수면의 구조 (1)

거시구조, 수면 단계 (Macrostructure, sleep phases)

 

수면의 거시구조는 성별에 따른 큰 차이 없이 인간 간에 유사한 뚜렷한 특징을 가지고 있다. 1960년대부터 모든 연령대의 건강한 개인을 대상으로 수면다원검사 데이터를 체계적으로 수집하고 분석하여 정상으로 간주되는 평균 수면 특성을 정리함으로써 규범적 수면 데이터에 대한 주요 연구가 수행되었다.

 

수면은 다양한 수면 단계에 따라 점수가 매겨진다. 한 수면 단계에서 다른 수면 단계로의 전환은 생체의학적 신호가 점진적으로 변화하는 지속적인 과정이다. 생리학적 데이터의 분석을 비교 가능하고 표준화할 수 있도록 수면 데이터를 해석하기 위한 명확하고 엄격한 규칙이 개발되었다. 채점 규칙은 수면 실험실 간의 획일성을 허용하고 엄격한 프레임워크보다는 개념적 단순성을 제공하기 위해 고안되었다. 이는 명확한 데이터 라벨링을 위한 기반으로 엄격한 프레임워크가 필요하고 데이터의 직관적이거나 주관적인 해석을 허용하지 않는 수면 데이터 및 기계 분류 애플리케이션의 자동화된 분석의 경우 특히 그렇다.

 

Rechtschaffen과 Kales 점수 시스템은 5개의 수면 단계로 구성되어 있다 (1개의 REM 수면 및 4개의 비 REM 수면 단계). 이 점수 모델은 2007년 American Academy of Sleep Medicine에서 수정 및 업데이트되어 비 REM 수면 단계의 수를 3단계로 줄였다.

 

깨어 있는 단계는 문자 W로 표시된다. REM 수면은 일반적으로 R 또는 REM 으로 표시된다. 눈의 움직임이 뚜렷하고 꿈과 관련되어 나타난다. 3개의 비 REM 단계는 수면을 방해하거나 각성을 만드는 데 필요한 자극의 강도로 정의되는 각 수면 깊이와 관련하여 N1 , N2 및 N3으로 명명된다. N3단계는 때때로 깊은 수면 또는 서파 수면 (SWS) 이라고도 한다. 깊은 수면에서 외부 자극은 일반적으로 얕은 수면 단계로 이동하는 반면 N1 및 REM 수면에서는 자극이 종종 각성을 유도한다.

 

그림은 건강한 성인 수면자의 밤 동안의 수면 단계 과정의 예를 보여준다. 일반적으로 5~15분 이내에 발생하는 수면 개시 후 약 60~90분의 깊은 수면의 첫 번째 단계에 이어 REM 수면 에피소드가 발생하여 소위 NR 주기를 완료한다. 밤동안 여러 NR 주기가 발생하며 깊은 수면 단계는 짧아지고 REM 단계는 길어지며 가끔 깨는 경우가 더 자주 발생한다.

 

건강한 성인의 수면 거시구조의 예

 

수면 효율 (Sleep efficiency)은 총 수면 시간과 침대에 누워 있는 시간의 비율로 정의된다. 일반적으로 건강한 성인의 약 90%이다. 총수면시간과 수면효율에서 깊은 수면의 비율은 나이가 들수록 감소하여 평균적으로 노인의 총수면시간이 감소하는데 이는 나이에 따른 일주기리듬의 변화와 관련이 있는 것으로 생각된다.

 

수면 단계는 에포크 (epoch)라고 하는 30초 길이의 겹치지 않는 간격으로 점수가 매겨진다. 각 epoch에 주로 발생하는 패턴을 사용하여 수면 단계를 결정한다. 예를 들어, 수면 각성 점수를 매기기 위한 표준 기준은 최소 15초 동안 EEG에 알파파 활동이 표시되어야 한다. 

 

표는 건강한 성인의 수면 단계와 EEG, EOG (Electrooculography), EMG (Electromyography) 특성 사이의 주요 관계를 보여주고, EEG 파형 유형의 일반적인 스펙트럼 에너지 대역을 요약한 것이다.

 

수면 단계, EEG, EOG 및 EMG 속성 간의 단순화된 관계

EEG 파의 스펙트럼 에너지 밴드

 

미세 구조, 주기적 교대 패턴 (Microstructure, cyclic alternating patterns)

 

더 작은 시간 규모에서는 수면의 뚜렷한 미세 구조가 존재하여 주기적인 패턴 과 이벤트 를 나타낸다. 소위 순환 교대 패턴 (CAP)은 주로 N2 수면 중에 발생하며 A 및 B 단계로 구성된다. 단계 A는 K-복합체 및 수면 방추 와 같은 위상 이벤트 의 존재를 특징으로 한다. A 단계에서는 외부 자극에 대한 반응성이 증가한다. 단계 B는 단계적 이벤트 없이 규칙적인 EEG 활동을 보여준다. A 및 B 단계의 한 주기는 일반적으로 길이가 10 초에서 1 분 사이이며 CAP 수면으로 점수를 매기기 위해서는 여러 주기가 순서대로 따라야 한다. CAP 에피소드는 종종 더 가벼운 수면 또는 REM 수면 단계로 전환되기 전에 발생한다.

 

단계적 사건의 양에 따라 단계 A는 A1, A2 및 A3이라는 세 가지 하위 유형으로 세분화된다. 각성은 일반적으로 A1 단계에서 발생하지 않지만 A2 단계에서 더 빈번한 반면 A3 단계에서는 95% 이상의 경우에서 각성이 발생한다.