생물심리학(biological psychology) James W. Kalat

[문형철]

정확하게 내가 이 분야에 대해서 알고 싶은 것이 무엇일까?

mind and body medicine의 뇌 과학적 이해라고 하면 적합할까?

biological psychology, behavioral neuroscience, cognitive neuroscience, neuropsychology, psychophysiology 등이 그 그 분야의 연구일 것이다.

암튼 나는 인체의 움직임, 인간의 정서, 사고, 행동의 근원을 알고 싶다.

그것이 뇌와 관련이 있다는 것은 직관적으로 알아차릴 수 있는데, 공부하기가 참 어렵다. 이유는 지식의 습득과 더불어 나의 몸안에서 통합해야 하는 실천의 과정이 필요하기 때문이다.

인간이란 무엇인가?

정신적 존재인가 물질적 존재인가?

정신적 실체인 마음과 물질적 실체인 몸 사이에는 어떤 관계가 있을까?

정신의 본질은 무엇인가? 생물학적 실체가 없는 정신이 과연 존재할 수 있을까?

인간의 마음을 생물학적 과정으로 이해할 수 있을까?

알아야 실행하고, 실행해야 체득한다. 그리고 그 체득은 나의 삶이 된다.

이 책을 통해 나는 나의 움직임, 정서, 사고 등에 대해 "앎과 실행"을 동시해 진행하고자 한다.

panic bird...

역자 서문

- 인간이란 무엇인가? 정신적 존재인가 물질적 존재인가? 정신적 실체인 마음과 물질적 실체인 몸 사이에는 어떤 관계가 있을까? 정신의 본질은 무엇인가? 생물학적 실체가 없는 정신이 과연 존재할 수 있을까? 인간의 마음을 생물학적 과정으로 이해할 수 있을까? 우리가 신경계의 작용에 대해 이해한다면 정신과 신체에 대한 문제를 해결할 수 있는가? 우리는 어떻게 지각하고 생각하고, 기억하고 행동하는가?

- 이 책은 감각 및 지각, 각성과 수면, 동기, 성행동, 불안과 공격성, 스트레스, 학습과 기억, 언어, 뇌손상에서의 회복, 우울증과 정신분열증 등을 포함한 심리학의 주요 문제들을 그것들과 깊이 관련된 생물학적 기제들을 중심으로 다루고 있다.

1. 주요 문제들

1) 마음-뇌 관계 - 행동에 대한 생물학적 설명, 뇌와 의식경험

- 생물심리학은 행동과 경험의 생리적, 진화적 및 발달적 기제에 대한 연구, 그 대부분은 뇌 기능연구에 주력

- 물질과 에너지로 구성된 우주가 존재한다고 할때, 의식같은 것이 왜 있는 것일까?

- 어떻게 물질인 뇌가 시각, 청각, 배고픔, 성적욕망, 분노, 공포 및 다른 경험들을 일으키는 것일까?

행동에 대한 생물학적 설명

# 생리학적 설명 - 행동을 뇌 및 기타 기관들의 활동과 관련시킴. 뇌활동에 영향을 미치는 화학적 반응들, 뇌활동이 어떤 경로를 거쳐 움직임을 조절하는지 등을 다룸

# 개체발생적 설명 - 어떤 구조나 행동의 발달을 기술. 유전자, 영양, 경험 및 이 요인들간의 상호작용이 행동 경향성의 생성에 어떤 영향을 미치는가를 알아내려 함

# 진화적 설명 - 어떤 구조나 행동을 진화적인 역사적 측면에서 고찰

# 기능적 설명 - 어떤 구조나 행동이 왜 그와 같은 양상으로 진화했는지를 고찰

- 이런 다양한 접근법들을 가능한 한 많이 조합함으로써 행동에 대한 이해를 증진시킬 수 있다.

뇌와 의식경험

- 행동에 대한 생물학적 설명은 mind-body or mind-brain문제를 제기한다. 마음과 뇌 사이의 관계는 무엇일까?

