디지털치료기기 스마트폰 어플리케이션(앱)으로 근무중 졸림을 해결 할 수 있는 시대가 열렸다.
의학과 수학의 융합적 연구를 통해 불규칙한 생활을 하는 교대근무자의 각성도를 정확히 예측하고, 원하는 시간대에 각성도를 극대화하면서도 실천이 쉬운 유연한 수면 패턴이 국내 연구진을 통해 개발되었다.
사람의 생체시계는 낮/밤 주기에 적응해 낮에는 높은 능률을 가지고 밤에는 회복을 위한 수면을 유도한다. 하지만 인공 조명의 발명 이후 현대 사회에서는 일반적인 근무시간에서 벗어나 야간에도 높은 각성도와 능률을 요구하며, 실제로 전체 노동 인구의 약 20%가 교대근무를 수행하는 것으로 알려져 있다.
불규칙한 수면 패턴은 과도한 주간 졸음 유발로 업무 수행 효율성 감소와 업무 관련 부상의 위험을 증가시킨다.
삼성서울병원 신경과 주은연, 임상간호학연구소 최수정 교수팀은 KAIST 수리과학과/IBS 의생명수학그룹 김재경 교수팀과 공동 연구를 통해 매 순간의 각성도를 정확하게 예측하고, 원하는 시간대에 높은 각성도를 유지할 수 있는 실천이 쉽고 유연한 ‘수면 패턴’을 밝혀냈다.
연구팀은 교대근무자들의 근무 전후 각성도와 웨어러블 장치를 이용해 수집한 수면패턴을 분석함으로써 야간 근무에 높은 각성도를 유지할 수 있도록 하는 수면 패턴을 찾고자 했으나 쉬운 일은 아니였다.
단순히 수면 시간을 늘리는 것으로는 원하는 시간에 높은 각성도를 유지할 수 없음을 발견했으며, 미국 국립 직업안전위생연구소 및 기존 연구들이 제안하는 여러 천편일률적인 수면 중재가 서로 상충할 뿐만 아니라, 실천하는 것조차 어려움이 있음을 확인했다.
이를 극복하기 위해 연구팀은 교대근무자들의 누적된 불규칙한 수면 기록을 모두 반영해 매 순간의 각성도를 예측하는 수리모델을 개발했다. 이 수리모델은 교대근무자들의 근무와 수면 패턴에 따라 변동하는 일주기 리듬(Circadian rhythms)과 수면 압력을 정확히 시뮬레이션해 각성도를 예측하도록 설계됐다.
연구팀은 수리 모델을 이용해 저녁/야간 근무 전 특정 수면패턴을 취했을 때의 각성도를 예측해 여러 수면패턴과 비교한 결과, 야간 근무 직전 혹은 직후에 몰아서 수면을 취하는 것보다,
근무 직후 일주기 리듬에 맞는 최소한의 수면만을 취한 후 야간 근무 직전 충분한 낮잠을 취하는 것이 근무 중 높은 각성도를 유지할 뿐 만 아니라, 생체리듬에 맞지도 않은 시간대에 억지로 자거나 강제로 일어날 필요가 없음을 발견했다.
또한 근무 직후 최소한의 수면만을 취하므로 수면 압력이 증가해 다음 근무 전에 취하는 낮잠에 쉽게 들 수 있어 적응형 생체 분할 수면 (Adaptive Circadian Split Sleep)이라고 명명한 본 수면 패턴은 개인의 상황에 맞게 유연하게 수면 일정을 조절할 수 있어 실생활에 적용하기도 쉽다.
연구팀에 따르면, 이번 적응형 생체 분할 수면을 기반으로 한 수면 중재를 실생활에서 구현하기 위해 연구에서 사용된 수리 모델을 삽입한 모바일 애플리케이션을 개발중이다.
23년 9월 완성을 목표로 하는 이 모바일 애플리케이션은 자동으로 수집되는 수면 패턴을 이용해 현재의 각성도를 예측하며, 다음 근무를 위한 적응형 생체 분할 수면 패턴을 계산해 제공하게 된다.
삼성서울병원 주은연 교수는 “올 하반기부터 이 모바일 애플리케이션의 유용성을 평가하기 위한 본격적인 임상시험을 시행할 예정이며, 교대근무 뿐만 아니라 불규칙한 생활이나 시차로 인해 발생하는 수면장애를 해결하는데 ‘가장 최적화된 수면 중재법’이 될 것으로 기대한다”고 전했다.
KAIST 수리과학과/IBS 의생명수학그룹 김재경 교수는 “이번에 개발된 수리 모델을 기반으로 한 모바일 애플리케이션이 곧 개발될 예정으로, 많은 교대 근무자분들에게 조금이라도 도움이 됐으면 좋겠다”고 소감을 밝혔다.
한편, 이번 연구는 기초과학연구원 및 삼성생명과학연구소의 지원을 받아 수행했으며, KAIST/IBS 송윤민 학생, University of Wisconsin-Madison/IBS 박세호 학생, 삼성서울병원 신경과 이수진 연구원이 함께 참여해 국제 학술지 ‘SLEEP’ 최근호에 게재됐다.