행동의 생물학적 기초 1

1. 신경의 기본단위 - 뉴런
두 개의 막대를 세우기란 몹시 어렵지만 우리는 의자에서 일어서서 한 발로 서기도 하며 두 발로 걷고 심지어 뛰기도 한다. 막대와 두 발의 차이는 무엇인가? 신경이 있고 없음이다. 넘어지려고 하면 우리의 신경은 곧바로 무게중심으로 옮겨서 넘어가는 것을 막아준다. 걸어갈 때 넘어지지 않도록 무게중심을 옮겨 주는 것은 신경이 하는 극히 사소한 역할 중의 하나이다. 자극을 지각하고, 반응하고, 생각하고, 사랑하는 우리가 하는 모든 활동, 그것이 간단한 것이든 복잡한 것이든 실은 뉴런의 활동 결과이다. 뉴런이 어떻게 활동하여 그와 같은 복잡한 인간의 행동과 사고와 감정을 만들어 내는지 아직 밝혀야 하는 부분이 많다. 이제 겨우 이 미답의 세계에 발걸음을 내딛고 있을 뿐이다.

뉴런의 구조
뉴런은 단순한 구조를 가지고 있다. 뉴런은 핵과 수상돌기, 축삭돌기, 축삭 종말로 이루어져 있다. 그리고 축삭 종말과 다른 수상돌기나 근육 등과 같은 기관이 만나는 미세한 틈이 있는데 이곳을 연접부라고 한다. 여러 개의 문어발과 같은 다발이 있다. 이 다발을 수상돌기라고 한다. 여기에서 다양한 곳에서 전달되는 정보를 받아들인다.

돌기보다 대개 긴 축삭을 따라 전달된다. 축삭돌기의 끝에는 축삭 종말이 있다. 이 축삭 종말은 다른 기관이나 다른 뉴런에 연결되어 있는데 이곳이 연접부이다. 어떤 뉴런의 축삭돌기에는 기름띠와 같은 것을 발견할 수 있는데, 이것을 수초라고 한다. 수초가 형성되면 정보전달의 효율성이 증가한다.