- 유물론, 유심론, 동일론

- 동일론 : 정신과정은 특정종류의 뇌과정과 동일한 것이지만, 단지 다른 용어로 기술된것이라는 관점

- 동일론과 같은 일원론적 입장을 받아들인다면 마음-뇌 문제가 해결된 것일까?

- 도대체 왜 의식같은 것은 존재하는 것일까?

- 의식을 생성해내기 위해서는 어떤 종류의 물질적 구조가 필요할까?

- 그리고 그 물질적 구조는 어떻게 의식을 생성해내는 것일까?

의식에 대한 어려운 문제와 쉬운 문제(David Chalmeres 1995)

- 쉬운 문제란 우리가 의식이라 부르는 많은 현상들, 즉 각성과 수면의 차이라든지, 주의집중을 가능하게 만드는 기제 등에 관한 것이다. 이런 문제들도 과학적으로는 어려운 것들이지만 철학적인 문제를 제기하지는 않는다.

- 어려운 문제는 어떤 종류이든 간에 뇌활동이란 것이 "왜 그리고 어떻게 의식과 관련되는가"라는 의문이다.  의식과 뇌활동간의 관계에 대하여 행해진 모든 연구 중에서 어려운 문제를 다룬 것은 거의 없다. 이 문제가 어려운 이유는 연구를 어떻게 해야 할지 모르기 때문이다.

- 물질이 왜 질량이나 전하를 갖고 있는지 설명할 수는 없다. 그냥 갖고 있을 뿐이다. 어쩌면 똑같은 방식으로 의식도 설명 불가능한 근본속성인지도 모른다. 만약 그렇다면 의식경험은 우주에 편재하고 있는 현상일 수 있다. 즉 정보가 풍부하게 내장된 방식으로 물질과 에너지가 배열된 곳에서는 어디서나 의식이 발견될지도 모른다.

- 의식은 관찰할 수 없다. 사실 다른 사람들이 의식을 갖고 있는지조차 어떻게 아는가? 실제로는 알지 못한다. 다만 "다른 사람들도 나처럼 생겼고 나처럼 행동하니까 아마도 내것과 같은 내적경험을 하겠지"라고 생각할 뿐이다.

- 그렇다면 개는 어떨가? 쥐는? 물고기는? 곤충은? 아마바는? 그리고 나무는? 바위는?

- 우리가 의식이 있다고 믿는 동물과 의식이 없다고 가정하는 동물을 구분짓는 선이 어디인가 모호하다.

- 많은 학자들이 신경과학에 빠져드는 이유는 마음-뇌 문제에 매혹되어 그 해결에 최소한 약간이라도 도움이 되기를 원했기 때문이다. 뇌의 여러부분을 상실한다는 것은 마음의 일부를 상실함을 의미하며, 뇌를 자극하여 특정한 활동을 일으키면 경험이나 행동 경향서이 유발될 수 있다.

- 생물심리학자들은 뇌과정, 유전자 등과 같은 용어들로 가능한 한 많은 심리학적 문제들을 설명하려는 열망에 가득차 있다.

요약.

1. 생물심리학자는 특정한 한 행동에 대한 다음과 같은 네 유형의 질문에 답하려 한다.

첫째, 그 행동이 뇌 및 기타기관의 생리와 어떻게 관련되는가?

둘째, 개체 내에서 그 행동이 어떻게 발달하는가?

셋째, 그 행동을 하는 능력이 어떻게 진화되었는가?

넷째, 그런 행동 능력이 왜 진화되었는가?

2) 행동의 유전학 - 멘델 유전학, 유전율, 행동의 진화

- 당신이 누구이며 당신이 무엇을 하는가는 "당신의 유전자와 환경양자" 모두에 좌우된다. 유전자가 없거나 환경이 없다면 당신은 존재하지 않을 것이다.

유전자가 어떻게 행동에 영향을 미치는가?

- 어떤 유전자가 정확히 어떻게 어떤 행동의 확률을 높이는지는 복잡한 문제이다.

행동의 진화

- 모든 유전자는 자연선택을 통해 진화하게 된다. 진화는 한 개체군에서 여러가지 유전자의 빈도가 세대에 걸쳐서 변화하는 것이다.

