위키원
신경세포
신경세포(神經細胞, nerve cell) 또는 뉴런(neuron 또는 neurone) 또는 신경원은 신경계를 구성하는 세포이다. 신경세포는 나트륨 통로, 칼륨 통로등의 이온 통로를 발현하여 다른 세포와는 달리 전기적인 방법으로 신호를 전달할 수 있다. 또한 인접한 다른 신경세포와는 시냅스라는 구조를 통해 (화학적)신호를 주고 받음으로써 다양한 정보를 받아들이고, 저장하는 기능을 한다. 인간의 두뇌에는 대뇌피질에만 약 100억개의 신경세포가 존재하는 것으로 추산되고 있다. 신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경아교세포가 존재한다.
목차
개요
신경세포는 신경아교세포와 함께 신경계와 신경조직을 이루는 기본 단위이다. 이 둘을 묶어서 뇌세포라 한다.
뉴런이라는 단어는 고대 그리스어로 힘줄을 뜻하는 네우론(νεῦρον)에서 유래했다. 중세 시대 후기 유럽의 외과의들은 신경을 통해 자극이 전달된다는 사실을 경험으로 깨우치고 힘줄과는 별개의 기능을 한다는 점을 이해했으나, 이름 자체는 고대처럼 힘줄과 같은 이름으로 부른 관습이 그대로 이어진 것이다. 신경이라는 한자어는 해체신서에서 네덜란드어 zenuw를 한자어로 옮기면서 "신기(神氣)의 경맥(經脈)"이라는 의미로 "신경"이라 한 것이 굳어진 것이다.
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 척수와 뇌 등의 중추신경계로 도달하여 중추신경계에서 처리한 정보를 다시 우리 몸으로 전달해 명령을 수행한다.
구조
세포체
세포체는 신경세포의 중심이 되는 부분으로 세포의 핵과 세포소기관들이 있다. 크게 신경원섬유 (neurofibril)와 니슬소체(Nissl body)를 포함한다. 신경원섬유는 세포체를 지지하는 역할을 담당한다. 니슬 소체는 과립형태의 RNA로 단백질을 만들고 세포체에 영양을 공급하며 외부물질에 대한 식세포 작용을 수행한다.
가지돌기
가지돌기 (dendrite)는 수많은 가지로 뻗어나가 있으며, 주로 신경세포가 신호를 받아들이는 부분이다. 여러방향으로 뻗어나와있어 많은 다른 자극들을 수용할 수 있다.
축삭
축삭 (axon)은 세포체로부터 아주 길게 뻗어나가는 부분으로 가지돌기와 세포체를 거쳐 전달된 신호를 다른 신경세포나 세포에 전달하는 부분이다. 세포체로부터 축삭이 시작되는 부분인 축삭둔덕 (axon hillock)에는 전압 개폐 나트륨 통로가 다량 분포하여 전달된 신호에 의해 활동전위를 발생시켜 축삭을 통해 전달한다.
수초 (미엘린)
수초화(髓鞘化)는 신경세포의 축삭(축색)을 수초라는 덮개에 의해 마디를 이루면서 둘러싸이는 과정으로 수초화가 진행되어 수초가 형성되면 이를 통해 정보전달속도가 보다 더 빨라지는것으로 알려져있다.
시냅스
시냅스(synapse)는 인접한 두 신경세포가 연접하면서 만드는 구조이다. 전기적인 신호로 전달된 신호는 신경전달물질이라는 화학적 신호로 바뀌어 시냅스를 통과한다. 시냅스를 기준으로 신호를 주는 신경세포를 시냅스 전 신경세포(presynaptic neuron), 신호를 받는 신경세포를 시냅스 후 신경세포(postsynaptic neuron)라고 한다. 한 신경세포가 만들어내는 시냅스는 대략 1000여개 이상으로 신경세포의 신경말을 이루는데 근간이 되며, 시냅스 신호전달의 강화 현상은 학습 및 기억의 기전으로 받아들여지고 있다.
