턴을 비교했다. 그 결과 야간근무 직전·직후에 몇 시간씩 몰아 자는 것보다 근무 직후 일주기리듬에 맞는 최소한의 수면만 취한 후 야간근무 직전 자는 것이 근무 중 각성도를 높게 유지한다는 것을 발견했다. 또 일주기리듬에 맞지도 않은 시간대에 억지로 일정시간 자고 일어날 필요가 없음을 확인했다.
김재경 CI는 “개발한 수리모델을 통해 각성도를 측정하면 매일 수면이 충분한지 평가할 수 있다”며 “평가를 바탕으로 개인 상황에 맞게 수면일정을 조절하면 효율적으로 수면의 질을 높일 수 있다”고 말했다.
또 김재경 CI는 이 수리모델을 기반으로 한 모바일 애플리케이션(이하 앱) ‘슬립 웨이크’를 개발 중이라고도 전했다. 슬립웨이크는 자동으로 수집되는 수면패턴을 이용해 각성도를 예측, 다음 날 최적의 활동을 위한 수면패턴을 계산해 적정 수면시간을 제공한다. 해당 앱은 출시되면 IBS를 통해 무료로 공개될 예정이다.