뉴런의 활동
정보가 뉴런에서 전달되는 방식은 전기적, 화학적 방식에 의존한다. 신경은 신경망에 둘러싸여 있다. 신경 막은 반투과성막으로 작은 이온이나 분자는 투과가 가능하다. 신경망의 사이에 여러 종류의 이온과 분자가 존재한다. 이온의 차이로 인하여 미세한 전압의 차이가 존재한다. 신경 막 밖에는 나트륨이온, 신경 막 안에는 칼륨이 옴이 주로 존재하고 있으며 이런 이온의 차이가 전압의 차이를 가져온다. 활동하고 있지 않을 때 신경 막 안쪽의 전압은 -70MV를 유지하고 있다.
전압을 띤 큰 단백질 분자가 많기 때문이다. 신경 막 안의 전압이 70MV를 유지하고 있을 때 이를 휴식 전위라고 한다. 반면 자극이 전달되면 순간적으로 반투과성 신 경막의 구멍이 커지며 밖에 있는 이온이 안으로 들어오고 안에 있는 이온이 밖으로 나가면서 막 전위가 바뀌게 된다. 이때 신경 막 안의 전위는 약 +30mv 정도 된다. 이것을 활동전위라고 한다. 이런 막 전위의 변화에 따라 정보가 전달된다.
막 전위의 변화를 통하여 축삭 종말에 도착한 전기신호는 축삭 종말에 들어있는 화학물질을 방출하여 세포 간의 미세한 간격을 건너간다. 이 작용을 뉴런의 화학적 작용이라고 한다. 화학적 작용은 축삭 종말에서 신경전달물질이라고 알려진 물질이 분비되면 뉴런과 뉴런 혹은 근육과 연결된 부위에 전달된다. 다양한 신경전달물질이 분비되지만 특정한 화학물질을 수용하는 수용기가 있어서 특정한 화학물질만 수용한다. 특정한 수용기가 있어서 특정한 신경전달물질만을 받아들인다는 신경전달의 자물쇠 - 열쇠 모형을 보여주고 있다.
신경전달물질은 연접 후에 근육이나 다른 세포의 수상돌기에 두 가지 양상으로 영향을 미친다. 하나는 흥분적으로 정보를 전달하고 다른 하나는 억제적으로 전달한다. 전자를 흥분적 연접이라고 하고 후자를 억제적 연접이라고 한다. 흥분적 연접은 정보가 전달된 후에 흥분의 양을 증가시켜서 정보를 전달하는 반면 억제적 연접은 연접 후에 뉴런의 흥분 수준을 억제한다. 교미 행동을 하는 사마귀의 예를 통하여 연접 후의 억제와 흥분이 어떻게 작용하는지 엿볼 수 있다. 사마귀는 곤충 세계에서 무시무시한 포획자로 배가 고플 경우에는 수컷조차 잡아먹는다. 암컷이 수컷보다 큰 사마귀는 어떻게 종족을 보존할
는 기제를 진화시켜 왔는가? 사마귀는 음식을 먹을 때 식 도하 신경절에 의하여 복부 신경절을 억제함으로써 성행동이 억제된다. 수컷이 암컷의 등 뒤에 안착하여 등에서 떨어지지 않고 성행동을 하면 무사하지만 미끄러지면 암컷의 사냥감이 되기 쉽다. 미끄러운 암컷의 등은 결코 안전한 장소가 아니다. 사마귀는 등에서 떨어져서 암컷의 사냥감이 되는 운명에서 어떻게 종족 보존을 위한 기제가 마련되었는가? 암컷이 수컷의 머리부위부터 먹기 시작한다. 공교롭게도 식도 하 신경절은 성행동을 관장하는 복부 신경절과 연결되어 있어서 복부 신경절을 통제한다. 평소에는 식 도하 신경절이 복부 신경절을 억제하고 있다. 그런데 수컷의 식 도하 신경절이 절단되면 그 순간 억제된 복부 신경절이 억제가 풀리면서 상대적으로 흥분하게 된다. 그 결과 머리가 없는 수컷의 성행위는 가속화된다




신경전달물질
전기신호를 받은 축삭 종말은 함유한 화학물질을 분비하여 뉴런과 뉴런의 미세한 간극, 즉 연접부를 건너간다. 이때 분비되는 물질을 신경전달물질이라고 한다. 신경전달물질이라고 알려진 화학 물질은 수십 명 여종이나 된다. 하지만 그 물질이 워낙 소량이기 때문에 그 기능과 역할에 대해서 잘 알려지지 않았다. 신경전달물질이 소량임에도 불구하고 그것이 정신활동에 미치는 영향은 심대하다. 특히 우리가 알고 있는 마약은 바로 이 신경전달물질에 영향을 미치는 것으로 알려진 화학물질이다. 가장 많이 알려진 대표적인 신경전달물질은 아세틸콜린, 모노아민, 아미노산 등이 있다.
아세틸콜린은 최초로 발견된 신경전달물질이다. 중추신경계와 말초신경계 두 곳에 모두 발견되며 근육 활동과 밀접한 관련이 있다. 밀폐가 잘못된 통조림에서 생기는 보툴리누스 독이나 남아메리카 인디언이 화살촉에 묻혀 사용한 독성물질인 쿠라레 및 코브라의 독과 같은 물질은 아세틸콜린의 작용을 방해하기 때문에 치명적인 해를 끼치는 물질들이다. 보툴리누스 독은 아세틸콜린의 방출을 막아서 신경전달을 방해하고, 쿠라레나 코브라의 독은 다음 뉴런에서 방출된 아세틸콜린의 수용을 막음으로써 신경전달을 방해한다.