출처 :Van Drunen R and Eckel-Mahan K (2023) Circadian rhythms as modulators of brain health during development and throughout aging.Front. Neural Circuits 16:1059229. doi: 10.3389/fncir.2022.1059229
신생아의 생체 리듬 발달 과정은 태아기부터 출생 후까지 중요한 신경 발달 과정의 일부입니다. 생체 리듬은 신경계와 신체의 다양한 기능을 조절하며, 이러한 리듬의 형성은 건강한 성장과 발달에 필수적입니다. 다음은 신생아에서 생체 리듬 발달 과정에 대한 자세한 설명입니다.

1. 태아기에서의 생체 리듬 발달
생체 리듬은 태아가 자궁 안에 있을 때부터 형성되기 시작합니다. 임신 중에 태아는 어머니로부터 **멜라토닌(melatonin)**과 같은 호르몬 신호를 전달받으며, 이를 통해 태아의 신체는 낮과 밤의 주기를 인식하게 됩니다. 연구에 따르면, 태아의 **시교차핵(SCN, suprachiasmatic nucleus)**은 임신 18주경에 멜라토닌 수용체를 발현하기 시작하며, 22주경에는 도파민 수용체(dopamine receptor)가 발현되기 시작합니다. 이러한 수용체들은 어머니로부터 태아에게 전달되는 호르몬 신호를 감지하여 태아의 생체 리듬을 조절합니다.
- SCN의 발달: 시교차핵(SCN)은 뇌의 주요 생체 시계로서, 출생 전부터 형성되기 시작합니다. 이 구조는 태어날 때 이미 존재하지만, 기능적으로 완전히 성숙하지는 않습니다. SCN은 출생 후에도 계속 발달하며, 특히 신경펩타이드(neuropeptides)와 같은 생체 리듬 관련 분자의 발현이 출생 후 첫해 동안 증가합니다.
2. 출생 후 초기 생체 리듬 발달
신생아는 출생 직후 어머니로부터 멜라토닌과 코르티솔(cortisol)과 같은 호르몬을 전달받습니다. 이 호르몬들은 생체 리듬 형성에 중요한 역할을 하며, 특히 수면-각성 주기와 관련이 있습니다. 신생아는 아직 자체적으로 멜라토닌을 생성하지 못하지만, 출생 후 약 8주가 지나면 코르티솔을 생산하기 시작하며, 이때부터 신생아는 생체 리듬을 형성하기 시작합니다.
- 모유 수유와 생체 리듬: 연구에 따르면, 모유 수유를 통해 신생아는 어머니의 호르몬 주기에 동기화될 수 있습니다. 모유에 포함된 멜라토닌과 코르티솔은 하루 중 시간에 따라 농도가 달라지며, 이를 통해 신생아의 수면 패턴이 형성됩니다. 예를 들어, 밤에 모유 수유를 받은 아기들은 수면의 질이 높아지고, 수면 중 중단이 적으며, 수면 시간이 길어지는 경향이 있습니다. 반면, 분유를 먹은 아기들은 이러한 효과를 경험하지 못합니다.
3. 생후 첫 몇 주 동안의 리듬 발달
생후 첫 몇 주 동안 신생아의 생체 리듬은 빠르게 발달합니다. 신생아는 태어날 때 간헐적으로 수면을 취하지만, 몇 주 후에는 수면 주기가 더욱 규칙적으로 변합니다.
- 2주경: 생후 약 2주가 지나면 신생아는 코르티솔 리듬을 형성하기 시작합니다. 이는 신생아가 낮과 밤을 인식하고, 4시간 정도의 주기로 수면과 각성 상태를 번갈아가며 나타내기 시작하는 시기입니다.
- 5주경: 이 시기에는 인프라디안 리듬(infradian rhythm), 즉 하루보다 긴 주기를 가진 리듬이 나타나기 시작합니다. 이러한 리듬은 신생아가 점차 하루 중 특정 시간에 더 오랜 기간 잠을 자는 패턴으로 변하는 것을 의미합니다.
- 9주경: 이때부터 신생아는 멜라토닌을 스스로 생산하기 시작합니다. 멜라토닌 생산은 생체 리듬의 중요한 부분으로, 신생아가 밤에 잠을 자고 낮에 깨어있는 패턴을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.
4. 생후 3~6개월 사이의 리듬 정착
생후 3개월이 지나면 신생아의 생체 리듬은 더 확립되며, 수면과 각성 주기가 보다 뚜렷하게 나타납니다. 신생아는 이 시기에 낮과 밤을 더욱 분명히 인식하고, 밤에는 더 긴 수면을 취하는 경향이 생깁니다.
- 11주경: 이때부터 신생아는 체온의 일주기성 변동(daily oscillation)을 보이기 시작합니다. 즉, 하루 동안 체온이 주기적으로 변하면서 생체 리듬을 형성하게 됩니다. 이 시기에 신생아의 생체 리듬은 성인과 유사한 형태로 발달하며, 수면-각성 주기도 점차 성숙해집니다.
