신경계의 구조와 기능
- 신경계의 구성
⑴ 중추 신경계: 뇌와 척수로 구성된다.
⑵ 말초 신경계: 감각 신경(sensory neuron), 체성 운동 신경(somatic motor neuron), 자율 신경(autonomic neuron)으로 구성된다.
말초 신경계를 몸을 마음대로 움직이는 데 관여하는 체성 신경과 자율적으로 조절되는 자율 신경으로 나누는 예도 있다. 하지만 자율 신경에 의해 조절되는 내부 기관도 운동을 일으키는 운동 신경이나 감각 신경이 연결되기 때문에 이렇게 나누는 것은 오개념의 소지가 있다.
- 흥분의 전달 경로
⑴ 감각 뉴런(구심성 뉴런): 감각 기관에 들어온 정보를 중추 신경계로 전달한다.
⑵ 연합 뉴런: 중추 신경계로 전달 된 정보를 분석하고 처리하여 명령을 내린다.
⑶ 운동 뉴런(원심성 뉴런): 연합 뉴런의 명령을 반응기에 전달한다.
1 중추 신경계
- 뇌
⑴ 뇌는 대뇌, 간뇌, 소뇌, 뇌줄기(중간뇌, 뇌교, 연수)로 나눌 수 있다.
⑵ 간뇌에는 시상과 시상 하부가 위치하며, 뇌줄기는 중간뇌, 뇌교, 연수로 이루어져 있다.
⑶ 발생학적으로는 대뇌와 간뇌를 합하여 전뇌(forebrain)라고 부르기도 한다.
⑷ 중간뇌(midbrain)는 중간뇌, 후뇌(hindbrain)는 뇌교, 소뇌, 연수로 발생한다.
- 대뇌
⑴ 좌반구와 우반구로 나누어져 있고, 좌우 반구는 각각 몸의 반대쪽을 담당한다.
⑵ 대뇌 겉질
① 큰 주름과 둔덕(고랑과 이랑)의 위치에 따라 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽의 네 부위로 나눌 수 있다.
② 기능에 따라 감각 정보를 받아 처리하는 감각령, 정보를 통합하는 역할을 하는 연합령, 신체의 여러 부위에 운동 명령을 내리는 운동령으로 나눌 수 있다.
대뇌: 수의 운동 조절, 감각, 학습, 감정, 기억, 인지 작용의 중추이다.
간뇌:
- 시상: 감각 정보를 대뇌의 각 감각을 담당하는 부위로 전달한다.
- 시상하부: 체온, 혈당량, 혈장 삼투압의 조절 중추이며 뇌하수체 호르몬의 분비를 조절한다. 자율신경과 내분비샘의 조절 중추로 항상성 조절에 중요한 역할을 한다.
중간뇌: 의식 상태를 유지하도록 하며, 동공 반사의 중추이다. 소뇌와 함께 몸의 평형을 조절한다. 홍채를 이용한 동공의 크기 조절과 안구 운동의 중추이다. 뇌교 연수와 함께 뇌줄기를 구성한다.
뇌교: 감각 정보를 시상으로 전달한다. 소뇌와 대뇌 사이의 정보 전달을 중계하며, 호흡 운동의 조절에 관여한다.
연수: 호흡 운동, 심장 박동, 소화 운동과 소화액 분비의 조절 중추이다.
소뇌: 몸의 균형을 조절하고, 정교한 운동을 가능하게 한다. 평형 감각 기관으로부터 오는 정보에 따라 몸의 자세와 균형 유지를 담당하는 몸의 평형 유지 중추이다. 대뇌에서 시작된 수의 운동이 정확하고 원활하게 일어나도록 조절한다.
- 척수
⑴ 구조
① 뇌줄기를 통해 뇌와 연결되어 있으며, 척추 속으로 길게 뻗어 있다.
② 척추 마디마다 좌우로 한 쌍씩 신경이 나와 몸의 말단부까지 분포하며, 척수에서는 총 31쌍의 신경이 나온다.
③ 겉질은 신경 섬유로 이루어진 백색질, 속질은 신경 세포체로 된 회색질이다.
④ 척추의 마디마다 배 쪽으로는 원심성 뉴런(운동 뉴런) 다발이 좌우로 1개씩 전근을 이루고, 등 쪽으로 구심성 뉴런(감각 뉴런) 다발이 좌우로 1개씩 후근을 이룬다.