진화에 대한 일반적 오해

# 어떤 구조나 행동의 사용, 불사용이 그 특징을 진화적으로 증가시키거나 감소시키는가? 라마르크식 진화 이론

- 생물학자들은 라마르크식 진화가 일어나게 되는 기제를 발견하지 못했고 그것이 실제로 일어난다는 증거도 전혀 찾지 못함.

- 다만 정상보다 작은 새끼발가락을 가진 사람들이 다른 사람들보다 유리한 이점이 있다면 사람의 새끼발가락이 미래에는 더 작게 진화할지도 모름.

# 인간은 진화하기를 멈추었는가?

- 그렇지 않다.

# 진화는 "향상"을 뜻하는가?

- 진화는 개체군의 "적합도"를 향상시킨다

# 진화는 개체에게 유익하도록 작용하는가 아니면 종에게 유익하도록 작용하는가?

- 둘다 아니다. 진화는유전자를 퍼뜨리도록 작용하는 것이다.

사회생물학(진화심리학)

- 사회적 행동이 어떻게 진화해 왔는지를 다룬다. 그 강조점이 기능적 설명에 있는데, 이는 이전에 정의한 바와 같이 어떤 행동이 어떻게 유용할수 있는지 그리고 왜 자연선택이 그것을 선호할지를 설명하는 것이다.

3) 연구에 있어서 동물사용에 대한 논란

2. 신경세포와 신경충동

1) 신경계의 세포 - 뉴런과 교세포, 유아의 반사, 혈뇌장벽, 척추동물 뉴런의 영양공급

뉴런과 교세포의 해부학

- 뉴런은 정보를 받아들여 다른 세포에게 전달하는 세포. 대뇌피질에 120-150억개, 소뇌에 700억개, 척수에 10억개로 대략 천억개의 세포로 구성

동물세포의 구성물들

- 세포의 가장자리에는 세포막이데, 이는 세포의 내부를 외부환경과 분리시키는 구조물

- 세포막은 지방분자들이 두층으로 이루어져 있다. 물, 산소, 이산화탄소같은 전하를 띠지 않은 작은 화학물질은 세포막을 비교적 자유롭게 통과하여 이동한다. 나트륨, 칼류, 칼슘, 염소 같은 몇몇 전하를 띤 이온들은 세포막에 있는 단백질 통로(protein channel)라는 전용통로를 통해 다닐 수 있다.

- 적혈구를 제외한 모든 동물세포에는 염색체를 함유하는 구조물인 핵nucleus이 있다. 미토콘드리아는 신진대사활동을 수행하는 구조물로, 세포의 다른 모든 활동에 필요한 에너지를 공급한다. 리보솜ribosome은 세포가 새 단백질 분자들을 합성하는 장소이다. 단백질은 세포를 구성하는 물질들을 제공하고, 다양한 화학반응을 촉진한다. 소포체endoplasmic reiculum는 가는 기관들로 이루어진 망으로써 새로이 합성된 단백질을 다른 장소로 운반한다.

뉴런의 구조

- 핵, 세포막, 미토콘드리아, 리보솜

- cell body, dendrite(수상돌기), axon(축색), myelin sheath, nodes of Ranvier, presynaptic terminal(end bulb)

- 한세포의 수상돌기와 축색 전체가 한 단일구조물 내에 있을 경우, 그 세로를 그 구조의 interneuron이라 한다.

- 모든 감각뉴런은 구심성afferent, 모든 운동뉴런은 원심성efferent

뉴런의 다양성

- 뉴런은 크기, 모양 및 기능이 대단히 다양하다. 한 뉴런의 모양은 다른 뉴런들과의 연결을 결정하고 따라서 신경계의 전반적인 기능에서 그 뉴런이 어떤 기능을 하는지를 결정한다. 가지가 넓게 뻗을수록 다른 뉴런들과의 연결도 많아진다.

- 한때 연구자들은 뉴런이 모양이 절대 변하지 않는다고 믿었었다. 하지만 우리는 이제 새로운 경험이 뉴런의 모양을 계속 수정한다는 것을 알고 있다.