- 15주경: 이 시기가 되면 신생아는 낮에는 깨어있고 밤에는 잠을 자는 패턴이 더욱 뚜렷해집니다. 신생아의 수면 주기가 명확하게 나타나기 시작하며, 밤 동안 더 긴 시간 동안 잠을 잘 수 있게 됩니다.
5. 생후 6~9개월의 생체 리듬 안정화
생후 6개월이 지나면 대부분의 아기들은 밤에 계속해서 잠을 자는 패턴을 형성하게 됩니다. 이 시기에는 생체 리듬이 거의 완전히 정착하며, 낮과 밤의 주기를 뚜렷하게 인식하게 됩니다.
- 6~9개월경: 아기들은 보통 생후 6~9개월경이 되면 밤에 깨지 않고 쭉 잠을 잘 수 있게 됩니다. 이 시기에 아기의 신경 연결(network connectivity)은 수면과 각성 주기에 따라 조절되며, EEG(뇌파 검사)를 통해 신경 네트워크의 연결성이 24시간 주기에 맞추어 변동하는 것을 확인할 수 있습니다.
6. 생체 리듬 발달의 중요성
생체 리듬은 신생아의 뇌 발달과 신경 가소성에 중요한 역할을 합니다. 생체 리듬이 제대로 형성되지 않으면 신경 연결이 잘 이루어지지 않으며, 이는 이후 학습 능력, 기억력, 감정 조절 능력 등에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 신생아기의 수면 문제는 이후 행동 문제, 주의력 결핍, 불안 장애 등과 관련이 있을 수 있습니다. 따라서 출생 후 첫해 동안 생체 리듬의 발달은 신생아의 건강한 성장과 발달을 위해 매우 중요합니다.
이와 같이 신생아의 생체 리듬 발달은 출생 전부터 어머니의 호르몬에 의해 영향을 받으며, 출생 후 몇 주 동안 빠르게 성숙해집니다.

1. 시냅스 전달에서 NMDA와 AMPA 수용체의 역할
- **글루탐산(Glutamate)**이 시냅스 전 신경 말단에서 방출되고, 시냅스 후 뉴런의 NMDA 수용체와 AMPA 수용체에 결합합니다.
- AMPA 수용체는 나트륨 이온(Na+)의 유입을 촉진하고, NMDA 수용체는 칼슘 이온(Ca2+)을 세포 안으로 들여보냅니다. 이는 신경 세포 내부의 신호 전달을 활성화하는 중요한 과정입니다.
2. cAMP 경로와 CREB 활성화
- 칼슘(Ca2+)은 **아데닐릴 사이클레이스(adenylyl cyclase)**를 활성화시켜 cAMP(사이클릭 AMP)를 생성합니다. 이는 다시 CREB를 활성화시켜 유전자 발현을 촉진합니다.
- CREB는 기억과 학습에 중요한 유전자 발현을 조절하는 전사 인자로, 시냅스 가소성(synaptic plasticity), 즉 신경 세포 간 연결을 강화하는 데 중요한 역할을 합니다.
- 특히, 이 경로는 **SCN(시교차핵)**에서 빛에 의해 유도되는 경로로, 생체 리듬의 조절에 중요한 역할을 합니다. 또한 히포캠퍼스에서도 학습과 기억을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다.
3. GSK3β와 시냅스 성장
- GSK3β(glycogen synthase kinase 3 beta)는 시냅스 후 뉴런의 수상돌기 성장(dendritic growth)을 조절하는 중요한 효소입니다.
- GSK3β는 시냅스 가소성 및 뉴런 간의 연결 강화를 시간에 따라 조절하는 역할을 합니다. 이 효소의 활성은 일주기성(circadian) 리듬에 따라 변화하며, 기억 형성에 중요한 역할을 합니다.
4. 별세포(Astrocytes)의 역할
- **별세포(astrocytes)**는 SCN에서 신경 세포의 활동을 억제하여 일주기성 리듬을 유지하는 중요한 역할을 합니다.
- 별세포는 시냅스 외부의 글루탐산 농도를 조절하여 SCN 신경 세포의 활동을 억제합니다. 이 과정은 24시간 주기의 리듬에 따라 매우 역동적입니다.
- 또한 별세포의 세포 내 칼슘 농도는 24시간 주기 동안 크게 변동하며, 이는 생체 리듬 조절에 중요한 역할을 합니다.
5. 생체 리듬에 따른 시냅스 메커니즘 요약
이 그림은 신경 가소성, 특히 학습과 기억을 조절하는 시냅스 메커니즘이 어떻게 생체 리듬에 의해 조절되는지를 보여줍니다. 글루탐산의 방출에서부터 칼슘 신호, cAMP 경로의 활성화, 그리고 CREB를 통한 유전자 발현에 이르기까지, 모든 과정은 24시간 주기에 따라 변동하며, 이 변동은 기억 형성과 학습에 중요한 영향을 미칩니다.
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