12. 정보를 받아들이는 수용체
인간의 모든 정신작용과 갖가지 활동은 신경전달물질이라는 화학물질에 의해이루어진다. 말초조직에 작용하는 많은 호르몬도 뇌신경세포에 존재하며 이 호르몬도 뇌에서는 신경전달물질로 작용한다. 신경전달물질에 의해 정보전달이 이루어지는 신경세포와 신경세포의 접합부위를 시냅스라고 하는데, 이 시냅스는 전깃줄처럼 이어져 있는 것이 아니라 일정한 간격을 가지고 있다. 이 시냅스 간격을 뛰어넘는 정보를 전달해주는 메신저 물질인 바로 신경전달물질인 것이다.

신경전달물질(호르몬 포함)은 신경섬유 말단부의 조그마한 주머니인 소포체에 저장되어 있다가 신경정보가 전기적 신호로 신경섬유막을 통해 말단부로 전파돼 오면 이주머니가 신경세포막과 접합한 후 터져서 신경전달물질이 시냅스 간격에 유리된다. 유리된 전달물질은 2만 분의 1mm 정되의 짧은 간격을 흘러서 다음 신경세포막에 도달되며 세포막에 있는 특수한 구조와 결합함으로써 흥분이 전달된다.

이 특수한 구조는 정보를 받아들이는 물질이라는 의미에서 수용체라고 하며 단백질로 구성되어 있다. 말하자면 신경전달물질은 일종의 열쇠며 이를 받아들이는 수용체는 열쇠구멍에 해당되기 때문에 전달물질이라고 하는 열쇠가 수용체라고 하는 열쇠구멍에 맞게 결합함으로써 다음 신경세포막에 잇는 대문이 열려 정보가 전달될 수 있는 것이다. 신경전달물질은 각자 특유의 수용체 분자하고만 결합하여 특정정보를 전달한다. 신경정보를 가지고 있는 신경전달물질이라고 하는 화학분자와 그 정보를 받아들이는 수용체(Receptor for Neurotransmitter)라고 하는 특수 단백질 분자의 상호결합으로 고도의 정신기능에서부터 행동,감정에 이르기까지 모든 것이 결정되는 것이다.

유리된 신경전달물질이 신경세포막에 있는 수용체 단백질과 결합하면 수용체 분자옆에 있는 이온통로(이온채널)가 활성화되어 나트륨이온, 칼슘이온과 같은 양이온, 염소이온(Cl-)과 같은 음이온의 세포 내로의 이동이 증가된다. 평상시 세포 내는 -60 - -90mV의 음전하를 띠고 있지만 양이온 이동의 증가로 양전하를 띠게 되면 신겨세포는 흥분발사를 하게 된다. 이때 염소이온과 같은 음이온이 세포내로 들어오게 되면 세포내의 음전하는 더욱 커지게 되어 신경세포의 흥분은 억제되는 것이다. 신경세포를 흥분시키는 전달물질로는 글루탐산[glutamate]이,억제시키는 전달물질로는 GABA (감마 아미노 뷰티르산,r-aminobutyric acid)가 대표적이다.

신경전달물질이 적절히 유리된다고 하더라도 이와 결합하는 수용체가 적절한 기능을 하지 못하면 신경정보는 효율적으로 전달되지 못한다. 이런 의미에서 전달물질과 수용체는 뇌에서 활동하는 남녀(男女) 주역인 것이다. 어떤 이유로 전달물질의 유리가 적어지면 수용체 수는 중가하며 반대로 유리가 너무 많아지면 수용체 수는 줄어들어 우리 뇌의 기능이 일정하게 항상성을 유지하게 되는 것이다. 이러한 항상성이 깨질 때 여러 가지 신경정신질환이 발생한다.대표적인 예를 둘면 도파민 신경전달물질이 유리되어 나오는 신경세포가 망가지면, 수용체는 정상이나 수용체와 결합하는 도파민 전달물질이 없기 때문에 도파민이 매개하는 운동기능이 상실됨으로써 파킨슨병이 생기고 반대로 도파민 수용체가 과도한 활동을 하면 정신분열병이 생기는 것으로 생각하고 있다. 따라서 파킨슨병을 치료하는 방법은 도파민 신경전달물질의 합성을 중가시키는 약제를 사용하는 것이며, 정신분열병을 치료하는 방법은 도파민 수용체의 기능을 차단하는 약물을 사용하는 것이다.

