신경계 목차
▣ 신경계의 기능
▣ 신경계의 구분
Ⅰ, 중추신경계
1. 뇌
1) 대뇌
(1) 대뇌반구
(2) 대뇌피질
(3) 수질
2) 간뇌
(1) 시상
(2) 시상하부
(3) 뇌하수체
(4) 송과선
3) 변연계
(1) 해마
(2) 편도
(3) 후각구
4) 소뇌
5) 뇌간
(1) 중뇌
(2) 교
(3) 연수
2. 척수
Ⅱ. 말초신경계
1. 체신경계
1) 뇌신경
2) 척수신경
2. 자율신경계
1) 교감신경
2) 부교감신경
Ⅲ. 뉴런과 시냅스
1. 뉴런
2. 시냅스
<참고> 전전두엽
신경계 (Nervous System)
인체 안에는 매우 전문적으로 분업화된 여러 계통들이 있어 호흡을 하고(호흡기계), 음식을 소화시키며(소화기계), 노폐물을 배설시키기도 하는(배설기계) 복잡한 기능을 나타낸다. 이들 각 계통의 기관들은 각자 자기가 맡은 기능에는 충실하나 다른 계통, 다른 기관과의 사이에 균형을 잡는 일은 하지 못한다. 따라서 한 개체로써의 균형 잡힌 생활을 위해서는 이들 수많은 기관들의 복잡한 기능을 전체적으로 통합하여 조절하는 또 다른 통제 기관을 필요로 하게 되며 인체에서 이러한 기능을 신경계라는 일련의 기관들이 맡고 있다.
▣ 신경계의 기능
신경계는 신체의 내부와 외부에서 일어나는 여러 가지 정보를 받아들이고 이를 적절하게 반응하는데 필요한 고도로 분화된 지각, 감각, 운동, 정신적 작용을 이용하여 이를 통합, 분석하여 신체 활동을 상황에 알맞도록 조절하고 통제하는 고도로 발달된 특수 조직계통이다.
신경계통의 기능은 신체 모든 조직과 기관으로부터 자극을 수용하는 수용체(receptor)역할을 하고, 받아들인 정보를 적절하게 통합, 분석하여 흥분과 반응을 일으키고, 이런 변화를 효과기(effector)인 근육(muscle)과 선(gland) 조직에 전달하는 역할을 한다.
▣ 신경계의 구분
신경계통을 편의상 다음과 같이 구분한다.
즉 정보를 통합, 분석하고 그에 따른 적절한 신체반응을 일으킬 수 있도록 명령을 내리는 뇌와 척수로 구성된 중추 신경계(central nervous system : CNS)와, 말초에서 수용된 자극을 중추 신경계로 전달하거나 중추 신경계의 반응을 말초로 전달하는 말초신경계(peripheral nervous system : PNS)로 구분된다.
Ⅰ. 중추신경계(Central Nervous System : CNS)
1. 뇌(brain)
뇌는 우주에서 가장 복잡하고 신비한 것으로 두 주먹 크기의 작은 기관이다. 맑은 액체위에 떠 있고, 거미줄 모양의 얇은 조직에 싸여 있으며 젤리처럼 부드럽고 둥근 주름진 덩어리이다. 뇌의 85%는 물이며, 완전히 성장한 뇌의 무게는 1400g 정도이며, 남자의 뇌가 여자의 뇌보다 조금 무겁다. 뇌의 대사는 신체 에너지 소비량의 30%를 필요로 하기 때문에 항상 일정한 양의 산소와 영양분을 공급받아야한다. 에너지원으로는 주로 포도당을 이용하며, 뇌에 산소량이 4~5분 중단될 경우손상을 받게 되고 당분의 공급이 10~15분 중단되면 실신을 하게 된다.
우리 머릿속은 조직, 액체, 신경세포, 화학물질, 혈액 등으로 가득 차 있으며 화학물질과 전기에 의해 이미지를 만들어낸다. 우리의 상상력, 사고, 기억, 꿈 등이 뇌에서 형성되고 저장되며 뇌는 우리가 하는 모든 일을 총지휘하는 등 우리가 바로 뇌 자체라고 말할 수 있을 정도이다. 우리 뇌에서 이런 모든 능력과 정서가 혼합되어 현재의 우리가 존재하게 하는 것이다.
인간의 뇌는 인간을 다른 동물과 구분 짓는 두 가지 능력을 개발했다. 그 중 하나는 사고력이다. 이것은 우리가 주변세계에 대한 정보를 받아들여 어떻게 행동할지를 판단할 수 있음을 뜻한다. 인간의 뇌는 어디에 살지 뭘 먹을지 선택하면, 그렇게 하려고 의식적으로 노력한다. 물론 그렇게 하지 않으려고 노력할 수도 있다. 인간에게도 몇 가지 본능이 있지만, 인간의 사고뇌가 그런 본능을 지배한다. 동물들의 뇌는 그렇게 하지 못한다. 우리 뇌가 개발한 두 번째 능력은 ‘자아감’이다. 인간은 자신이 다른 모든 사람들과 다른 독특한 개인임을 잘 알고 있다. 인간은 우리가 살아있음을 알고 죽을 거라는 것도 안다. 자기 행동의 결과도 안다. 자신이 착한 일을 할지 안 할지를 스스로 선택할 수 있다는 것도 안다.
동물이 본능적이라는 말은 동물의 뇌가 자신의 생활양식에 대해 판단하거나 자기의 능력 수준을 파악할 정도로 뇌가 우수하지 않다는 것을 뜻한다. 그런 능력은 인간의 뇌만이 할 수 있는 특별한 것이다 인간 뇌에 이런 능력이 있어서 인간은 놀랍고 독특한 존재가 된 것이다.
1) 대뇌(cerebrum) - 뇌 전체의 80%를 차지하는 가장 발달된 부위
(1) 대뇌반구(cerebral hemisphere)
뇌를 살펴보는 제일 좋은 방법은 중앙에서 둘로 나누어보는 것이다. 이들 좌뇌와 우뇌는 서로 조화를 이루며, 각 뇌에는 서로 상응하는 부위가 있다. 이들 두 개의 뇌를 분리하면 각 뇌에는 전두엽(이마엽), 측두엽(관자엽), 두정엽(마루엽), 후두엽(뒤통수엽)이 있다.
좌,우 대뇌반구는 똑같은 기능을 담당하는 것이 아니고, 몇 가지 중요한 기능적 차이를 나타내는 쪽으로 특성화되어 있다. 이 좌·우뇌는 뇌량이라는 얇은 조직으로 연결되어 좌뇌와 우뇌의 정보교류를 가능하게 한다. 좌뇌는 우반신을 조절하고 우뇌는 좌반신을 조절하는데 거의 두 개의 뇌처럼 작용해서, 한쪽 뇌가 손상되더라도 다른 쪽 뇌는 정상으로 작용할 수 있다.
① 좌측 대뇌반구
일반해석영역과 언어중추를 수용하고 있는데, 예를 들면 읽기와 쓰기 및 말하기는 좌측 대뇌반구에서 수행되는 처리에 좌우된다. 또 이 반구는 수학적인 계산과 논리적인 결정을 내리는 것과 같은 분석적인 과제를 수행하는데도 중심이 되어서 좌측 대뇌반구를 우성반구(dominant hemisphere)라고 불러왔으나, 최근에는 이를 분류반구(categorical hemispher)라고도 한다. 특히 일반해석영역이란 모든 감각연합영역으로부터 정보를 받아 어떤 상황을 인식하도록 하는 영역으로 이곳에 손상을 입으면 단어 하나하나는 이해하더라도 읽거나 본 것을 연관시켜 해석하는 능력이 떨어진다.
② 우측 대뇌반구
감각정보를 분석하고, 이에 따라 신체를 감각된 환경과 연계시키는데 중심이 된다. 이 반구의 해석중추들은 접촉, 냄새, 맛 및 느낌에 의해 친근한 대상을 식별할 수 있게 해준다. 즉 상대편의 얼굴을 알아보는 것과 삼차원적인 관계를 이해하는데 주도적인 역할을 하며, 대화의 정서적 정황 분석을 이끌어 낸다. 이처럼 우측 대뇌반구는 공간적인 관계 및 분석과 관련이 있기 때문에 이를 표현반구(representational hemisphere)라고 한다. 따라서 우측 대뇌반구가 손상된 사람은 말에 감정이 실린 억양을 만들어내지 못하기도 한다. 또한, 음악가들과 같은 예술가들은 유별나게도 왼손잡이가 많은데, 이런 사람들에 의해 수행되는 복합적인 운동활동들은 우측 대뇌반구상의 1차 운동피질과 연합영역에 의하여 지휘된다.
③ 뇌량(corpus allosum) - 좌·우뇌의 교류
양쪽 뇌는 차이가 거의 없는데, 그 까닭은 좌뇌가 우반신을 조절할 때 필요한 모든 기능이 좌반신을 조절하는 우뇌에도 존재하기 때문이다. 하지만 좌뇌와 우뇌는 서로 협력해야 한다. 가령, 사고기능은 양쪽 뇌의 여러 곳에 펼쳐져 있지만, 언어는 주로 좌뇌가 담당한다. 또한 우리의 여러 신체부위들은 하나의 단위처럼 협력해야하는데, 우측 다리가 뭔가를 하려고 서 있을 때 좌측 다리 혼자서 걸을 수는 없다. 양쪽 뇌에서 교류가 이루어져야 한다.
뇌량이라는 신경섬유가 증가하면서 좌뇌 우뇌의 정보 교류가 활발해진다. 뇌량은 양쪽 뇌가 만나는 중앙지점에 있다. 뇌량은 좌뇌의 각 부위들을 우뇌의 상응하는 부위들과 연결한다. 그것은 방 가운데 매달려 있는 얇은 종이가 빛과 소리를 통과시키는 것처럼 신호를 허용한다. 말하자면 뇌량이 있기 때문에 오른손이 뭘 하고 있는지를 왼손이 알게 되는 것이다. 그래서 신체의 모든 부위들이 서로 협력할 수 있고 뇌의 모든 부위들이 하나인 것처럼 사고할 수 있게 된다.
(2) 대뇌피질(cerebral cortex) - 사고 뇌라 불림(뇌에서 가장 발달한 부위이며 사고를 담당,
기억을 저장하기 때문)
뇌 전체를 살펴보면, 뇌가 케이크처럼 층으로 되어 있음을 알 수 있다. 맨 위층은 피질 또는 회백질(gray matter)이라 하며 나무껍질처럼 생겼다. 피질은 약4밀리미터의 두께이고 피질이 머리 안에 있을 때 실제로는 분홍색이지만, 피질을 회백질이라고 부르는 이유는 뇌가 죽어서 혈액이 모두 없어지면 회색이 되기 때문이다.