⑵ 척수의 흥분 전달 경로
① 구심성 신호는 후근으로 들어와 척수에 전달되고, 원심성 신호는 전근으로 나가 신체의 특정 부위에 전달된다.
② 감각 신경에서 받은 신호를 뇌로 보내고, 뇌에서 온 신호를 운동 신경에 전달한다.
⑶ 기능: 무릎 반사, 회피 반사, 배변, 배뇨, 땀 분비 등 반사 운동의 중추이다.
의식적인 반응과 무조건 반사
- 의식적인 반응: 대뇌의 판단고 명령에 따라 일어나는 행동이다.
- 무조건 반사: 반응의 중추가 대뇌가 아니라 중간뇌, 연수, 척수 등이며, 주로 자극에 대해 무의식적이고 순간적인 반응을 일으키며, 의식적이 반응에 비해 반응 속도가 빠르다.
| 반사 | 중추 | 반응 |
| 척수 반사 | 척수 | 무릎반사, 회비 반사, 배변·배뇨 반사 등 |
| 연수 반사 | 연수 | 재채기, 하품, 침 분비 등 |
| 중간뇌 반사 | 중간뇌 | 동공 반사, 안구 운동 등 |
2 말초 신경계
- 뇌 신경과 척수 신경: 뇌와 주변 기관 사이를 연결하고 잇는 신경을 뇌신경이라고 하며, 좌우 12쌍으로 구성된다. 척수와 주변 기관을 연결하고 있는 신경을 척수 신경이라고 하며, 좌우 31쌍으로 구성된다.
- 감각 신경(구심성 신경)
⑴ 감각 정보는 감각 신경계를 따라 중추 신경계로 전달된다.
⑵ 특정 감각 기관과 연결된 감각 신경의 흥분이 대뇌의 특정 부위에 전달되면 특수한 감각으로 인식된다.
- 원심성 신경(운동 신경): 중추 신경계의 명령을 반응 기관으로 전달한다. 원심성 신경에는 체성 신경과 자율 신경이 있다.
- 체성 운동 신경(원심성 신경)
⑴ 골격근을 수축시켜 사람의 몸을 움직이는 신경계이다. 주로 대뇌의 지배를 받으며, 골격근에 아세틸콜린을 분비하여 명령을 전달한다. 중추 신경계와 반응 기관 사이에서 하나의 신경이 명령을 전달하며 신경절이 없다.
⑵ 주로 대뇌의 지배를 받아 의식적으로 제어할 수 있는 신체 운동을 담당하지만 무릎 반사와 같이 척수에 의해 무의식적으로 조절되기도 한다.
- 자율 신경(원심성 신경) : 대뇌의 직접적인 지배를 받지 않으며 중간뇌, 연수, 척수의 명령을 심장근, 내장근, 분비샘에 전달한다. 교감신경과 부교감 신연은 심장근, 내장근, 분비샘 등의 반응 기관에 연결되며, 일반적으로 길항 작용을 하면서 반응 기관을 조절한다. 대부분 중추 신경계와 반응 기관 사이에 하나의 신경절이 존재한다.
⑴ 자율 신경을 구성하는 교감 신경계와 부교감 신경계 비교
| 구분 | 교감 신경 | 부교감 신경 |
| 기능 | 흥분 유도 | 안정 유도 |
| 세포체 위치 | 가슴과 배 부위 척수 | 뇌, 목, 꼬리 부위 척수 |
| 신경절 위치 | 척수에 근접 | 반응기에 근접 |
| 구조 | 신경절 이전 뉴런이 짧고,
신경절 이후 뉴런이 길다. |
신경절 이전 뉴런이 길고,
신경절 이후 뉴런이 짧다. |
| 신경절 이전 뉴런 말단에서의 신경 전달 물질 | 아세틸콜린 | 아세틸콜린 |
| 신경절 이후 뉴런 말단에서의 신경 전달 물질 | 노르에피네프린 | 아세틸콜린 |
⑵ 교감 신경과 부교감 신경의 길항 작용
교감 신경은 사람의 몸이 긴장하거나 흥분했을 때 활발히 작용하여 상황에 맞는 알맞은 상태로 변화시키고, 부교감 신경은 이를 원래 상태로 되돌릴 때 작용한다.
