많은 석학들이 이구동선으로 미래는 뇌를 연구하는 시대가 될 것이라고 한다. 뇌가 없으면 인간은 물론 문화와 사회도 없다.
사람의 뇌 무게는 대략 1,5kg으로 크기는 작지만 신체 기관 가운데 에너지 소모가 가장 많으며 구조적으로도 가장 복잡하다.
뇌에는 뉴런 1천억 개와 교세포 1조 개의 질서정연하게 들어 차 있으며 뉴런 하나는 수만 개 뉴런들과 시냅스 연결을 형성하고 있다.
따라서 뇌에는 천문학적 1천조 개에이르는 스냅스와 즉 뉴런 간의 연결고리들을 갖고 있다. 이렇듯 복잡하면서도 정교하게 연결되어 있는
1천 개의 뉴런들은 때때로 단순한 일을 때로는 대단한 일을 가능케한다.
뇌와 행동 사이의 연결이 가장 견고하게 이뤄질 수 잇는 시스템에 서로 다른 신경게가 서로 다른 행동에 어떻게 기여하는지,
내장 기능과 향상성, 단순한 동기행동, 섹스, 감정, 정서, 수면, 의식, 언어, 주의집중을 조정하는 시스템들이
정신질환으로 기능이 무너졌을 때 어떤 일이 일어나는지를 탐구한다.
4p=책 페이지 표시 입니다.
사람들은 기쁨, 즐거움, 웃음과 재미 그리고 슬픔, 비통함, 낙담, 비탄이
다름 어떤 곳이 아닌 뇌에서 온다는 것을 알아야 한다.
이러한 기관에 의하여 우리는 지긱과 지혜를 얻어며 어떤것이 부정하고 공정한 것인지, 또,
어떤 것은 나쁘고 좋은 것인지, 어떤 것이 달콤하고 불쾌한 것이지를 보고 들어면서 알게 된다.
그리고 우리는 동일한 기관으로 미치고, 날뛰고, 공포와 두려움을 느끼게 된다.
뇌가 건강하지 않을 때 우리는 뇌로부터 셍기는 이 모든 것들을 인내해야 한다.
이러한 까닭으로 나는 사람에게는 뇌가 가장 큰 힘을 발휘하는 기관이라고 생각한다.
(기원전 4세기) -히포크라테스 신성한 질병에 관하여-
우리가 어떻게 보고 듣는지, 왜 어떤 것은 좋고 어떤 것은 고통스러운지, 그리고
우리는 어떻게 움직이며 어떻게 이해하고 배우고 기억하고 잊어버리는지, 그리고
화내고 미치는 것과 같은 감정의 성질이 무엇인지 궁금해 하는 것은 인간의 본성이다.
신경과학 연구는 이러한 불가사이한 것들을 밝혀내는 것이며, 연구하는 주제이기도 하다.
19p, 현대 신경과학 연구의 비용은 비싸지만 뇌에 관한 무지의 대가는 그 보다 몹시 크다.
신경계에 영향을 미치는 질병의 내용을 보여주고 있다. 여러분의 가족이 이 질병 중 하나 또는
그 이상이 해당될 수도 있다. 몇 가지 뇌 질환과 이러한 질환의 사회적 여파를 검토해 보자,
알츠하이머병과 파킨슨병은 모두 뇌에서 특정 뉴런이 점진적으로 퇴화하는 특징이다.
파킨슨병은 수의 운동 기능이 퇴화하는 질병으로 현제까지 미국인 약 50만 명이 고통을 받고 있다.
알츠하이머병은 치매를 유발하고 이전에 얻은 지식을 기억하고 새로운 정보를 습득하는 능력을 상실하는 특징이 있다.
85세 이상 미국인 가운데 18%가 치매에 영향을 받고 있는 것으로 추정한다.
치매를 앓는 미국의 수는 4백만 명이 넘는다. 요점에는 치매를 노화로 인한 것이 아니라 뇌 질환의 신호로 인식한다.
알츠하이머병은 환자에게 가혹하리만큼 진행되어 환자의 온전한 정신을 무너뜨린 뒤 기본적인 몸의 기능을 조절할 수 없게 하고,
마침내 생명마저 잃게 한다. 이 질병은 항상 치명적이다. 미국에서 치매에 걸린 사람들을 치료하는 데
소요되는 평균 비용은 연간 1천억 달러를 넘어섰고, 급속하게 정가하는 추세를 보인다.
