2초 이하의 짧은 뇌파 신호로 졸음을 잡아내는 기술이 개발돼 주간 졸음운전 사고를 예방하는 데 도움이 될 전망이다. 분당서울대병원은 윤창호 신경과 교수팀이 뇌파 검사 결과에 ‘기계 학습(machine learning) 모델’을 도입, 뇌파 분석만으로 ‘졸음’을 감지하는 알고리즘 개발에 성공했다고 27일 밝혔다. 주간졸음이란 말 그대로 낮 동안 과도한 졸음을 느끼는 것으로 수면무호흡증이나 불면증 등 수면질환이 유발하는 증상 중 하나다. 성인 인구의 약 10% 이상이 극심한 주간졸음을 겪고 있으며, 집중력 저하와 업무 생산성을 저해할 뿐 아니라 안전사고까지 야기하는 원인이 될 수도 있다. 한국도로공사 통계에 따르면 최근 10년간 고속도로 교통사고 발생원인 중 졸음운전이 1위(22.5%)일 정도로 큰 비중을 차지하며 위험성도 음주운전보다 크다고 알려져 있다. 때문에 졸음을 판단하고 경고하는 시스템이 개발되면 안전사고 역시 상당부분 예방될 것으로 기대할 수 있다. 따라서 졸음 모니터링에 대한 다양한 연구들이 발표돼 왔고, 국내외 기업들은 이를 자동차에 적용해 졸음운전 예방을 위한 시도도 해오고 있다. 예를 들어 운전대 조작빈도, 주행 패턴 등을 통해 운전 상태를 모니터링 한다거나 운전자의 얼굴표정을 인식하고 눈 감김 정도를 측정하는 카메라 시스템도 도입하고 있다. 하지만 이는 ‘순간적 졸음 발생’을 포착하기에는 한계가 있고 눈동자 변화, 눈꺼풀 변화량, 시선방향 등을 종합적으로 판단해야 한다는 복잡함, 또 이러한 정보는 외부환경에 영향을 받는다는 단점이 있었다. 이에 윤창호 교수팀은 뇌파 신호만을 이용해 순간 졸음을 판단하는 알고리즘을 개발하고자 이번 연구를 진행했다. 연구팀은 평균나이 27세의 건강한 성인 8명(남자 4, 여자 4)을 대상으로 전날 평상시대로 잠을 잔 경우(7시간초과)와 전날 평상시보다 적게 잔(4시간미만) 두 가지 경우에 따라 순간적 졸음을 평가했다. 졸음은 ▲업무수행능력을 확인하는 운동각성반응측정법 ▲생체신호를 감시하는 안구움직임 ▲뇌파를 이용해 확인했다. 운동각성반응측정법은 화면에 불빛이 나타나면 이를 인지해 버튼을 누르는 검사로 버튼을 누르기까지 걸린 시간 즉, 반응 속도를 측정하는 방법으로 이뤄졌다. 아울러 안구움직임은 눈꺼풀 처짐, 눈 깜박임, 안구움직임을 비디오카메라로 분석하는 검사인데, 눈꺼풀이 처진다거나 눈 깜박임, 안구움직임의 빈도 및 속도 저하는 졸음 상태를 나타낸다. 연구대상자는 머리에 뇌파센서를 부착한 상태로 자유롭게 생활하면서 약 2시간 마다 총 5번 운동각성반응과 안구움직임을 측정했다. 각 측정 결과치에 대한 분석 결과 버튼을 누르는 반응 속도와 안구움직임의 속도가 느려지는 짧은 순간에 뇌파 영역에서도 졸음대역 주파수 변화를 확인할 수 있었다. 결과적으로 운동각성반응과 안구움직임으로 확인되는 졸음 상태를 뇌파 기록으로 확인할 수 있음을 입증한 것이다. 여기서 운동각성반응검사는 하던 작업을 멈추고 검사를 따로 진행해 각성상태를 확인한다는 점에서 실제 생활에 적용하기 어렵고, 안구움직임 측정 장치는 주변의 조명, 바람, 습도 등에 의한 영향으로 늘 정확한 결과를 얻기 어렵다. 이에 비해 뇌파는 업무방해 없이 뇌의 자연적 전기 활동을 지속적으로 기록하고 측정할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 측정한 뇌파 결과치에 대해 기계 학습을 적용, 2초 이하의 짧은 뇌파 신호만으로 졸음을 예측하는 알고리즘도 개발했다. 