종류
뉴런에는 크게 세 가지 종류가 있는데, 겉모습과 역할에 따라 분류한다. 감각신경을 구성하는 감각 뉴런은 축삭이 크게 발달해 있고 세포체의 크기가 작은 특징이 있다. 뇌와 척수 등 중추 신경계를 구성하는 연합 뉴런은 가지 돌기가 발달하였다. 그리고 연합 뉴런의 명령을 근육 등 기관에 전달해 운동을 하게 하는 운동신경을 구성하는 운동 뉴런. 이렇게 세 가지 종류가 있는데, 흔히 '뉴런'하면 떠올리는 모습은 대부분 운동 뉴런이다.
해부학적인 분류: 극의 특성에 따라
- 뭇극 신경세포 : 단일한 과정, 대부분의 운동신경세포
- 두극 신경세포 : 1개의 축삭과 1개의 가지돌기, 후각신경, 망막신경, 청각신경
- 다극 신경세포 : 1개의 축삭과 2개 이상의 가지돌기
- 골기 I : 축삭과정을 가진 신경세포로 피라미드 세포, 퍼킨제 세포, 앤티리어 혼 세포가 있다.
- 골기 II : 축삭과정이 국부적으로 있는 신경세포로 그래뉼 세포가 있다.
- 축삭 신경세포: 축삭이 가지돌기와 구분이 불가능한 경우
- 거짓홑극 신경세포 : 축삭과 가지돌기를 모두 취급하는 하나의 과정, 대부분의 감각신경세포
기능적인 분류
- 감각 신경세포 : 조직과 기관으로부터 정보를 중추신경계통으로 운반함.
- 운동 신경세포 : 중추신경계통으로부터 신호를 다른 세포로 전달함.
- 연합 신경세포 : 중추 신경 계통의 특정한 부위 안에서 신경세포를 연결함.
신경세포의 흥분성
모든 신경세포는 전기적인 흥분성을 띈다. 신경세포는 이온 통로, 이온 펌프등을 이용하여 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소이온들을 세포막 안과 밖의 농도차를 만들어 막전위를 형성한다. 신호가 오기 전 일상적인 상태의 막전위를 휴지 전위(-70mv)라고 하며, 신경세포에 역치(-55mv) 이상의 자극이 가해질경우 활동전위(+30mv)에 도달하여 탈분극이 이루어진다. 탈분극이 일어난 후 통로의 개폐로 재분극 상태가 되어 다시 휴지 전위로 돌아가게 된다.
이온 통로
신경세포는 이온 통로의 개폐를 통해 신호전달 기작을 일으킨다. 일반적으로 신호는 수상돌기에서 받아들여진 신호를 종합해 축삭기시구에서 역치를 넘어설 경우 개폐형 나트륨채널이 동시적으로 개방되는 것으로 탈분극이 이루어지게 된다. 이는 이후 개폐형 칼륨 채널의 개방으로 재분극이 되며, 나트륨채널의 비활성화문이 닫히게 되어 실무율에 따르게 된다. 즉, 수상돌기의 신호의 세기는 축삭기시구에서 신호의 빈도로 번역되는 형태가 된다.
일반적으로 신호의 전달방향은 양쪽으로 전달이 가능하나, 나트륨채널의 비활성화문때문에 되돌아가는 방향으로의 전달은 불가능해진다.
휴지 전위
신경세포의 평소상태로 -70mV를 유지하고 있다. 휴지전위는 평소의 열린 칼륨채널의 빈도가 높기에 칼륨의 전자기적 평형전위에 가까우며, 귀의 털세포를 비롯한 특정 신경세포에서는 이것이 역전되어 나타나기도 한다.
