신경계와 행동

신경계는 사람이 생각하고 느끼고 행동하는 모든 것의 바탕이 된다. 어떤 의미에서는 사람 자체가 신경계라고 할 수 있다. 신경계의 기본단위는 뉴런이라고 불리는 신경세포이다. 이 세포들은 신경계 안에서 정보를 받아 통합하여 전달하는 역할을 한다. 개개의 뉴런이 하는 활동은 아주 단순하지만, 신경계 내에서 신경세포들은 수많은 다른 신경세포들과 연결되어 신경망을 이루고, 이 신경망이 사람의 생각과 정서와 행동의 바탕이 된다. 이러한 신경세포들이 무작위로 연결되어 신경망을 이루는 것은 아니다. 개인이 성장하면서 신경세포들은 특정한 신경세포들과 연결이 되고, 경험과 학습을 통해 신경망이 강화된다. 신경계의 작용을 요약하면 감각 정보와 기억을 이용해서 근육을 통제하는 일이라고 할 수 있다. 전체적인 모습을 살펴보면 다른 신체 영역의 회로와 경로를 형성하는 신경계를 통해 신체에 전기적 화학적 정보를 전달하고 상호작용한다. 신경계는 중추신경계와 말초신경계라는 두 가지 체계로 나뉘어 있다. 중추신경계는 뇌와 척수를 포함하는 신경계로, 뇌는 신경계의 가장 복잡한 지각, 운동, 정서 및 인지 기능을 담당하고, 척수는 뇌에서의 명령을 신체로 전달한다. 말초신경계는 신체의 나머지 부분의 다른 모든 신경세포를 포함하는 신경계로 신체 기관 및 근육을 연결한다. 이 두 신경계는 신체의 다른 부분에 펼쳐져 있지만, 말초신경계는 여러 가지 정보들을 중추신경계로 보내고, 중추신경계는 보내진 정보들을 평가하여 특정 행동을 위한 신호를 보내게 된다. 말초신경계는 체신경계와 자율신경계로 나누어진다. 근육의 움직임을 통제하는 체신경계는 의식적인 통제가 가능하다, 자율신경계는 신체 기관과 내분비샘을 통제하는 자동적인 신경계이다. 심장박동이나 소화를 위한 활동 등이 자율신경계 활동의 일부이다. 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경계로 구성되며, 서로 다른 유형의 신체 통제에 관여한다. 교감신경계는 위협적인 상황에 신체를 준비시키는 역할을 하며, 부교감신경계는 신체가 안정 수위로 돌아오는 것을 돕는다. 단세포 생물은 자극에 대해 단순한 반응을 할 수 있을 뿐이다. 하지만 사람을 포함한 동물은 신경계를 통해 다양한 행동과 복잡한 의사결정이 가능하다. 신경세포는 감각신경세포, 사이신경세포, 운동신경세포 세 가지가 기본을 이룬다. 감각신경세포는 물리적인 세계에서 정보를 감지하여 뇌로 정보를 전달하는데 빛, 소리, 맛, 냄새, 피부 압력 등과 같은 신호를 수용한다. 뇌는 운동신경세포가 근육을 수축하거나 이관하는 것을 지시하여 움직임을 일으킨다. 사이신경세포는 짧은 거리의 회로 내에서 정보를 통합하는 역할을 한다. 감각신경세포와 운동신경세포는 함께 움직임을 관장한다. 책을 읽으면서 책장을 넘기는 간단한 움직임도 감각신경세포가 손가락에 느껴지는 압력을 뇌로 보내고, 뇌가 운동신경세포에 적절한 근육의 움직임을 지시하는 과정이 연결되는 메시지 전달 체계를 통해 이루어진다. 반사행동의 경우 감각신경세포의 신호와 운동신경세포의 활동이 자동으로 연결되어 우리가 반응을 생각하기도 전에 행동이 나타난다. 신경계를 구성하는 단위가 되는 신경세포들은 뉴런이라고 불린다. 신경세포는 메시지를 전달받고 전달하는 역할에 필요한 네 가지 기본 구조를 포함하고 있는데, 세포체, 수상돌기, 축삭과 축삭종말이 그것이다. 세포체는 세포를 살아 있게 하고 유정 청사진이라고 할 수 있는 염색체 DNA를 포함하는 핵을 가지고 있다. 나뭇가지처럼 생긴 수상돌기는 다른 신경세포로부터 화학 신호를 통해 정보를 받는다. 수상돌기는 수천 개의 다른 신경세포로부터 신호를 받아 세포체에서 통합한다. 세포체에서 통합된 정보는 전기적 신호로 만들어져 세포체로부터 길고 좁게 파생되어 있는 축삭을 통하여 전달된다. 축삭은 축삭돌기 또는 축삭이라고도 불린다. 가가의 신경세포는 하나의 축삭을 가지고 있으며, 축삭의 길이는 짧게는 몇 mm부터 길게는 1m까지 다양하다. 축삭의 끝에 축삭종말이 있다. 뇌에 있는 신경세포들은 연속적으로 연결된 것처럼 보이지만, 실제로 신경세포의 수상돌기와 인접한 신경세포의 축삭은 서로 붙어 있지 않다. 축삭종말과 인접한 신경세포의 수상돌기 사이에는 시냅스라고 불리는 작은 틈이 존재한다. 이 시냅스를 통한 신경세포 간의 화학적 의사소통이 우리가 생각하고 느끼고 행동하는 바탕이 된다. 전기적 신호는 한 신경세포 내의 정보 소통을 담당한다. 전기적 신호는 한 신경세포 내의 정보 소통을 담당한다. 신경세포가 만들어 내는 전기적인 신호는 세포막을 경계로 형성되어 있는 전위가 변화할 때 발생한다. 신경세포가 활동하지 않고 있을 때 신경세포 막 안과 밖은 다른 전하를 가지고 있고 이 전하의 차이를 안정전위라고 한다. 신경세포들이 안정 상태에 있을 때 세포막 안과 밖에 다양한 양이온과 음이온이 있는데, 세포막 안에 음이온이 더 많을 경우 분극화되어 있다고 하고 전형적인 안정전위는 -70mV이다. 분극화되어 있는 신경세포는 신경 자극 시 활동전위를 만들 수 있는 전기적 에너지를 가지고 있다. 신경 세포막은 투과성을 가지고 있어 음이온 또는 양이온이 세포막을 투과하면서 전위의 일시적인 변화를 가져오게 된다. 세포막의 통로는 특정한 이온만 통과할 수 있는 구조이며, 칼륨 이온과 나트륨 이온 통로가 열리거나 닫히는 과정을 통해 신경세포의 전위 변화를 만든다. 안정 상태에서는 칼륨 이온이 통과하는 통로가 열리지만, 큰 음이온의 통과를 허용하는 통로는 주로 닫힌다.