제2장 신경과학과 행동

제2장 신경과학과 행동

제1절 신경계의 정보전달

1. 뉴런(neuron) : 신경계의 기본단위

 (1) 뉴런의 구조

  - 세포체(cell body, soma)

    입력되는 정보를 통합하고 처리,

    전달하는데 필요한 화학물질들을 생산

  - 수상돌기(dendrite)  

    다른 뉴런으로부터 정보를 수용하고

    세포체에 전달

  - 축색(axon)

    다른 뉴런에게 정보를 보내는 역할. 축색은 수초에 덮여 있는데, 수초는 뉴런의 에너지      효율성을 증가시키며 정보전달 속도를 빠르게 해줌

  - 종말단추(terminal botton)  

    축색의 끝부분, 약간 부풀어 있는 모양으로 다른 뉴런에게 정보전달

 ※ 뉴런에서의 정보전달 - 수상돌기(입력부)→ 세포체(생명유지센터)→ 축색(전달부)→

                          종말단추(다른 세포와 분기점 형성)

2. 신경신호의 본질 : 전기적 현상

 (1) 안정막전위(resting membrane potential) 또는 안정전위

 - 자극이 없는 상태에서 축색의 내부와 바깥쪽 간에 존재하는 전위차 (-70mV)           

 - 내부는 음극, 바깥쪽은 양극 상태

 (2) 활동전위(action potential)

 - 축색의 한쪽 끝에서 다른 한쪽 끝의 축색 내부에 또 하나의 전극을 삽입하고 전류를

   흘려보내면 막전위가 달라짐.

 - 흥분 역치 이상의 감분극 자극에 의해 막전위가 급속히 역전되는 현상으로 이 활동

   전위가 바로 신경충동으로서 신경계에서 처리되는 신경신호의 본질임.

 - 감분극 : 축색 내부에 양(+)전하를 가하면 음수 값인 안정전위는 크기 감소

 - 과분극 : 축색 내부에 음(-)전하를 가하면 더 큰 음수 값이 됨

 - 흥분은 축색을 따라 종말단추로 전달

   흥분하지 않았을 때 : 안쪽이 -70mV, 바깥쪽이 0mV

   흥분을 했을 때 : 안쪽이 +40mV

   파도타기 응원처럼 -70mV → +40mV로 바뀌고, 바로 뒤에서는 원래의 전위차가 회복

3. 활동전위의 전도

 - 무수축색(unmyelinated axon) : 수초가 없는 축색으로 도화선이 타들어가는 것처럼

   정보전달

 - 유수축색(myelinated axon) : 수초가 있는 축색으로 도약(건너뜀, 약진)

   전도(saltatory conduction), 전도속도가 빠르며 에너지 효율성이 높다

 4. 시냅스 전달 : 화학적 현상

 - 시냅스 : 서로 분리되어 있는 뉴런들 간의 연결 부위로 정보전달이 이루어지며 시냅스      전 요소인 축색 종말과 시냅스 후 요소인 다른 뉴런의 수상돌기나 세포체를 총칭

 - 시냅스 틈 : 뉴런의 축색종말과 다른 뉴런의 수상돌기나 세포체와 접하는 부위의 간격

 - 신경전달물질 : 활동전위가 축색종말에 도달하면 방출

   방출된 전달물질은 시냅스 후 뉴런에 있는 수용기와

   결합 (ex. 열쇠와 자물쇠)  

 - 신경충동→전달물질→시냅스 틈→시냅스 후 수상돌기의

   수용기와 결합→수용기에 의해 전위 유발로 전기반응

   (흥분 or 억제)

   흥분성 시냅스 후 전위 : 시냅스 후 막이 감분극(+)하게

    되면 보다 쉽게 활동전위를 일으킬 수 있음.

   억제성 시냅스 후 전위 : 시냅스 후 막이 과분극(-)하게

    되면 활동전위를 일으키기 어려워 짐.

    흥분역치(40mv)에 도달하면하강. 흥분역치를 넘으면

    새로운 활동전위 격발 (실무율의 법칙)

                                                                

 제2절 신경계의 구성

 

1. 신경계의 진화

 - 세포 동물이 운동을 하려면 세포들 간의 의사소통이 이루어져야 하고 이는 전기 화학적     현상으로 나타 남. (무척추 동물 ~ 인간)

 - 진화는 뉴런의 개수를 증가시키고 그 배열을 복잡하게 하는 방향으로 진행

   그 결과 신경계가 많이 진화된 동물일수록 보다 복잡하고 순응적인 행동

 - 진화 과정은 신경계의 구조와 기능이 반영되어 있으며, 신경계가 우리의 모든 행동을 통     제하기 때문에 오늘날 우리의 행동에 중요한 영향을 미친다. 따라서 진화적 유산의 연구     는 인간 행동 및 정신과정의 생물학적 바탕에 대한 폭넓은 이해를 가능하게 한다.

2. 말초신경계 : 뇌와 척수 밖에 있는 뉴런들로 구성

 1) 체성신경계

   감각신경 : 감각기관(피부, 근육, 관절)에서 정보를 받아들인다.