활동 전위
활동전위는 축삭기시구에서 만들어진 탈분극에 의해 항상 같은(~20mV) 전위를 지니게 되며, 일반적인 반응전위보다 큰 크기를 지니게 된다. 활동전위의 빈도는 수상돌기에서의 자극의 세기에 비례하는 것이 일반적이며(Tonic) 특정 세포의 경우 자극의 세기와는 관련없이 특정 빈도의 활동 전위를 갖기도 한다(Phasic)
전달 방향
일반적으로 "가지돌기=>신경세포체=>축삭돌기=>시냅스말단"으로 이어지는 방향의 전달을 선행이라 부르며, 반대방향을 역행이라고 부른다. 이 방향성은 신경세포체를 염색하기 위한 방법인 형광물질 추적에도 사용되며, 광견병 바이러스를 이용한 역행추적은 실험에서 종종 이용되기도 한다.
역사
현대적인 의미의 신경세포는 골지의 은 염색법에 의해 관찰되기 시작했다. 산티아고 라몬 이 카할은 이 방법을 통해 여러 종류의 신경세포들을 관찰했으며, 이들이 하나의 조직망(network)를 보인다는 사실을 알아 내었다. 그는 이를 기초로 신경망이 사고의 근원을 이루리라 추론하였다. 여기에 대한 골지와의 의견 충돌은 둘의 노벨상 수상식에까지 이어진 것으로 유명하다.
재생 및 수명
뉴런은 다른 세포에 비해 수명이 매우 길어서 거의 인간의 수명과 비슷하다. 그러나 다른 세포들은 수명이 매우 짧은 대신 재생이 매우 쉽다면, 뉴런은 수명이 긴 대신 재생이 불가하거나 매우 어렵다.
통념으로는 뇌세포(뉴런)는 아예 재생 불능이라고 여겨졌다. 그러나 최근 연구에 의하면, 일정 수준 이상의 유산소 운동이 해마 부분의 뇌세포 재생을 촉진할 수 있다는 가설이 점점 설득력을 얻어가고 있다고 한다. 이는 동물 실험을 통해 어느 정도 입증된 내용이다. 만약 확증된다면, 특정 조건을 만족하면 뇌세포도 재생 유도가 가능하다는 것이 사실이 된다.
성인이 되면 성장이 멈추고 노쇠해가는 것만이 아니라, 살아가면서 받는 새로운 자극에 의해 시냅스를 만들고 쓰지 않은 시냅스를 정리하며 변해간다. 이에 관계된 곳이 해마이며, 해마는 새로 신경세포를 만들고 새 시냅스 연결에 관여한다. 또한 신경 손상에 의해 장애가 온 경우에도 새로운 시냅스를 만들고 기존 신경을 우회해 새로 처음부터 연결을 만들어 운동기능을 되찾는 사례도 이를 뒷받침한다.
이는 손상이 온 뇌세포가 직접 재생을 하는 것이 아님을 주의해야한다. 실제로 최근 연구결과에 따르면 외상성 뇌손상(Traumatic Brain Injury, TBI) 환자들의 경우 줄기 세포덩어리가 손상된 지역으로 이동, 세포 분열 및 소염 성분과 성장 인자를 배출해서 뇌의 "회복"을 돕는걸로 알려졌다. 부서진 레고 블럭이 다시 자라나는 게 아니라 다른 블럭으로 갈아끼우는 과정과 비슷하며, 따라서 두부 외상을 입은 환자가 다시 재활, 즉 새로 생성된 세포로 이전 기억과 비슷하게 새로운 기억을 생성해야하는 이유기도 하다.
특히 유산소 운동과 식이요법, 금연은 해마에서의 시냅스 재생과 생성을 긍정적인 방향으로 이끈다. 신경세포의 재료인 오메가3, 6지방산의 꾸준한 섭취와 규칙적인 유산소 운동을 늘리고 그리고 일부 향정신성 약물과 담배등을 금하자 30대 이상의 표본에서도 유의미한 차이를 보였다. 하지만 앞서 말했듯 뇌의 가소성, 계속해서 변해가는 성질은 평생 계속되기에 이러한 노력들을 멈추게 되면 긍정적인 효과가 저하됨은 자명하다.
반대로 미국 UCSF의 알바레즈 부이야 교수 연구팀이 동물이 아닌 인간의 뇌를 가지고 한 연구에 의하면 제공받은 59개의 뇌에서는 인간 성인의 뇌가 13세 이후부터 새로운 뇌 신경세포를 만들지 않았다는 사실을 발견했다.
