신경계

신경계

  신경세포들은 뇌에서 회로를 형성해 작동하기 때문에 신경세포의 활동만으로는 신경의 활동이 어떻게 사람들의 행동을 조절하는지 설명하기 어렵다. 그럼 신경세포들의 네트워크인 신경계에 대해 알아보자.

  신경계는 크게 중추신경계와 말초신경계로 나뉜다. 중추신경계는 뇌와 척수로 구성되어 있는데 외부에서 주어진 감각정보를 처리하고 운동명령을 내려 보낸다. 말초신경계는 신체 기관과 근육을 중추신경계와 연결한다. 

 

1. 말초신경계

  말초신경계에는 신체의 감각 및 운동을 담당하는 체성신경계와 내장기관을 담당하는 자율신경계가 있다. 

 

  (1) 체성신경계

    체성신경계는 수의적으로 통제할 수 있는 신경계로서 감각신경계와 운동신경계로 나뉜다. 감각신경계는 눈, 귀, 피부, 근육, 관절 등에 있는 감각 신경세포에서 나온 감각정보를 척수와 두뇌로 전달한다. 이때 자극의 종류에 따라 각기 다른 신경세포가 관여하고 뇌에 투사되는 영역도 다르다. 감각신경을 구심성 신경이라고도 부른다. 운동신경계는 중추신경계로부터 근육의 운동에 필요한 신호를 전달하는 데 관여한다. 운동신경을 원심성 신경이라고도 한다. 

    눈으로 컵을 보고 손을 뻗어 컵을 집는 행동을 하려면 눈의 수용기에서 발생한 신경흥분을 여러 번의 시냅스를 거쳐 뇌로 전달하여 컵이라는 형태재인을 한 다음, 손으로 컵을 집는 데 관여하는 근육을 작동시키는 명령이 뇌에서부터 손의 근육에 전달되어야 하고 제대로 컵을 집었는지 확인하려면 손의 근육에서부터 감각정보가 다시 뇌로 전달되는 과정을 거쳐야 한다. 이 예에서 볼 수 있듯이 체성신경계는 외부의 환경과 중추신경계의 활동을 연결하는 길이라고 볼 수 있다. 

 

  (2) 자율신경계

    자율신경계는 혈관, 위장관의 평활근, 심장의 심근, 분비선 등을 통제하는 불수의적인 신경계로서 신체의 내적 환경을 적절히 유지하는 것이 주된 기능이다. 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경계로 나누어진다. 

    교감신경계는 유기체가 위험한 상황에 놓여 있을 때 활성화되는 체계로서 에너지를 사용하는 작용을 한다. 밤에 혼자 어두운 오솔길을 걸어가는데 뒤에서 부스럭 소리가 들리면 심장박동이 빨라지고 기관지가 확장되고 동공이 확장되고 소화기들의 활동이 줄어드는 것 등이 교감신경계의 역할이다. 

    부교감신경계는 에너지를 생산하거나 유지하는 방향으로 작용하여 신체가 안정상태로 되돌아오는 것을 돕는다. 그래서 심장박동이 느려지고 기관지가 수축되고 소화기 활동이 증가한다. 각 부위의 활동 양상에서 알 수 있듯이 교감신경계와 부교감 신경계는 보통 길항적으로 작용한다. 

 

2. 중추신경계: 뇌와 척수

  중추신경계에는 뇌와 척수가 있다. 중추신경계 중에서도 뇌에서 정보처리의 대부분이 일어난다. 

 

  (1) 척수

    척수의 기능은 말초신경계와 뇌 사이에서 통로 역할을 하는 것이다. 감각신경계를 통해 척수로 들어온 감각정보를 뇌로 전달하고 뇌에서 만들어진 운동명령을 운동신경계로 전달한다. 대부분의 경우는 감각정보가 뇌로 전달되어 정보의 종합이 일어나고 필요한 운동 명령이 뇌에서 척수를 통해 운동신경계로 전달된다. 그러나 일부 행동은 감각정보가 뇌로 전달되지 않고 척수에 있는 게재신경세포를 통해 곧바로 운동신경계로 운동명령을 내리는 척수반사를 매개한다. 뜨거운 주전자를 만지면 통증을 수용한 감각신경세포가 정보를 척수로 보내는데 이 정보가 뇌로 가지 않고 척수 내의 게재신경세포를 통해 팔 근육과 연결되어 있는 운동신경세포로 하여금 손을 주전자에서 떼게 한다. 

