A single day of natural daylight exposure and physical activity does not conclusively change circadian phase: A Bayesian crossover experiment

모든 인간의 몸 안에는 단일한 하루보다 약간 더 긴 주기로 움직이는 생체 리듬인 마스터 클락(master clock)이 흐르고 있습니다. 이 내부 시간 조절 장치를 태양의 하루와 일치시키기 위해, 뇌는 이용 가능한 가장 강력한 신호인 빛과 어둠의 일주기 사이클에 크게 의존합니다. 빛이 눈으로 들어오면, 이는 뇌의 중앙 페이스메이커로 향하는 전용 경로를 따라 이동하여, 몸이 깨어날 때인지 아니면 휴식을 취할 때인지를 알려줍니다. 이 시스템은 매우 민감하여 빛 노출의 시기, 강도, 그리고 지속 시간이 우리의 수면, 호르몬, 그리고 각성 상태의 전체적인 일정을 변화시킬 수 있습니다. 아침의 밝은 빛은 내부 시계를 앞당길 수 있고 밤의 빛은 뒤로 미룰 수 있다는 사실은 잘 알려져 있지만, 현대 사회를 살아가는 우리에게 중요한 질문이 하나 남아 있습니다. 자연광을 듬가량 쬐고 아마도 신체 활동을 병행하며 보낸 단 하루의 야외 활동이 이 시계를 재설정하기에 충분한 힘을 가질 수 있을까요?

바젤 대학교의 연구팀은 엄격한 실험적 통제 하에 건강한 성인들을 실제 외부 세계로 데려가 이 질문에 대한 답을 찾고자 했습니다. 그들은 단 하루의 자연광 노출이 신체 활동 여부에 따라 신체의 내부 시계 타이밍을 변화시킬 수 있는지 확인하고자 했습니다. 이러한 변화를 측정하기 위해, 연구진은 신체가 수면을 알리는 호르몬인 멜라토닌을 생성하기 시작하는 시점을 나타내는 정밀한 생물학적 지표인 '저조도 멜라토닌 개시(dim-light melatonin onset)'를 관찰했습니다. 일반적인 하루 동안, 이 호르몬은 저녁에 상승하기 시작하여 몸이 휴식을 준비하도록 합니다. 연구진은 특정 노출 전후로 이 상승이 시작되는 정확한 시점을 측정함으로써 시계가 이동했는지 여부를 판단할 수 있었습니다.

연구에는 주로 20대 초반의 건강한 성인 41명이 참여했으며, 이들은 몇 주 동안 매우 엄격한 일과를 따르기로 동의했습니다. 그들은 실험 전 신체가 안정적인 리듬을 유지할 수 있도록 카페인, 알코올, 낮잠을 피하고 매일 동일한 수면 및 기상 시간을 지켰습니다. 이후 참가자들은 각각 약 40시간 동안 진행되는 세 차례의 별도 실험실 방문을 완료했습니다. 각 방문 동안 그들은 아침에 시작되는 8시간의 빛 노출 창을 경험했습니다. 한 조건에서는 야외에서 자연광 아래에서 시간을 보냈습니다. 다른 조건에서는 동일한 야외 장소에 있었으나, 신체 시계에 가장 효과적인 단파장 블루라이트를 차단하는 특수 황색 렌즈 안경을 착용했습니다. 세 번째 조건에서는 표준 전기 조명 아래 실내에 머물렀습니다.

신체 활동의 역할을 테스트하기 위해 연구진은 참가자들을 두 그룹으로 나누었습니다. 한 그룹은 바젤 주변의 언덕 산책로를 약 4시간 동안 하이킹했고, 다른 그룹은 실내에서 가만히 앉아 있거나 천천히 걷는 등 정적인 상태를 유지했습니다. 이를 통해 사람들은 밝은 자연광과 움직임을 동시에 얻거나, 밝은 빛을 받으면서도 움직이지 않거나, 혹은 더 어두운 빛과 함께 움직임이 있는 등 다양한 시나리오를 경험하게 되었습니다. 이 기간 동안 연구진은 각 개인이 받은 빛의 양과 심박수를 정밀하게 추적했습니다. 또한 참가자들이 얼마나 졸린지, 피곤한지, 혹은 각성 상태인지를 측정하였고, 단순한 소리에 대한 반응 속도를 측정하여 그날의 활동이 기분이나 주의력에 즉각적인 영향을 미쳤는지 확인했습니다.

결과는 놀라울 정도로 조용했습니다. 정교한 통계 모델로 데이터를 분석한 결과, 연구진은 자연광 노출이 하이킹 여부와 상관없이 단 하루 만에 신체의 내부 시계를 변화시키기에 충분하다는 결정적인 증거를 발견하지 못했습니다. 데이터상으로는 더 많은 빛이나 더 많은 활동이 있는 날에 시계가 앞당겨지는 경향이 약간 나타나기는 했지만, 그 변화는 작고 일관되지 않았습니다. 어떤 참가자의 시계는 앞당겨졌고, 어떤 이는 뒤로 밀렸으며, 많은 이들이 아무런 변화를 보이지 않았습니다. 빛이나 운동이 이러한 변화를 일으켰다고 말하기에는 통계적 근 evidencia가 충분하지 않았습니다. 마치 단 하루의 노출이 기존 리듬의 안정성을 극복하기에는 역부족이었던 것처럼 보였습니다.

연구진은 또한 참가자들이 해당 일과 중에 그리고 그 후에 어떻게 느꼈는지도 살펴보았습니다. 예상대로 하이킹 그룹은 분명히 더 높은 신체적 피로를 느꼈지만, 기분과 각성에 미치는 영향은 엇갈렸습니다. 더 많은 빛이 약간 더 나은 낮 기분과 연결될 수 있다는 작은 힌트가 있었으나, 그 효과는 너무 미미하여 거의 눈에 띄지 않았습니다. 흥ally하게도, 운동을 한 그룹이 저녁에 더 빠른 반응 속도를 보였으나, 이는 그날의 활동 결과라기보다 해당 개인들이 실험 전부터 이미 더 빨랐기 때문인 것으로 나타났습니다. 연구진은 빛과 움직임이 우리의 수와 리듬을 조절하는 강력한 도구이긴 하지만, 단 하루의 노출만으로는 내부 시계의 타이밍을 측정 가능한 수준으로 변화시키기에 불충분할 가능성이 높다고 결론지었습니다.

이것이 자연광과 운동이 우리의 생체 리듬 건강에 중요하지 않다는 뜻은 아닙니다. 대신, 이 결과는 신체가 리듬을 유의미하게 조정하기 위해서는 시간이 흐름에 따라 이러한 신호에 반복적이고 습관적으로 노출되어야 함을 시사합니다. 단 하루의 다이어트가 사람의 장기적인 체중 변화를 거의 가져오지 못하는 것과 마찬가지로, 단 하루의 밝은 빛과 운동은 수년간의 일과에 의해 설정된 생물학적 시계를 재설정하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 이 연구는 우리의 내부 시간을 진정으로 영향받게 하려면, 단 하나의 완벽한 야외 활동으로부터의 빠른 해결책을 기대하기보다는 몇 주 또는 몇 달에 걸친 일상적인 습관을 살펴봐야 한다는 점을 강조합니다. 인간의 몸은 회복력이 있으며, 그 시계는 단 하루의 변화를 견뎌내며, 지속적인 빛과 활동의 패턴이 영구적인 변화를 만들어내기를 기다리고 있습니다.