뇌에서 가장 눈에 띄는 건 주름이다. 이글 주름은 이랑과 고랑을 이루는데, 이랑은 주름 또는 언덕이고 고랑은 각 주름 사이에 있는 홈이다. 이랑과 고랑은 여러 엽들 사이를 구분하는 선이 되기 때문에 뇌의 각 부위를 확인하는 데 도움이 된다.
뇌에 주름이 아주 많은 데에는 이유가 이다. 그 주름들 덕분에 넓은 뇌 표면이 좁은 공간에 들어갈 수 있다. 뇌를 완전히 펼치면 대략 신문지 한 장 크기 정도인데 다행히 뇌에 주름이 있어서 같은 크기의 뇌를 훨씬 더 작은 공간에 넣을 수 있다. 결국 뇌의 주름 덕분에 뇌가 더 많은 기능과 사고를 저장할 수 있는 셈이다.
① 대뇌피질의 기능영역
대뇌피질은 신체 전반에 걸쳐 특수한 감각과 운동을 담당하는 대뇌의 여러 부위 중에서도 가장 상위에 있는 부위이며, 최고의 정신기능이 영위되는 곳으로 각 부분마다 특징적인 기능을 수행하는 곳이 정해져 있는데, 이를 대뇌피질의 기능적 국재(localization of cerebrum)라고 한다. 즉 특정한 기능은 특정 부위의 피질에서 이루어지므로 해당 부위를 그 기능의 중추(center)라고 하며, 대뇌피질의 일정한 영역을 차지하고 있기 때문에 기능영역(functional area)이라고도 한다.
이러한 기능영역은 크게 신체의 운동을 주관하는 운동영역(motor area)과 체성 및 특수감각을 감지하는 감각영역(sensory area), 그리고 고등한 정신기능과 관련이 깊은 언어, 기억, 상상, 감각, 학습, 이성 및 인격 등의 기능을 주관하는 곳인 연합영역(association area)으로 구분할 수 있으며, 고등동물일수록 연합영역이 넓어 사람에 있어서는 연합영역이 피질 면적의86% 정도가 되는 것으로 알려지고 있다.
또한 대뇌피질의 여러 중추간의 연락으로 각종 기능을 종합하는 연합영역에 비교해서 신체의 말초부와 전도로에 의해 직접 연락되는 대뇌피질을 그 기능의 1차 영역(primary area)이라고 한다. Brodmann은 이러한 대뇌의 기능적 차이와 세포의 구조적 차이 등을 고려하여 대뇌피질은47개 영역, 대뇌수질은 5개 영역으로 나누고 영역별로 Brodmann번호를 사용하였다.
② 대뇌피질의 체성감각영역과 운동영역
* 1차 운동영역(primary motor area : 4) - 중심전회
중심구 앞쪽의 중심전회에 있으며 주로 섬세한 운동이 요구되는 신체 원부위의 근육 운동을 조절한다. 이 운동영역에 투사되는 신체의 부위를 보면 하지는 피질의 상부에 있고, 머리는 하부, 그리고 손은 중간에 위치하는데, 신체 부위의 크기에 따라 비례하는 것이 아니고 손 및 입 같은 섬세한 운동을 하는 부위가 상대적으로 넓게 나타난다. 이 피질영역을 도식적으로 지도화 한 것이 왜곡된 모습으로 나타나는 운동 난쟁이(motor homunculus)이다.
* 1차 체성감각영역(primary somesthetic area : 3,1,2) - 중심후회
중심후회에 있는 중추로써 주로 간뇌 시상을 거쳐 들어오는 피부의 일반감각인 온각, 냉각, 촉각 및 압각 등과 근육의 심부감각을 받는 곳이다. 이곳 역시 투사되는 신체의 부위는 그 크기에 비례하는 것이 아니고 감각 수용기의 수에 따라 비례한다. 즉 예민한 감각일수록 피질 영역을 많이 차지하며, 역시 신체의 상부는 피질 하부에 투사되고, 신체 하부는 피질 상부에 투사된다. 1차 운동영역에서와 같이 이를 기초로 하여 기능적 지도를 만들면 얼굴은 거대한 입술과 혀를 가진 왜곡된 모습으로 매우 크지만, 등과 허리는 상대적으로 왜소하게 나타나는데, 이를 감각 난쟁이(sensory homunculus)라고 한다.
1950년대에 와일더 펜필드라는 의사는 간질 환자를 치료하면서 환자들이 수술대 위에 누워 있는 동안 약한 배터리에 연결된 전선으로 환자의 뇌를 자극하면서, 어떤 부위에서 발작이 일어나는지를 찾으려 했다. 이렇게 하여 펜필드는 간질발작이 일어나는 부위를 찾을 수 있었고, 훨씬 더 중요한 것들도 발견하게 되었다. 실험을 계속하면서 펜필드는 동작을 지시하고 감각을 조절하는 뇌 부위를 정확히 확인할 수 있었다. 그는 손가락, 눈, 입과 같이 외부 세계에 가장 민감한 부위가 무릎이나 팔꿈치보다 뇌에서 더 많은 공간을 차지함을 발견했고 그 조절 부위들은 두 개의 머리띠처럼 뇌를 감싸고 있었다.
③ 4개의 엽
좌·우뇌에는 각기 4개의 엽이 있다. 한쪽 뇌에 4개의 엽이 있기 때문에, 양쪽 뇌를 합치면 총 8개의 엽이 있는 거나 마찬가지이다.
쌍으로 된 엽들은 다음과 같이 특수한 기능을 담당한다.
* 전두엽은 추리, 기억 및 말을 담당한다.
* 측두엽은 청각, 미각 및 후각을 담당한다.
* 후두엽은 촉각을 포함한 감각처리를 담당한다.
* 두정엽은 촉각을 포함한 감각처리를 담당한다.
(3) 뇌 안쪽의 백질(white matter - 수질(cerebral medulla)
몸과 마음의 여러 가지 기능을 담당하는 조절센터가 뇌 전체에 펼쳐져 있다. 언어를 담당하는 부위는 시각을 담당하는 부위와 많이 떨어져 있다. 만일 보고 있는 것에 대해 말하려면, 이들 두 부위가 어떻게 교류할까? 다시 말해 뇌의 어느 한 부위가 다른 부위에 정보를 보내려면 어떻게 할까? 이 질문에 대한 답을 찾으려면 뇌의 다음 층, 즉 백질로 들어가 봐야 한다. 분홍빛인 회백질과는 달리 백질은 정말 하얗다. 백질은 신경세포들을 연결하는 길고 가는 축색돌기로 이루어져 있어서 그렇게 하얀 것이다. 전기코드나 전화케이블과 같이 주변에서 볼 수 있는 전선들처럼, 축색돌기는 보호막으로 싸여 있다. 이것을 수초라 하는데, 이 수초를 구성하는 성분은 백색지방이다. 결국 축색돌기가 많기 때문에 수초도 아주 많은데, 그로 인해 이 부위가 흰색으로 보인다.
백질의 축색돌기는 언어 담당 피질과 청각 담당 피질을 연결할 뿐만 아니라, 뇌의 여러 부위를 서로 연결한다. 일부 축색돌기는 직접 연결되는가 하면, 일부 축색돌기는 다른 뇌 부위들을 거쳐 간접적으로 연결된다. 그렇다고 해서 실제의 사고나 활동이 백질에서 일어나는 건 아니다. 백질은 뇌에서 일어나는 교류의 통로일 뿐이다. 많은 뇌 부위들은 백질을 지나는 복잡한 통로를 통해 더 많은 뇌 부위들과 연결된다.
백질은 우리가 영리해지는 데 아주 중요한 역할을 한다. 우리가 많이 생각할수록, 뇌의 여러 부위를 연결하는 백질이 많은 시냅스를 만든다. 이런 시냅스들 중 일부는 서로 복잡하게 교차되어 실뜨기를 할 때의 복잡한 모양과 같다. 어릴 때 이런 시냅스가 더 잘 만들어진다. 그건 곧 어렸을 때 새로운 언어나 기능을 배우기가 쉬운 이유이기도 하다. 40살 된 사람은 시냅스가 상당히 고정된 상태라서 새로운 시냅스를 만들기보다는 기존의 시냅스를 사용하려 한다.
2) 간뇌(diencephalon)
간뇌는 대뇌반구에 둘러싸여 뇌의 중앙에 위치하고 있어 외부에서 잘 보이지 않으며 시상, 시상하부, 뇌하수체 등으로 구성되어 있다.
(1) 시상(thalamus)
시상은 두 개의 작은 럭비공 모양이 다리로 연결되어 있어서 부푼 H자처럼 보인다. 시상은 피질에 이르는 관문으로 후각을 제외한 대부분의 감각정보들이 시상을 지난다. 시상은 몸의 신호를 뇌로 보내는 동시에 뇌의 신호를 몸으로 보내기도 한다. 교통순경이 멈추고 출발시키고 하는 리듬을 통해 교통 흐름을 조절하는 것처럼 시상 덕분에 몸이 순조롭게 작용한다.
(2) 시상하부
시상의 아래에 있는 시상하부는 우리의 ‘내부시계’로 몸의 계획을 조절하는데 체온조절, 체액 및 전해질 균형의 조절, 음식물 섭취의 조절(식욕)등에 관여한다. 시상하부는 자고 먹고 갈증이 날 때를 판단한다. 몸에 수분이 부족하면, 시상하부가 곧 메시지를 보내어 갈증상태임을 알린다. 시상하부는 배고픔에 대한 메시지도 보내는데 우리는 위가 비어 있어서 배고프다고 느끼는 게 아니라 뇌에서 영양분이 필요할 때 배고픔을 느끼는 것이다. 시상하부는 “뭔가 먹어서 영양분을 섭취하라”는 메시지를 몸에 보낸다. 시상하부는 또한 자동온도조절장치처럼 작동하여 체온을 조절한다. 너무 더우면 시상하부가 피부의 모세혈관을 확장시키고, 모세혈관이 확장되면 혈액이 더 빨리 식어서 혈액이 심장으로 돌아갈 때 체온이 떨어진다. 이렇게 시상하부는 신체의 항상성(homeostasis) 유지에 관여한다. 시상하부는 뇌 무게의 1%도 안 되는 작은 부위지만 변연계의 기능이 외부로 표현되는 데 있어서, 없어서는 안 되는 중요한 부분이다. 그 기능은 정서적 행동에서부터 대부분의 내분비기능에까지 이른다. 이러한 시상하부는 다른 변연계 조직들과도 연결되어 있다. 정서 반응도 변연계의 이 부위에서 일어난다. 누군가가 우리에게 호통을 치면, 그 소리가 시상에서 피질로 가서 우리가 말한 내용이 뭔지를 알게 한다. 그 후 그 메시지가 시상하부로 가서 우리 몸이 어떻게 반응해야 할지를 판단한다. 그 호통 때문에 화가 나면, 시상하부는 혈압을 올리라고 지시한다. 그로 인해 우리가 흥분하면 시상하부는 땀을 흘리고 맥박속도를 더 높이라고 지시한다.