    척수 부위별로 통제하는 신체 부위가 다르다. 척수의 특정 부위가 사고 등으로 인해 손상을 입는 경우가 있는데 이 경우, 손상된 부위에서 통제하는 신체 부위의 아래 부위의 촉각과 통각 그리고 근육의 운동 통제 능력을 상실하게 된다. 영화 슈퍼맨에서 슈퍼맨 역을 했던 크리스토퍼 리브는 말에서 떨어져 척수를 다쳤는데 목 아래 부분을 사용하지 못하는 장애를 보였다. 

 

  (2) 뇌

    사람의 뇌는 척수에서 연결되는 지점부터 위로 올라가면서 후뇌, 중뇌, 전뇌로 나뉜다. 일반적으로 후뇌 쪽이 생명 기능 같은 기본적인 기능과 관련이 높고 전뇌가 고등 정신작용과 관련이 높다. 

 

   ① 후뇌

    척수와 연결되는 뇌 부위가 후뇌인데 뇌간(brainstem)이라고도 불린다. 뇌 줄기라는 뜻으로 뇌의 나머지 영역들의 줄기 역할을 한다는 의미이다. 후뇌는 호흡, 각성, 운동 통제와 같은 가장 기본적인 기능을 통제한다. 후뇌에서 연수, 뇌교, 소뇌 등이 포함된다. 연수(medulla)는 심장박동, 순환과 호흡을 조절한다. 따라서 이 부위가 손상되면 치명적이다. 뇌교(pons)는 연수의 바로 앞부분으로 정보를 소뇌로 부터 뇌의 다른 부위로 전달하는 역할을 한다. 또 신경 축색들을 자극이 있는 반대편 반구로 보내는 다리 역할을 한다. 뇌교에서 좌우 교차가 일어나기 떄문에 왼쪽 팔, 다리, 몸통에서 오는 정보는 우반구로 가고 신체의 오른쪽에서 오는 정보는 좌반구로 간다. 이런 특징을 대측성이라고 한다. 

    연수 뒤편에 소뇌가 있는데 소뇌는 복잡한 운동의 조절에 관여한다. 즉 근육들의 협응에 관여하며 평형을 유지하게 한다. 소뇌에 손상을 입었을 때 협응 운동이나 균형에는 장애가 오지만 마비가 나타나지는 않는 것을 보면 운동 전체에 관여하는 것이 아니라 정교한 조율에 관여한다는 것을 알 수 있다. 

 

   ② 중뇌

    중뇌는 후뇌 바로 위에 있지만 사람의 경우 그 크기가 작다. 중뇌의 등쪽 부위에는 반사적인 눈동자 움직임에 관여하는 상구와 청각 정보를 중계하는 하구가 있다. 중뇌의 앞쪽에는 운동과 관련된 흑질이라는 부위가 있는데 흑질은 도파민을 생성하는 영역으로서 이 부위에 손상을 입으면 파킨슨씨병과 같은 운동장애를 일으킨다. 연수에서 중뇌에 걸쳐 분포되어 있는 망상활성체계(reticular activating system)는 각성에 관여한다. 우리가 자고 있는 동안 주변에서 일어나는 일을 지각하지 못하는 것은 망상활성체계에서 감각 정보가 뇌로 전달되는 것을 차단하기 때문이라는 설명도 있다. 

 

   ③ 전뇌

    전뇌는대뇌피질(cerebral cortex)과 피질하 구조로 구분할 수 있다. 피질하 구조는 대뇌 피질 아래에 있는 구조들로 시상, 시상하부, 뇌하수체, 변연계, 기저핵등이 있다. 