- 1985 Dale Purves와 R. D. Hadley는 살아있는 뉴런의 구조를 며칠 또는 몇주에 걸쳐서 여러시점에서 관찰할 수 있게 해주는 염색약 주사방법을 개발하였다. 이들은 수상돌기의 가지 중 일부는 성장하고 확장되는 반면 다른 일부는 줄어들거나 아예 없어짐을 보여주었다. 그림 2.10. 두 뉴런의 수상돌기들이 시간에 따라 변하는 모습

1: Nature. 1985 May 30-Jun 5;315(6018):404-6. Links

Changes in the dendritic branching of adult mammalian neurones revealed by repeated imaging in situ.

A major obstacle to understanding the mechanism of long-term change in the vertebrate nervous system has been the inability to observe the same nerve cell at different times during the life of an animal. The possibility that changes in neural connectivity underlie the remarkable flexibility of the nervous systems of mammals has therefore not been tested by direct observation. Here, we report studies in which we have visualized the same neurone in the superior cervical ganglion of young adult mice at intervals of up to 33 days. This collection of nerve cells is particularly accessible and therefore well suited to our approach. We find that the dendritic branches of the neurones examined change appreciably over intervals of 2 weeks or more; some branches retract, others elongate and others seem to form de novo. The apparent remodelling of these postsynaptic elements implies that the synaptic connections of these cells normally undergo significant rearrangement beyond what is usually considered to be the developmental period.

교세포

- 신경계를 구성하는 다른 주요 요소인 교세포는 인접한 뉴런들과 화학물질을 주고받기는 하지만 뉴런들처럼 장거리에 걸쳐 정보를 전달하지는 않는다. 평균적인 교세포의 크기는 1/10이다. 교세포의 수가 뉴런의 약 10배쯤 되므로 교세포가 차지하는 전체공간은 뉴런이 차지하는 공간과 비슷하다.

- 교세포는 기능이 다양한데, 성상세포astrocyte는 여런 축색들이 시냅스전 종말들을 감싸고 있는데, 축색들의 활동을 동기화시키고, 뉴런이 죽었을때 폐기물 처리를 담당

- 미세교세포microglia는 바이러스, 곰팡이 및 기타 미생물 뿐 아니라 폐기물을 제거한다. 사실상 이들은 면역계의 일부인 것처럼 기능한다.

- 뇌와 척수에 있는 핍돌기세포oligodendrocyte와 신체 말초에 있는 슈반세포schwann cell는 특수한 종류의 교세포로서 척추동물의 특정 축색들을 감싸 이들을 절연하는 수초를 만드는 역할을 한다.

- 성상세포의 일종인 방사형 교세포radial glia는 태내 발달 도중 뉴런의 이동 및 축색과 수상돌기의 성장에서 길잡이 역할을한다.

혈뇌장벽(blood-brain barrier)

-성숙한 척추동물의 뇌는 손상된 뉴런을 쉽게 대체하지 못한다. 그러므로 위험을 최소화하기 위해서 신체는 뇌의 혈관을 따라 문자 그대로 장벽을 쌓는다. 이 장벽이 대부분의 바이러스, 박테리아 및 다른 위험한 화학문질을 막는다.

- 바이러스가 뇌 척수에 들어가면 어떻게 될까? 뉴런들은 다른 체세포들처럼 세포막을 통해 바이러스를 돌출시켜 자살하지 않는다. 뇌는 바이러스를 공격하거나 바이러스의 복제를 느리게 만드는 방어기제를 갖고 있지만 죽이지는 못한다. 그래서 당신의 신경계에 들어간 바이러스는 일생동안 남아있게 된다. 예를들어 헤르페스 바이러스는 수두, 대상포진이 그런 사례이다.

- 혈뇌장벽을 수동적(에너지를 소비하지 않고) 통과할 수 있는 물질에는 다음의 두 부류가 있다. 하나는 산소나 이산화탄소같은 전하를 띠지 않은 작은 분자들이고, 다른 하나는 모세혈관 벽에 함유된 지방에 녹을 수 있는 분자들이다. 예를들어 정신과 약물들은 지방에 녹기 때문에 뇌로 들어간다. 헤로인, 니코틴, 카나비놀같은 많은 남용약물들도 그러하다. 헤로인은 몰핀보다 지방에 더 잘 용해되기 때문에 뇌에 더 강한 효과를 일으킨다.