(3) 뇌하수체(pituitary gland)
시상하부 앞에는 뇌하수체라는 작은 완두콩 크기의 샘이 매달려 있다. 뇌하수체는 작지만 우리 몸에 있는 가장 중요한 샘의 하나이다. 시상하부의 신경세포가 생산하는 시상하부호르몬(뇌하수체전엽호르몬 방출 촉진 또는 억제호르몬)은 뇌하수체 전엽의 선세포에 작용하여 성장호르몬(GH), 부신피질자극호르몬(ACTH), 갑상선자극호르몬(TSH), 난포자극호르몬(FSH) 및 황체형성호르몬(LH)등의 호르몬을 분비시킨다. 뇌하수체 중엽에서는 멜라닌세포자극호르몬(MSH)이 분비되며, 후엽에서는 항이뇨호르몬(ADH)과 자궁수축호르몬(oxytocin)이 분비된다.
(4) 송과선(pineal gland)
뇌의 약간 뒤에는 뇌실에 박혀 있는 인체의 시계(biological clock)라고 불리우는송과선이라는 샘이 있다. 송과선에서는 멜라토닌이라는 호르몬을 분비하는데, 이 호르몬의 작용으로 인해 잠이 유도된다. 송과선은 눈을 통해 들어온 햇빛을 기반으로 시간을 감지하므로 제3의 눈이라고도 한다. 밤이 되어 어두워지면 송과선이 활동하기 시작하여 멜라토닌의 분비가 증가되는데 자정 무렵에 최고에 달했다가 아침이 되면 다시 낮아지는 시스템이다. 송과선의 기능에 이상이 있으면 불면증을 유발하고 내분비선의 이상 증상 등이 다발성으로 발생할 수 있다.
☛ 여기서 잠깐! - 불면증의 원인
불면증에 송과선 이외에 고려하는 것은 부신피질 호르몬인 코르티졸이다. 이 호르몬은 혈중 농도가 아침에 최고치에 달했다가 점차 떨어져서 잠자기 직전에 가장 낮아지는데 만일 잠잘 시기에 코르티졸 농도가 높아져 있으면 불면증의 원인이 된다. 코르티졸 농도가 높아지는 원인은 정신적 스트레스와 화학적 스트레스이다.
3) 변연계(limbic system) - 포유동물의 뇌, 정서 뇌
뇌를 발생학적으로 분류하면 구피질(원시피질), 고피질, 신피질로 분류하는데, 구피질을 고피질과 합하여 변연계라고 한다. 뇌를 기능적으로 분류하면 대뇌피질, 대뇌변연계, 뇌간등 3개의 뇌로 나눌 수 있다. 즉, 기능적으로 서로 다른 3개의 뇌가 서로 조화를 이루면서 협력하여 종합적인 기능을 발휘하는 것이다. 변연(limbic)이란 단어는 경계(border)를 의미하는데, 변연계란 정서적 행동(emotional behavior)과 동기유발(motivational drive)을 조절하는 신경회로 전체를 일컫는다. 정서적 행동이란 감정과 관련되어 나타나는 행동, 즉 안면이 창백해지거나, 얼굴이 붉어지거나, 웃고 울거나, 화를 내거나, 도망가는 행위 등이며, 동기유발은 이런 행위가 나타나게 되는 원인적인 측면을 이야기한다.
변연계는 대뇌의 중심부에 있으며 계통발생학적으로 볼 때 오래되었고 기본적인 생명활동에 필요한 본능 행동을 담당한다. 이들 본능행동이 잘 이행될 때는 쾌감을 느끼고 장애를 받을 때는 불쾌감을 느낀다. 특히 불쾌감을 느끼면 동물은 본능적으로 공포 또는 도피반응을 나타나는데, 이처럼 분노 또는 공격반응 등 정서반응을 변연계가 관장하기 때문에 정서뇌(감정뇌)라고도 한다. 그밖에도 변연계는 생명을 유지하기 위한 식욕, 종족보존을 위한 성욕, 자율신경의 조절 등과 관련이 있다.
이러한 변연계는 대뇌의 대상회, 치상회, 해마, 편도체 및 뇌궁, 간뇌의 시상과 시상하부, 뇌간의 망상체들로 구성된다.
(1) 해마(hippocampus)
hippocampus는 라틴어로 ‘해마(sea horse)'를 뜻한다. 뇌에서 해마는 아주 중요한 역할을 하는데, 그 까닭은 해마가 기억내용을 저장하는 방식과 어떤 걸 기억할지를 담당하기 때문이다. 기억의 종류는 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
① 단기기억(작업기억)
방금 만난 사람의 이름, 오늘 점심 때 먹었던 음식, 누군가가 불러준 전화번호를 기억하는 것으로, 오래 지속되지 않고 몇 초 또는 몇 분 동안만 기억되는데, 이런 단기기억은 보통 5분 정도 지나면 망각하게 된다.
② 장기기억(사실기억)
1학년 때 담임선생님의 성함, 졸업한 초등학교의 이름, 어렸을 때 좋아하던 인형의 이름을 기억하는 것으로, 우리가 사실과 숫자를 기억하려 할 때나 기말고사를 볼 때 이용하는 기억이다. 자주 거는 전화번호를 기억하는 것처럼 단기기억을 자주 이용하다 보면 장기기억이 될 수 있다.
③ 기능기억(절차기억)
장기간에 걸쳐 우리가 학습한 기능을 회상하는 기억이다. 이런 기억은 잘 망각되지 않는데, 그 까닭은 우리의 뇌가 아주 열심히 노력해서 그런 기억이 형성되었기 때문이다. 이런 기억은 악기를 연주하거나 럭비공을 던지거나 셔츠의 단추를 잠그는 방법을 기억할 때 도움이 된다.
해마는 어떤 기억을 어디에 저장할지를 판단한다. 가령, 아침에 먹은 음식이 뭔지는 별로 중요하지 않기 때문에, 해마는 그런 정보를 단기기억으로 보내고 곧 사라지게 된다. 하지만 뜨거운 밥솥에 손가락을 데었다면, 해마가 그 사실을 기억해두는 게 좋다고 판단하여 그 정보를 장기기억에 보내어 피질에 저장해 둔다. 기타를 연습하거나 자전거를 타는 것과 같이 몸으로 반복하는 학습과 관련된 기억은 소뇌에 저장되는 것으로 보인다.
우리가 인식하지 못할 때에도 기억과 관련된 활동이 일어난다. 해마는 매 순간 기억들을 분류하는데, 해마 덕분에 우리가 기억해야 할 내용은 적절한 곳에 저장되지만 뇌의 작용을 방해하는 기억들은 곧 사라진다.
☛ 여기서 잠깐! - 기시감
해마는 기억을 장, 단기적인 목적지로 보내는 일을 담당하는데, 해마가 착각할 때 재미있는 일이 생긴다. 어딘가에 처음 갔는데 언젠가 와본 것 같은 느낌이 들었다면, 그런 현상을 기시감, 프랑스말로 데자뷰라고 한다. 데자뷰란 ‘이미 본’을 의미하는 프랑스말로, 실제로 본 적이 없는데도 마치 본 것처럼 느끼는 걸 의미한다. 일부 과학자에 따르면, 해마가 새로운 경험을 단기기억으로 처리하지 않고 곧바로 장기기억으로 보내면 그런 일이 생긴다는 것이다. 결국 기시감을 느끼는 건 해마가 그 사건을 잘못 정리했기 때문인데, 그럴 때 우리 뇌는 처음 일어난 사건일지라도 오래된 기억으로 처리한다.
(2) 편도(amygdala) - 정서센터
해마 끝에는 편도라고 하는 작은 혹과 같은 조직이 붙어 있는데, 이 작은 덩어리가 바로 정서센터이다. 우리는 살아가면서 기쁨, 슬픔, 분노, 불쾌 같은 정서를 느끼는데, 바로 그런 정서들이 편도에서 유발된다. 때로는 편도를 공포센터라고 부르기도 한다. 우리가 인식하든 못 하든 가장 강력한 정서는 공포이다. 공포는 생존을 위해 필요하다.
편도는 감각기관을 통해 들어온 모양, 소리 그리고 냄새 등 비언어적 정보를 해석한다. 편도는 과거의 경험에 비추어 새로운 정보를 해석해 위험상황이나 공포상황에서 몸이 어떻게 해야 할지를 판단한다.
편도는 어떤 것에 일단 부딪쳐봐야 할지 아니면 도피하는 게 적절하고 안전할지를 판단한다. 이런 걸 ‘투쟁 또는 도피’ 반응이라고 하는데 이런 과정은 사고뇌인 피질이 관여하기 전에 일어난다. 위급한 상황에서 어떻게 해야 할지 망설이다 보면 빨리 결정할 수가 없다. 편도는 위험 상황에서 자동안전장치처럼 기능하는데, “맥박수를 증가시켜라! 근육에 혈액을 보내라! 빨리 달아나라!”와 같이 반응방법에 대한 정보를 여러 뇌 부위에 전달한다.
편도는 흥분, 죄책감, 기쁨, 슬픔, 분노, 시기와 같은 그 밖의 정서를 어떻게 처리할지도 담당한다. 편도가 다양한 장기기억과 긴밀하게 협력하여 기능하기 때문에, 우리는 자신이 처한 다양한 상황에서 적절하게 반응하게 된다.
편도는 해마와 협력해서 우리가 자신과 다른 사람의 감정을 이해하고 조절하도록 해준다. 인간은 분노든 슬픔이든 공포든 기쁨이든 정서에 많이 의존하는데, 편도는 그런 것들을 순조롭게 이루어지도록 해준다. 편도는 비언어적 정보를 다루기 때문에, 다른 사람의 얼굴에 나타난 정서나 그 밖의 행동을 비롯한 사회적 상황을 해석한다.
우리는 너무 겁을 먹은 나머지 꼼짝달싹 못하거나 너무 흥분하여 주의 집중하지 못할 정도로 정서에 압도되는 경우도 있다. 그런 경우에는 피질에 있는 사고센터를 이용하여 그런 정서를 누그러뜨려야 한다. 변연계를 지배하여 우리의 행동과 동작을 조절하는 것은 사고 뇌(피질)이다.
➡ 여기서 잠깐! - 공포 조건형성 및 외상과 관련된 두뇌 체계
LeDoux(1996)는 외상적 기억에 관한 생물학적 연구를 다음과 같이 요약했다.
‘외상을 경험하는 동안 의식적 기억은 해마 및 관련 피질영역을 포함하는 체계에 저장되고, 무의식적 기억은 편도에 기초한 체계를 통해 작동하는 공포 조건형성 기제에 의해 확립된다, 이들 두 체계는 병렬적으로 작동하며, 외상 경험과 관련된 각기 다른 종류의 정보를 저장한다. 원래의 외상동안 존재했던 자극을 이후에도 다시 접하게 되면, 각 체계는 잠재적으로 그 기억을 인출해낼 수 있다. 기억이 편도 체계에서 인출되면 위험에 대비하게 만드는 신체반응이 야기되고, 해마 체계에서 해마 체계에서 인출되면 의식적인 회상이 생겨난다.’