이를 통해 실시간 졸음 상태를 모니터링 할 수 있을 뿐 아니라 적절한 시점에 중재(휴식)를 지시하는 알람을 제공할 수도 있다. 윤창호 교수는 “이전까지는 뇌파 신호만을 가지고 졸음을 판단한다는 것에 한계가 있었지만, 이번에 개발한 알고리즘을 통해서는 아주 짧은 뇌파 신호만으로 순간적 졸음을 예측하는 것이 가능해 졌다”며 “이 알고리즘은 졸음운전으로 인한 교통사고 등 안전사고 발생률을 감소시키는 데에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다. 연구 결과를 확장해 활용한다면 졸음으로 야기될 수 있는 사고 역시 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 “현재 개발된 알고리즘은 수집 데이터의 종류만 변경하면 다른 분야의 시스템으로도 확장될 수 있으며, 실생활에서도 사용할 수 있도록 무선화·초소형화 하는 연구도 이어나가야 한다”고 덧붙였다. 한편, 이번연구는 분당서울대병원 뇌신경센터 윤창호 교수팀과 서울대학교 공과대학 전기정보공학부 윤성로 교수팀 간 공동 연구로 진행됐으며 공학 분야 저명 국제 학술지인 ‘IEEE Access’ 10월호에 발표됐다. 신동원 기자 asadal@seoul.co.kr

밤에 잠을 이루지 못하는 이들이 늘고 있다. 16일 건강보험심사평가원에 따르면 지난해 불면증으로 병원을 찾은 환자는 56만 855명으로 2013년과 비교해 32% 급증했다. 불면증 등 수면장애는 생활습관과 관련이 많지만 원인과 해결책을 몰라 고통받는 이들이 많다. 신원철 강동경희대병원 신경과 교수에게 수면장애를 피할 수 있는 건강한 수면 상식에 대해 물었다.Q. 하루 몇 시간을 자야 졸리지 않나. A. 낮에 졸리지 않을 정도의 수면 시간은 개인차가 많아 딱 부러지게 말하긴 어렵다. 사람마다 수면 시간이 각기 다르고 나이에 따라 변하는 특징도 있어서다. 다만 어린이와 청소년은 밤에 잠을 잘 때 성장호르몬이 많이 분비되기 때문에 수면 시간이 더 길어야 한다. 학계는 건강한 성인의 필요 수면 시간을 평균 7~8시간, 어린이와 청소년은 9~10시간 정도로 본다. 전체 인구의 1~2%는 하루 4시간 이내로 자도 낮에 피곤하지 않고 일상생활에 별 문제가 없다. 또 다른 1~2%는 하루 10시간 이상 잠을 자야 일상생활을 하는 데 지장이 없다. 대부분의 사람은 평균 7~8시간은 잠을 자야 낮에 피곤하지 않다. Q. 주말에 몰아 자도 괜찮을까. A. 평소 부족한 잠은 채우는 게 맞다. 필요 수면 시간이 부족하면 모자란 수면이 점점 쌓이게 된다. 이런 부족한 수면의 양을 ‘수면빚’이라고 한다. 수면빚이 점점 쌓이면서 정신기능과 심혈관계를 비롯한 신체기능에 악영향을 미치게 된다. 수면은 배고픔이나 식욕과 같은 본능의 일종으로 사람이 살아가는 데 필수적인 요소다. 배고픔은 식사를 통해서만 해결할 수 있듯 수면 부족은 필요한 만큼의 수면 시간을 채워야 해결된다. 하지만 과식이나 폭식, 불규칙한 식습관이 위장장애나 소화장애, 비만 등을 유발하듯이 불규칙한 수면 습관이나 몰아서 자는 것은 수면주기 이상과 불면증, 주간졸음증, 만성피로증후군을 일으킬 수 있다. Q. 낮잠은 얼마나 자는 게 좋나. A. 고등학생에게 낮잠을 20~30분 자게 하면 성적을 올리는 데 도움이 된다는 연구 결과가 있다. 