- 혈뇌장벽이 그렇게 좋은 방어물이라면 왜 다른 기관들의 주위에는 유사한 장벽들이 없을까? 이러한 장벽은 대부분의 영양물질을 비롯하여 많은 유용한 화학물질들도 역시 차단하기 때문이다. 그런 화학물질들을 전달하려면 능동수송이 필요한데 비효율적이다.

척추동물 뉴런의 영양공급

- 뉴런은 포도당이라는 단당에서 대부분의 영양을 얻는다. 그 과정에서 엄청난 양의 산소를 소비한다. 뉴런이 포도당에 그토록 심하게 의존하는 이유는 무엇일까? 케톤문제...

- 뇌는 아무것도 먹지 않으면 저장된 지방을, 심지어는 근육을 포도당으로 변환시켜 사용한다....

2) 신경충동 - 뉴런의 안정전위, 활동전위, 활동전위의 전파, 수초와 도약, 국소뉴런, 뉴런의 메시지

뉴런의 안정전위

- 뉴런의 막은 세포안과 밖 사이에 전하의 차이 즉 전기적 기울기를 유지한다. 이를 안정전위resting potential라 한다. -70mv

- 뉴런의 세포막은 선택적 투과성을 가지고 있어서 산소, 이산화탄소, 요소, 물 등은 양방향으로 오갈 수 있고, 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 염소같은 중요한 이온들은 때로는 열리고 닫히는 통로를 통해 지나다닌다.

- 나트륨 이온은 세포막의 바깥쪽에 10배이상의 농도로 존재하여 나트륨-칼륨펌프역할. 나트륨 이온 3개를 세포밖으로 내보내는 동시에 칼륨 이온 2개를 세포안으로 끌어들이기를 거듭하는 단백질 복합체

- 나트륨-칼륨펌프는 에너지를 필요로 하는 능동수송체

- 안정전위는 뉴런이 자극에 재빨리 반응할 수있도록 준비된 상태에 있게 하는 역할. 즉 뉴런의 흥분은 나트륨 통로를 열어서 나트륨이 폭발적으로 세포안으로 들어오게 한다.

활동전위

- 과분극화, 탈분극화, 흥분역치

- 급속한 탈분극화와 그에 뒤이은 약간의 과분극화를 활동전위라 함. 활동전위는 축색에서 일어남.

- 리도카인과 같은 국소마취제는 막의 나트륨 통로에 붙어서 나트륨 이온의 유입을 막아 마취제 역할

- 에테르와 같은 전신마취제는 특정 칼륨 통로들을 보통때보다 더 활짝 열어서 뇌의 활동을 저하시킴으로써 통증 제어

실무율

- 실무율의 법칙때문에 뉴런의 메시지는 불빛을 켰다 껏다 함으로써 신호를 보내는 것과 유사

불응기

- 막 안팎에 걸린 전위가 그 정점에서 안정수준으로 돌아오는 동안에도 그 전위는 여전히 역치이상이다. 그런데도 이 기간동안 세포가 또다른 활동전위를 생성하지 않는 이유는 무엇일까?

- 활동전위 바로 직후에 뉴런은 불응기에 들어가는데 이 기간동안에는 더이상의 활동전위를 생성하는데 저항한다.

활동전위의 전파

- 축색이 신경충동을 먼거리에 걸쳐 그강도의 손실없이 전달되는 과정

- 운동뉴런에서는 축색이 세포체에서 뻗어나가는 불룩한 부위인 축색구에서 활동전위가 시작된다.

수초와 도약전도

- myelinated axon때문에 도약전도

국소뉴런

- 축색과는 달리 수상돌기와 세포체는 활동전위를 생성하지 않는다. 이들은 자신에게 오는 자극에 따라서 약간의 탈분극화나 과분극화를 생성한다.

