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11강. 인간 정신력의 생물학적 본질 -신경계와 뇌-
이 강의안은 『핵심생명과학』(2013. 바이오사이언스) 자료를 토대로 제작되었습니다.
생명과 성
척추동물의 신경계
척추동물의 신경계는 중추신경계와 말초신경계로 구 성된다.
중추신경계는 뇌와 등쪽에 있는 척수로 구성된다.
감각수용기와 신경들로 이루어진 말초신경계는 뇌와 척수를 몸 의 곳곳과 연결시키는 모든 신경 및 신경절로 구성된다.
신경계는 뉴런(neuron)이라는 신경세포로 구성된다.
자극 정보 처리는 세 단계(정보의 입력 → 정보의 통합 → 운동 명령)를 거쳐 수행된다.
요컨대 감각뉴런은 감각 기관에서 감지된 자극 및 체내 조건을 중추신경계로 전달하고 운동뉴런은 정보처리의 결과로 나오는 명령을 해당 부위에 전달한다.
말초신경계
말초신경계는 중추신경계와 운동기관을 연결한다.
구심성 뉴런을 통해 외부로부터의 자극을 중추신경계 로 전달한다.
중추신경계는 자극에 대한 신호를 말초신경계의 원심 성 뉴런을 통해 효과기로 전달한다.
효과기는 그 신호에 따라 실제로 특정 반응을 수행한 다.
말초신경계의 원심성 뉴런들은 기능적으로 체성신경 계와 자율신경계를 구성한다.
체성신경계
운동뉴런으로 구성되어 중추신경계로부터 골격근으로 원심성 신호를 전달한다.
주로 수의적인 조절을 담당하지만 부분적으로 몸 떨림, 지속적 인 자세 균형 등 일부 불수의적인 골격근 수축도 담당한다.
자율신경계
평활근의 수축, 소화, 혈액 순환, 생식 및 분비 기관의 여러 기능 을 조절한다.
서로 대립적으로 작용하는 자율신경계는 교감신경과 부교감신 경으로 구성된다.
교감신경계의 주요 작용은 심장박동수와 강도 증가, 동공 확장, 땀 분비 강화, 혈압 증가이다.
부교감신경계는 심적으로 육체적으로 매우 안정된 상태에서 주 로 작용한다.
체성신경계와 자율신경계
중추신경계의 구조
척수는 뇌와 말초신경계 사이에서 신경충격을 전달하 며 운동 반사를 조절한다.
척수는 회백질과 백질로 되어 있다.
척수의 회백질은 반사에 관여한다
뇌의 구조
뇌간
중뇌, 간뇌, 연수를 합쳐서 부르는 뇌간[brain stem]은 기능적 단위로서 진화적으로 보면 척추동물의 뇌부위 중 가장 원시적이다.
호흡중추, 혈압중추, 체온중추, 섭식중추 등이 자리잡 고 있어서 심박동률, 호흡률, 혈압과 혈관의 수축 및 이 완, 기침, 소화기관의 반사작용과 같은 생명에 필수적 인 육체의 기능을 대뇌의 의식적 참여 또는 통제 없이 도 조절한다.
눈, 귀, 근방추, 전뇌영역으로부터 입력을 받아 운동, 자세 조정을 돕는다.
소뇌의 양쪽 반구로부터 나온 축삭은 뇌교에 이르는데, 뇌교는 소뇌와 전뇌의 통합중추 사이의 신호 흐름을 조정한다.
소뇌
간뇌
간뇌는 시상, 시상하부, 시상상부를 포함한다.
시상은 감각입력을 분류하여 대뇌로 전달해 주는 전뇌 의 중추이다.
시상하부는 체내의 항상성 유지에 작용하는 중추이다.
여기서 내부 장기의 활동과 관련된 모든 행동이 추적, 조절되는 데, 목마름, 배고픔, 성행위 등이 여기에 해당한다.
또한 시상하부는 흥분상황에서의 땀이나 공포에 따른 관련 감정 도 조절한다.
대뇌-1
사람의 대뇌피질은 회백질로 이루어지며, 주름을 형성하 고 있다.
대뇌피질 아래에 있는 백질은 뇌에 유입되는 감각정보를 수용한다.