    시상(thalamus)은 감각정보의 중계자 역할을 한다. 눈, 귀, 피부 등에서 오는 감각신경세포가 감각 종류별로 시상의 다른 부위에서 시냅스를 한 다음, 대뇌피질의 해당 감각영역으로 연결된다. 시상하부(hypothalamus)는 시상의 아래 쪽에 위치하며 부위별로 체온, 배고픔, 갈증, 성행동을 조절한다. 시상하부의 특정 영역에 손상을 입으면 과식행동을 하고 다른 영역에 손상을 입으면 섭식행동을 하지않는다. 또 시상하부의 다른 부위를 전기적으로 자극하면 고양이가 공격행동을 보이고 다른 부위에서는 쾌락을 느끼는 것처럼 보인다. 

    시상하부의 아래에 위치한 뇌하수체(pituitary gland)는 호르몬을 생산하는 내부비선으로 다른 호르몬의 기능을 관리하는 호르몬을 분비한다. 감각 신경세포를 통해 위협에 관한 신호가 시상하부에 도달하면 시상하부가 뇌하수체에서 부신피질 자극호르몬(ACTH)을 분비하도록 자극한다. 그러면 ACTH는 부신을 자극하여 교감신경계를 활성화시키는 호르몬을 분비하게 한다. 

    변연계(limbic system)는 시상하부, 편도체, 해마 등이 포함된 구조로 정서와 학습에 관여한다. 해마(hippocmapus)는 새로운 장기기억, 특히 일화기억의 형성에 중요한 역할을 한다. 환자 H.M. 의 사례가 이것을 잘 보여 준다. H.M. 은 간질이 너무 심해 뇌 수술을 받았는데 양쪽 해마가 제거되었다. H.M. 은 수술 이전에 일어난 일을 기억하지만 수술 후에 일어난 일이나 수술 후에 유명해진 사람의 사진을 보고는 누구인지 알아보지 못했다. 편도체(amygdala)는 해마의 끝 부분에 있는데 정서적 기억 형성에 중요한 역할을 한다. 

    기저핵(basal ganglia)은 수의적인 운동을 통제한다. 중뇌의 흑질에 있는 도파민 생산 관련 신경세포가 손상되면 도파민이 부족하게 되는데 그렇게 되면 자세등을 통제하는 기저핵의 기능이 떨어지게 되어 파킨슨씨병 증상들을 초래하게 된다. 

 

  (3) 대뇌피질

    대뇌피질은 대뇌를 둘러싸고 있는 2~3mm 두께의 세포층으로 신피질이라고도 부른다. 뇌 부위 중에서 발생적으로 가장 나중에 나타나지만 복잡한 지각, 정서, 운동, 사고 등에 관여한다. 

    뇌 부위별로 담당하는 기능이 다른지 알아보려면 대뇌피질을 나누어야 한다. 대뇌피질을 나누는 한 가지 방법은 영역별로 나누는 것이다. 대뇌는 우선 좌 우반구로 나눌 수 있고 각 반구는 다시 몇 개의 영역으로 나눌 수 있다. 사람의 대뇌피질은 주름이 많이 져 있다. 깊숙이 들어간 부분을 열 또는 고랑이라고 하는데 중심열과 실비우스열을 기준으로 각 반구를 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽의 4개 구역으로 나눈다. 

    대뇌피질 부위의 기능을 나눌 때 사용하는 또 하나의 기준은 말초신경계와 직접 연결되는 부위인지 아닌지에 따른 구분이다. 말초신경계와 직접 연결되는 부위를 투사영역이라고 하고 그렇지 않은 부위를 연합영역이라고 구분한다. 사람 뇌의 경우, 대뇌피질의 25% 정도가 투사영역이다. 대뇌피질의 4개 영역별로 투사영역에 대해 알아보고 연합영역 중 대표적인 몇 가지 영역에 대해 알아보자. 