작은 뉴런, 큰 오해

- 국소 뉴런은 연구하기가 힘들다. 연구 초기에 과학자들은 작은 뉴런을 미성숙 뉴런들이라고 가정하였다. 국소 뉴런의 이런 오해가 아마도 "우리는 뇌의 10%만을 사용하고 있다"는 터무니없는 믿음을 제공했다. 이후 사람들은 그렇게 믿고 싶어서 그냥 그렇다고 생각하고 인용한다.

3. 시냅스 교신

- 뉴런들이 교신을 하는 주된 방법은 바로 "화학적 교신"이다. 인간의 신경이 얼마나 훌륭하게 작동하는지를 감안하면 화학적 교신은 우리의 예상보다 더 융통성있는 체계임이 분명하다.

1) 시냅스의 개념 - 시냅스의 특성, EPSP, IPSP 및 활동전위 간의 관계, 판단자로서의 뉴런

- Sherrington은 자극에 대한 자동적인 근육 반응인 반사를 가지고 실험을 함. reflex arc

- 개를 고정대에 묶어 바닥에 닿지 않게 매달아 놓고, 개의 앞발을 꼬집자 잠깐 지연 후 개는 꼬집힌 다리를 구부렸고, 다른 다리들을 쭉 뻗었다. 다리의 구부림과 뻗음은 모두 반사적인 움직임 즉 자극에 대한 자동적인 반응이었다. 뿐만 아니라 척수를 절단한 개의 실험에서도 똑같은 움직임이 일어났다.

반사의 특징들

# 반사는 축색을 통한 전도보다 더 느리다. 따라서 시냅스에서 어떤 지연이 발생함이 분명하다.

# 약간 다른 시간에 혹은 다른 지점에 주어지는 여러개의 약한 자극들은 하나의 자극이 만드는 것보다 더 강한 반사를 일으킨다.

# 일군의 근육들이 흥분되면 다른 일군의 근육들은 이완된다.

- 시냅스에서 일어나는 한 뉴런과 다른 뉴런간의 전달이 축색을 통한 전달보다는 틀림없이 느림

시간적 총화 temporal summation

- 반사궁에 대한  sherrington의 연구는 짧은 시간 방복해서 일어나는 자극이 누적효과를 낼 수 있음(시간적 총화)을 시사.

- 항상 탈분극화인 활동전위와는 달리 등급전위는 "탈분극화(흥분성)일 수도 있고, 과분극화(억제성)일 수도 있다. 등급적 탈분극화를 흥분성 시냅스후 전위(excitatory postsynaptic potential, EPSP)라고 한다.

- 활동전위와는 달리 EPSP는 역치이하의 사건으로서 시공간에 걸쳐 소멸한다. 즉 EPSP는 막을 따라 퍼지면서 그 크기가 감소한다.

공간적 총화 spatial summation

- 반사궁에 대한 셰링턴의 연구는 시냅스가 공간적 총화라는 특성도 갖고 있음을 시사. 즉 서로 다른곳으로부터 오는 여러개의 시냅스 입력들은 한 뉴런에 누적 효과를 발휘할 수 있다는 것이다. 개를 두번 꼬집는 대신 두지점을 동시에 꼬집었다. 두군데가 합쳐지면서 반응이 일어났다.

억제성 시냅스

- 셰링턴이 개의 발을 꼬집었을때 그 다리의 굴근이 수축했고, 나머지 세 다리의 신근도 수축했다. 이와동시에 자극된 다리의 신근과 나머지 세다리의 굴근은 이완되었다. 이와같은 일련의 협응된 적응적 우직임에 대해 셰링턴은 또 다시 시냅스, 특히 척수내 뉴런들간의 연결을 토대로 다음과 같이 설명

- Eccles와 후속 연구자들은 내재뉴런이 그 신근의 운동뉴런에 실제로 억제성 시냅스를 갖고 있음을 보여줌. 이러한 일시적인 과분극화를 억제성 시냅스전위(inhibitory postsynaptic potential, IPSP)라고 한다. 억제는 단순히 흥분의 결여가 아니라 흥분성 반응을 억제할 수 있는 능동적 "제동장치"이다.