앞으로 뇌의 두 주역인 신경전달물질과 수용체의 특성에 관한 연구가 과학의 첨단연구가 될 것이며, 이 두 주역의 정체 해명으로 인간정신의 해명,나아가 생명의 수수께기를 풀 수 있는 거보를 내딛게 될 것이다.















Brain Facts

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13. A, B, C 신경계


뇌의 가장 밑바닥에 위치하고 있는 뇌간(腦幹)은 생명중추가 있는 부위다. 이 부위에는 생명을 유지하는 데 필수적인 호흡중추, 혈압중추, 체온중추, 섭식중추 등이 자리잡고 있으며 교통사고, 스키사고와 같은 각종 사고로 이 부위가 다치게 되면 생명을 잃을 수도 있다. 이 뇌부위는 생명을 유지하는 데 가장 기본적인 중추이기 때문에 다른 동물에서도 똑같이 발견되며 절연피복을 가지고 있지 않는 원시적인 무수신경을로 구성되어 있다. 이 무수신경세포가 수천-수만 개씩 모여서 신경세포들의 집단이 신경핵군을 이루고 있다.

이 뇌간부위에는 크게 볼때 아래위로 나열되어 있는 세 가지의 신경핵군이 발견되고 있는데 가장 바깥쪽에 한 줄로 나열되어 있는 신경핵을 A신경계, 가장 안쪽에 나열되어 있는 것을 B신경계, 그 사이에 나열되어 있는 가장 작은 신경핵을 C신경계로 명명하였다. 그리고 밑에 있는 신경핵에서부터 차례로 1,2,3,4...로 번호를 붙였으며 이 A,B,C신경계는 뇌 전체에 그물처럼 신경섬유 가지들을 분포시키고 있다. A1-A7의 신경핵은 노르에피네프린 신경핵에 속하고 A8-A20은 도파민 신경핵, B는 세로토닌 신경핵, C는 에피네프린 신경핵에 속한다.

이 중에서 색깔을 띤 것이 있다. A6신경핵은 푸른 색을 띠고 있어서 청반핵(靑班核), 가장 큰 도파민 신경핵인 A10신경핵은 검은 색을 띠고 있어서 흑질(黑質)이라 한다. A6신경핵은 노르에피네프린 신경핵 중 가장 큰 핵이며 뇌에 널리 분포되어 있는 최대의 신경으로서 강력한 각성신경이다. A10신경핵은 가장 큰 도파민 신경핵이며 대뇌피질, 변연계, 시상하부, 선조체(線條體) 부위에 신경가지를 내고 있으며 정신기능과 밀접한 관련을 맺고 잇다. 세로토닌 신경핵인 B신경핵은 감정, 환각 작용과 관련이 있으며 C1,2에피네프린 신경계는 혈압조절과 깊은 관련을 가지고 있다.

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14. 도파민은 인간 정신 그 자체


다른 동물에 비해 특별히 인간의 뇌에서 많이 유리되고 활동을 왕성히 하여 고도의 정신기능과 창조성을 발휘하도록 하는 신경전달물질 중에서 가장 대표적인 것이 도파민이다.

인간의 몸 속에는 20종류의 필수 아미노산이 있다. 그 중에서 페닐알라닌이라는 벤젠고리가 있는 아미노산이 있는데 여기에 수산기(-OH)가 붙으면 티로신 아미노산이 된다. 바로 이 티로신 아미노산에서 복잡한 인간정신 및 감정의 조절물질인 도파민, 노르에피네프린(노르아드레날린), 에피네프린(아드레날린)과 같은 세 가지 카테콜아민 신경전달물질이 만들어진다. 벤젠고리에 2개의 수산기가 있는 물질을 카테콜이라 하는데, 이들은 공통으로 이런 카테콜 구조를 가지고 있기 때문에 카테콜라민이라 한다.

