뇌에는 신경세포인 뉴런이 약 1,000억 개 정도 있다고 여겨지며, 이러한 수많은 뉴런이 서로 연결되는 방식의 수는 상상을 초월한 만큼 복잡하겠죠. 뿐만 아니라 뇌는 신경계의 일부이며, 우리의 행동은 대부분 뇌의 작용으로 결정되지만 때로는 척수가 중요한 역할을 할 때도 있다고 합니다.
또 뇌와 척수뿐 아니라 각종 감각기관으로부터의 정보 입력 및 신체의 근육을 움직이기 위한 명령의 전달 등에 관여하는 감각 수용기들과 신경섬유들도 필수적인 요소인데, 호르몬도 역시 행동에 영향을 미친다고 합니다.
생물심리학은 인간의 행동에 미치는 다양한 생물학적인 요인을 분석하여 인간의 정신 활동을 신경 세포의 활동으로 설명하고자 하는 심리학의 한 영역입니다.
신경계의 기본 단위 : 뉴런
신경계를 이루는 세포는 여러 종류가 있는데, 그중에서도 행동과 가장 밀접한 관련을 지니는 세포는 뉴런(neuron)입니다. 뉴런은 우리 몸의 다른 세포들과 구분되는 특징이 있습니다.
첫째는 빠르게 전기적 변화를 일으킬 수 있다는 점입니다. 이를 흔히 흥분한다고 표현을 하는데, 이러한 흥분성 때문에 정보 전달이라는 특수한 기능이 가능해지는 것이죠.
둘째, 뉴런은 한번 손상되면 재생이 되지 않는다고 합니다. 따라서 다른 신체 부위의 손상보다도 훨씬 더 치명적인 결과를 초래하지요. 우리가 위험한 활동을 할 때 헬맷을 써야하는 이유도 이 때문입니다.
뉴런은 수상돌기, 세포체, 축삭으로 구성되어 있습니다. 수상돌기는 다른 뉴런에서 신호를 전달받는 곳이고, 세포체는 몸에 있는 다른 세포들과 마찬가지로 유전 정보를 지니고 있는 세포핵을 가지고 있으므로 세포로서의 대사 및 유지 기능을 수행합니다. 축삭은 신경 신호를 다른 뉴런에 전달하는데, 축삭의 끝은 여러 갈래로 분기하며 그 끝은 종말단추라고 합니다.
뉴런과 뉴런 사이는 물리적으로 붙어 있지 않고 시냅스(synapse)라는 틈을 두고 있습니다. 시냅스에는 전기적 신호를 매개할 전도체가 존재하지 않습니다. 뉴런을 통해 축삭종말에 도달한 전기적 신호는 화학적 방법으로 다음 뉴런으로 전달됩니다. 시냅스 전 뉴런에서 방출된 신경전달물질이 시냅스 간극을 건너 시냅스 후 뉴런의 수용기와 결합함으로써 신호를 전달하게 되는 것입니다.
신경전달물질의 작용
뇌에는 다양한 종류의 신경전달물질이 있는데. 현재까지 약 40여 종이 발견되었고 아직도 새로운 신경전달물질이 연구되고 있습니다. 이들은 뇌의 다른 영역에서 다른 수용기와 결합함으로써 신경 정보의 다양성에 기여하며 각종 향정신성 약물이 작용하는 장소도 바로 이들 신경전달물질이 전달되는 시냅스입니다.
지금까지 밝혀진 대표적인 신경전달물질은 다음과 같습니다.
• 아세틸콜린(acetylicholine: ACh): 가장 먼저 발견된 신경전달물질로, 중추신경계와 말초신경계 모두에 존재한다. 아세털콜린은 뇌에서 기억과 관련된 신경전달물질인데, 이것을 생산하는 체계가 망가졌을 경우 알츠하이머병을 가진 환자들이 겪는 기억 결함의 증세가 나타난다. 말초신경계의 신경과 근육 접합부 (neuromuscular junction)에서는 흥분성 역할을 하여 근육을 수축하게 만드는 역할도 한다.
아미노산(amino acid): 아미노산계 신경전달물질은 신경계 대부분의 영역에 존재 하며, 빠른 신호 전달에 관여한다. 대표적인 아미노산계 신경전달물질에는 흥분성인 글루타메이트(gutamate)와 억제성인 GABA(gamma aminobutyric acid)가 있다. 뇌에서 처리되는 대부분의 정보는 아미노산계 신경전달물질에 의존한다.
• 모노아민(Monoamine): 모노아민계 신경전달물질은 아미노산으로부터 합성되며, 모노아민의 분비는 특정 시냅스를 넘어서서 넓은 영역의 시냅스에 영향을 미치는 특징이 있다. 특히 정서와 보상, 다양한 정신질환과 관련이 있다. 대표적인 예로 세로토닌(seroionin, SH), 도파민(dopamine: DA), 노르에피네프린(norepinephrine:NE)이 있다.
세로토닌의 경우, 우울증(depression)과 관련이 깊은 것으로 알려져 있으며, 우울증에 걸린 사람들의 경우 세로토닌의 수준이 정상인보다 낮다는 점에 착안하여 치료제가 개발되기도 하였다. 예를 들면, 시냅스에 방출된 세로토닌이 시냅스 전 뉴런으로 재흡수되지 않고 계속 남아 있게 하여 그 작용을 지속시키는 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(Selective Serotonin Reuptake Inhibitor: SSR)가 만들어져 대표적인 항우울제로 쓰이고 있다.
