인지신경심리학_신경계

1. 신경계의 기본 구조

우리의 몸은 세포로 이루어져 있다. 세포는 식물과 동물, 생명이 있는 것 모두를 구성하는 기본 단위이다. 그중에서 우리의 신경계는 뉴런(neuron)이라는 수십억 개의 세포들로 구성되어 있다. 뉴런은 일반적으로 수상돌기(dedrite), 세포체(cell body), 축삭(axon)으로 구성되어 있다. 수상돌기는 다른 세포로부터 입력을 전달받는 부분이고, 신경 세포체는 세포의 기능을 유지해 주며, 축삭은 축삭 말단을 통해 세포들 사이의 정보들을 운반하는 역할을 한다.
신경계 내에는 감각뉴런(sensory neuron), 개재뉴런(interneuron) 그리고 운동뉴런(motor neuron), 세 가지의 뉴런이 존재한다. 첫 번째로 감각뉴런은 감각 정보를 뇌와 척수로 전달하는 역할을 하고, 개재뉴런은 감각뉴런과 운동뉴런의 정보를 연결하며, 운동뉴런은 뇌와 척수로부터 입력된 정보를 근육으로 전달하여 우리가 정상적으로 행동할 수 있게 한다. 뉴런마다 역할이 다르듯이 생김새도 다르다. 일반적으로 감각뉴런은 수상돌기가 길게 발달하였고, 개재뉴런은 수상돌기가 많이 있으며, 운동뉴런은 축삭이 튼튼하게 발달하였다. 어떤 뉴런은 길이가 짧은 것도 있으며, 길이가 1m가 넘는 것도 있다. 뉴런이 이렇게 다양하게 생긴 이유는 전기신호를 잘 전달하여 뉴런끼리 정보전달을 잘하기 위함이다.

뉴런의 기본 구조

 

2. 신경계의 전기화학적 신호 전달

한 뉴런 내에서의 정보는 전기적 신호를 통해서 전달된다. 뉴런이 쉬고 있는 상태를 안정전위(resting potential)라고 한다. 뉴런의 축삭을 확대해 보면 이온통로가 있는데, 그 안에는 음이온, 겉에는 양이온이 흐르고 있다. 안정전위는 뉴런의 안팎으로 약 -70mV 정도의 전위차가 존재하는 상태이다. 이러한 안정전위 상태에서 외부의 자극이 들어오면 활동전위(action potential)로 변한다. 뉴런이 압력을 받으면 이온통로가 열리거나 닫히게 되면서 칼륨 이온(K+)과 나트륨 이온(Na+)이 세포 안으로 들어가거나 방출되는 상태가 된다. 이러한 상태 변화가 활동전위로 변하는 과정인데, 이후에는 다시 안정전위로 돌아오면서 이 과정을 반복하는 것이다.
반면에 뉴런 간의 정보는 화학적 신호를 통해서 전달되는데, 뉴런 간의 접촉 영역을 시냅스(synapse)라고 부른다. 즉, 한 뉴런의 축삭 말단이 인접해 있는 다른 뉴런의 수상돌기와 맞닿는 구조를 말한다. 뉴런들이 자신의 안에서 전기적인 신호를 주면서 정보를 전달했다가, 물리적으로 이어져 있지 않은 다른 뉴런으로 정보를 전달하기 위해서 시냅스를 통하여 화학적 신호를 사용하는 것이다.
 

3. 화학적 전달 : 신경전달물질

 

화학적 신호, 신경전달물질

 

신경전달물질은 뉴런 간의 신호 전달을 담당하는 화학 물질이다. 앞에 말한 것처럼, 뉴런 간의 정보는 화학적 신호를 사용한다고 했는데, 이때 전달되는 화학 물질이 신경전달물질이다. 신경전달물질은 뉴런 내부에서 합성되는 화학 물질이다. 뉴런 내부에서 활동전위가 작동되면 전기적 신호에 반응하는 칼슘 통로가 열리게 되고 외부에 있던 칼슘이 뉴런 안으로 들어오게 된다. 내부의 칼슘 농도가 올라가면서 방울 모양 같은 시냅스 소포(synaptic vesicle), 다른 말로는 신경전달물질 주머니가 생성된다. 시냅스 소포는 밖으로 나가기 위해 축삭 말단의 세포막과 자연스럽게 합쳐지게 되고 소포 안에 있던 신경전달물질들이 시냅스로 나오게 된다. 신경 전달 물질은 다음 뉴런의 수용기(receptor)로 향한다. 수용기는 단백질로 구성되어 있는 신경 세포막에 존재하는 것으로, 열쇠랑 자물쇠가 들어맞듯이 수용기에 신경전달물질이 자연스럽게 달라붙게 된다. 신경전달물질과 수용기가 만나면 다음 뉴런의 나트륨 통로가 열리면서 외부에 있던 나트륨이 세포 안으로 들어가게 된다. 즉, 신경전달물질은 세포 안으로 들어가는 것이 아니라, 단지 나트륨 통로를 여는 역할만 하는 것이다. 나트륨이 세포 안으로 들어가면서 해당 뉴런에도 전기적 신호가 다시 활성화된다.
최초로 진화한 신경전달물질은 아미노산성 신경전달물질로 중추신경계에서 관찰되는 가장 일반적인 형태의 신경전달물질을 의미한다. 중추신경계의 두 가지 아미노산으로는 흥분성 역할을 하는 글루타메이트(glutamate)와 억제성 역할을 하는 감마 아미노뷰트릭산(GABA)이 있다. 글루타메이트는 중추 신경계의 주요 흥분성 신경전달물질로 과한 글루타메이트는 수용기의 과도한 활동을 유발하고 뉴런의 지나친 활성화가 발생하여 간질(뇌전증) 같은 증상이 일어날 수 있다. 반면에 감마 아미노뷰트릭산은 중추신경계의 주요 억제성 신경전달물질로, 분비되면 중추신경이 억제되므로 진정 작용, 수면 촉진, 근육 이완, 발작 억제와 같은 증상을 나타낸다.