뉴런

Neuron

1. 개요
2. 구조
3. 종류
4. 자극(impulse)의 전도와 전달
5. 성장
6. 기타

1. 개요

사이에 시냅스가 있는것

뉴런(neuron)은 신경 세포신경원이라고도 불린다. 신경아교세포와 함께 신경계신경조직을 이루는 기본 단위이다. 길이는 길고, 굵기도 굵어서 맨눈으로도 볼 수 있다. 신경계의 모든 작용이 신경세포와 신경세포 간의 상호작용으로 인해 이루어진다. 예를 들어, 우리 몸의 내부와 외부에 자극을 가하게 되면 일련의 과정을 통해 뉴런은 자극을 전달하게 되며, 최종적으로 척수 등의 중추신경계로 도달하게 되며 중추신경계에서 처리한 정보를 다시 우리 으로 전달해 명령을 수행한다.

신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경 아교 세포가 존재한다.

2. 구조

  • 세포체(Cell Body) : Soma라고도 한다.
  • 세포핵(Nucleus)
  • 가지 돌기(Dendrites) : 여기에서 다른 뉴런으로부터 신호를 수용한다.
  • 축삭 (Axon) : 신호를 내보내는 부분.
  • 축삭소구 (Axon Hillock) : 활동전위(Action Potential)가 시작되는 곳.
  • 축삭 말단 (Axon Ending[1]) : 다른 뉴런과 연접하는 곳.
  • 말이집(Myelin sheath) : 일종의 절연체로 다른 곳으로 전기신호가 새나가는 것을 막는다.
  • 랑비에 결절(Nodes of Ranvier) : 위의 말이집과 말이집 사이에 절연되지 않는 노출된 축삭이다.
  • 뉴런의 접합부 시냅스(Synapse) : 종에 따라 그리고 같은 종이라도 뉴런마다 다르지만 대략 3000~8000개 많으면 10000개까지 있으며, 일반적으로 5000개 가량 있다.

3. 종류

목적에 따라 다양한 분류 방법이 있다.

신호 전달 방향에 따른 분류

말초신경

중추신경

구심성 뉴런

원심성 뉴런

연합 뉴런

  • 구심성 뉴런(감각 뉴런, Sensory Neuron) : 감각 기관[2][3]의 감각기(receptor)에서 자극을 가장 먼저 수용해 척수에 전달해주는 세포. 우리가 보통 상상하는 뉴런의 구조와는 조금 다른데, 일단 작고, 기관은 모두 같지만 수상돌기가 길고 축삭돌기가 짧다.
  • 원심성 뉴런(운동 뉴런, Motor Neuron) : 중추신경계로부터 신호를 받아서 근육과 분비샘 등의 반응기(effector)에 전달해주는, 다시 말해 운동 명령을 전달하는 뉴런.[4] 축삭 줄기가 엄청 길고 신경세포체가 거대한 등 위의 구조도에 나온 전형적인 뉴런의 형태를 가지고 있다.[5]
  • 연합 뉴런(Interneuron) : 중추신경계, 다시 말해 와 척수의 대부분을 이루는 뉴런. 감각 뉴런과 운동 뉴런을 연결할 뿐만 아니라 연합뉴런끼리도 연결되어 있어 그 자체가 거대한 네트워크이다. 축삭 돌기가 길지 않아 미엘린 수초가 없다. Interneuron이라는 용어는 다른 맥락에서는 다소 다른 의미로 사용되니, 혼동하지 말 것.

4. 자극(impulse)의 전도와 전달

기본적으로 뉴런의 안에는 칼륨 이온이 바깥보다 더 많고 뉴런 밖에는 나트륨 이온이 안보다 더 많은데, 뉴런이 쉬고 있을 때 일정 강도 이상의 신호[6]가 발생하면 신경세포체에서 축삭으로 넘어가는 곳에서 나트륨 채널이 열리며 잇달아 칼륨 채널이나 염소 채널이 쫘르륵 열리면서 이온이 교환되어 활동 전위, 즉 전기 신호가 발생하고, 이런 식으로 말단까지 전위가 전달되면 말단 안의 작은 알 같은 소포체(vesicle)들이 끝쪽으로 붙어 터지면서 신경전달물질시냅스 틈(synaptic cleft)[7]으로 방출된다. 시냅스후 뉴런의 가지 돌기에서 이 전달물질을 받아들이면 다음 세포로 신호가 전달되는 형태이다.