포유류에서 발달한 신피질(noecortex)은 인지기능의 진화 와 관련된 것으로 간주된다.
사람의 두 대뇌반구
비슷해 보이지만, 각각 기능적으로 분화되어 있다.
좌반구는 전형적으로 대부분의 분석 기능, 수학, 말하기를 관장한다.
우반구는 시각적 영상, 공간 관계의 판단이나 음악의 해석 등을 맡고 있다.
뇌량은 백질로 된 커다란 띠로서, 좌우 반구를 연결한다.
대뇌-2
양쪽 반구 모두 전두엽, 후두엽, 측두엽, 두정엽으로 나뉜다.
이들 표면의 회백질 층에는 특정한 종류의 신호를 받고 처 리하는 특이적인 영역들이 있다.
운동영역은 수의운동 활동에 영향을 미친다.
감각영역은 특정 감각의 정체를 인지하는 데 관여한다.
다양한 연합영역들은 정보를 통합하여 의식 활동을 불러 일으킨다. 이러한 모든 영역들은 상호작용하고 있다.
영역의 많은 부분이 엄지와 다른 손가락, 혀근육의 움직임 을 조절하는 데 관여한다.
각 엽의 운동피질은 서로 반대편 쪽의 몸의 근육을 조절한 다.
대뇌-3
전두엽에는 전운동피질과 브로카영역을 포함된다.
전운동피질은 학습된 운동 기술들을 다룬다.
브로카영역은 혀와 목구멍, 입술 근육을 조절하여 생각을 말로 표현하 는 것을 돕는다. 이것이 복잡한 문장을 이해하고 구성하는 능력의 기본 이다.
두정엽
1차적인 체성감각피질은 각 두정엽의 앞부분에 위치하며, 몸 전체에 상응하는 공간적 배치를 보인다.
두정엽의 또 다른 중추는 맛의 감지를 담당한다.
후두엽의 뒷부분에 있는 1차 시각피질이 눈으로부터의 신 호를 받아들인다.
측두엽
소리와 냄새를 감각영역에서 느낀다.
베르니케영역은 상대방의 말을 이해하는 데에 관여하는 중추 중의 하 나다.
브로카영역과 함께 언어와 말하기의 중추로서 기능한다.
변연계는 감정을 조절하고 기억을 담당한다
변연계란 위쪽의 뇌간을 둘러싼 곳으로 시상하부와 시 상의 여러 부위들, 해마와 편도체 등이 포함된다.
시상하부는 우리의 감정과 내장 활동을 조절해준다.
또한 시상교차상핵을 지녀 생체시계로서 기능을 수행 한다.
해마는 정보의 분류와 기억의 통합에 중요한 역할을 한다.
아몬드 형태의 편도체는 감정적인 안정감과 사회적 역 할 해석을 위해 필수적인 부위이다.
학습(learning)과 기억(memory)
학습: 경험의 결과로 정보를 습득하는 과정
기억: 정보가 암호화되고 저장되며 검색되는 과정
잠재적 기억: 운동기술 등에 관한 무의식적인 기억
명시적 기억 : 사건적인 기억
단기기억은 특정 정보를 수분 동안 기억하는 것이다. 정보들은 단기기억에서 장기기억으로 전환될 수 있다.
뇌의 물리화학적 구조는 환경적 경험에 의해 바뀔 수 있다.
중추신경계의 손상과 질병
알코올, 니코틴, 코카인, 헤로인 등은 억제성 신경세포 의 활성을 낮추어 도파민의 분비를 늘린다.
중추신경계 손상에 의한 질병
정신분열증: 환각, 망상, 무뎌진 감정 등의 증상을 보임
조울증 vs. 우울증
알츠하이머병: 연령과 밀접한 관계가 있는 치매로 뇌조직에 노 인반과 신경섬유 응집체가 형성된다.
파킨슨병: 도파민 신경세포가 죽어서 나타나는 운동 실조증
주요 개념 확인
척추동물 신경계의 구조를 설명해 보자.
반사작용이 일어날 때 작동하는 신경회로를 설명해 보 자.
대뇌의 구조와 기능을 설명해 보자.
약물중독이 뇌의 보상체계를 어떻게 작동시키는지 설 명해 보자.