LeDoux에 따르면 편도체계는 해마체계 및 상위피질과 구별되는 여러 가지 특징을 지니고 있다.
* 편도체계는 무의식적이다-자극에 대한 의식적인 입력이 없더라도, 편도에서 정서반응이 형성될 수 있다. 정서는 인지 없지 존재할 수 있다.
* 편도체계는 더 빠르다-위험신호는 시상을 경유하여 편도와 피질 모두에게 전달되는데, 편도에 더 빨리 도달한다. 피질이 위험신호를 인식할 즈음에, 편도는 벌써 위험에 대한 반응을 시작한다. 정서는 인지보다 먼저 존재할 수 있다.
* 편도체계는 자동적이다-일단 편도체계가 위험을 평가하면, 자동적으로 정서반응과 신체반응이 일어난다. 이와 대조적으로, 인지적 정보처리의 두드러진 특징은 반응의 유연성이다. 일단 인지를 갖게 되면, 우리는 선택권을 가진 것이다.
* 편도체계의 정서적 기억은 영원한 것처럼 보인다-편도를 통해 형성된 무의식적 공포 기억은 두뇌에 새겨져서 지워지지 않는 것처럼 보인다. 결코 잊혀지지 않는 위험한 자극에 대한 기억은 쉽게 소거되지 않는다. 어느 때는 공포가 사라진 것 같지만, 스트레스를 받으면 자발적으로 다시 회복된다. 소거는 조건화된 공포 반응이 출현하는 것을 방해하지만, 반응의 기저에 있는 기억을 지우지는 못한다. “소거는··· 편도에 저장된 기억의 편린을 깨끗이 지우는 것이 아니라, 편도의 출력을 피질이 통제하는 것이다.”
* 편도체계는 섬세한 구별을 하지 않는다.-일단 정서적 기억이 편도에 저장되면, 외상 경험동안 존재했던 자극과 조금이라도 닮은 자극에 다시 노출되면 공포 반응이 일어난다. 편도체계는 외부 세계를 투박하게 처리하는 반면, 피질은 보다 섬세하고 정확하게 표상한다. 인지적 평가를 바탕으로 반응을 억제하는 역할은 피질이 담당한다. 편도는 반응을 유발할 뿐 억제하지 않는다.
* 편도체계는 진화적으로 상위피질보다 앞선다-편도는 위협에 직면하면 공포 반응을 점화시키는데, 이런 양상은 영겁의 시간 동안 거의 변화되지 않았으며 동물의 세계나 심지어 하류 종들에게서도 유사하다. 해마 역시 진화적으로 오래된 두뇌의 일부분이지만, 해마는 후기에 발달하는 상위피질을 포함하는 신피질에 연결되어 있다.
(3) 후각구(olfactory bulb)
원시적인 뇌인 변연계에서 후각을 담당하는 게 약간 이상해 보이겠지만, 과학자들은 후각이 가장 오래된 감각으로 많은 동물들이 주로 이 감각에 의존하기 때문이라고 생각한다. 냄새는 후각구에서 시작되는 통로를 통해 곧장 측두엽과 연결된다. 후각기관은 다섯 가지 감각 기관들 중에서 뇌로 직접 감각을 전달하여 처리하는 유일한 기관이다. 나머지 다른 모든 감각들(시각, 청각, 촉각, 미각)에서 나온 정보는 뇌의 여러 부위에 위치한 각 정보의 최종 목적지로 전달되기 전에 ‘중계 기지국’(시상)으로 보내진다. 그러나 후각은 직접적으로 변연계로 전달되기 때문에, 냄새는 정서 상태에 강력한 영향을 미칠 수밖에 없다. 후각구는 음식의 향미서부터 사람의 체취에 이르기까지 수천가지 냄새를 확인하는데 도움이 된다.
☛ 여기서 잠깐! - 후각이 정서 상태에 미치는 영향
수십억 원 규모의 시장을 점유하는 향수와 체취 방지용 화장품 산업은 후각이 정서 상태에 강력한 영향을 미친다는 것을 증명해 준다. 향기로운 냄새는 유쾌한 기분을 유발하여 사람들을 매혹시킬 수 있으며, 불쾌한 냄새는 사람들에게 혐오감을 준다. 또한 유대관계, 냄새, 성행위 그리고 변연계는 밀접하게 연관되어 있다. 예전에 나폴레옹은 조세핀에게 그가 전장에서 고향으로 돌아오기 전 2주 동안에는 목욕을 하지 말라는 내용의 편지를 썼다고 한다. 그녀의 냄새가 그를 성적으로 흥분시켰기 때문이다. 매혹적인 냄새는 변연계의 활동을 누그러뜨리며, 사랑의 감정을 강화시킬 가능성이 많다.
4) 소뇌
대뇌 뒤의 맨 아래에 소뇌가 있다. 대뇌처럼 소뇌도 피질에 둘러싸여 있고 좌·우뇌로 나누어져 있다. 소뇌는 골프공 크기의 꽃양배추 덩어리 모양으로, 4개의 엽 뒤에 있는 가장 큰 부위이다. 머리뼈 뒤의 맨 아래를 보면, 바로 그 위에 소뇌가 있다.
소뇌는 모든 동작과 이동을 조절한다. 소뇌는 우리 몸의 기초 동작을 담당할 뿐만 아니라, 우리가 하는 모든 동작을 검토하고 조절한다. 소뇌는 우리 몸의 각 부위들이 제멋대로 움직이지 않고 원활하게 협응하도록 해준다.
뇌의 어떤 부위보다도 소뇌에 더 많은 뉴런이 있다. 이렇게 많은 뉴런들 덕분에, 소뇌는 우리가 의식하면 결코 할 수 없을 정도로 엄청나게 많은 일을 할 수 있다. 자전거를 어떻게 탈지 자세히 설명하는 것보다 바로 타보는 게 훨씬 더 쉬울 것이다. 그건 바로 소뇌가 균형을 유지하는 방법을 알기 때문이다. 사고 뇌보다 소뇌가 이넌 동작을 더 잘 조절한다. 우리가 누구에겐가 “아예 보여주는 게 더 쉽지”라고 말한다면, 바로 그때 소뇌가 활동하는 것이다.
소뇌와 대뇌는 비행기의 조종사와 부조종사처럼 긴밀하게 협력한다. 우리가 뭔가를 하겠다고 판단하면, 그런 생각은 우리의 대뇌피질에서 시작된다. 피질은 뇌간을 통해 우리 몸에 그 메시지를 보낸다. 소뇌는 이들 메시지를 검토하여 우리 몸이 뇌의 지시를 잘 따르는지 확인한다.
소뇌는 모든 근육과 신경의 조화를 유지하면서 우리가 의식하지 못하는 미세한 조정을 한다. 뇌가 말을 하려 할 때, 소뇌는 입술과 혀를 어떻게 움직일지와 같은 거의 눈에 띄지 않는 근육의 움직임을 조절하기도 한다.
소뇌의 활동을 검토하는 자체의 조절기가 있는데, 그건 소뇌 앞에 있는 뇌 중앙 근처의 대뇌 기저핵이다. 대뇌 기저핵은 소뇌의 활동에 대해 브레이크 역할을 하는 신경집단으로, 우리의 동작조절에 기여한다. 대뇌 기저핵 덕분에 소뇌는 피질이 원하는 대로 몸에 명령을 내린다. 가령, 우리가 달리기를 하거나 허들을 넘을 때, 대뇌 기저핵이 소뇌를 잘 조절해서 넘어지지 않도록 균형을 유지하는 것이다.
5) 뇌간(brain stem) - 파충류의 뇌
소뇌 바로 앞의 대뇌 맨 아래에는 뇌간이 매달려 있다. 뇌간은 뇌를 척수와 연결하기 때문에, 뇌와 몸을 오가는 모든 메시지는 뇌간을 통과해야 합니다. 뇌간은 우리 몸의 가장 기초적인 기능을 조절하기도 한다. 다른 뇌 부위는 없어도 살 구 있지만, 뇌간이 없으면 살 수 없다.
원시적인 동물에서는 뇌간이 뇌의 거의 전부에 해당된다. 이런 까닭에 뇌간을 ‘파충류의 뇌’라 부르기도 하는데, 그건 도마뱀이나 거북 같은 동물에서는 이 부위가 뇌의 주요 부위이기 때문이다.
뇌간 덕분에 우리는 의식하지 않고도 생명을 유지할 수 있다. 들이마시기, 내쉬기, 맥박, 눈 깜박이기 등 우리 몸의 기초적인 기능은 뇌간이 담당한다. 맥박, 혈압, 체온 및 그 밖의 기능을 정상으로 유지하기 위해 뇌간은 변연계와 긴밀하게 작용한다.
뇌간은 뇌 부위들이 매달려 있는 기둥과도 같다. 뇌간에 붙어 있는 뇌 부위들 외에, 뇌신경들 대부분이 뇌간을 지나는데, 이 신경들은 눈동자의 움직임에서부터 음식을 삼키는 방법에 이르기까지 머리에서 일어나는 모든 활동을 담당한다.
뇌간은 중뇌, 뇌교, 연수 세 부위로 나누어진다.
(1) 중뇌(midbrain)
중뇌는 뇌간의 맨 위에 있고 갈고리 모양 비슷하다. 중뇌에는 눈과 귀에서 온 정보를 시상에 보내는 신경이 있다. 중뇌는 몸에서 가장 중요한 두 가지 움직임인 머리와 눈의 움직임을 조절하는데, 다른 어떤 중추신경계보다 더 많은 운동 신경이 있다.
중뇌가 하는 가장 멋진 일은, 우리가 잠들면 뇌를 몸을 비롯한 대부분의 세계와 차단하는 것이다. 어떤 자극이 천둥소리처럼 크거나 강렬하지 않다면, 중뇌는 수면 중에 외부 자극이 뇌에 들어오지 못하도록 차단한다.
(2) 뇌교(pons) - 다리뇌
중뇌 바로 아래에는 부은 목처럼 불룩한 덩어리인 뇌교가 있다. 뇌교는 뇌간위의 대뇌피질을 뇌교 아래에 있는 연수와 연결해 준다. 뇌교는 우리를 꿈꾸는 수면 단계인 REM수면으로 유도하는 부위이다.
(3) 연수(medulla oblongata)
부푼 뇌교 바로 아래에 연수가 있다. 이렇게 기다란 부분은 척수와 뇌를 자니는 운동신경들의 통로가 된다. 연수는 호흡과 심장을 조절하는 주요 센터지만, 삼킴, 기침, 구역질, 심지어 구토와 같이 조절 불가능한 활동을 담당하는 부위이기도 하다.