우울증과 정신분열은 감정과 사고의 병이다. 우울증은 낙담과 무상함, 죄의식을 압도적으로 느끼는 특징을 지닌다.
미국인 가운데 3천만 명 이상이 사는 동안 때떄로 중증의 우울증을 경험한다.
우울증은 미국에서 매년 3만 명 이상이 자살하는 원인이기도 하다.
정신분열증은 망상과 환각, 기괴한 행동을 나타내는 심한 성격장애이다.
이 질병은 종종 청소년기 혹은 초기 장년기와 같은 삶의 전성기에 나타나서 평생 지속된다.
미국인 2백만 명 이상이 정신분열로 고통 받고 있다. 미국립정신건강연구소는 우울증이나 정신분열 같은 정신질환을
치료하는 데 들이는 비용이 미국에서만 매년 1천 5백억 달러 이상이라고 추정하고 있다.
20p, 뇌졸중은 미국인의 사망원인 중 네 번째이다. 미국에서 뇌졸중 환자는 매년 50만명 정도가 되며
연구적인 장애에 시달리게 된다. 미국 전체적으로 뇌졸중에 들이는 비용은 매년 540억 달러에 이른다.
21p, 술과 약물 중독은 미국의 사실상 모든 가정에 영향을 미치고 있다고 해도 과언이 아닐 것이다.
치료 비용은 월급을 거들내며 매년 6천억 달러 정도에 이른다. 이러한 몇몇 사례는 수박 겉핥기 식으로 다룬 것이다.
심장질환이나 암 같은 다른 주요 질병보다. 신경정신질환으로 병원에 입원하는 미국인이 더 많다.
뇌 기능 장애 때문에 소요되는 경제적 비용도 엄청나지만 환자와 가족들이 겪는 엄청난 감정적 소모와
비교하면 경제적 비용은 오히려 미미한 편이다.
뇌 질환의 예방과 치료는 보통 뇌 기능에 대한 이해를 필요로 하며, 기본적인 이해는 신경과학의 목표이다.
신경과학 연구는 이미 파킨스병, 우울증, 정신분열 등에 매우 효과적인치료방법을 발결하는 데 기여해왔다.
알츠하이머병과 뇌졸중을 앓는 사람의 죽어가는 뉴런을 해복하는 새로운 방법을 실험 중이다.
약물과 술이 뇌에 어떻게 영향을 미치는지 그리고 어떻게 중독현상을 초래하는지를
이해하게 되면서 신경과학에서 많은 반전이 이루어졌다.
이 책은 뇌의 기능과 관련하여 알려진 많은 지식을 제시한다.
하지만 신경과학 연구에서 우리가 알고 있는 지식의 양은
앞으로 연구되어야 할 부분과 비교했을 때 극히 일부에 불과하다.
2장 24p 뉴런과 교세포
뇌는 기관이다. 분명히 자연이 창조한 사물 중에서 가장 철학적이고 복잡한 기관이다.
뇌의 기능을 파해치는 기본 접근방식은 이자나 폐를 연구하는 것과 다를 바 없다.
먼저, 각각의 뇌 세포가 어떻게 작용하는지, 이들이 모여서 어떻게 통합적인 기능을 수행하는지 알아 보자,
신경생물학에서 굳이 마음과 뇌를 분리할 필요는 없다.
각각의 뇌 세포 및 통합된 활동을 이해하게 된다면 인지능력을 이해하게 될 것이다.
신경계를 이루는 세포들의 구조, 기능, 소통수단 등을 살펴보자, 감각, 지가, 이동, 언어,
감정을 매개하는 세포 회로의 구성 양상을 탐구한다.
뉴런 학설
날카롭지 않은 연필심의 지름이 약 2nm이니까 뉴런은 이보다 40~200배 작은 셈이다.
그릇 안의 젤 같은 뇌 조직은 얇은 절편을 제작할 만큼 견고하지 않아서 뇌 세포 연구는 뇌 조직을 파괴하지 않으면서
조직을 견고하게 하는 방법과 매우 얇은 절편을 제작할 수 있는 장비 계발이 이루어진 이후에야 가능했다.