개인 뉴런이 이 자극을 얼마나 빨리 전달하는지는 측정불가며, 뉴런 종류마다도 다르지만[8], 뇌 내에 자극이 전달 되는 속도는 최대 초속 120m(시속 432km) 정도이므로 대충 그 정도를 뉴런의 처리 속도로 생각하면 된다.

신경전달물질(neurotransmitter[9])라는 기묘한 작명 센스의 알갱이 같은 화학물질이 시냅스간에서 신호를 전달해주는데, 이 신호가 뉴런 끝, 축삭 돌기에 도달하면 그 신호로 인해 신경전달물질을 해방하게 되고, 이것을 가지 돌기 첨단에 있는 수용기에서 받아간다. 그리고 신경전달물질이 전달되는 순간 나트륨 이온이나 억제를 알리는 염소 이온이 미쳐 날뛰어 세포막 안으로 돌진해 새로운 자극 사이클이 시작된다. 이런 식으로 신호가 필요한 곳까지 전달된다. 참 쉽죠?

물론, 신경전달물질의 분해, 결합방지는 신경작용제에만 쓰이는것이 아니라, 일반 의약품에도 쓰이고 있다. 도파민의 시냅스간 결합 방지로 쓰이는게 리스페리돈같은 항정신병제, 신경전달물질에 덤으로 끼여드는(...) 벤조디아제핀등의 신경안정제, 세로토닌 분해방지를 통한 재흡수를 돕는 항우울제등이 이 역할을 한다.

5. 성장

임신 5주 부터 초당 25만개씩 뉴런이 생성되며 일반적인 성인보다 더 많은 수의 뉴런을 가질 수도 있다. 그러나 이런 과다 생성된 뉴런들은 임신 8개월경 뇌가 거의 완성될때 부터 세포사멸로 자연스럽게 제거된다.

일반적으로 태내에서 생성된 뉴런은 천억 개 이상으로, 태어난 뒤로부터는 더 이상 늘어나지 않는다. 살아가면서 점점 줄어들지만 애초에 수가 워낙 많아서 100살이 넘게 살아도 1~2% 밖에 줄어들지 않는 수준이라고 한다.[10] 다만 이 때문에 충격이나 질병으로 뉴런이 손상되게 되면, 회복이 상당히 어렵다.

자극이 많이 들어오거나 장기기억을 저장할 때 뉴런끼리 회로 구성을 위해서 필요한 부분에 시냅스가 늘어난다. 따라서 학습과 성장을 하면서 뉴런수는 변하지 않지만 시냅스 수가 늘어난다. 하지만 대부분 시냅스들은 쓸모 없는 부분에 연결이 되어 있기 때문에, 시냅스가 많을 수록 좋다는 일반적인 생각과 달리 숙달된 신경망은 시냅스가 적은편이다. 이는 불필요한 시냅스 연결 부위를 제거하는 시냅스 연결망 최적화 때문이라고 한다. 위 그림에 나온 것처럼 사춘기가 중요한 이유가 이 시기에 어렸을때부터 만들어왔던 신경망 중 불필요한 부분이 제거되어 최적화를 하는 시기이기 때문이며 이때 불필요한 연결이 남아있거나 필요한 연결이 제거되어 버리면 정신질환이 발병할 위험성이 커진다.

6. 기타

일반 세포가 뇌의 기능을 대신할 수 있다고 주장하는 학자들이 있다. 1980년 영국, 어느 날 영국 셰필드 대학의 소아과 교수인 존 로버에게 머리 둘레가 크다는 이유로 학생이 찾아왔다. 존 로버는 학생의 뇌를 스캔해 본 결과 두개골 속에 있어야 할 뇌가 존재 하지 않고 뇌 척수액으로 가득차 있는 걸 보고 경악을 금치 못한다. 극도로 심한 뇌수종을 앓고 있었음에도 불구하고 이 학생은 아이큐 126의 수학 우등생이었다. 이에 의구심을 가진 존 로버 교수는 뇌수종 환자 600명을 연구하였는데 놀랍게도 뇌의 95%가 비어있는 환자가 전체의 10%에 달했다. 그중 절반 가량은 심각한 장애를 겪고 있었지만 나머지 절반은 정상적인 생활에 아이큐도 100이 넘었다. 이 사실은 1980년 사이언스지에 “당신의 뇌는 정말로 필요한가 Is Your Brain Really Necessary?”라는 도발적인 제목의 기사로 소개되었는데, 이후 뇌에 대한 연구가 본격적으로 이루어졌다.