☛ 여기서 잠깐! - 망상체(reticular formation) - 그물체
망상체는 중뇌와 척수 사이의 뇌간에 전체적으로 그물처럼 분포되어 있는 신경세포 집단으로 통증, 자율 신경과 근육의 긴장도를 조절한다.
① 망상체의 여과기능
망상체 덕분에 우리 뇌는 과부하에 걸리지 않는다. 망상체는 뇌간에만 있는 게 아니라 뇌간 이외의 부위까지 걸쳐 있어서, 어디에 있다고 꼭 집어 말하기가 쉽지 않다. 그러나 그 신경들이 모두 협력하여, 우리가 하고 있는 일에 주의 집중하도록 도와준다.
망상체는 시상을 위한 여과기와 같다. 이 말은 곧 우리 뇌에 들어갈 정보를 망상체가 제한해줌을 뜻한다. 망상체는 감각기관에서 매 순간 들어오는 수백만 개의 감각정보를 확인하여 중요한 내용만을 받아들인다. 많은 사람들이 떠들고 있어도 우리는 망상체 덕분에 친구의 말을 들을 수 있고, 우리가 시계, 양말, 벨트를 하고 있다는 것을 의식하지 못한다. 그것은 벨트와 머리띠를 했는지 우리 뇌가 매 순간 알 필요가 없기 때문에 망상체가 정보를 차단했기 때문이다.
② 망상체의 통증 억제 기능
우리는 어떻게 통증을 느끼는 걸까?
우리 몸에는 통증을 받아들이는 부위가 있다. 이것을 통각 감각 수용체라고 한다. 이것은 감각 신경의 끝에 붙어 있으며, 그곳에 자극이 가해지면 그 자극이 감각 신경을 따라 척수로 전달되고 척수에서 뇌로 전달되어 몸의 어느 부위에 어떤 통증이 있는지를 느끼게 되는 것이다.
하지만 통각 감각 수용체를 자극한다고 해서 모두 통증을 느끼게 되는 것은 아니다. 통증의 전달 경로를 자세히 살펴보면 척수에서 뇌로 전달된 통각의 2/3는 망상체로 가고, 나머지1/3이 시상을 거쳐 대뇌로 전달된다. 이 망상체라는 것이 통각, 통증의 억제에 중요한 역할을 한다. 그래서 통각 감각 수용체에서 통증을 느끼게 하는 통각이라는 신경 정보가 중추 신경으로 전달되어도, 망상체에서 많은 부분이 걸려 지고 억제되기 때문에 신체에 큰 문제가 없는 한 기분 좋은 생활을 할 수 있는 것이다.
그렇다면 실제로 통증을 느끼는 부위는 어디일까?
망상체에 의한 통각의 억제 능력을 넘어서는 정도로 강한 통각 자극이 오면, 이것은 시상을 거쳐서 대뇌의 중심부에 있는 변연계로 전달된다. 이때 우리는 통증을 고통으로 느끼게 되고, 대뇌의 바깥 부위에 있는 두정엽에 전달되면 어느 부위에 통증이 있는지 알 수 있게 된다. 실제로 통증에 대한 위치를 느끼는 것은 대뇌의 두정엽이고, 통증으로 인한 고통이나 불쾌한 기분은 변연계에서 느낀다.
망상체의 활동이 떨어지면 평소보다 더 심한 통증을 느끼게 된다. 만일 대뇌의 기능이 떨어지면 대뇌에서 망상체로 전달되는 신경의 활동이 저하되기 때문에 망상체의 활동이 떨어지게 된다. 따라서 대뇌의 기능이 떨어지면 통증을 더 심하게 느끼게 된다. 나이 들수록 통증을 더 많이 호소하는 것도 그 때문이다.
2. 척수(spinal cord)
뇌에서 나가는 길목에서 뇌간을 통해 뇌와 척수가 연결된다. 그리고 척수는 뇌 전체와 몸을 연결한다. 뇌와 척수의 연결지점에서 흥미로운 점은, 신경이 분리된 방식이다. 좌반신에서 온 모든 신경은 우뇌로 가고, 우반신에서 온 모든 신경은 좌뇌로 간다. 이런 교차 덕분에 좌뇌가 우반신을 조절하고 우뇌가 좌반신을 조절한다.
척수는 중추신경계의 중요한 부위로, 척추 중앙을 따라 등의 중앙으로 내려가는 신경다발이다.
척수 끝에는 그 생김새 때문에 ‘말의 꼬리’를 의미하는 말총이라는 긴 신경뿌리가 척수를 따라 내려간다. 거기에서 신경섬유들이 몸의 나머지, 즉 모든 손가락, 발가락, 근육, 피부 등과 연결된다. 척수는 신경섬유들이 한 곳으로 모아져, 우리 뇌와 몸이 교류하는 중요한 통로이다.
척수는 뇌간의 일부와 긴밀하게 협력하여 자율신경계를 담당한다. 척수는 우리가 의식하지 못할 경우에도 계속 활동해야 하는 심장, 허파, 방광, 심지어 동공과 같은 ‘자율’ 기관들에 정보를 보낸다. 어떤 경우에는 이들 기관에서 온 일상적인 신호들을 뇌에 계속 보낼 필요가 없는데, 그 까닭은 그런 신호들을 자율신경계에서 자동으로 조절하기 때문이다.
☛ 여기서 잠깐! - 뇌전도
뇌는 심장과 같이 주기적이고 조직적인 전압을 생성하는데, 이 전압을 기록한 것이 뇌파 혹은 뇌전도(Electroencephalogram: EEG)이다. 정상적으로 뇌전도는 주파수와 진폭이 다른 α,β,θ,δ파의 4가지로 구분되는데, 뇌전도는 저혈당증, 저산소증 및 탄산과잉증에 의해 변질되며, 뇌사, 뇌종양, 및 간질의 진단에 보조적으로 이용된다.
① α파
머리의 후두부로부터 쉽게 감지되며, 주파수는 8~13Hz, 진폭은 약50mV이다. 이 파는 눈을 감고 깨어 있으나 쉬고 있을 때, 즉 뇌가 각성하지 않은 상태에서 나타난다. 감각자극(눈을 뜸)에 의해 없어져서 β파로 대치된다. 이와 같이 규칙적인 α파가 불규칙적이고 진폭이 작은 뇌파로 대치되는 것은 모든 신경원의 활성도가 서로 동기화되었던 것이 소실되기 때문이므로 일명 α파는 동기성(synchronized) 뇌전도, β파는 비동기성(desynchronized) 뇌전도라 부른다. 이렇게 비동기화되는 것은 감각자극에 의해 각성 상태가 초래된다는 뜻이다.
② β파
14~30Hz, 5~10mV의 파형을 갖고 있으며 전 뇌역에서 잘 관찰된다. 깨어있는 상태로 정신적인 활동이나 긴장하에서 볼 수 있다.
③ θ파
4~7Hz, 불규칙적인 진폭을 갖고 있으며 두정엽과 측두엽에서 주로 관찰된다. 어린아이에게서 볼 수 있으며 어른에게는 관찰이 잘 안 된다. 경우에 따라서 어른의 수면 초기때와 감정적인 스트레스 때에 볼 수 있다.
④ δ파
0.5~3Hz, 20~2000mV의 파형이며 수면중에 나타난다. 가벼운 수면시에는 낮은 빈도의 δ파가 나타나고, 숙면중에는 정상적으로 δ파가 나타난다. 만약 어른의 경우 δ파가 수면 이외의 상태에서 나타나는 경우는 병리적 상태(종양, 중독, 정신박약, 간질) 을 의미한다.
⑤ 명상하는 사람들의 뇌파
명상할 때, α파가 나올 때 몸은 불안과 긴장이 풀어지고 머리가 맑아진다. 그래서 졸리기도 하다. 명상상태가 더 깊어지면 뇌파가 떨어져 5Hz 정도의 θ파가 된다. 명상 상태가 더욱더 깊어지면 20~40Hz 정도의 δ파가 나온다. 이 상태는 꽤 깊은 명상상태이고 이완으로부터 벗어나서 새로운 의식 상태가 된 것이라고 볼 수 있다.
Ⅱ. 말초신경계(Peripheral Nervous System : PNS)
말초신경계는 신체 각 부위의 감각기관에서 받아들인 자극을 중추신경계인 뇌와 척수에 전달하고, 여기서 통합∙조정되어 일으키는 반응을 신체의 골격근, 내장근 및 각종 분비선에 전달하는 신경계로서 12쌍의 뇌신경과 31쌍의 척수신경이 중심이 되는 체신경계와 교감 및 부교감신경으로 구성되는 자율신경계로 구분한다.
1. 체신경계(Somatic Nervous System : SNS)
1) 뇌신경(cranial nerve)
뇌신경이란 뇌에서 직접 출입하는 12쌍의 신경으로 각각 고유명칭이 명명되어 있는데, 기능적으로 제Ⅰ, Ⅱ, Ⅷ뇌신경은 감각 혹은 지각신경(sensory nerve)이라하고, 제Ⅲ, Ⅳ, Ⅵ, Ⅺ, Ⅻ뇌신경은 운동신경(motor nerve), 제Ⅴ, Ⅶ, Ⅸ, Ⅹ뇌신경은 혼합신경(mixed nerve)이라고 한다.
2) 척수신경(spinal)
척수신경은 척수분절에 대응해서 척수 양쪽을 출입하는 31쌍의 말초신경으로 경신경(cervical nerve)8쌍, 흉신경(thoracic nerve)12쌍, 요신경(lumbar nerve)5쌍, 천골신경(sacral nreve)5쌍, 미골신경(coccygeal nerve)1쌍으로 구분한다.
각 척수신경총에서 출발한 신경섬유는 말초신경으로서의 고유 명칭을 가지고 있고, 그 분지는 다시 근육에 분포하여 신체 운동에 관여하는 근지와 피부에 분포하여 감각에 관여하는 피지로 분류된다. 그러나 흉신경은 신경총을 형성하지 않고12쌍의 늑간신경을 이루어 개별적으로 각각의 늑간에 분포한다.
2. 자율신경계(Autonomic Nervous System : ANS)
체신경계는 골격근의 수의적인 운동과 피부 및 감각기의 감각을 지배하지만 자율신경계는 내장, 혈관 및 선 등에 분포하여 이들 기관들의 기능을 무의식 혹은 반사적으로 조절해 주고 있어서 일명 식물신경계라고도 한다.
이러한 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경으로 구분하는데, 교감신경은 제1흉수~제2요수 사이의 측각에서 나오기 때문에 흉∙요수부 분지(thoracolumbar division), 부교감신경은 뇌신경및 제2~4천골신경과 섞여서 나오므로 뇌∙천수부 분지(craniosacral division) 신경이라고도 한다.
