뉴런의 기능적 구조

뉴런의 기능적 구조

 

 

뉴런의 형태와 크기는 다양하지만 공통점을 지닌다. 뉴런은 다른 세포와 마찬가지로 DNA의 유전정보를 번역하여 뉴런이 필요로 하는 단백질을 합성하는데, 합성은 대개 세포체에서 이루어져서 뉴런의 각 부분으로 운반된다. 세포체로부터 나뭇가지 모양의 여러 돌기가 뻗어 있는데 이 가지들은 다른 뉴런과의 통신을 위해 사용된다. 신호를 전달하여 세포 간의 통신을 담당하는 신경세포의 기능에 알맞게 그 형태가 발달한 셈이다.

대부분의 가지들은 짧으며 이곳으로 다른 뉴런으로부터 신호를 전달받는데 이 짧은 가지들을 수상돌기라 부른다.

세포체들로부터 가늘고 길게 뻗어 나온 가지 한 개는 축색이라 불린다.. 축색은 흔히 교세포에 의해 만들어지는 수초 막으로 싸여 있다. 축색을 멀리 떨어져 있는 세포와의 통신을 위해 길게 발달해 있다. 축색을 뉴런의 다루는 전기적 신호, 즉 세포막의 흥분이 전달되는 케이블이고 축색을 싸고 있는 수초 막은 신호의 전달이, 적은 에너지를 소모하면서도 빠른 속도로 이루어지게끔 보조한다. 신호가 축색을 따라 전달되는 속도는 축색의 직경이 커짐에 따라 증가하는데, 빠른 경우 초당 100m에 이른다. 발 끝에 이르는 척수의 운동 뉴런의 경우에는 축색의 길이가 1m에 이르기도 하지만 뉴런에 따라서는

축색이 없는 경우도 있다. 말초신경계를 구성하는 신경은 수초막에 싸인 축색들의 다발들이고 이 축색들에 연결된 세포체는 중추신경계에 위치한다.

 

뉴런의 접촉부 연접

 

세포체에서 먼 쪽 축색의 끝 부분은 가지로 갈라져서 여러 개의 축색 끝을 통해 한 뉴런의 신호가 다수의 다른 세포들로 확산될 수 있다. 축색 끝은 단추처럼 부풀어 다른 세포의 수상돌기와 접촉하고 있는데, 이와 같은 두 뉴런의 접촉부를 연접이라 한다.

한 뉴런은 대개 수백의 축색 먼가지와 축색 끝을 가지며 따라서 수백 개의 연접을 하고 있다.

뉴런이 처리하는 신호, 즉 세포막의 흥분은 축색을 따라 전달된다. 축색 먼가지를 타고 전달된 전기적 신호가 연접 부위에 이르면 일련의 과정을 거쳐 연접 전 뉴런의 연접낭에저장되어 있던 신경전달물질이 연접 공간에 분비된다. 분비된 전달물질은 연접후뉴런의 세포막에 작용하여 연접 후 뉴런의 활동에 영향을 미치는데 그중 하나는 연접 후 세포막의 이온에 대한 투과성을 변화시키는 것이다.

연접후 세포막의 투과성이 증가되면 연접 후 뉴런의 극화가 탈극화의 방향으로 변하기도 하는데 연접후뉴런이 탈극화의 방향으로 변하는 경우 이 연접을 흥분적 연접이라 부른다.

연접후뉴런을 흥분시켜 활동 전위에 이르게 하는 방향이기 때문이다. 이와 반대로 억제적 연접에서는 연접후뉴런이 과극화되는데,, 이런 연접에서는 신경전달물질이 연접 후 뉴런의의 세포막의 특정 이온에 대한 투과성, 예를 들어 Cl - 이온의 투과성을 증가시켜 세포 외부의 Cl - 이온이 내부로 이동하고 그 결과, 내부는 휴식 전위보다 더 음극화, 즉 과극화된다. 그러므로 연접에서 뉴런 간의 접속이 이루어질 때 연접의 종류에 따라서 한 뉴런이 다른 뉴런간의 접속이 이루어질 때 연접의 종류에 따라서 한 뉴런이 다른 뉴런의 활동을 촉진시키기도 하고 억제시키기도 한다.

신경전달물질의 기능을 하는 것에는 아세틸콜린, 도파민, 세로토닌 등 수십 가지가 현재 알려져 있는데 연접에서 신호가 전달되기 위해서는 신경전달물질의 합성과 분비가 이루어져야 한다. 전달물질의 합성과정은 여러 단계로 이루어지며 각 단계에서 한두 가지의 효소가 작용하고 있다. 많은 향정신약 물든 신경전달물질의 합성, 분비, 연접후뉴런에서의 작용 등의 과정에 영향을 미쳐 신경 활동의 전달을 수정함으로써 그 효과를 나타낸다.

뉴런의 수는 출생직후에 최다에 이르며 나이와 더불어 많은 수의 뉴런들이 죽어 나가고 교세포는 이 찌꺼기를 청소한다. 후천적 학습과 경험의 결과로 얻어지는 기억에는 뇌의 구조적 변화가 수반되는 것으로 생각되는데, 이는 학습의 결과가 저장되는 새로운 뉴런이 생성되는 것이 아니라 기존 연접의 구조적, 기능적 변화에 의한다. 연접전뉴런이 동일한 수준의 활동을 하더라도 연접의 변화에 의해 보다 많은 신경전달물질이 분비될 수 있으며, 동일한 양의 전달물질에 대한 연접 후 뉴런의 반응 강도가 증가 혹은 감소하는 등의 변화는 연접에서의 신화 전달이 증폭혹은 감소될 수 있게 하는 기작이며 이 변화

를 장기적으로 지속시키는 생화학적, 구조적 변화가 기억에 관련된 변화일 수 있다.

신경계의 놀라운 점은 경험에 따라 스스로 그 기능을 변하게 하는 것인데, 연접은 이러한 학습과 적응에 밀접히 관련되어 있다.

 

뉴런과 정보

 

말초신경계를 통해 전달된 전기적 신호, 즉 단순한 세포막의 흥분에 입각하여 중추신경계는 어떻게 외부 환경과 신체의 상태에 대해 아는가? 우리가 빛을 '보는' 생물학적인 바탕은 무엇인가? 안구의 망막은 빛 에너지를 변환하여 신경계가 처리할

수 있는 형태의 전기적인 신호로 바꾸는 기능을 수행하는 광수용 세포를 가지고 있다. 망막에 와 닿는 빛은 광수용 세포에 의해 전기적 신호로 변환되고 일련의 연접을 거쳐 망막 절세포에 이르러 망막 절세포의 활동 전위를 유발한다. 망막절세포의 활동 전위는망막 절세포의 축색을 따라 중추신경계로 전달된다. 시신경이 신호를 전달하면 중추신경계는 이 신호를 빛으로 해석한다. 머리를 부딪칠 때 흔히 '불이 번쩍함' 을 경험한다. 부딪칠 때의 충격이 시신경을 직접 흥분시켜 활동 전위가 시신경을 따라 중추신경계에 전달된 결과로, 실제 안구는 빛 에너지의 변화를 탐지하지 않았는데도 중추신경계는 빛으로 해석하여 빛을 '보는' 것이다. 이것은 뉴런이 다루는 정보의 내용이 활성화된 뉴런에 따라 결정되고 있음을 나타낸다. 피부에 있는 냉각을 탐지하는 냉점을 뜨거운 바늘 끝으로 자극했을때, 경험되는 감각은 뜨거움이 아니라 차가움이다.

이 역설적인 차가움도 동일한 결론을 지지한다.