   운동신경 : 골격근의 운동을 통제

 2) 자율신경계 : 내장의 평활근, 심장근육, 분비선 조절 (자동적으로 작용)

   교감, 부교감신경계는 서로 균형을 이루어 신체의 안정 상태 유지, 장기적 스트레스로      균형이 깨지게 되면(교감신경계의 과도한 활성화) 소화기 장애, 고혈압, 편두통 등 다양     한 스트레스성 질환 발생

   교감신경계 : 유해한 자극이나 스트레스 받을 때 신체를 방어해 주는 기능, 에너지소모

   부교감신경계 : 신체 안정, 에너지 보존

3. 중추신경계 : 뇌와 척수 속에 있는 뉴런들로 구성

 1) 척수 : 운동신경의 세포체와 척수 내에서의 정보처리를 위한 개재뉴런들로 구성

   신체의 감각정보를 뇌에 전달하고, 뇌의 명령을 받아 분비선이나 근육에 운동 신경을

   보내는 역할 (신체와 뇌 사이의 정보 교신 통로)

   척수반사 : 뇌의 통제 없이 그 자체로 반사와 같은 단순한 행동 통제

    뜨겁다는 자극  감각뉴런  척수  운동뉴런의 활성화

 2) 뇌 : 척수와 뇌신경을 통해 받은 감각정보를 관리하여 외적인 행동을 나타냄

제3절 뇌와 행동

1. 뇌의 주요 구분

주요부위	하위부위	주요 구조물
전뇌	종뇌	대뇌피질 기저핵 번연계
	간뇌	시상 시상하부
중뇌	중뇌	중뇌개 중뇌피개
후뇌	후뇌	소뇌 교
	수뇌	연수

                                                      

2. 수뇌 : 연수

 - 연수 망상체 : 골격근의 근 긴장도 조절, 심장박동과 호흡 통제 등 생명유지 기능

3. 후뇌 : 교(뇌교)와 소뇌

 - 뇌교 : 대뇌의 정보를 소뇌로 연결 (다리 역할)

★ 망상체 : 뇌의 파수꾼 역할을 하는 밀집된 신경세포들의 망으로 후뇌, 중뇌에 걸쳐 기다란 신경로가 뻗어나가     있는 모양이다. 이 영역이 심하게 손상되면 혼수상태가 초래된다.

  - 소뇌 : 자세유지, 운동 조절 (피아노 연주나 발레, 빠르고 정교한 운동)

4. 중뇌

 - 중뇌개 : 시각반사와 움직이는 자극에 대한 반응 관여

 - 중뇌피개 : 종 특유 행동의 순서 통제, 통증민감성, 근 긴장도, 운동 조절

5. 간뇌

 - 시상 : 중뇌의 윗부분으로 후각을 제외한 감각정보 중계센터

 - 시상하부 : 시상의 아랫부분으로 자율신경계와 내분비계를 통제, 종의 생존과 관련된

   행동을 조직화 (스트레스  교감신경활성화 & 내분비계 통제 통해 관련 호르몬 분비)

6. 종뇌(대뇌)

 - 기저핵 : 운동 통제에 관여 (걷기, 느리고 순차적인 운동)

 - 변연계: 정서반응의 조절과 학습, 기억, 동기 등의 중요 기능에 관여

   편도체 : 공격 행동에 중요한 역할 담당  손상시 정서 반응 학습을 하지 못한다.

   해마 : 학습과 기억과정에 결정적 역할 담당  H.M. 간질 치료 위해 해마 제거 수술로      간질은 치료되었으나 새로운 것을 학습하거나 기억하지 못함  해마의 역할을 밝혀 냄

 - 대뇌피질 : 독립된 두 개의 반구로 분리되며 각 반구는 뇌량에 의해 연결

   두 개의 반구는 각각 반대편의 신체감각과 운동을 지배

   후두엽 : 일차 시각피질 + 시각연합피질  시각정보의 분석  손상시 시력 상실

   두정엽 : 일차 체감각피질 + 연합피질  감각정보 입력, 통합  단순 체감각,

    공간 내에서의 신체 위치판단이나 운동지각 등의 중요한 역할

   측두엽 : 일차 청각피질 + 연합피질  다양한 소리 자극, 언어 인식의 중추적 역할

   전두엽 : 일차 운동피질 + 전두연합피질  전반적 행동 관리  다른 영역으로부터

    모든 감각과 운동 정보 받아 상황판단  적절한 행동 계획, 부적절한 행동 억제

    손상시 성격 변화

 

제4절 두 개의 뇌 (뇌의 비대칭성)

1. 분리 뇌

 - 심한 간질 발작 치료를 위해 뇌량을 절단한 뇌를 말함.  수술 환자들 발작 사라짐.

 - 분리 뇌 환자를 대상으로 좌우반구의 기능에 대한 연구

   인간의 시각 경로는 한쪽 시야의 정보를 반대쪽 반구로 전달

 왼쪽 시야 정보는 우반구로, 오른쪽 시야 정보는 좌반구로만 전달

 뇌량이 절단된 환자는 시자극을 우측시각에 제시한 경우 무엇인지 말 할 수는 없었음.