‣ 신경절(ganglion)
교감신경이나 부교감신경 모두 뇌와 척수에서 기시한 1차 신경원(뉴런)의 축삭이 해당 장기에 가려면 반드시 도중에 있는 신경절(ganglion)에서 2차 신경원(뉴런)으로 연접(시냅스)되어야 하는데, 신경절에 이르기 전의 신경섬유를 절전섬유(preganglionic fiber)라고 하며, 신경절에서 해당 장기 사이의 2차 신경원(뉴런)의 축삭을 절후섬유(postganglionic fiber)라고 한다. 따라서 자율신경계의 신경전도는 절전섬유→시냅스(신경절)→절후섬유→효과기 순으로 진행된다.
‣ 자율신경의 조절중추
자율신경계에 영향을 미치는 조절 기능을 가지고 있는 중추 신경계의 여러 부분이 있다. 이러한 조절중추는 뇌간의 망상체, 척수, 시상하부, 대뇌피질, 변연계 등에 위치하고 이다. 특히 간뇌 시상하부는 자율신경계의 주요 고위 중추로 알려져 있다.이러한 중추들은 내장에서 인지된 감각 입력이 중추신경계에 전달되며 중추신경계에서 이를 가공∙조절하여 원심성의 교감 및 부교감 신경을 통하여 적절한 반응이 나타나도록 조절하는 것이다.
‣ 자율신경계의 전달물질
자율 신경계는 교감과 부교감신경을 통하여 동일 기관을 이중으로 지배(double innervation)하고 있다. 따라서 교감과 부교감신경의 흥분에 따라 장기의 활동성이 달라진다. 즉 자율신경은 체성신경과 달리 절전섬유나 절후섬유의 종말단추에서 분비되는 화학전달물질에 의해 흥분 및 억제 기능이 조절되는데, 아세틸콜린이 유리되는 신경섬유(축색돌기)를 콜린동작성 신경섬유라고 하며, 노르에피네프린이 유리되는 신경섬유를 아드레날린동작성 신경섬유라고 한다.
‣ 자율신경계의 기능
자율신경계는 하나의 기관에 대하여 교감신경과 부교감신경이 동시에 지배하나 입모근과 한선, 비장 및 부신 등은 예외적으로 교감신경만으로 조절되고 있다. 또 일반적으로 어느 한쪽은 기능을 촉진시키는데 반하여 다른 한쪽은 기능을 억제시키는 길항적인 작용을 통하여 신체 조절에 관여한다.
1) 교감신경
교감신경은 일반적으로 신체가 위기에 처했을 때와 같은 외적 자극에 대한 반응으로 활성화되기 때문에 교감신경이 흥분하면 체내의 각 조직에 저장되었던 에너지원이 분해되어 혈액 속으로 유리되고, 순환계의 기능이 항진된다.
‣ 긴급 상태에 교감신경의 활성화와 부신의 작용
스트레스에 의한 인체의 직접적인 반응은 ‘투쟁과 도피’를 통해 설명된다. 부신은 싸움을 하거나 도망칠 때와 같이 급격한 스트레스를 받을 때, 그것을 극복하기 위해 작용하는 중요한 기관이다. 부신은 혈당을 증가시켜서 근육에 에너지를 보내고, 싱황을 판단하는 능력을 높여준다. 또한 심장 박동수를 증가시키고 혈압을 높여서 인체에 연료(포도당과 산소)를 공급하며, 동공이 확대되고 호흡수를 증가시킨다.
(1) 부신피질 경로
스트레스 유발자극→편도에서 비언어적 정보 해석, 공포 유발→시상하부에서 부신피질호르몬 유리 인자(CRH)가 방출→뇌하수체 전엽에서 부신피질 자극 호르몬(ACTH) 분비촉진→혈중으로 부신피질 호르몬인 코르티졸 분비
부신피질은 부신의 바깥에 있으며 3가지 호르몬을 생산한다.
① 당질 코르티코이드(glucocorticoid)
인체에서 지방과 단백질을 당으로 변환시켜 사용할 수 있도록 하며, 저장된 당을 혈류 속으로 방출시키는 작용을 한다. 이러한 활동이 우리 몸의 저혈당을 방지해 준다. 이것은 또한 항염증 호르몬으로서 류머티즘 관절염과 장염, 십이지장염, 위궤양, 비염, 부비동염, 기관지염, 천식, 만성 상부 호흡기 감염, 피부 발진, 기타 염증성 질환을 예방하는 데 도움을 준다.
② 성 호르몬인 테스토스테론, 에스트로겐, 프로게스테론
난소나 고환에서 분비되는 양보다는 훨씬 적은 양이지만, 폐경기의 여성에게 이 호르몬들은 중요한 역할을 한다.
③ 무기질코르티코이드(mineralocorticoid)
이 호르몬은 체액의 균형(세포 내외의 수액의 전해질 균형)을 유지해 준다.
(2) 부신수질 경로
스트레스 유발자극→교감신경 활성화→흉수의 교감신경이 부신수질을 자극→혈중으로 부신수질 호르몬인 에피네프린과 노르에피네프린 분비
부신의 안쪽에 있는 부신 수질은 2가지 호르몬을 만들어 낸다.
① 에피네프린(epinephrine)
교감 신경을 자극하여 혈압을 상승시키고, 심박동수와 심박출량을 증가시키는 신경 전달 물질로 아드레날린 이라고도 하는데 ‘투쟁과 도피’ 기전에서 1차적으로 관여하는 호르몬이다.
② 노르에피네프린(norepinephrine)
체내의 모든 소동맥을 수축시켜 혈압을 상승시키나 심장에 대한 작용은 주로 에피네프린에 비해 훨씬 약하다. 에피네프린과 함께 당을 저장되어 있는 곳으로부터 사용되는 곳으로 이동시키고, 심장 박동수를 증가시켜 인체가 필요한 부위에 더 많은 혈액을 공급한다.
☛ 여기서 잠깐! - 부신 스트레스증후군(adrenal stress syndrome)
지속적으로 스트레스를 받으면 부신의 기능이 떨어지는 것을 부신 스트레스 증후군이라고 한다. 부신 스트레스 증후군은 어떤 질병의 진행 과정이 아니고, 부신의 특정 내분비선이 그 기능을 제대로 할 수 없는 상태를 말한다. 부신은 인체의 많은 기능에 관여하기 때문에 문제가 생기면 수많은 증상들이 나타나게 된다. 피로감, 어지럼증, 감정의 기복, 불안과 초조, 관절의 통증, 알레르기, 소화 장애, 천식, 두근거림, 요통, 머리의 맑지 못함, 두통, 발기 부전, 장염, 가슴의 통증, 떨림 등 부신의 이상으로 나타날 수 있는 문제는 수없이 많다. 특히 오후 4시에서 6시 사이에 무기력할 정도로 피곤하고 힘이 빠져서 아무 일도 할 수 없거나 잠시라도 잠을 자지 않으면 다른 일을 할 수 없는 경우, 심한 부신 스트레스 증후군일 가능성이 많다.
도시에 사는 현대인들은 공해나 정제된 음식에 의한 화학적인 스트레스, 직장에서 받는 정신적인 스트레스, 짧은 시간에 많은 일을 해야 하는 육체적인 스트레스로부터 거의 피할 수 없다. 물론 정도의 차이는 있겠지만 대부분의 도시인들은 부신 스트레스 증후군을 가지고 있다고 할 수 있다.
부신의 기능이 완전히 떨어진 애디슨(Addison)병이 아닌 경우 대부분의 의사들은 부신의 기능 저하를 병으로 인정하지 않는다. 보통 임상병리학적 혈액 검사는 애디슨 병에 걸린 경우만 반응하기 때문에 부신의 기능 저하는 잘 나타나지 않는다. 부신의 기능 저하를 질병으로 볼 수는 없지만 정상적인 상태도 아니므로 결코 간과해서는 안 된다. 그러나 의사들은 이런 증상을 호소하는 환자들을 건강 염려증이나 신경증(노이로제) 등으로 분류하여 신경안정제나 우울증 치료제를 처방한다.
셀리에 박사는 1920~1930년대의 연구에서 부신의 기능 장애에 대한 학문적 근거를 마련했다. 그는 3단계로 구성된 부신 스트레스 장애에 대한 전반적인 적응 증후군을 발견했는데, 그 첫 단계가 경보 반응(alarm reaction)이다. 이는 스트레스를 극복하기 위해 부신이 작용하는 인체의 방어 기전이다. 경보 반응은 싸움과 같은 감정적인 것이든, 손상을 입은 경우이든 어떤 스트레스라도 그것이 인체에 영향을 미치는 동안 나타난다. 두 번째 단계인 저항기(resistance stage)는 경보 반응 단계가 오래 지속될 때 나타난다. 부신은 실제로 장기간 스트레스를 받으면 그에 맞추어 크기가 커진다. 세 번째 단계인 고갈기(exhaustion stage) 로서 부신의 모든 기능이 고갈된 상태이다.
많은 사람들이 태어날 때부터 얼굴이나 체형이 다르듯 내분비선의 패턴도 다르며 유전된다. 유전적으로 부신이 튼튼하게 태어난 사람은 많은 스트레스로 혹사당하거나 부적절한 식사를 해도 건강에 이상을 잘 일으키지 않는다. 그러나 불행히도 약한 부신을 가지고 태어난 사람은 건강상의 문제가 빨리, 쉽게 생긴다.
부신 스트레스 장애를 해결하는 방법은 어떤 스트레스가 부신에 영향을 주는지 장애의 원인을 찾아내야 한다. 또한 스트레스를 풀거나, 건강한 식사를 하고 몸에 맞는 영양제를 먹는 것도 치료의 일환이다.
부신 스트레스 장애가 있는 사람들은 대부분 부신을 자극하는 식품(정제된 탄수화물과 커피 등)을 많이 섭취하고 있다. 부신의 기능이 떨어지면 에너지가 떨어져서 더 강한 부신의 자극이 필요하게 되기 때문이다. 부신의 건강을 회복하기 위해서는 카페인 음료를 포함한 담배, 술, 당분, 인공 조미료, 청량음료 등을 멀리해야 한다.
2) 부교감 신경
교감신경이 신체적인 흥분상태에 따라 대사를 촉진하는데 반해, 부교감신경은 국소적인 안정 상태를 유지하여 흥분이나 스트레스로부터 신체의 항상성을 유지하려고 한다. 부교감신경이 활성화되면 눈의 동공을 축소시켜 빛의 유입을 줄이고, 심장에서는 억제적으로 작용하여 심박동수를 줄이며, 동시에 수축력도 약화시킨다.
☛ 여기서 잠깐! - 우리가 영화를 감상할 때 뇌에서는 어떤 일이 일어날까?
* 영화배우의 얼굴이 스크린에 나타난다. 스크린에서 초당 약 30만Km로 움직이는 빛이 우 리 눈에 닿는다. 우리 눈동자에 있는 추체와 간체가 시신경을 따라 수백 만 개의 신호를 시상에 보낸다. 눈을 앞뒤, 위 아래로 조금씩 움직여 스크린에 있는 모든 정보를 종합한다. 스크린이 커서 화면 전체를 한 번에 볼 수 없기 때문에 눈동자를 재빨리 움직여 스크린의 여기저기를 본다. 우리 눈동자를 움직이는 근육은 소뇌의 지시를 따라 조절된다.
