뉴로트랜스미터, 신경 플라스티시티, 감각 시스템 및 운동계
4.뉴로트랜스미터
뉴로트랜스미터(neurotransmitter)는 뉴런 간의 정보 전송을 조절하는 화학물질입니다. 뉴런에서 다른 뉴런, 근육 세포 또는 세포 간에 신호를 전달하는 역할을 수행합니다. 뉴로트랜스미터는 시냅스에서 작용하며, 신경세포에 화학적으로 결합하여 여러 가지 생리적 반응을 일으킵니다. 뉴로트랜스미터는 기본적으로 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다
①작은 분자 뉴로트랜스미터(Small-molecule neurotransmitters): 이들 뉴로트랜스미터는 작은 분자 구조를 가지며 일반적으로 아미노산이나 아미노산의 유도체로 구성되어 있습니다. 주요 예로는 글루타메이트(Glutamate), GABA(Gamma-aminobutyric acid), 도파민(Dopamine), 세로토닌(Serotonin) 및 아세틸콜린(Acetylcholine) 등이 있습니다.
②큰 분자 뉴로트랜스미터(Large-molecule neurotransmitters): 이들 뉴로트랜스미터는 높은 분자량을 가진 고리 단백질로 이루어져 있으며, 펩티드 뉴로트랜스미터라고 불리기도 합니다. 주요 예로는 엔케팔린(Enkephalins), 서브스탄스P(Substance P), 오류이타이드(Kisspeptin) 등이 있습니다.
4-2. 뉴로트랜스미터는 주로 다음과 같은 역할을 수행합니다.
➊여기전시키기(Excitation): 받는 뉴런의 활성화를 증가시켜, 액션 포텐셜의 발생 가능성을 높입니다. 글루타메이트는 흔한 여기전성 뉴로트랜스미터입니다.
➋억제(Inhibition): 받는 뉴런의 활성화를 감소시켜 액션 포텐셜의 발생 가능성을 낮추는 역할을 합니다. GABA는 대표적인 억제성 뉴로트랜스미터입니다.
뉴로트랜스미터 작용의 불균형 혹은 결함은 다양한 뇌 및 신경계 관련 질환과 연관되며 이에 따른 치료 및 관리 방법이 연구되고 있습니다. 예를 들어, 우울증, 조현병, 파킨슨 병, 알츠하이머 병 등의 질환은 뉴로트랜스미터 수준의 이상과 관련되어 있으며, 이를 조절하는 약물 치료가 가능합니다.
5.신경 플라스티시티
신경 플라스티시티(neural plasticity)는 뇌의 뉴런과 신경회로가 경험과 환경 변화에 따라 구조적, 기능적으로 조절되는 능력을 말합니다. 즉, 신경 플라스티시티는 뇌가 시간이 지나면서 학습, 적응 및 회복의 과정에 참여하여 변화할 수 있는 능력을 나타냅니다. 이러한 기능은 뇌 손상 후의 회복이나, 때로는 뇌의 정상적인 성장과 발달 과정에서도 중요한 역할을 합니다. 신경 플라스티시티에는 여러 가지 형태가 있습니다.
①조성 강화와 약화(Synaptic strengthening and weakening): 뉴런 간의 시냅스 전달 효율이 시간에 따라 증가하거나 감소할 수 있습니다. 이러한 변화는 학습과 기억 과정에 기여합니다.
②시냅스 분화 및 소멸(Synaptogenesis and synapse elimination): 새로운 시냅스가 형성되거나 기존의 시냅스가 제거될 수 있습니다. 이를 통해 뉴런 간 연결 및 신경회로의 구조가 변화하게 됩니다.
③신경세포의 재생(Neurogenesis): 성인 뇌에서도 신생신경세포가 생성되며, 특히 해마와 올빼미 기저핵(olfactory bulb)에서 발견됩니다. 이러한 신경세포의 생성은 학습, 기억 및 기능 회복에 영향을 줄 수 있습니다.
④회로의 리모델링(Circuit remodeling): 뉴런 또는 회로의 구조가 변화하여 정보의 처리 방식이 변경됩니다. 이는 경험 중심의 학습 및 신경계의 효율성과 정확성 개선에 도움이 됩니다.
신경 플라스티시티는 뇌 기능과 건강에 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 이를 향상시킬 수 있는 다양한 방법이 연구되고 있습니다. 예를 들어, 신체 운동, 인지 훈련, 정신 건강 관리, 올바른 식습관 및 충분한 수면 등이 신경 플라스티시티를 증진시키는 데 도움이 됩니다. 이에 따라 신경 플라스티시티는 뇌 손상 회복 및 여러 신경 질환의 치료 전략 개발에 중요한 역할을 합니다.
6.감각 시스템 및 운동계
감각 시스템(sensory system)과 운동계(motor system)는 신경계 내에서 상호 작용하는 중요한 구성 요소입니다. 두 시스템은 외부 환경에서 정보를 수집, 처리 및 통합하여 적절한 운동 반응을 생성하는 역할을 합니다.
①감각 시스템: 감각 시스템은 외부 세계와 우리 몸의 내부에서 다양한 자극을 감지하고, 이를 전기 신호로 변환하여 뇌로 전달하는 역할을 합니다. 뇌는 이를 통해 주변 상황을 인식하고 이해하게 됩니다. 일반적인 감각 시스템은 다음과 같습니다
②시각 시스템: 빛 자극을 감지하고 처리하여 우리가 주변 환경을 볼 수 있게 합니다.
③청각 시스템: 소리를 감지하고 처리하여 듣는 능력을 제공합니다.
④후각 시스템: 냄새를 감지하고 처리하여 빠르게 화학적 물질의 정보를 인식할 수 있습니다.
⑤미각 시스템: 입안의 미각 세포를 통해 음식이나 물질의 맛에 대한 정보를 전달합니다.
⑥소뇌 시스템(Somatosensory system): 통증, 온도, 압력, 진동 등의 물리적 자극을 인식하고 몸의 위치와 운동을 인식합니다.
6-2. 운동계(motor system): 운동계는 뇌에서 생성된 운동 명령을 근육으로 전달하여 원하는 운동을 수행하게 합니다. 운동계는 일반적으로 뇌, 척수 및 근육과 관련된 다양한 구조로 구성됩니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
➊기저핵(Basal ganglia): 뇌의 심부에 위치하며, 원활한 운동 조절 및 계획에 참여합니다.
➋운동 피질(Motor cortex): 대뇌 피질의 일부로, 근육의 움직임을 조절하는 뉴런을 포함합니다.
➌소뇌(Cerebellum): 정확한 움직임의 타이밍 및 조정을 담당합니다.
➍척수(Spinal cord): 운동 명령을 근육으로 전달하고, 반사 운동을 조절합니다.
➎근육(Muscles): 운동계에서 받은 신호에 응답하여 수축하고 이완하여 움직임을 생성합니다.
감각 시스템과 운동계는 매끄럽게 협력하여 우리가 생활할 수 있게 합니다. 예를 들어, 공을 잡으려 할 때, 시각 시스템은 공의 위치와 속도를 추적하고, 모터 시스템은 뇌의 명령을 전송하여 팔과 손의 움직임을 조절하여 공을 성공적으로 잡을 수 있도록 합니다. 이렇게 두 시스템은 지속적으로 정보를 교환하며 우리가 무리없이 환경에 적응할 수 있도록 돕습니다.