도파민은 고도의 정신기능, 창조기능을 주로 담당하며, 노르에피네프린은 각성, 수면, 감정조절과 교감신경계 조절을, 에피네프린은 혈압 및 혈관조절, 스트레스 반응을 맡고 있다. 앞에서 말한 A,B,C 신경계에서 A와 C는 카테콜아민 신경계, B는 세로토닌 신경계에 해당된다. 아래에서부터 위로 순차적으로 1,2,3.... 번호를 붙이고 있으며 A신경핵의 1번(A1)에서 7번 신경핵(A7)까지는 카테콜아민중 노르에피네프린 신경계, 8번(A8)에서 20번(A20)까지는 도파민 신경계, C는 에피네프린 신경계에 속하고 있다. 이와 같이 우리 뇌에서 A,B,C 신경계가 뇌의 기능을 나타내는 데 가장 중요한 신경계다.

도파민은 검은 색을 띠고 있기 때문에 흑질이라고 하는 A10 신경세포들은 중뇌에 있으며 여기서 수많은 신경가지들이 나와 여러 뇌부위로 퍼져 잇어 도파민은 각종 정보를 전달한다. 이것은 크게 네 가지 뇌부위로 퍼진다. 첫째는 원시적인 욕망의 뇌며 호르몬 조절 뇌인 시상하부로 간다. 따라서 이 도파민계가 이상이 생기면, 호르몬 분비의 이상이 초래될 수 있다.

둘째는 오랜 기원을 가진 본능의 뇌, 동물의 뇌인 변연계로 퍼진다. 이 도파민계는 분노 ,공포와 같은 감정과 기억, 학습에 관계되기 때문에 이 부위의 이상으로 정서장애, 기억장애 등이 나타날 수 있다.

셋째는 운동조절에 관계되는 선조체 부위로 퍼진다. 도파민은 미세한 운동조절을 하기 때문에 기능이 파괴되면 말도 잘 못라고 운동도 원활하게 하지 못하는 파킨슨병이 생기며 기능이 상승되면 춤추는 무도병이 생기게 된다. 무하마드 알리와 같은 과거 많은 유명한 운동선수들이 이 도파계의 손상으로 파킨슨병을 앓고 있다.

넷째는 가장 중요한 인간의 정신과 지식을 총괄하는 대뇌피질부로 퍼져 올라간다. 대뇌피질 중에서도 뇌의 가장 앞쪽에 있는 전두연합령은 인간의 창조와 지식에 가장 중요한 뇌부위다. 어떤 이유로 이 도파민 신경계의 활동이 과다하게 되면 사고와 창조력은 조화롭게 절제되지 못하고 시간과 장소와 상황에 맞지 않는 병적인 사고와 언행, 환각 등이 나타나는 정신분열병이 생기는 것이다.

현재 우리 사회에 큰 문제를 일으키고 잇는 필로폰 마약의 구조가 도파민 신경전달물질의 구조를 그대로 닮고 있기 때문에 뇌에 들어오면 도파민계를 과도하게 자극하여 환각과 정신분열병을 일으키게 되는 것이다.

이와 같이 도파민은 인류 문화창조에 핵심인 정신기능과 창조력을 담당할 뿐만 아니라 인간의 본능, 감정, 호르몬 및 운동조절에도 없어서는 안 될 중요한 물질이다. 즉 도파민은 인간 정신 그 자체라고 해도 과언이 아니기 때문에 앞으로 도파민 신경계의 정체가 확실히 밝혀진다면 아직도 잘 모르는 신비한 정신 세계가 하나하나 베일을 벗을 것이다.

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