 

   ① 투사영역

    후두엽은 대뇌피질의 뒷부분으로 시각 정보를 처리한다. 눈에 있는 감각수용기에서 나온 시신경이 몇 번의 시냅스를 거쳐 시상을 거쳐 후두엽의 1차 시각피질로 정보를 전달한다. 1차 시각피질의 신경세포들은 특정 위치에 주어지는 자극에 대해서만 반응한다. 그래서 1차 시각피질의 일부분이 손상되면 시야에서 손상 부위가 반응하는 영역에 있는 자극에 대해서는 지각하지 못한다. 그러니까 그 부위에 주어지는 빛 자극에 대해 망막의 수용기세포는 반응하는데 1차 시각피질에서는 그 자극에 대해 반응하지 못한다. 또 1차 시각피질에 있는 신경세포들은 대측성을 보인다. 좌반구에 있는 1차 시각피질 세포는 우측 시야에 있는 자극에 대해 반응하고 우반구에 있는 1차 시각피질 세포는 좌측 시야에 있는 자극에 대해 반응한다. 

    두정엽은 후두엽의 앞에 위치하는데 촉각 정보를 처리한다. 1차 체감각피질이라고 불리는 영역에서는 각 부위별로 자극을 지각한느 신체 부위가 다르다. 1차 체감각피질의 신경세포들이 반응하는 신체 위치는 일반적으로 신체 부위들 간의 상대적 관계에 대응되게 배열되어 있다. 그러나 피질에서 그 신체 부위가 차지하는 영역은 그 신체 영역의 민감한 정도와 밀접한 관련을 갖는다. 입술이나 혀의 감각을 처리하는 피질 부위가 등의 감각을 처리하는 피질 부위보다 훨씬 넓다. 1차 체감각피질에서도 대측성을 보인다. 

    전두엽은 대뇌피질의 맨 앞부분으로 운동과 관련 되어 있다. 전두엽의 맨 뒷부분에 위치하며 중심열을 사이에 두고 1차 체감각피질 바로 앞에 위치하는 1차 운동피질은 각 신체 부위의 운동을 담당한다. 1차 체감각피질과 마찬가지로 각 신체 부위를 담당하는 피질 부위의 상대적 위치는 비교적 신체 부위들 간의 상대적 관계에 대응되게 배열되어 있으며 피질 부위의 영역의 크기는 운동의 정밀도와 관련이 있다. 운동영역에서도 대측성을 보인다. 1차 운동피질은 섬세한 운동을 통제한다. 

    측두엽은 반구의 아래쪽에 위치하며 청각과 언어 처리와 관련이 있다. 1차 청각피질의 신경세포들은 소리의 주파수별로 반응을 보여 준다. 청각에서도 자극이 오는 신체 부위와 그 정보가 전달되는 반구간에 좌우 교차가 일어난다. 그런데 언어 처리가 주로 좌반구에서 일어나다 보니 사람들은 오른쪽 귀에 들리는 말 소리를 왼쪽 귀에서 들리는 말소리보다 잘 듣는다. 

 

   ② 연합영역

    사람 뇌의 경우, 대뇌 피질의 75% 정도가 연합영역이다. 연합영역에 있는 신경세포들은 투사영역에서 전달받은 감각 정보를 종합하여 정보에 의미를 부여하는 처리를 한다. 또 연합영역에 있는 신경세포들은 융통적인 반응특성을 보인다. 1차 시각피질의 어떤 신경세포는 특정한 자리에 제시된 자극에만 반응한다. 그러나 연합영역에 있는 신경세포들은 자극의 위치에 구애를 덜 받는다. 대신 정보들을 종합하여 물체를 알아본다든가 용도를 파악하는 처리를 하게 된다. 시각 연합영역에 손사잉 있게 되면 실인증을 보여 준다. 

    청각의 경우도 1차 청각피질에 있는 신경세포들은 특정 주파수의 소리자극에만 반응한다. 말로 의사소통하는 과정은 말소리 지각에서 출발해 발화의 의미를 파악하고 적합한 대답을 산출하는 일련의 과정을 포함하는데 소리 지각에서 소리산출까지 포함되다 보니 측두엽과 전두엽의 연합영역 등이 관여한다. 이 영역 중 어느 영역이 손상르 받는가에 따라 각기 다른 유형의 실어증을 보여 준다. 

    추상적 사고, 계획, 억제 등의 고등 정신작용은 전두엽에서도 운동영역의 앞에 있는 전전두엽 부분이 관련된 것으로 알려져 있다. 나이를 먹으면 뇌의 기능이 전반적으로 저하되지만 특히 전전두엽 기능이 두드러지게 저하된다고 주장하기도 한다.