IPSP, EPSP 및 활동 전위간의 관계

- 뉴런이 한번에 하나이 EPSP 또는 IPSP에 노출되는 경우는 거의 없다. 하나의 뉴런 표면에는 수천개의 시냅스가 있을 수 있는데, 그 중 어떤 것들은 뉴런을 흥분시키고 어떤 것들은 뉴런을 억제한다. 한번에 활성화되는 시냅스의 수와 조합은 무궁무진해서 시간적 공간적 총화의 조합이 계속적으로 변화한다. EPSP의 수가 많을수록 활동전위가 일어날 확률이 높아지고, IPSP의 수가 많을수록 활동전위가 일어날 확률이 낮아진다.

- 한 뉴런에서 EPSP가 IPSP와 경합을 벌인다. 둘간의 균형이 뉴런의 흥분을 결정짓는다. EPSP동안에는 나트륨통로가 열리고, IPSP 동안에는 칼륨이나 염소통로가 열린다.

2) 시냅스에서 일어나는 화학적 전기들

시냅스 전달은 대부분 화학적이라는 발견

- 셰링턴은 시냅스가 전기적 충동에 의해 정보를 전달한다고 믿었다. 하지만 실제로는 화학물질을 분비함으로써 ...

시냅스에서 일어나는 화학적 사건들의 연쇄

# 뉴런이 신경전달물질로 작용하는 화학물질을 합성한다. 크기가 작은 신경전달물질들은 축색종말에서,펩티드 분자들은 세포체에서 합성된다.

# 펩티드 신경전달물질의 경우에는 뉴런이 축색종말로 이들 물질을 수송한다. 활동전위 또는 축색을 따라 이동한다.

# 시냅스 전 종말에서 활동전위가 칼슘으로 하여금 세포안으로 들어오게 만드는데, 그러면 신경전달물질이 그 종말에서 시냅스전 뉴런과 시냅스 후 뉴런 사이의 공간인 시냅스 간극으로 분비된다.

# 분비된 신경전달물질 분자가 수용기에 붙어서 시냅스 후 뉴런의 활동을 변화시킨다.

# 신경전달물질이 수용기에서 분리되고 비활성 화학물질로 변환된다.

# 가능한 많은 신경전달물질 분자들이 시냅스 전 뉴런으로 다시 흡수되어 재활용된다. 어떤 세포에서는 빈소낭들이 세포체로 되돌아간다.

신경전달물질의 종류

아미노산                  글루탐산, GABA, 글라이신, 아스파탐산, 아마도 다른 것들

수정된 아미노산       아세틸콜린

모노아민                  인돌아민 : 세로토닌

                               카테콜아민  : 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린

펩티드                     엔돌핀, 물질 P, 뉴로펩티드 Y, 기타 많은 것들

퓨린                        ATP, 아데노신, 아마도 다른 것들

기체                        NO, 아마도 다른 것들

신경전달물질의 합성

# 세틸조효소 A + 콜린 -> 아세틸 콜린

# 페닐알라닌 -> 티로신 -> 도파 -> 도파민 -> 노르에피네프린 -> 에피네프린

# 트립토판 -> 세로토닌

신경전달물질의 수송

- 소낭, Exocytosis,

- 시냅스 틈의 폭은 겨우 0.02-0.05마이크론에 지나지 않으며 신경전달물질이 시냅스 틈을 거쳐 확산되는데에는 10마이크로초가 채 걸리지 않는다.

- 뉴런은 단 하나의 신경전달물질이 아니라 여러신경전달물질을 조합해서 분비한다. 이런 조합은 뉴런의 메시지를 더욱 복잡하게 한다.

시냅스후 뉴런에 있는 수용기의 활성화

- 각각의 신경전달물질들은 여러 상이한 종류의 수용기와 상호작용을 한다. 예컨대 도파민은 적어도 다섯가지의 수용기를 가지고 있으며, 세로토닌은 열종류 이상의 수용기를 가지고 있다. 상이한 수용기들은 행동에 있어서 상이한 기능을 하며, 따라서 한 유형의 수용기에 영향을 미치는 약물이나 유전적 돌연변이는 행동에 특이적인 효과를 낼 수 있다.