* 동시에 배우들이 한 대사를 듣는다. 극장의 스피커 성능이 좋아 소리가 70Db 정도로 상당히 크게 들린다.
배우의 말이 벽에 있는 스피커에서 나와 우리 머리로 와서 귓바퀴 속으로 들어온다. 우리 귓구멍에 있는 수백만 개나 되는 유모세포가 움직이면서 음파가 속귀를 지나, 뉴런을 자극하는 진동을 일으킨다. 이런 뉴런의 자극은 시신경에서 온 영상과 거의 동시에 시상에 도착한다.
* 눈과 귀에서 온 메시지는 시상을 지나 피질로 간다. 시각 메시지는 뇌의 뒤에 있는 후두 엽으로 가고, 청각메시지는 두정엽과 관자엽으로 간다. 거기에서 우리 뇌에 있는 메시지들이 신속하게 백질과 뇌량을 지나 영화의 대사와 장면을 결합한다. 이런 일은 시간당 약 430Km로 일어난다.
* 뇌는 장기기억으로부터 정보를 인출하여 영화에 나오는 낱말들의 의미를 파악하고 마침내 듣고 본 내용을 동시에 이해하게 된다. 또한 해마는 화면상의 액션을 추적하여 장기기억으로 저장할 만한 내용이 있는지를 판단한다. 재미있는 농담이나 액션 장면이 있으면, 그런 내용은 우리의 서술기억에 저장해 둔다. 그러나 대부분의 대화나 사소한 것들은 단기기억으로 가서 몇 분 안에 사라진다. 그래서 영화가 끝난 후, 우리는 대사를 하나하나 기억하지는 못한다.
* 영화를 보는 동안 팝콘 냄새가 우리 코로 들어온다. 그 냄새는 버터분자로 되어 있어서, 곧장 코로 가서 후각구로 들어간다. 후각구는 중뇌에 있는 많은 단속을 피해 바로 측두엽에 신경 임펄스를 보낸다.
* 냄새는 피질과 변연계 부위를 자극하고, 이들 부위는 메시지를 침샘에 보내어 우리 입에 침이 고이기 시작한다. 이로 인해 피질에서 팝콘을 먹고 싶다는 욕망이 생겨, 우리가 정말로 ‘팝콘을 먹고 싶다’는 생각을 하게 된다.
* 피질의 동작영역에서는 그 메시지를 소뇌에 보내고, 소뇌는 그 메시지를 우리 팔과 손에 보내어 팝콘상자에 손을 넣게 된다. 그런데 이때 우리는 팝콘이 아니라 화면을 보고 있다. 그런데 소뇌와 대뇌 기저핵 덕분에 우리 손이 제대로 팝콘상자에 이른다. 손가락을 움직이고 그 신경종말이 뇌 특히 체감각영역에 팝콘을 찾았다고 알려 준다. 팝콘이 부서질 수도 있으니 적당량을 잡으라는 명령을 손에 내린다.
* 이어서 소뇌는 손을 입으로 가져가라고 안내한다. 준비하라는 메시지가 입에 도착하고 곧이어 침이 고인다. 우리 손가락이 입에 팝콘을 떨어뜨리면 혀, 입술, 이, 턱 근육과 목이 모두 움직이기 시작하고 서로 협력하여 팝콘을 위로 보낸다.
* 갑자기 화면에 무서운 장면이 나타난다. 우리는 그걸 예측하지 않았고 뇌도 마찬가지이다. 그 놀람이나 쇼크는 곧장 편도로 가서, 편도는 온몸을 긴장하도록 한다. 우리 몸이 떨리고 눈이 커지며 손에서 팝콘을 약간 흘린다. 만일 이게 영화장면이 아니라면, 우리는 일어서서 싸우거나 돌아서서 달아날 준비를 할 것이다. 시상하부가 메시지를 삼장에 보내고 마침내 맥박이 빨라져서 근육에 혈액이 공급된다. 시상하부는 허파에도 속도를 높이라고 지시하는데, 그 까닭은 심장이 몸과 뇌에 신선한 혈액을 더 보내려면 산소가 필요하기 때문이다.
* 영화가 그렇게 큰 영향을 주는 이유는 망상체 덕분에 우리가 영화에 완전히 집중했기 때문이다. 정말 누군가가 크게 말하거나 핸드폰이 울리지만 않는다면, 우리는 옆에 앉은 사람들의 얼굴에 반사된 빛을 못 보고 극장의 에어컨 소리도 못 들으며 영화 외의 다른 건 거의 알아차리지 못한다.
살펴본 것처럼, 영화를 보는 것과 같이 간단하고 편안한 일을 할 때마저도 뇌는 아주 분주하다. 그렇다면 우리가 시험을 보거나 게임을 하거나 새로운 기능에 대해 배울 때에는, 뇌가 얼마나 바쁠까?
Ⅲ. 뉴런과 시냅스
1. 뉴런(neuron)
다른 세포와 달리 뇌세포에는 특별한 이름이 있는데, 이를 뉴런이라 한다. 뇌에는 이런 뉴런이 천억 개나 있다. 뇌에는 다양한 종류의 뉴런이 있지만, 모두 비슷하다. 체세포처럼 각 뉴런에는 핵이 있는 세포체가 있고, 그 주변에는 거미다리를 닮은 많은 수상돌기가 있으며, 긴 꼬리와 같은 축색돌기가 세포체에서 구불구불 뻗어나간다.
뉴런(신경원)은 세포의 대사가 일어나는 중심부인 세포체와 수상돌기, 그리고 축색돌기로 구성되어 있다.
1) 세포체(cell body)
세포체란 수상돌기와 축색을 제외한 핵과 세포질을 말하는데, 구형과 타원형 혹은 별 모양이고, 일반적으로 다른 세포보다 크며, 1개의 핵을 가지고 있다. 세포질 내에는 일반 세포에서와 같이 미토콘드리아등과 같은 세포 소기관과 각종 포함물이 들어 있다.
뉴런의 세포체에는 특별한 미토콘드리아인 시경 미토콘드리아가 있어서 세포가 사용할 에너지를 만들어 낸다. 미토콘드리아는 부지런히 활동하는데, 그 덕분에 뉴런은 오래 살 수 있다. 체세포들은 계속해서 새로운 세포들로 대체되지만, 뉴런은 새로운 뉴런으로 대체되지 않기 때문에, 우리는 태어날 때 생긴 뉴런을 평생 가지고 살아간다. 시간이 지나면서 뉴런은 죽어가며, 나이가 들면 더 빨리 죽어간다. 최근의 연구에 따르면 기억중추인 해마에서는 새로운 뉴런이 재생되는 것으로 발표되고 있다.
2) 수상돌기(dendrite)
세포체로부터 나뭇가지 모양으로 분지된 돌기이다. 세포체와 더불어 외부 신호를 받아들이는 기능을 수행하며, 세포체 막의 표면적을 증가시키는 요인이 된다.
수상돌기는 모든 뉴런의 맨 앞부분에 해당된다. 수상돌기는 헝클어지고 구불구불하며 끝이 뾰족한 머리카락처럼 보인다. 수상돌기는 여러 방향을 향해 있으며, 각 뉴런의 수상돌기 수는 수백 개에서 수천 개에 이른다. 수상돌기는 다른 뉴런에 있는 축색돌기로부터 정보를 받아 세포체로 가져온다. 이어서 그 뉴런은 받은 정보를 축색돌기로 보내고, 그 신호는 다음 뉴런으로 전달된다. 우리 뇌에서는 이런 과정이 계속되며, 결코 중단되는 일이 없다.
3) 축색돌기(axon)
축색돌기는 세포체로부터 길게 확장된 하나의 돌기로서 흔히 신경섬유(nerve fiber)라고 한다. 축색종말(axon terminal)은 축색돌기의 끝부분으로 뉴런으로부터 효과기 세포로 신호를 전달하는 곳이 된다. 특히 축색종말은 대개 두텁게 되어 있기 때문에 종말구 또는 종말단추라고 하는데 그 속에 있는 소포(vesicle)에는 신경전달물질이 들어 있다.
세포체에는 보통 축색돌기가 하나 있는데, 축색돌기는 아주 가늘어서 한 가닥의 머리카락에 100개의 축색돌기를 꽂을 수 있다. 축색돌기는 세포가 다른 뇌 부위나 중추신경계와 어떻게 교류하는지를 보여준다. 축색돌기는 핵의 메시지를 전달하는 전화선과 같다. 전화선에 코팅이 잇는 것처럼, 축색돌기에도 얇은 코팅이 있어 잘 손상되지 않는다. 이 코팅을 수초라 하는데, 수초는 백색지방으로 되어 있다. 수초가 있어서 뇌의 백질이 하얗게 보이는 것이다. 수초는 축색돌기의 줄줄이 소시지처럼 생긴 부분을 감싸고 있다. 이런 소시지 모양은 축색종말에 이르기까지 계속된다.
2. 시냅스(synapse)
다른 세포와 달리 뉴런은 서로 딱 붙어 있는 상태가 아니다. 현미경의 성능이 더 좋아지면서 신경과학자들은 축색돌기 종말과 수상돌기 사이에 작은 틈새가 있음을 발견하게 되었다. 이것을 시냅스(연접)라고 부른다. 이 시냅스라는 틈새가 있어서, 시냅스를 지날 때에는 한 세포에서 다른 세포로 화학적 교류가 이루어진다. 그 과정은 마치
봉화로 메시지를 보내는 것과 같다.
정보를 받는 수상돌기와 정보를 내보내는 축색종말이 아주 많아서, 하나의 뉴런이 수백 개 심지어 수천 개의 다른 뉴런들과 연결될 수 있다. 그 중 일부는 뇌의 다른 엽과 연결될 수도 있다. 우리 머리에 있는 1000억 개의 뉴런이 각기 평균 1000개의 뉴런과 연결된다고 가정하면, 평생 동안 우리 머리에는 100조 개의 시냅스가 있을 것이다. 어떤 과학자들은 실제의 시냅스 수가 그보다 훨씬 더 많아서 1000조 개 정도라고 생각한다.
1) 시냅스의 신경전달 과정 - 뇌가 메시지를 전달하는 방식
수백 개의 수상돌기 중 어떤 수상돌기에서든 신호가 들어오면, 핵에서 화학반응이 일어나기 시작한다. 핵에 있는 분자들은 에너지가 축적되어 폭발하기를 기다리는 작은 폭탄과 같다. 화학물질이 충분히 흥분되면, 그 화학물질들은 트림 수준의 작은 폭발을 일으켜 전기신호가 축색돌기로 전달된다. 이런 ‘트림’을 활동전위 또는 신경임펄스라고 한다.
