뇌신경세포의 핵심 뉴런과 시냅스

내 마음은 어디에서 오는 것일까? 마음을 마음으로 보아야 할지 뇌에서 보내는 신호로 봐야 할지 어딘가에 연결고리는 있을것 같아, 그것에 관한 물리적 고찰이 필요하지 않을까 해서 자료를 찾아보기 시작했다.

 

뇌의 신경세포 뉴런

 

우리가 생각으로 느낀다라는 다양한 감정에 대해 어떤 정보망에서 오는것일까? 과연 이 정보는 몸 속 어디에서 어떻게 흘러 다닐까 다시한번 궁금해졌다. 세포 염색에 탁월한 기술을 가졌던 기술을 통해 신경 정보가 복잡한 망을(Network) 을 형성하고 있는 신경 섬유로 구성된 그물과 같은 망 체계에서 전달된다라는 '그물망이론'을 주장했고 또 다른 한편에서는 신경계(Nervous System) 도 다른 조직처럼 각각의 뉴런이라 불리는 단위 세포로 조직된 시스템일것이다라는 '뉴런이론'의 대표적 이론으로 나뉘었다. 물론 전자의 원리가 맞는것으로 우리는 알고있지만, 두분 모두에게 연구의 공로로 노벨상의 영예가 수여되었다.

 

 

 

<뇌의 신경세포 뉴런>

 

뇌를 중심으로 한 우리의 정신 세계의 거주지인 신경계의 기초 단위는 뉴런(Neuron) 이란 신경세포이다. 1891년 Wilhelm Waldeyer 에 의해 'Neuron'라고 이름 지어졌다. 뉴런은 마음이 생겨나는 생물의 단위이므로 다른 세포와 확연히 다르다. 약하지만 그 표면에 음전기를 띠고 있고, 전기적으로 흥분한다. 이는 마치 컴퓨터의 정보망 역할을 하는 생물 나름의 고도로 진화된 자연의 신비이며, 생물체의 다른 세포들과는 다른 뉴런만의 특성이기도 하다. 다른 일반 세포의 당연한 성질인 세포분을 하지 않는다. 한번 태어나면 전기적으로 살다가 증식하지 않고 죽는다. 이 분열하지 않는 성질 때문에 뇌의 재활 치료가 어려운 것이다. 뇌 세포의 재활이란 학습에 의한 기능회복이다 손상된 뇌세포의 주변 세포들이 그 기능을 떠맡기를 바라는 훈련이다.

 

뉴런은 그 위치와 기능에 따라 다양한 모습을 하고 있따. 운동을 제어하는 소뇌에 있는 뉴런은 측면이 아주 납작하나 그 정면 모습이 마치 산삼뿌리와 같이 넓게 펴져 전봇대의 케이블처럼 생긴 다른 뉴런의 말단으로부터 정보를 전달받기 유리하게 생겼다 뇌의 피질에 있는 뉴런은 그 세포에서 나온 axon 이 우리의 척추를 따라 길게 뻗어 1m 를 넘는것도 있다. 한편 눈에서 뇌로 들어가는 시신경이 위 부분에 있는 뉴런은 크기가 매우 작다. 뉴런은 각양각색의 모습과 기능으로 우리의 마음을 담당하고 있다.

 

뇌와 시냅스

 

 

<뇌 신경세포의 시냅스 과정>

 

이 특이한 세포는 세포체에서 뻗어나온, 신호 수신 지역이 정보를 전달하는 전선이 Axon, 그 끝에서 다른 뉴런으로 신호를 발산하는, 신호를 앞 세포에서 주고 뒤 세포에서 받는 시냅스 체계가 우리 신경계 마음의 신호 전달 체계를 담당한다. 이 시냅스는 달리기 계주에서 바톤을 주고받는것과 비슷하다. 뇌의 대부분이 뉴런의 신호 받는 부분에 돌기가 있어서 신호를 받기에 아주 좋게 생긴 진화된 시스템이 있다.