이때 캐나다의 신경과학자 존 앤드류 아머는 "뇌가 없이도 정상적인 생활을 할 수 있는 것은 일반 세포가 뇌의 역할을 대신하기 때문이다"라고 주장했다. 존 앤드류 아머는 "심장, 폐, 간 등 장기의 신경 세포 안에 기억을 저장하는 기능이 있어 작은 뇌의 기능을 한다"고 말하며 1988년 미국 보스턴에서 만성 폐 질환을 앓던 48세 여성 클레어는 폐 이식 수술 이후 180도 달라진 모습을 보였다. 클레어뿐만이 아니었다. 63세 미국인 남성 빌홀, 크로아티아의 60대 남성 스테판 리자치크 미국인 데이비드 워터스 등 장기이식 수술 후 다른 사람처럼 성격과 습성이 변하는 사례를 예로 들었다. 심장, 신장, 폐, 췌장 등 장기이식을 받고 변화를 겪은 사람들의 이야기는 습관, 식성 등이 신경세포에 저장돼 신경세포가 뇌 대신 기능할 수 있다는 주장과 함께 폴 페어솔의 '심장의 코드'라는 책으로 출간됐을 정도였다.

그러나 대부분의 학자들은 존 앤드류 아머의 주장은 말이 안 된다며 반박했다. 환자들이 장기 이식이라는 큰 수술을 받은 뒤 마치 다른 사람이 된 듯 착각하는거라며, 일시적 현상, 우연의 일치라는 주장이었다. 뇌가 손상된 후에도 정상적인 삶을 사는 사람들에 대해서는 손상된 부위의 역할을 뇌의 다른 부위가 대신 수행하기 때문에 정상인과 다름없이 생활한다고 주장했다. 애초에 뇌 자체가 신경세포로 이루어져 있는 기관이다. 이 부분은 2015년 9월 6일자 신비한 TV 서프라이즈에서 다루었다.


  1. [1] 또는 Axon Terminal or Terminal Button
  2. [2] 감각 기관이라 하면 흔히 '오감'이라 일컫는 다섯 가지 기관만 생각하기 마련인데, 사실 피부라는 것 자체가 더럽게너무 넓어 그렇게 단정하기엔 조금 섣부르다.
  3. [3] 대표적으로 평형감각.
  4. [4] 호르몬 분비 같은 경우 운동 신경과는 상관없지만 연합 뉴런에서 내리는 명령을 받아 분비되기 때문에 포괄적으로 원심성 뉴런이라고 한다.
  5. [5] 위 구조항목의 사진은 운동뉴런이다.
  6. [6] 이것이 역치(threshold)이며 이 값을 역칫값이라 한다.
  7. [7] 시냅스는 가지 돌기와 축삭 말단이 만나는 점인데, 완전히 붙어있진 않고 아주 미세하게 떨어져 있다
  8. [8] 보통 말이집이 있는 운동뉴런이 빠르다. 척수에서 근육까지 거리가 먼 데다 명령을 빨리 전달해야 하기 때문
  9. [9] 여러 가지가 있고, 어떤 신경인지에 따라서 또 다르기도 하다. 유명한 것은 아세틸콜린인데, 신경에 작용하는 독가스는 이 아세틸콜린의 분해효소와 결합해 분해를 막으면서 신호를 과량 전달시키고, 말초신경이 폭주해 그 과정에서 인체가 맛이 가 버린다. 간단하게 배우는 VX의 원리
  10. [10] 최근 연구결과에 따르면, 태어난 이후에도 일부 미 분화된 줄기세포들이 새 뉴런으로 분화하긴 하지만 줄어드는 속도보단 느려서 별 의미없다고 한다. 안습

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