신호와 의사 전달 : 신경동물행동학의 기초

신경 동물행동학의 기초

 

신경동물행동학은 행동의 포괄적인 신경 조절을 연구하는 학문으로 뉴런의 기능, 자극, 신경망의 화학,  신경회로, 감각 식별, 동기 유발, 학습, 신경 형질의 유전, 행동양식과 행동과정의 조절 등을 다룬다. 또한 신경 동물행동학은 행동과 신경 과정을 하나로 접근하기 때문에 신경생리학에 기초를 두고 있다.

 

 

 

신경계의 구조

 

척추동물은 비교적 복잡한 신경구조를 가지고 있다. 동물의 신경계는 외부와 내부 환경을 감시하고, 수집된 감각 정보를 통합하여, 다른 기관에서 수의적 또는 불수의적 반응을 조절하는 역할을 수행한다. 해부학적으로는 두 부분으로 나눌 수 있다. 뇌와 척수로 구성된 중추신경계는 감각 정보와 운동 명령을 통합하고 조정한다. 또한 중추신경계는 지능, 기억, 감정 등과 같은 고급 기능의 중추이기도 하다. 중추신경계와 그 이외의 신체 간의 모든 정보 전달은 말초신경계에 의하여 발생한다.

 

신경계에는 뉴런과 교세포가 존재한다. 뉴런은 신경계의 기본 단위로 감각 또는 수입성 뉴런, 운동 또는 수출성 뉴런과 개재 뉴런으로 나눌 수 있다.

 

감각 뉴런은 빛, 감촉 또는 특정 화학물질 등 특정한 자극에 대한 정보를 중추신경계로 전도하는 역할을 수행한다. 운동 뉴런은 다른 뉴런에서 신호를 수신하고 척수에 있는 자신의 세포체에서 신경 충동을 목표 기관의 세포에 전달한다. 개재 뉴런은 감각 뉴런이나 다른 뉴런에서 정보를 받아 운동 뉴런이나 다른 개재 뉴런에 전달한다. 포유류에서는 개재 뉴런이 감각이나 운동 뉴런 이외의 다른 개재 뉴런과 연결된 경우가 많다.

 

교세포는 신경계를 구성하는 다른 주요 요소이다. 평균적으로 교세포의 크기는 뉴런의 약 10분의 1이다. 그러나 신경교세포 수가 뉴런에 약 10배나 되므로 결국 신경교세포가 차지하는 공간은 뉴런이 차지하는 공간과 거의 비슷하다.

 

 

 

 

신경 동물행동학의 세포학적 기초

 

뉴런은 동물세포가 전형적으로 갖는 다른 구조를 모두 가지고 있으나 모양은 크게 다르다. 뉴런은 수상돌기, 세포체, 축삭 그리고 시냅스 이전 말단으로 구성되어 있다. 뉴런의 네 부분은 뉴런이 전기적 또는 화학적 정보를 전달하는 데 중요한 역할을 수행한다. 뉴런의 중심부에서는 여러 가닥의 작고 가는 수상돌기가 나와서 그 가지를 먼 곳까지 뻗치고 있다. 이 수상돌기의 모양에 따라 특정 뉴런이 다른 뉴런과 어떤 관계를 가지는지 또 어떤 역할을 하는지가 결정된다. 뉴런의 수상돌기는 직접적인 감각 정보나 인접한 다른 뉴런으로부터 신호를 받아들이는 주요 수용성 기구이며 수신한 정보를 뉴런의 다른 부분으로 전달하는 역할도 담당한다. 축삭은 세포체에서 나오는 관상의 긴 돌기로 뉴런의 신호를 다른 세포에 전달하는 역할을 한다. 세포체의 시작 분절에서 축삭의 다른 말단인 시냅스 이전 말단까지 활동 전위란 전기적 자극을 전달한다.

 

크기가 큰 축삭은 미엘린이란 지질 막으로 싸여 있으며 중추신경계 밖에 있는 모든 축삭은 수초 존재 여부와 상관없이 슈반세포에 의해 싸여 있다. 수초는 규칙적으로 분리되어 신경절 분절을 구성한다. 축삭 말단에는 시냅스 이전 말단이라는 분화된 가지를 가지고 있는데 인접한 다른 신경세포나 근육세포로 화학적 신호를 전달한다. 인접한 세포와 시냅스 이전 말단의 접합 부위를 시냅스라 한다. 시냅스는 특정 세포의 시냅스 이전 말단, 인접한 다른 세포의 시냅스 이후 말단과 시냅스 간극으로 구성된다. 이곳은 수상돌기가 다른 뉴런으로부터 정보를 수신하는 곳이다. 수상돌기의 표면적이 크면 클수록 수신할 수 있는 정보를 수신하는 곳이다. 수상돌기의 표면적이 크면 클수록 수신할 수 있는 정보의 양은 많아진다.

 

 

 

뇌의 가장 두드러진 신경셰포는 신경계의 각 부위와 연결된 긴 축삭을 가진 큰 뉴런이다. 이 뉴런은 유전학적 조절에 의하여 질서 정연한 신경 기능과 종 특이 행동 양상에 반드시 필요한 불변의 신경 체제를 구축한다. 이 불변의 구조는 학습에 의해 변형과 변이를 할 수 있다. 다시 말해 동물은 생존을 위하여 환경으로부터의 정보를 활용하여 행동을 결정한다. 동물은 이 과정 중 한 곳에 모아진 수많은 정보에 의해 중추신경계에 나타난 감각 정보를 변형하거나 해석할 수 있다. 또한 운동 뉴런을 통한 반응에도 마찬가지로 변형을 할 수 있다. 신경계의 정보 처리 시 유연성, 특히 복잡한 정보처리 시 유연성은 뇌 전체에 무수히 분포한 축삭이 짧은 개재 뉴런의 다양한 접속성에 의해 제공된다. 짧은 개재 뉴런은 큰 뉴런에 의해 생성된 활동 양상의 국소 변화를 시작하기에 적합하도록 되어 있다.

 

감각 자극은 뉴런의 최종 분화에 큰 영향을 끼치며 신경 구성의 정상적인 발달에 매우 중요하다. 동물의 경험이 유전적 프로그램보다도 더 큰 영향을 끼치는데 특히 출생 직후에 대뇌피질의 신경능력 발달에 매우 중요하다. 주변 환경은 발달하는 신경계의 다양성을 높이고 그 겨로가 신경 동물행동학의 또 다른 법칙을 만든다.