도파민은 운동과 보상에 관련되어 있다. 도파민의 수준이 너무 낮으면 어떤 동작을 시작하거나 자세를 유지하는데 어려움을 겪는 운동장애인 파킨슨병에 이르게 된다. 반대로, 도파민의 양이 너무 많을 경우에는 정신분열증 증상을 호소하게 된다. 또한 도파민 분비가 도박이나 약물중독과 같은 강력한 보상학습과 관련되어 있다는 증거가 많이 나오고 있다.
노르에피네프린은 자율신경계, 특히 교감 신경계의 작용에 관여하며 중추신경계에서는 각성과 주의에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
신경계의 구성과 기능
신경계는 뇌와 척수로 이루어진 중추신경계와 말초신경계로 구성되며, 말초신경계는 다시 체성신경계와 자율신경계로 나눌 수 있고, 자율신경계는 서로 반대 작용을 하는 교감 신경계와 부교감 신경계로 구성되어 있습니다.
뇌는 발생학적ㆍ기능적 구분에 따라 종뇌, 간뇌, 중뇌, 후뇌, 수뇌로 구분됩니다.
뇌의 해부학적 분류
종뇌 : 대뇌피질, 기저핵, 변연계
간뇌 : 시상, 시상하부
중뇌 : 중뇌개, 중뇌피개, 중뇌수도
후뇌 : 소뇌, 교
수뇌 : 연수, 망상체
수뇌는 뇌에서 가장 하부에 자리 잡고 있는 구조로, 척수와 연결된 부분에 해당하는 영역을 연수라고 부릅니다. 연수는 호흡, 혈압, 심장 박동 등 생명을 유지하는데 필수적인 기능을 담당합니다. 망상체는 연수에서 중뇌에 이르는 구간에서 중심부에 길게 그물 같은 망을 이루고 있는 구조로 퍼져 있으며 각성과 주의에 관여한다.후뇌에 있는 소뇌는 자세를 유지하고 신체의 균형을 잡고 신체기관의 움직임을 조화롭게 해주는 운동 협응에 중요한 역할을 합니다. 연수의 앞쪽에 살짝 튀어나와 있는 교는 라틴어의 다리를 의미하는 어원을 가지고 있고 대뇌와 소뇌를 연결해주는역할을 합니다.
중뇌는 교화 간뇌 사이에 자리잡은 부위인데 눙뇌개와 그 안쪽의 중뇌피개로 나뉩니다. 중뇌개는 라틴어로 지붕을 의미하며 움직이는 물체를 따라 시선을 자동적으로 옮기는 기능인 도약안구운동과 청각 관련 반사 행동에 관여합니다.
간뇌는 시상과 시상하부를 포함하는 중뇌 위쪽의 구조물인데, 후각을 제외한 모든 감각 정보는 시상을 거져 대뇌로 향합니다. 시상하부는 시상 밑부분에 붙어 있는 작은 부분인데 자율신경계와 호르몬의 분비를 통제함으로써 생존과 관련된 여러 행동에 대해 큰 영향을 행사합니다.
종뇌는 겉에서 볼 때 노의 거의 대부분을 차지하는 것처럼 보이는 대뇌피질과 그 안쪽의 기저핵, 변연계로 이루어진 부분입니다. 기저핵은 운동의 통제와 습관적인 행동의 학습을 담당합니다.
변연계는 고리를 의미하는 단어에서 비롯되었으며, 동기화 정서 및 학습과 기억에 관여하는데, 편도체, 해마, 대상회, 뇌궁, 유두체 등을 포함합니다. 편도체는 정서, 특히 공포와 연관되어 있으며 편도체가 손상되면 공포 학습에 결함을 보이며 공포 표정을 인식하지 못하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 이는 인간의 사회적 상호 작용에도 관여한다고 볼 수 있습니다.
대뇌피질에서 유난히 큰 구가 두개 있는데 하나는 중심구이고 다른 하나는 외측구입니다. 이 두개의 구를 중심으로 후두엽, 두정엽, 측두엽, 전두엽의 네개 영역으로 나뉩니다.
후두엽은 뒷쪽 부분으로 주로 시각 정보를 처리하며 일차시각피질이 위치하는데, 이부분이 손상되면 눈에는 아무런 이상이 없어도 앞으로 보지 못하게 되는 증세를 나타냅니다.
두정엽은 중심구 뒤쪽에 자리 잡은 영역으로 일차체감각피질이 있어서 촉각이나 통증 증 체감각 정보를 처리합니다.
측두엽은 반구의 양쪽 옆의 아랫부분에 자리잡고 있는데.이곳에 일차청각피질이 있으며 청각 정보를 분석합니다. 또한 언어 정보를 처리하는 영역, 특히 언어의 이해와 해석에 관련되는 영역인 베르니케 영역이 자리하고 있습니다. 이 영역이 손상된 베르니케 실어증 환자는 글이나 남의 말을 이해하지 못하는 등 언어의 의미를 해석하는 능력에 장애를 보입니다.
전두엽은 중심구 앞쪽에 있는 부분으로 우리 몸의 움직임에 관련된 역할을 수행하며 일차운동피질이 위치하고 있습니다. 전두엽에서도 가장 앞쪽 부분을 전전두피질이라고 부르는데, 전전두피질은 의사 결정, 계획, 상황 판단, 정서 조절 등 고차원적인 인지 기능을 담당합니다.
