뇌의 뉴런과 행동 잠재력 : 동적뉴런과 수신 및 결정

뉴런 간의 상호작용은 신경계의 핵심적인 기능을 이루며, 이들은 전기적 및 화학적 활동을 통해 정보를 전달합니다. 모든 뉴런, 감각 뉴런이든 운동 뉴런이든, 크기에 상관없이 이 두 가지 유형의 활동을 수행한다는 점에서 공통점을 공유합니다. 이러한 과정은 뉴런이 신경계 내에서 서로 협력하고 경쟁하는 복잡한 네트워크를 형성하게 합니다. 이는 마치 사회에서 개인들이 의사 결정 과정에서 서로 협력하고 경쟁하는 것과 유사한 방식으로, 뉴런들은 신경계의 전반적인 상태와 기능을 조율합니다.

뇌의 뉴런과 행동잠재력

수상 돌기와 축삭 돌기가 만나는 지점에서, 화학 신호가 전기 신호로 변환되는 과정은 신경계의 기본적인 정보 전달 메커니즘입니다. 수상 돌기는 다른 뉴런의 축삭 돌기로부터 화학 신호를 받고, 이 신호는 전기 신호로 변환되어 뉴런 내부를 통해 전달됩니다. 이 전기 신호는 다른 시냅스에서의 신호와 합쳐지거나, 서로 상쇄될 수 있으며, 이 과정을 통해 다음 뉴런으로 신호를 전달할지 여부가 결정됩니다. 전기 신호는 이후 축삭을 따라 이동하여 다음 뉴런의 수상돌기에 있는 시냅스에 도달하고, 이 과정이 반복됩니다. 이렇게 뉴런 간의 연속적인 상호작용을 통해, 신경계는 우리 몸 전체에 걸쳐 복잡한 정보를 효율적으로 처리하고 전달할 수 있습니다.

 

동적뉴런 The dynamic neuron

 

뉴런의 구조는 그 기능적 역할을 세밀하게 반영하며, 이는 정보의 수신, 통합, 그리고 전송이라는 세 가지 주요 과정을 통해 명확하게 나타납니다. 뉴런은 기본적으로 수상 돌기, 세포체, 축삭, 그리고 시냅스 단자로 구성되어 있으며, 각 부분은 특정 기능을 수행합니다.

• 수상 돌기는 주로 다른 뉴런으로부터의 신호를 수신하는 역할을 합니다. 이는 뉴런의 '입구'와 같은 부분으로, 외부로부터의 화학 신호를 받아들이고 이를 전기 신호로 변환하는 곳입니다.
• 세포체는 수상 돌기로부터 받은 신호들을 통합하는 중심지로 작용합니다. 세포체 내에서 이루어지는 복잡한 생화학적 과정을 통해, 수신된 여러 신호들은 종합적으로 분석되고 통합되어, 다음 단계의 신호 전달 여부가 결정됩니다.
• 축삭은 통합된 신호를 뉴런의 다른 부분 또는 다른 뉴런으로 전송하는 역할을 담당합니다. 축삭을 통해 전달된 전기 신호는 시냅스 단자에 도달하여 다시 화학 신호로 변환되어, 다른 뉴런의 수상 돌기나 세포체에 전달됩니다.

이러한 정보의 일방향적인 흐름은 편광이라는 개념으로 설명됩니다. 편광은 뉴런이 특정 방향으로만 신호를 처리하고 전달한다는 의미로, 이는 신경계의 효율적이고 정확한 정보 전달을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 과정을 통해, 신경계는 복잡한 정보를 수집, 처리, 그리고 응답하는 데 필요한 조율된 메커니즘을 유지할 수 있습니다.

 

뉴런의 외막과 구조적 기반

신경세포, 또는 뉴런은 지방질로 이루어진 외막으로 둘러싸인 복잡한 구조를 가지고 있으며, 이 외막은 세포 내부의 구조물을 보호하고 지지합니다. 뉴런의 내부 구조는 관형 및 필라멘트 단백질 막대로 구성된 세포 골격으로, 이는 세포의 형태를 유지하고, 수상 돌기와 축삭 돌기 같은 세포의 부속물을 지지하는 역할을 합니다. 이 세포 골격은 프레임 텐트의 골격과 캔버스가 결합된 구조에 비유할 수 있으며, 이는 세포 내외의 다양한 환경 변화에 대응하여 유연하게 형태를 변화시킬 수 있는 뉴런의 능력을 상징합니다.

신경 연결의 유동성과 변화

뉴런의 수상 돌기와 축삭은 지속적으로 모양을 바꾸며, 새로운 신경 연결을 형성하거나 기존의 연결을 제거하는 과정을 거칩니다. 이는 뉴런이 자신과 주변 환경의 변화에 따라 적응하고, 정보를 더 효과적으로 전달하기 위한 노력의 일환입니다. 수상 돌기는 새로운 연결을 싹 틔우며, 축삭은 다른 뉴런과의 소통을 조절하기 위해 새로운 시냅스 단자를 성장시킵니다. 이러한 동적인 과정은 뉴런이 신경계 내에서 정보를 수집, 통합, 전달하는 데 있어 중요한 역할을 하며, 학습과 기억, 그리고 다양한 신경계의 기능을 가능하게 합니다.