뉴런 수와 지능
CPU의 성능을 판단할 때 트랜지스터가 몇백억개 있는지로 성능을 짐작하는 것과 마찬가지로, 동물의 지능은 뉴런의 숫자로 판단할 수 있다. 기술이 발달하지 않았을 때는 뇌의 크기로, 뇌의 크기가 다가 아니라는 것을 깨달았을때는 몸 전체에서 뇌가 차지하는 비율로, 뉴런 수를 셀수 있게 되자 대체로 뉴런의 수를 동물의 지능 판단 척도로 사용하게 되었다. 이렇게 되면서 재평가 된 것이 뇌가 몸에서 차지하는 비율이 매우 낮은 조류이며, 특히 까마귀와 앵무새의 지능이 왜 높은지를 설명할 수 있게되었다.
생물학적 관점에서 동물의 지능은 뇌의 절대적 크기나 뇌가 몸에서 차지하는 비율보다는 뉴런의 수가 많을수록 정비례하는 양상을 보인다. 현재 발견된 동물 중 가장 지능이 높은 현생인류는 연구 결과에 따라 다르지만 최대 1000억개 이상에서 최소 26억 개의 뉴런을 뇌 속에 보유하고 있다.
다만 모든 동물 종을 통틀어서 가장 많은 것은 아니며 1위는 아프리카코끼리로 약 2,000억 개 가량의 뉴런을 보유하고 있으며, 돌고래나 고래(참거두고래(Long-finned pilot whale)는 무려 372억개나 있다.)도 인간보다 많은 양의 뉴런을 보유하고 있다. 그러나 돌고래나 아프리카 코끼리의 지능이 인류보다 높다는 건 아니며, 단지 장기 기억력등 일부 분야 한정으로 인류보다 우세를 보이는 수준이며 사실 인간보다 뉴런수가 적은 침팬지도 단기 기억력은 인간보다 앞서고 있다. 절대적인 양이 아닌 체중 대비 무게나 체적 대비 부피로 따저도 포유류 중 뇌가 차지하는 비율이 가장 높은건 양이며, 체질량 대비 뇌가 가장 큰것은 투파이아이다. 사실 인간은 체중 대비 뉴런 수로도 돌고래는 고사하고 고양이보다도 떨어진다.
이런 몇몇 예외를 제외한다면 대체적으로 뉴런의 수는 지능과 정비례하는 편이며, 무엇보다 같은 속 내에서는 이러한 비례가 거의 맞아 떨어진다. 예를 들면 인간 속에 동물들을 보아도, 가장 지능이 높을 것으로 추정되는 현생인류(호모 사피엔스 사피엔스)는 현재까지 발견된 인간 속 동물 중 2위의 뇌 용량을 가지고 있으며, 1위인 호모 네안데르탈렌시스는 항목에서 보듯 현재 호모 사피엔스 종이라는 논란이 있다. 그리고 전체 뇌는 호모 네안데르탈렌시스가 크지만 소뇌 비율이 호모 사피엔스 사피엔스보다 8배나 작은데, 일반적으로 뉴런은 대뇌보다 소뇌에 2배 이상 더 많이 분포되어 있어서 전체 뇌세포 수는 호모 사피엔스 사피엔스보다 적었을 가능성도 있다.
현재 지능은 단순 뇌세포 수에 비례할 뿐만 아니라 뇌에 어떤 부위에 어떤 밀도로 커넥톰을 형성한지 여부도 매우 중요하게 여겨지는것으로 밝혀졌다. 가령 개의 뉴런수는 5억 3천만 개로 오징어의 뉴런수(5억 개)와 별로 차이나지 않지만 지능은 개가 더 높은 편이다. 왜냐면 오징어는 뉴런의 3분의 2가 다리에 쏠려있고 그나마 3분의 1도 전부 뇌에 있지 않기 때문이다.
동영상
참고자료
같이 보기