   시자극이 좌측시각에 제시한 경우는 무엇인지 말할 수는 없었으나, 왼손으로 집을 수는     있음.

 분리 뇌 연구는 좌우뇌의 기능이 서로 다르다는 증거를 제시해 준다.

 뇌량을 통해 양 반구의 정보를 교환하고 통합되어, 좌우 반구가 하나의 전체로 기능

2. 대뇌반구의 기능적 전문화

 - 대뇌반구의 기능적 전문화 : 좌반구  언어, 우반구  시각-공간(행동)

 - 청각장애인의 경우 수화를 담당하는 반구는 일반인과 마찬가지로 좌반구

  따라서 좌반구(전두엽)가 손상되면 들을 수 있는 사람들이 말하는데 결합을 보이는 것      처럼 청각장애자는 수화에 결함을 보이게 된다. (브로카 영역)

 - 정서반응에 있어서도 좌우 반구의 기능차이 존재

제5절 행동에 대한 화학적 조절

1. 신경전달물질 (다른 뉴런 사이의 정보전달, 행동 통제)

 1) 아세틸콜린(Acetylcholine : Ach)  

 - 운동신경과 골격근 사이의 시냅스에서 분비, 뇌의 여러 영역에서 신경전달물질로 사용

 - 말초신경계에서 골격근과 내장근육 운동 조절: 숨 쉬고 말하고 걷는 모든 움직임

 - 뇌에서는 학습 및 기억과정, 수면 동안의 꿈꾸는 단계 통제

   알츠하이머성 치매 환자들의 뇌에는 아세틸콜린의 양이 현저히 낮아 기억 장애

   일반인도 아세틸콜린의 작용을 차단하는 약물을 투여하면 선택적 기억상실

 ★ 보튤린 독 (부패한 통조림)  호흡계에서 아세틸콜린 분비 차단  질식

    큐라레  아세틸콜린 수용기를 차단  근육 마비

 2) 모노아민

  도파민

   운동 조절에 중요한 역할  파킨슨병(운동장애)에 투여하면 증세 호전

   정신과정에 중요한 역할  도파민성 뉴런들이 활성화되면 환각, 망상, 사고장애 등이      특징인 정신분열증이 야기 된다는 가설  정신분열증치료약인 클로르프마진은

    도파민의 활동을 억제시켜 치료효과를 나타냄

   클로르프마진 장기 복용  파킨슨병과 유사한 운동 장애 발생  

   도파민성 약물 장기 복용  정신분열증과 유사한 증상 발생

  노르에피네프린

   각성, 수면, 기분상태등을 조절  노르에피네프린 부족시 우울 상태가 나타나며 심할      경우 정서장애로 우울증발생

  에피네프린(아드레날린) :

   교감신경을 자극하여 혈압을 상승시키고 심박동 수와 심박출량을 증가시킴

  세로토닌

   수면과 기분 조절에 관여 부족시 불면증  수면유도제로 사용(폭식증 치료에 사용)

   세로토닌이나 노르에피네프린의 작용 증가는 우울증 치료에 효과적

 3) 아미노산

  글루타민산 (흥분성 전달물질)

   발달과 학습에 중요한 역할

  감마아미노낙산 (억제성 전달물질)

   운동조절, 불안, 발작과 관련, 헌팅톤무도병과 관련

 ★  헌팅톤무도병 :만성 진행성 무도병, 치매로 되는 정신적 황폐 등을 특징으로 하는 특별한 유전병.

 4) 펩타이드

   내인성 아편제 물질(엔돌핀-뇌와 척수에서 자체적으로 생산되는 모르핀)

   기분을 상승시키고 통증을 없애고 강렬한 쾌감을 일으키는 모르핀과 같은 역할을 하여    마라톤 선수의 황홀감, 침술의 무통 효과, 심한 상처를 입은 사람이 경험하는 통각에 대    한 무관심하게 함.

   그 외의 다른 펩타이드는 방어행동 조절, 먹고 마시는 행동조절에 중요한 역할

2. 내분비계

 - 신경계 이외의 두 번째 정보전달 시스템으로 호르몬이라는 화학물질을 분비함.

 - 내분비계와 신경계는 상호보완적인 정보전달 시스템

내분비계	기능	내분비계	기능
뇌하수체	성장조절 갑상선, 자궁, 고환, 췌장, 부신피질 통제 수분과 염분 대사조절	췌장	인슐린과 글루카콘 수준통제 당대사조절
시상하부	뇌하수체 통제	갑상선	뇌하수체에서 나오는 TSH(갑상성호로몬)과 시상하부에서 분비되는 TRH(갑상선자극호로몬 분비호로몬)인 대사기능조절,
고환	신체발달, 생식기관, 성 행동에 영향을 미침	난소	신체발달, 생식기관, 성 행동에 영향을 미침
부신피질	탄수화물과 염분대사 조절	부신피질	신체행동 증진