1. 신경계의 세포 : 뉴런
우리는 항상 '나는 누구이며 무엇을 하고 있다.'라는 생각을 한다. 이런 인간의 의식을 생물학적으로 어떻게 설명 할 수 있을까? 이는 뇌를 비롯한 신경계로 설명할 수 있을 것이다. 우리의 일상적인 생활은 뇌를 비롯한 신경계의 작용으로 가능하다. 우리는 배가 고프면 밥을 먹고, 목이 마르면 갈증을 느껴 물을 마시고, 말을 하고, 기억하고, 학습한다. 생활 속에서 기쁨을 느끼기도 하고, 화를 내기도 하며, 고민도 한다. 이 모든 것은 신경계가 호르면의 도움을 받으면서 작용하기 때문에 가능하다.
'뇌는 마음인가?', '우리의 경험과 행동을 신경계의 단일세포에서 일어나는 작용으로 설명할 수 있는가?' 이는 우리의 행동과 정신활동에 대해 생물학적으로 접근할 때 나타나는 물음이다. 우리가 하는 모든 생각과 행동은 뇌의 통제를 받는데, 이 뇌는 세포들로 구성되어 있다. 대표적인 세포가 뉴런이다. 그렇다면 우리가 겪는 개개의 경험, 즉 보고 듣고 생각하는 모든 경험이 우리의 뇌에서 일어나는 뉴런의 활동을 나타내는 것인가? 신경계의 기본단위는 뉴런으로, 수상돌기와 세포체를 통해서 정보를 받아들이고 축삭을 통해서 신경충동을 전달한다. 감각뉴런은 감각수용기에서 받은 정보를 뇌와 척수로 보내고 운동뉴런은 뇌와 척수로부터 근육과 분비선으로 정보를 전달한다. 축삭 끝에 있는 종말단추는 그 다음 뉴런과 함께 시냅스를 형성한다. 뉴런 간 스냅스연결은 경험을 하거나 나이를 먹으면서 또는 알코올과 같은 약물을 섭취함으로써 계속 변한다
2. 뉴런 내에서의 정보의 전달 : 활동전위
뉴런의 축삭막을 사이에 두고 바깥쪽과 안쪽에 전위차가 있다. 이는 세포막의 성질에 의한 것이다. 세포막은 반투과성 막으로, 전기를 띤 여러 이온을 모두 다 통과시키지는 않는다. 뉴런축삭이 쉬고 있을 때, 즉 안정상태에 있을 때 축삭 내부는 외부에 비해 음전위를 지니고 있다. 이는 양전하를 띤 나트륨이온을 통과시키지 않는다. 이와 같은 축삭 안팎의 전기적 상태를 안정전위라 한다. 어떤 자극이 축삭을 흥분시키면 축삭막에 있는 작은 통로들이 열려서 나트륨이온이 세포 내부로 들어가게 된다. 그리하여 나트륨 양전하가 들어옴으로써 음전위였던 축삭 내부가 축삭 외부에 비해 양전위로 된다. 이를 활동전위라고 하는데, 신경충동, 신경흥분이라고도 한다.
3. 뉴런 간 정보전달 : 시냅스 전달
시냅스란 축삭종말인 종말단추와 다른 세포를 기능적으로 연결시켜 주는 곳이다. 포유동물의 뇌에 있는 대부분의 시냅스에서는 신경전달물질이라고 하는 특수한 화학적 물질의 분비에 의한 화학적 전달이 기본방식을 이룬다. 이런 시냅스에서 시냅스전 종말단추에는 소낭이 많이 있다. 스냅스전막과 후막 사이에는 약 20nm의 극히 좁기는 하지만 분명히 떨어져 있는 스냅스틈이 있다. 활동전위가 축삭을 따라 내려와 이 종말단추에 이르면 종말단추 안에서는 신경 전달물질이 들어 있는 소낭이 시냅스틈으로 터져 그 속에 ㄷㄹ어 있는 전달물질이 시냅스틈을 건너 시냅스후막에 있는 수용기에 결합하여 그 뉴런을 흥분시키거나 억제시킨다. 신경전달물질로 사용되는 화학물질에 따라서, 또 수용기의 유형에 따라서 그 결과는 뉴련의 흥분이거나 억제일 수 있다. 시냅스후 뉴런은 거의 동시에 다른 많은 뉴런으로부터 흥분과 억제를 받고 있다. 대부분의 뉴런들은 자발적으로 보통 속도로 활동전위를 일으키고 있다. 흥분적인 작용은 활동전위를 더 자주 일으키고, 억제적인 영향은 평상시보다 덜 빈번히 활동전위를 일으키게 된다. 뉴런의 정보전달은 하나의 뉴런 내에서 정보기가 전달되는 것과 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 정보가 전달되는 두가지 과정으로 생각할 수 있다. 한 뉴런에서 축삭을 따라 전달되는 정보는 활동전위, 즉 신경충동에 의해서 전달된다. 한 뉴런과 다른 세포를 기능적으로 연결시키는 부위는 시냅스로, 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 세포체나 수상돌기에 작용해서 세포의 전위를 변화시킨다. 그 결과, 그 다음 뉴런의 활동전위가 더 일어나기 쉬운 방향으로 작용하기도 하고, 활동전위가 일어나기 어려운 쪽으로 작용하기도 한다. 한편, 뉴런에 와 있는 흥분과 억제의 상호작용으로 흥분의 합이 억제의 합보다 더 많으면 활동전위가 일어난다.
4. 신경전달물질과 약물의 작용
신경계는 중추신경계와 말초신경계로 나누어진다. 말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 나누어지며, 자율신경계는 다시 교감신경계와 부교감신경계로 나누어진다. 교감신경계는 유기체가 어떤 위기상황에 직면사고 있을 때 주로 작용하여 에너지를 소모하는 작용을 하며, 부교감신경계는 유기체가 안정하고 있을 때 주로 작용하여 신체유지작용을 한다.
특정 뉴런은 특정한 신경전달물질을 방출한다. 그러한 신경전달물질로는 수십종류가 있다. 서로 다른 신경전달물질은 행동의 다른 측면을 통제한다. 그렇기 때문에 특정 신경전달물질이 과잉되거나 결핍되면 어떤 종류의 비정상적인 행동을 야기할 수 있다. 그러한 불균형은 유전적 요인, 뇌손상, 약물, 심지어 식사에 있는 구성성분의 양이 변화하더라도 일어날 수 있다.
신경전달물질 중 아세틸콜린은 신경축삭이 골격근에 시냅스하는 부위에서 사용되는 신경전달물질이다. 뇌에서 사용되는 것으로 생각되는 신경전달물질로는 아세틸콜린, 도파민, 노르에피네프린,세로토닌, 엔도르핀 등이 있다.
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