29p 전형적인 뉴런
뉴런[신경세포]은 몇 부분으로 구성된다. 세포체, 수상돌기, 축삭, 뉴런 안쪽은 뉴런세포막에 의해 외부와 구분되는데,
이는 서크스의 텐트처럼 복잡한 내부 물질을 감사며 세포의 특이한 삼차구조를 나타낸다.
세포체, 세포체는 뉴런의 중심부로서 원형에 가깝다. 전형적인 뉴런 몸체의 질경은 약 20um이다.
세포 안의 수용액은 뉴런 세포막으로 외부와 격리된 K+가 풍부한 용액이다.
세포체에는 막으로 둘러싸인 여러 소기관이 있다.
뉴런의 몸체는 다른 동물세포와 동일하게 소기관들을 포함하고 있다.
핵, 소면소포체, 골지체, 미토콘드리아 등이 중요한 소기관들이다.
세포막 안에 포함되며 핵을 제외한 소기관들을 포함하는 부분을 세포질이라고 한다.
핵, 핵의 어원은 라틴어 'nut'에서 유래했으며, 핵은 구형이고, 중심부에 위치하며, 질경이 5~10um 정도이다.
이중막인 핵막에 둘러싸여 있다. 핵막에는 직경이 약 0,1um인 핵공들이 존재한다.
핵안에는 염색체가 있는데 이는 유전물질인 DNA를 포함하고 있다.
한 사람의 뉴런들은 DNA는 동일할 뿐만 아니라 간과 신장 그리고 다른 기관들에서도 동일하다.
뉴런과 간 세포의 다른 점은 세포에서 발현되는 DNA의 특정 부위이다. 이러한 DNA 조각을 유전자라고 한다.
DNA '해독'은 유전자 발현이라고 한다. 유전자 발현의 최종 산물은 단백질 합성이며,
단백질은 다양한 모양과 크기를 가지면서 여러 기능들을 수행하는 데,
뉴런들의 독특한 특징들을 나타내게 한다.
단백질 합성은 단백질 분자를 조립하는 과정인데 세포질에서 일어난다.
세포질의 단백질 합성 장소까지 절단하는 매개체가 존재한다.
이 기능은 또 다른 긴 분자인 매신져 리보핵산이 맏는다.
mRNA는 4개의 핵산이 다양한 조합으로 사슬처럼이어진 구조이다.
,,,[또 다른 장에서 핵 옆에 있는 소기관들이 하는데 다른 장에서]
36p 조면소포체
단백질은 세포질에 존재하는 리보좀에서 합성한다.
리보좀은 아미노산을 재료로 이용하여 단백질을 합성하게 된다
뉴런에는 많은 수의 리보좀이 조면소포체 막으로 쌓인 구조에 붙어 있다.
조면소포체는 뉴런에서 단백질을 합성하는 주된 장소이지만
모든 리보좀이 조면소포체에 붙어 있지는 않다. 많은 수는 자유롭게 떨어져 있으며,
이를 자유리보좀이라고 한다.,,,리보좀이 작용하여 여러 분자의 단백질을 합성한다.
활면소포체와 골지체
활면소포체는 단백질 합성과정에 직접 관여하지 않고 대신에 칼슘 같은 세포 내 물질의 농도를 조정한다.
[이 소기관은 특히 근육세포에 풍부한데 근소포체]라고 한다.
핵에서 떨어져 있고 막으로 쌓인 디스크 뭉치 모양의 골지체
이곳에서 단백질의 변역후 변화가 심하게 일어난다. 골지체의 주요 기능 중 하나는 뉴런의 여러 부위 즉,
축삭이나 수상돌기 등으로 단백질을 분류하는 것으로 여겨진다.
38p 미토곤도리아
미토곤도리아는 뉴런에서 소세지 모양의 이 소기관에서 세포호흡이 일어난다.
피루브산[당, 당백질, 지방의 분해 산물에서 유래]과 산소가 세포질에서 미토곤도리아로 들어 간다.
크리스티 내에 존재하는 또 다른 반응경로를 거쳐서 ATP, 인산을 붙여서 에너지원인 ATP를 합성한다.