적당한 낮잠은 피로회복이나 집중력, 창의력, 판단력 향상에 긍정적이다. 20분 이내의 짧은 낮잠은 야간 수면에 큰 영향을 미치지 않고 피로와 신경의 흥분 상태를 막아 준다. 그래서 생체리듬을 정상화한다. 하지만 낮잠으로는 만성적인 수면 부족 문제를 완전히 해결할 수 없다. 부족한 수면은 충분한 수면으로만 해결할 수 있다. 또 과도한 낮잠은 당일 야간 수면의 질을 떨어뜨리거나 잠들기 어렵게 하고 수면 일주기를 변화시켜 잠자는 시간이나 깨는 시간의 변화를 일으킨다. 주말에 늦잠을 자거나 낮잠을 몰아서 자도 월요일에 몸이 피곤한 이유다. Q. 왜 잠이 중요한가. A. 잠자는 동안 인체는 낮에 소모한 에너지를 보충하고 평형 상태가 깨진 신체조직과 뇌의 균형을 다시 찾게 해준다. 긴장됐던 근육이 이완되고 심장이나 위장 등 내부 장기도 휴식을 취한다. 잠은 신체뿐 아니라 마음도 쉬게 한다. 잠은 신체기능의 회복과 면역력 증강 같은 항상성 유지를 위한 우리 몸의 방어기전이자 생명유지에 필수적인 요소다. 정현용 기자 junghy77@seoul.co.kr

송주아(15)양은 여덟 살 나던 2004년 3월쯤 처음 기면증 증상을 보였다. 초등학교에 갓 들어간 그 무렵부터 주아는 주간졸림증으로 낮동안 시도 때도 없이 잠에 빠져들었다. 책을 읽다가는 물론 길을 걷다가도 마치 가라앉듯 잠에 빠져들어 가족들을 당황스럽게 했다. 그뿐이 아니었다. 그때부터 감정 기복이 심하고, 크게 웃거나 화를 낼 때면 갑자기 다리의 힘이 빠지면서 털썩 주저앉곤 했다. 의아해하며 병원을 찾은 주아에게 내려진 진단 결과는 기면증이었다. 의료진은 우선 주아의 수면 습관을 점검했다. 따로 수면마비나 입면환각 등의 증상은 보이지 않았고, 코골이나 수면무호흡 증상도 보이지 않았다. 보통 저녁 10시부터 아침 7시까지 9시간 정도 잤으며, 낮잠 자는 시간은 1∼2시간 정도였다. 그러나 야간수면 중 미세한 각성이 잦고, 낮에 시행하는 다중수면잠복기검사에서 측정된 평균 수면잠복기도 36초로, 누우면 바로 잠에 빠져드는 상태였다. 의료진은 주아에게 프로비질(1.5정)과 항우울제를 투여했다. 이후 주간졸림증이 거의 나타나지 않고 있으며, 성적도 부쩍 올랐다. 처음에는 별로 반응이 없었던 탈력발작도 크게 개선됐다. 또 다른 사례. 김현규(51)씨는 2002년부터 심한 주간졸림증과 탈력발작, 밤에 자다가 자주 깨는 증상으로 병원을 찾았다가 기면증 진단을 받았다. 코골이는 있었으나 수면무호흡은 거의 없었다. 낮 수면검사 결과, 평균 수면잠복기는 2분 10초로 매우 짧았으며, 입면시 렘수면이 빈번하게 관찰됐다. 김씨는 특이하게 꿈을 꾸다가 소리를 지르거나 주변 사람에게 주먹질을 해대는 렘수면 행동장애까지 보였다. 의료진은 주간졸음증 치료를 위해 프로비질을, 탈력발작 치료를 위해 항우울제를, 렘수면장애 치료를 위해 클로나제팜을 병용 투여했다. 결과는 매우 좋아 지금은 기면증 증상을 거의 잊고 지낸다. 홍승봉 교수는 “심한 주간졸음증을 아직도 많은 사람들이 습관으로 아는 경우가 많으나 이는 명백한 수면장애”라면서 “비정상적으로 잠이 많거나 잠을 제대로 자지 못한다면 그냥 지나치지 말고 수면의학 전문의를 찾아 정확한 원인을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다.”고 조언했다. 심재억 전문기자 jeshim@seoul.co.kr