Axon 의 크기는 그 에너지를 지탱해야 하기 때문에, 세포체와 밀접하게 관련되어 있고, 곁가지가 있는 Axon 도 있다. 유난히 나트륨 통로와 칼륨 통로가 많고, 다량의 수송시스템을 형성하는 Axon Hillock 도 있다. 이는 신경정보의 펄스 생성의 진양지를 연구하는데 진화될수록 감싸이면서 절연되어 있다. 이는 정보를 빠르게 전달하고 에너지 절약차원에서도 효과적인 생체메카니즘의 발전적 형태이다. 전기줄이 피복에 감싸여 있는 효과랑 비슷하다. 피복 코팅이 되어있는 사람의 뉴런은 발바닥의 자극이 뇌까지 가는데 0.015초 정도 걸리나, 뉴런들이 시냅스를 형성하고 있고, axon 의 굵기와 감각 신경 섬유의 속도등이 일률적이지 않아 단순하게 생각할 수 없다. 이 코팅으로 전도가 점핑하듯이 이루어지는 모양새로 볼수있다. 세포막은 이층구조로 되어있다. 혐수성 부분이 서로 마주보고, 단백질들이 둥둥 떠나니는 구조이다. 이를 통해 세포가 필요한 여러 물질을 얻기도 하고 방출하기도 한다.

 

시냅스는 신호를 주고 받는 연결 부분이라고 했다. 달리기에서 바톤을 주고 받는 지점인데 앞선 뉴런 신호의 끝이자 다음 신호의 시작이다. 전기, 화학적 시냅스로 나뉘게 되는데 전자는 무척추 동물과 같은 하등동물에서 나타나고, 척추 동물에서는 망막 물고기의 꼬리지느러미에서 보인다. 후자는 좀더 진화된 시냅스이나 화학적이라 속도가 느린 단점이 있다. 일반적으로 시냅스는 흥분과 억제 시냅스로 나뉘는데 신경정달물질에 따라 구별할수없고, 바깥쪽과 안쪽의 mechanism 과 연결되어있다. 일반적으로 농도 상으로 비대칭 시냅스에서 흥분 신경전달물질을 함유한 둥근 주머니가 관찰되고, 대칭 시냅스에는 억제 신경전달물질을 가진 넓적 주머니가 있음이 밝혀졌다.

어떤 물질이 신경전달물질인지를 알고 싶을때는 신경계에 존재하는지, 뉴런 발끝에 존재하는지, 뉴런에서 생성되는지, 시냅스에서 이 물질을 비활성화시키거나 없애는 효소가 존재하는지, receptor 지역에 작용하는지 등으로 판단하면 된다.

 

신경전달물질은 cell body 에서 만들어져서 주머니에 포장되어 발끝까지 이동하게 된다. 주머니에 도착한후 synaptic gap 에 터뜨려지고 신경전달물질을 재충전하게 된다. 진화상 고도의 신호제어 기능이 일어나서 전달과 효율을 떨어뜨리고 시냅스를 기준으로 정보를 주는 앞선 뉴런의 부분을 presynaptic 뒤 부분을 지칭하는 형용사로 postsynaptic 이라고 한다. 뉴런에서 정보가 전기적 신호를 띨수록 약간의 음전위를 가지고 있다. 그 주된 요인으로 내외부의 농도가 다르다. 한개의 ATP 당 3개의 Na+와 2개의 K+를 펌프한다. 다시 보면 소금을 제거하면서 내부동농도를 유지하는 기능을 담당한다. 

 

뉴런은 총 약 1000억개의 규모로 한개의 뉴런은 2~3만개로부터 정보를 받아 약 만개의 다른 뉴런에게 정보를 전달한다. 뉴런 이외의 신경에 관여하는 세포로 Glia 라는 신경 세포가 있다. 글리아는 뉴런의 보조 역할을 한다고 알려져 있으나 뉴런보다 수적으로 10배나 많은 이 글리아에 대해서는 아직 연구할 내용이 많이 남아있다고 한다.

 

한다우리