 

단백질 운반과 뉴런 내부 구조의 역할

뉴런 내부는 다양한 내부 구획으로 가득 차 있으며, 이들은 주로 세포체에서 생성된 단백질로 이루어져 있습니다. 이 단백질들은 세포 골격을 따라 목적지까지 운반되며, 뉴런의 다양한 기능을 지원하는 데 필수적입니다. 특히, 수상 돌기에서 발견되는 작은 돌기인 수상 돌기 가시는 들어오는 축삭 돌기와의 주요 연결 지점으로, 신경세포 간의 연결 형성과 유지에 중요한 역할을 합니다.

신경세포 활동의 에너지 동력과 재구성

이러한 단백질은 신경세포의 기능을 유지하기 위해 지속적으로 교체되며, 이 과정은 끊임없는 재구성과 적응을 가능하게 합니다. 세포 내 모든 활동에 필요한 에너지는 미토콘드리아, 즉 세포의 에너지 공장에서 생성됩니다. 이 에너지는 단백질 운반, 신경세포의 성장 및 기타 필수적인 세포 활동을 지원합니다.

축삭 끝의 반응성과 뉴런의 적응 메커니즘

축삭의 끝 부분은 성장 인자라고 불리는 분자에 반응하여, 이러한 인자들이 세포 내부로 흡수되고 세포체로 운반될 때, 신경 유전자의 발현에 영향을 미치고 새로운 단백질의 생성을 촉진합니다. 이 과정을 통해 뉴런은 수상 돌기를 더욱 성장시키거나 모양과 기능에 변화를 주어 적응하게 됩니다. 이와 같이 정보, 영양분, 메신저의 지속적인 교환은 뉴런이 그 기능을 수행하고, 신경계의 복잡한 네트워크 내에서 상호작용하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

 

수신 및 결정 Receiving and deciding

 

세포의 수신부에서, 수상 돌기는 다른 세포의 축삭 돌기와 밀접하게 접촉하며, 이들 사이의 미세한 간격은 대략 20 나노미터(200억 분의 1미터) 정도입니다. 수상 돌기는 하나에서부터 수천 개에 이르기까지 다양한 수의 다른 뉴런들로부터 시냅스를 통해 접점을 형성할 수 있습니다. 이러한 접점을 시냅스라고 하며, '서로 맞잡다'라는 의미를 가진 고대 그리스어에서 유래했습니다. 대뇌 피질의 뉴런들에 존재하는 대부분의 시냅스는 마치 작은 마이크로폰처럼 튀어나온 수상 돌기 가시에 위치해 있으며, 이는 희미한 신호를 탐지하는 역할을 합니다.

 

시냅스 통신과 화학적 과정

신경 세포 간의 통신, 즉 시냅스 전달은 이러한 접점에서 이루어지며, 이 과정에는 복잡한 화학적 과정이 포함됩니다. 수상 돌기가 송신하는 축삭 돌기로부터 분리된 간격을 통해 발사된 화학적 메신저를 받게 되면, 수신하는 수상 돌기 가시 내부에 미세한 전류가 생성됩니다. 이 전류는 세포 안으로 들어오는 전류일 수도 있고, 세포 밖으로 나가는 전류일 수도 있습니다. 이렇게 생성된 모든 양의 전류와 음의 전류는 수상 돌기에 축적되어 세포 몸체로 전달됩니다.

뉴런의 계산 기능과 네트워크 상호작용

만약 전류의 활동이 충분히 크지 않으면, 전류는 곧 사라지며 아무런 추가적인 활동도 발생하지 않습니다. 그러나 전류가 특정 임계값을 초과하여 합산되면, 뉴런은 활동 전위를 발생시켜 다른 뉴런으로 메시지를 전송하게 됩니다. 이 과정은 뉴런이 마치 미니어처 계산기와 같이 작동하며, 다양한 뉴런으로부터 받는 메시지를 더하고 빼는 과정을 통해 감각, 사고, 움직임 등의 기초적인 기능을 수행하게 합니다. 이러한 과정은 뉴런이 속한 네트워크의 구조에 따라 크게 달라지며, 뉴런 간의 복잡한 상호작용을 통해 신경계는 다양한 정보를 처리하고 전달할 수 있습니다.

 

흥분과 억제 신호의 합산과 뉴런의 역할

이러한 흥분과 억제의 신호는 뉴런에 의해 끊임없이 합산되며, 이 과정은 감각의 인지, 사고의 형성, 그리고 움직임의 조절과 같은 기능의 기초를 형성합니다. 뉴런이 속한 네트워크의 구조와 연결성에 따라, 이 신호들의 합산 결과는 대단히 다양할 수 있으며, 이는 신경계의 놀라운 다양성과 복잡성을 나타냅니다. 각 뉴런의 역할과 기능은 그것이 포함된 네트워크의 맥락 내에서 정의되며, 신경계 전체의 기능적 조화와 통합을 위해 서로 긴밀히 협력합니다.