핵에서 이렇게 작은 폭발이 일어나면, 신경임펄스가 긴 축색돌기를 따라 축색종말로 들어간다. 거기에서 신경임펄스가 작은 주머니(소포)에 저장된 신경전달물질 분자를 자극한다. 그때 자극을 받은 신경전달물질이 축색종말의 얇은 벽에서 터져 나온다. 이 과정을 시냅스 ‘발화’라고 한다. 시냅스는 1인치의 백만분의1 정도에 해당된다. 신경전달물질이 시냅스를 건너면, 그 신경전달물질은 다른 뉴런이 수상돌기에 도착한다. 수상돌기에는 신경전달물질이 부딪칠 때 반응하는 수용기들이 있다. 수상돌기는 신경전달물질을 통해 받은 메시지를 핵이 쉬고 있는 세포체로 보낸다. 핵이 그 메시지를 받아 전기충격을 일으킬 때, 앞의 과정이 반복된다. 그로 인해 신경임펄스가 축색돌기를 지나 또 다른 시냅스를 건너게 된다. 그런 폭발이 한 번 일어나는 데 약 1초의 1/1000정도 걸리므로, 이 폭발이 초당 수백 회 일어난다.
핵이 수상돌기로부터 적절한 신호를 받지 못하면, 발화가 일어나지 못한다. 즉, 설사 뉴런이 활성화 되어 있다 할지라도 일정 수준에 이르지 못하면, 신호를 보낼 수 없다. 신호를 통과시킬지 말지에 대한 이런 결정이, 곧 우리의 동작, 사고, 반응뿐만 아니라 뇌에서 일어나는 수백만 가지 것들을 조절한다.
2) 신경전달물질(neurotransmitter)
뇌에는 많은 화학물질이 있는데, 화학물질이라고 해서 모두 신경전달물질인 건 아니다. 뉴런 안에서 만들어진 경우에만 신경전달물질이라고 할 수 있다. 뉴런이 흥분하면 종말단추의 소포에서 유리되고, 이어서 시냅스간격을 지나 표적세포를 흥분 또는 억제시키는 화학물질을 총칭하여 신경전달물질이라고 한다. 지금까지 과학자들은 도파민, 세로토닌, 에피네프린을 포함하여 약 50가지의 신경전달물질을 확인 했다. 신경전달물질의 특이적 성상에 따라 흥분성 신경전달물질과 억제성 신경전달물질로 나누어진다.
☛ 여기서 잠깐! - 에지 효과(Edge Effect)
우리의 뇌 안에는 많은 신경전달물질이 있지만 도파민(Dopamine), 아세틸콜린(Acetylcholine), 가바(GABA), 그리고 세로토닌(Serotonin) 이 네 가지가 핵심이다. 이 화각물질들은 우리를 다양하게 변화시키는 작용을 한다. 느슨하게 하거나 긴장감을 주기도 하고, 행복하게 하거나 불행하게 하기도 한다. 뇌는 곧 마음이므로 마음은 이 신경전달물질로부터 영향을 받고 결핍될 때는 각종 질병에 시달리게 된다.
우리가 기분이 좋고 건강한 것은 뇌의 균형이 잡혀 있기 때문이다. 뇌의 균형은 이 네 가지 신경전달물질이 제대로 적당한 시기에 분비될 때 이루어지며 이때 우리는 ‘에지 효과’를 경험한다. 그렇기 때문에 뭔가 이상이 느껴지면 이 에지를 잃기 시작한 것이다.
나이가 들수록 우리의 몸은 신경전달물질의 생산을 통제하기 시작하고 호르몬을 적게 생산하다 보니 몸의 균형이 깨지기 쉽다. 스트레스와 식생활도 불균형을 가져온다. 코카인, 커피나 설탕 등은 인위적으로 도파민을 증가시키기 때문에 뇌는 뇌 자체의 도파민생산을 감소시킨다. 그러므로 신체는 도파민을 더 요구하게 되고 우리는 계속해서 코카인, 커피와 설탕 등을 먹게 되면서 중독이 된다. 결국 뇌는 도파민을 생산하지 못하게 된다.
나이에 관계없이 기억력이 떨어지는 것은 에지 효과의 부정적인 효과를 경험하고 있다고 보면 된다.
미국의 정신과 의사인 데이비드 호킨스 박사는 그의 저서 의식혁명에서 인간의 영적 의식의 수준을 1에서부터 1000으로 나누었다.
영국의 스미스 박사는 AK의학(응용 근신경학)의 근육 검사와 연결하여 의식과 잠재의식 그리고 무의식에서 건강 상태를 평가하는 방법을 창안하였다. 그는 이 이론을 바탕으로 신경 전달 물질의 과다 및 부족과 연결하여 무의식의 문제를 분석하는 방법을 발표하였다.
|
1에서1000까지 나눈 의식수준 |
무의식수준 |
감정수준 |
신경전달물질 |
|
1. 175~200 |
자존심 |
경멸 |
아세틸콜린 과다 |
|
2. 150~175 |
분노 |
증오 |
GABA 과다 |
|
3. 125~150 |
욕망 |
갈망 |
도파민 과다 |
|
4. 100~125 |
공포 |
불안 |
세로토닌 과다 |
|
5. 75~100 |
비통(비탄) |
낙담 |
도파민 부족 |
|
6. 50~75 |
무기력 |
절망 |
GABA 부족 |
|
7. 30~50 |
죄의식 |
비난 |
아세틸콜린 부족 |
|
8. 30이하 |
수치심 |
굴욕감 |
세로토닌 부족 |
<참고> 전전두엽 - 전전두엽의 문제 : 주의력 결핍과 충동성
“생각이 사방으로 흩어져요.”
전전두엽은 뇌에서 가장 진화된 부분이다. 이는 뇌의 앞 1/3 지점에 위치하고, 이마 바로 밑에 있다. 전전두엽의 구주는 배외측 부분(전두엽피질 표면의 바깥쪽), 하측 안와 부분(뇌의 밑쪽 앞부분) 그리고 대상화(전두엽의 중간을 가로지르는) 세 부분으로 이루어져 있다.
전반적으로 전전두엽은 행동을 주시하고, 감독하고, 이끌고, 지시하고, 집중시키는 뇌의 영역이다. 이것은 시간 관리, 판단, 충동의 조절, 계획, 조직화, 비판적 사고와 같은 능력을 다루며, ‘집행기능’을 감독한다. 사고, 계획수립, 능률적인 시간 이용, 타인과의 의시소통과 같은 능력은 뇌의 이 영역에 크게 영향을 받는다. 전전두엽은 목표 지향적이며, 책임감 있고 효율적인 행동을 하는 데 결정적인 역할을 한다.
전전두엽(특히 하측 안와 전전두엽)은 말하거나 행동하기 전에 그것들에 대해 생각하도록 돕는다. 만일 배우자와 갈등이 있을 때 전전두엽의 기능이우수하다면 그 상황에 도움이 되는 사려 깊은 반응을 할 가능성이 높아진다.
전전두엽(특히 배외측 전전두엽)은 또한 주의의 폭을 유지하는 것과 관계가 있다.이는 덜 중요한 생각이나 감각을 걸러 내는 반면, 중요한 정보에 초점을 맞추도록 도와준다. 주의의 폭은 단기 기억과 학습에 중요한 역할을 한다.
전전두엽은(특히 배외측 전전두엽) 행복, 슬픔, 기쁨, 사랑과 같은 정서를 느끼고 표현하도록 해 주는 뇌의 영역이다. 이는 더 원시적인 구조인 변연계와는 다르다. 비록 변연계가 감정과 리비도를 통제한다고 할지라도 전전두엽은 변연계의 작업을 사랑, 열정, 미움 같은 인식 가능한 느낌, 정서 그리고 단어로 전환해 준다. 뇌의 이러한 활동이 저하되거나 손상을 입으면 사고와 감정을 표현하는 능력이 떨어지게 된다.
전전두엽은 변연계와 깊은 관계가 있다. 전전두엽은 변연계가 통제하에 있을 수 있도록 도와주는 억제 메시지를 보낸다. 이는 우리가 ‘정서와 더불어 사고하도록’ 도와준다. 뇌의 이 영역에 특히 좌반구에 손상이나 활동의 저하가 있을 때 전전두엽은 변연계가 과잉 활동하게 되면 우울증에 빠질 확률이 높아진다.
전전두엽에 문제를 가진 사람은 금세 후회할 일을 하고, 충동 통제에 문제를 보인다. 그들은 또한 주의 폭의 문제, 주의 산만, 일을 미루기, 판단의 어려움, 자신을 표현하는 데 어려움을 느낀다. 주의 집중, 충동의 통제, 재빠른 반응을 요하는 상황은 종종 전전두엽의 문제에 의해 방해를 받는다. 시험 불안과 사회 불안도 전전두엽의 문제에 따른 특징이 될 수 있다.
전전두엽의 기능과 문제들을 정리하면 다음과 같다.
|
전전두엽의 기능 |
전전두엽의 문제들 |
|
• 주의의 폭 • 주의를 지속하는 능력 • 판단 • 충동퉁제 • 조직화 • 자기감찰과 감독 • 문제해결 • 결정적 사고 • 미리 예측하는 사고 • 경험에 의한 학습 • 정서를 느끼고 표현하는 능력 • 변연계의 상호 작용 |
• 주의하는 폭이 짧음 • 주의 산만 • 주의를 지속하는 능력의 겨함 • 충동 통제의 문제들 • 과잉 활동 • 만성적 지각, 시간 관리를 못함 • 비조직화 • 일을 미루기 • 정서 반응의 결함 • 비조직화 • 일을 미루기 • 정서 반응의 결함 • 그릇된 지각 • 판단 부족 • 경험에 의한 학습 곤란 • 단기 기억 문제 • 사회 불안 및 시험불안 |
참고도서
백상호, 기초 인체해부학, 대한간호협회, 1983.
김우겸, 인체의 생리, 서울대학교출판부, 1979.
노명희외 공저, 인체해부학, 정담미디어, 2007.
한국해부생리학교수협의회 편, 생리학, 정담미디어, 2005.
정영길외 옯김, Color Atlas of ANATOMY, 고문사, 2003.
김현숙 편저, 알기 쉽고 재미있는 의학용어, 현문사, 2002.
박경환외 공역, 한눈에 알 수 있는 신경과학, E*PUBLIC, 2007.
하비 뉴퀴스트 지음, 김유미 옮김, 위대한 뇌, 해나무, 2007.
이승원, 우리몸은 거짓말하지않는다, 김영사, 2006.
이영돈, KBS특별기획 다큐멘터리 마음, 예담, 2007.
다니엘G.에이멘 지음, 안한숙 옮김, 그것은 뇌다, 브레인월드, 2008.
스티븐 후안 지음, 배도희 옮김, 뇌의 기막힌 발견, Nemo Books, 2006.