미토곤도리아는 흡수한 피브루산 한 분자에서 17분자의 ATP를 합성한다. ATP는 세포의 에너지 통화이다.
ATP에 저장된 화학에너지는 뉴런의 대부분의 생화학 반응에 에너지를 공급한다.
예를 들면, 뉴런세포막에 있는 특수한 단백질이
ATP를 ADP로 분해함으로써 특정 물질들을 막을 사이에 두고 퍼내어 뉴런 안밖의 농도 차이를 형성한다.
뉴런세포막은 뉴런 내부의 세포질을 감사는 장벽 역할을 하며 뉴런의 외부 용액에 존재하는 물질을 차단하기도 한다.
세포막의 두께는 약 5nm이고 단백질이 박혀 있다.
세포골격
앞에서 서크스의 텐트에 비유하였다. 이 골조가 세포골격이며, 세포골격의 뼈대는 미세소관, 미세섬유, 신경섬유 등이다.
텐트의 골격에 비해 세포골격은 정적이지는 않다. 세포골격의 구성요소들은 동적으로 조절되고 지속적으로 움직인다.
누런들은 우리의 머리에서 언제나 꿈틀거리고 있을 것이다.
39p 미세소관
세포소관을 신경소관에 결합시키거나 뉴런의 다른 곳에 고정시키는 역활을 한다. MAP인 타우[tau]의 변화는
알츠하이머병을 수반하는 치매와 연관이 있다.
미세섬유
지름이 약 5nm에 이르는 미세섬유는 세포막의 두께와 비슷하다. 뉴런 전체에서 발견되는 미세섬유는 특히 신경돌기에 풍부하다.
미세소관처럼 액틴 미세섬유는 지속적으로 조합과 분해과정을 가지며 이 과정은 뉴런의 신호에 의해 조절된다.
미세소관처럼 신경돌기의 중심에서 종으로 뻗어 있는 외에 미세섬유는 세포막과 밀접하게 연관되어 있다.
이들은 세포막의 안쪽에 거미줄처럼 뻗어있는 섬유산의 단백질에 의해 세포막에 고정된다.
신경미세섬유
신경섬유가 골격의 뼈와 인대를 가장 많이 닮았다. 이 구조가 신경섬유를 물리적으로 매우 강하게 만든다.
축삭
지금까지 소마, 소기관, 세포막, 세포골격 등에 대하여 살펴보았다. 이들은 뉴런에 국한되어 있지 않으며 우리 몸의 모든 세포에서 발견된다.
이제 뉴런에서만 존재하는 축삭을 다루게 되는데 이는 신경에서 멀리까지 정보를 전달하도록 매우 특수화된 구주이다.
40p 축삭말단
모두 축삭은 시작[축삭둔덕], 중간, 말단 구조로 구성된다. 끝 부위는 축삭말단 또는 종말 팽대부라고 하는데 디스크 모양이다.
다른 축삭과 접촉하여 정보를 전달하는 부위이다. 이러한 접속부위를 시냅스라고 하는데
'서로 단단히 메다'라는 그리스어에서 유레하였다.
축삭 말단 세포질에는 미토콘드리아가 많이 존재하는바, 에너지 수요가 높음을 알 수 있다.
시냅스
화학신호를 신경전달물질이라고 하는데 이는 말단의 시냅스 소포에 저장되어 있다가 방출된다. 추후 소개하겠지만,
다른 종류의 뉴런에서는 다른 신경전달물질이 사용된다. 학습과 기억과정에 관여하며 시냅스 전달의 비정상적인 기능으로 인해
신경장애를 초래하기도 한다. 시냅스는 많은 독과 대부분의 향 정신성 약물이 작용하는
(핵 및 소기관, 미세소관들을 장애가 발생 붕괴시킴) 장소이기도 하다.
축색형질수송
축색형질수송 이 얼마나 빨리 작동하는지에 대하여 많은 사람들이 발혀졌다. 물질이 소포 내에 같힌 후에 축삭의 미세소관을
따라 걸어가게 된다. '디리'는 키네신이라는 단백질에 의해 제공되고 ATP가 에너지를 제공한다.
수상돌기