|
교감 신경 |
부교감 신경 |
| 동공 확대
침 분비 억제 심장 박동 촉진 기관지 확장 소화액 분비 억제 글리코젠 분해 촉진 에피네프린 분비 촉진 방광확장 |
동공 축소
침 분비 촉진 심장 박동 억제 호흡 억제 소화액 분비 촉진 쓸개즙 분비와 글리코젠 합성 촉진 방광수축 |
3 신경계 질환
- 파킨슨병
⑴ 원인: 신경 전달 물질인 도파민을 분비하는 중간뇌의 신경 세포 소실로 발생
⑵ 증상: 손과 팔의 떨림, 온몸의 경직 증상, 자세 불안정, 운동 장애 등
⑶ 치료 방법: 도파민의 전구 물질 투여, 항우울제 복용, 뇌에 전기 자극을 주는 방법 등이 있지만 근본적인 치료법이 없다.
- 알츠하이머병
⑴ 원인: 아밀로이드와 같은 신경 독성 물질의 축적으로 인해 대뇌의 양측에 위치한 측두엽의 기능이 저하되어 발생
⑵ 증상: 인지 장애, 기억 상실, 우울증, 사고 능력 저하, 운동 능력 상실 등
⑶ 치료 방법: 심리 요법, 항우울제, 진정 수면제 등의 약물을 투여할 수 있지만 근본적인 치료법이 없다.
- 약물 중독
⑴ 향정신성 의약품이나 알코올, 니코틴 등의 특정 약물을 충동적으로 복용하고 과다하게 복용하는 증상을 말한다.
⑵ 평상시 정상인의 뇌와 약물 중독자의 뇌를 비교하면, 중독자의 뇌는 보상 센터의 활성이 낮은 것을 볼 수 있다. 즉, 약물의 효과 없이는 정상인보다 더 우울하고 불행한 상태가 된다. 약물 중독자는 이를 해결하기 위해 다시 약물에 손을 대기가 쉽다.
- 뇌의 기능 검사 방법
뇌의 기능을 검사하는 고전적인 방법은 뇌 일부에 손상이 가해진 환자나 동물을 대상으로 어떤 변화가 생겼는지 관찰하는 것이다. 또한, 뇌의 특정 부위에 전극을 꽂고 전기 자극을 주어 어떤 행동이나 생각 또는 생리적 변화가 생기는지 관찰하여 특정 부위의 기능을 알아내기도 한다. 최근에 사용되고 있는 뇌 연구 기술에는 CT 촬영, 뇌파 검사, PET 스캔, 기능성 MRI가 있다.
① CT 촬영
X선을 이용하여 밀도가 다른 조직을 구별할 수 있다. 뇌출혈이 일어났거나 종양, 형태 변화 등 뇌의 외형적인 변화를 발견할 수 있다.
② 뇌파 검사
머리 표면에 전극을 붙여 두개골 안에서 일어나는 전기적 변화를 기록한다. 의식 상태와 활성
부위를 알아볼 수 있다.
③ PET 스캔
포도당 흡수율을 측정하여 어느 신경 세포가 활동을 하고 있는지 알아보는 기술이다. 활동하는 신경 세포는 포도당 흡수율이 높아진다.
④ 기능성 MRI
혈액의 흐름과 산소 소모량에 따라 MRI 신호가 바뀌기 때문에 어느 부위가 활성화되었는지 알 수 있다.
- 뇌지도(Brain Mapping)
100여 년 전 골상학을 기초로 머리의 각 부위가 담당하는 기능을 뇌지도로 그렸다. 현대에 와서도 우리나라뿐만 아니라 세계 각국에서는 뇌지도를 완성하기 위한 연구를 진행하고 있다. 앞으로 뇌의 기능을 알아보는 최신 기술들을 총망라하여 인간의 뇌 속에 뉴런의 위치뿐만 아니라 연결 상태까지 파악할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 연구는 앞으로 테러범 색출이나 범죄를 밝히는 데 사용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 하지만 인간의 행동이나 생각을 조사할 수도 있다는 면에서 윤리적인 문제도 있다.
참고자료: 지학사 생명과학1 교과서, EBS 수능특강 생명과학1
