뉴런의 기본 형태 및 작동, 다른 뉴런으로의 전달, 신경전달물질의 작용

생물심리학(biological psychology)은 인간의 행동에 영향을 미치는 다양한 생물학적인 요인을 찾아내고 분석하며 궁극적으로 인간의 정신활동 전체를 신경 세포의 활동으로 환원하여 설명하고자 하는데, 이때 신경계의 기본 단위인 뉴런에 대해 오늘은 여러분과 공유하고자 한다. 뉴런은 신경계를 이루는 여러 세포 중 행동과 가장 밀접한 관련이 있는 세포이다.

뉴런(neuron)의 기본형태

뉴런의 기본 형태 및 작동

뉴런은 인체의 여러 세포 중 가장 다양한 크기와 형태를 지닌다. 엄지발가락 끝에서 척수로 감각을 전달하는 감각뉴런은 그 길이가 거의 1미터에 달하지만 소뇌의 과립세포(granule cell) 같은 경우는 몇 마이크론 정도에 지나지 않을 정도로 작다. 이러한 다양한 뉴런도 공통된 기본 구조를 갖는데, 수상돌기(dendrite), 세포체(soma), 축색(axon)으로 구성되는데, 수상돌기는 다른 뉴런에서 신호를 전달받는 곳이고, 세포체는 몸에 있는 다른 세포들과 마찬가지로 유전정보를 지니고 있는 세포핵을 가지고 있으며 세포로서의 대사 및 유지기능을 수행한다. 축색은 신경 신호를 다른 뉴런에 전달하는데 축색의 끝은 여러 갈래로 분기하며 그 끝은 종말단추(terminal button)라고 한다. 뉴런의 가장 큰 특징은 빠르게 흥분할 수 있다는 것이고 이러한 흥분은 전기적으로 생산되어 전달된다. 즉, 뉴런은 하나의 작은 발전기처럼 작동한다. 그 작용은 뉴런의 내부와 외부에는 전기적 극성을 띠는 많은 이온이 존재하는데, 세포막을 사이에 두고 뉴런의 내부에는 칼륨 이온들이, 외부에는 나트륨 이온들이 존재한다. 세포만에는 이 이온들이 지나다닐 수 있는 통로, 즉 이온 채널이 존재한다. 평소에는 이온 채널이 닫혀 있거나 극히 일부만 열려 있어서 이온들의 자유로운 흐름을 제한한다. 이러한 제한에 의해 세포막의 안쪽과 바깥쪽에는 농도 차이가 발생하고 그 차이 때문에 세포막을 사이에 두고 전위차가 발생하게 된다.

다른 뉴런으로의 전달

활동 전위가 축색의 끝에 다다르게 되면, 이 정보는 이제 다음 뉴런에게 전달되어야 한다. 뉴런과 뉴런 사이는 물리적으로 붙어 있지 않고 시냅스(synapse)라는 틈을 두고 있다. 시냅스를 사이에 둔 두 뉴런 중 시냅스 앞에 위치하여 정보를 주는 뉴런을 시냅스 전 뉴런(presynaptic neuron)이라 하고, 시냅스 뒤에 위치하여 정보를 받는 뉴런을 시냅스 후 뉴런(postsynapse neuron)이라고 한다. 시냅스에는 전기적 신호를 매개할 전도체가 존재하지 않는다. 따라서 시냅스를 뛰어넘어 다른 뉴런으로 신호를 전달하기 위해서는 전기적 방법이 아닌 다른 방법이 필요하다. 따라서 시냅스를 통한 정보 전달은 화학적 방법으로 일어난다. 활동 전위가 종말단추에 도달하면 칼슘이온의 작용에 의해 시냅스 소낭이 터지게 만드는데, ㅇ 소낭 안에는 신경전달물질이라 불리는 화학물질이 들어 있다. 이렇게 소낭에서 배출된 신경전달물질은 시냅스 간극으로 퍼져나가 시냅스 후 뉴런에 도달하게 된다. 도달한 신경전달물질은 시냅스 후 뉴런에 분포하는 수용기와 결합하여 수용기를 활성화시킨다. 활성화된 수용기는 즉각적으로 이온 채널을 열거나 어느 정도의 시간 지연 후에 다양한 세포 내 변화를 일으킴으로써 시냅스 후 뉴런에 새로운 전기적 신호를 만들어 냅다. 수용기가 어떤 작용을 하느냐에 따라 신경전달물질은 시냅스 후 뉴런의 활동을 촉진하기도 하고 억제하기도 한다. 

신경전달물질의 작용

뇌에는 다양한 종류의 신경물질이 있는데, 현재까지 약 40여 종이 발견되었고 아직도 새로운 신경전달물질이 연구되고 있다. 댚적인 신경전달 물질로는 아세틸콜린(acetylcholine : ACh)은 가장 먼저 발견된 신경전달물질로, 중추신경계와 말초신경계 모두에 존재한다. 아세틸콘린은 뇌에서 기억과 관련된 신경전달물질인데, 이것을 생산하는 체계가 망가졌을 경우 알츠하이머병을 가진 환자들이 겪는 기억 결함의 증세가 나타난다. 다음 아미노산(amino acid)은 신경계 대부분의 영역에 존재하며, 빠른 신호 전달에 관여한다. 대표적으로 클루타메이트(glutamate)와 억제성인 GABA(gamma-aminobutyric acid)가 있다. 뇌에서 처리되는 대부분의 정보는 아미노산계 신경전달물질에 의존한다. 다음 모노아민(Monoamine)은 아미노산에 의해 합성되며, 모노아민의 분비는 특정 시냅스를 넘어서서 넓은 영역의 시냅스에 영향을 미치는 특징이 있다. 특히 정서와 보상, 다양한 정신질환과 관련이 있는데 예로 세로토닌(serotonim, 5-HT), 도파민(dopamine : DA), 노르에피네프린(norepinephrine : NE)이 있다. 세로토닌의 경우 우울증과 관련이 깊은 것으로 알려져 있으며, 우울증에 걸린 사람들의 경우 세로토닌의 수준이 정상인보다 낮다는 점에서 착안하여 치료제가 개발되기도 하였다. 도파민은 운동과 보상에 관련되어 있다. 도파민의 수준이 너무 낮으면 어떤 동작을 시작하거나 자세를 유지하는 데 어려움을 겪는 운동장애 인 파킨슨병(Parkinson's disease)에 이르게 된다. 반대로 도파민의 양이 너무 많을 경우에는 정신분열증 증상을 호소하게 된다. 노르에피네프린은 자율신경계, 특히 교감신경계의 작용에 관여하며 중추신경계에서는 각성과 주의에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

 

마음에 관련된 심리학을 공부하는 것에 있어 뇌를 깊이 이해하는 것 또한 동반된다. 왜냐하면 마음과 몸이 따로 가기는 쉽지 않을 것이기 때문이다. 정확히는 모를 수 있으나 그래도 최소한 이정도 부분에 대해서 여러분과 나누고 싶다. 오늘 하루도 활기찬 하루를 보내면 좋겠다.