- 신경전달물질 수용기는 세포막에 박혀있는 단백질이다. 신경전달물질이 수용기의 활성장소에 부착되면 수용기가 어떤 통로를 직접 열수도 있고(이온성 효과), 혹은 더 느리지만 더 오래 지속되는 효과(대사성 효과)를 낼 수도 있다.

이온성 효과

- 어떤 신경전달물질은 시냅스후 뉴런에 이온성 효과를 낸다. 즉 신경전달물질이 막에 있는 수용기에 붙어서 거의 즉각적으로 특정 종류의 이온통로를 연다.

- 예를들어 아세틸콜린은 그 시냅스 중 일부에서 이온성 효과를 내는데, 이 시냅스는 니코틴이란 약물에 의해 자극될 수 있기 때문에 니코틴성 시냅스라고 한다. 이온성 효과들은 비록 속도에 차이가 있기는 해도 모두 신속하며 짧게 지속된다 10ms-20ms. 이온성 시냅스는 시각, 청각자극, 근육운동 및 기타 빠르게 변하는 사건들에 대한 정보를 전달하는데 유용하다.

- 척추동물 뇌에서 가장 풍부한 흥분성 전달물질은 글루탐산인데, 이것은 그 수용기들 대부분에서 이온성 효과를 낸다. 가장 풍부한 억제성 전달물질은 GABA인데, 이것 역시 이온성 효과를 낸다.

대사성 효과

- 다른 어떤 시냅스에서는 신경전달물질이 대사성 효과를 낸다. 이것은 이온성 효과보다 더 느리고 더 오래지속되는 일련의 대사반응을 시작시킴으로써 일어난다. 대사성 효과는 신경전달물질 분비후 30ms이상 지난 뒤에 나타나며, 수초, 수분 또는 수시간 동안 지속된다.

- 신경전달물질이 대사성 수용기에 부착되면 그수용기는 단백질이 변화하여 반응한다. G-protein, 이차 전령효과

호르몬

- 우리는 어떤 화학물질이 소량으로 그 목표 세포에 가까이 분비되면 신경전달물질이나 신경조절자라고 부르며, 더많은 양이 분비되어 혈류를 통해 신체 전체에 있는 목표물로 흘러가면 호르몬이라고 한다.

신경전달물질의 불활성화와 재흡수

- 아세틸콜린은 수용기를 활성화시키고 난 후 아세틸콜린에스터레이즈라는 효소에 의해 콜린과 아세트산이라는 두조각으로 분해된다. 재흡수...

시냅스와 약물효과

- 시냅스에 대한 이야기가 행동과 무슨 상관이 있는 것일까? 특정 유형의 수용기를 변경시키면 행동에 때로는 대단히 큰 영향이 생긴다. 나중에 우리는 특정 시냅스 변화를 학습과 기억, 불안, 우울증, 정신분열증 등 여러가지와 연관시키는 증거를 공부하게 될 것이다.

- 행동에 중요한 효과를 내는 거의 모든 약물은 시냅스에 작용한다.

- 우리가 신경전달물질로 사용하는 것과 동일한 물질 중 많은 것을 식물들도 사용한다.

약물은 시냅스에 어떻게 영향을 미치는가?

- 신경전달물질의 효과를 차단하는 약물을 길항제 antagonist라 하고, 모방하거나 증가시키는 약물을 효현제 agonis라고 한다.

- 약물의 효능은 그 약물이 수용기를 활성화시키는 경향이 있다.

- 83페이지 그림 3.13. 도파민 시냅스에 미치는 몇몇 약물의 효과

- 음식에서 티로신 --> 도파 --> 도파민 --> DOPAC(효소 MAO에 의해) - 도파민 - 시냅스 간극에 분비, 재흡수

- AMPT약물이 티로신-> 도파 반응 차단

- 특정 항우울제가 도파민 - DOPAC반응 차단

- 리서핀은 도파민을 소낭에서 새어나오게 할 수 있음

- 암페타민은 도파민을 시냅스간극에 분비를 증가

- 할로페리돌같은 항정신병 약물이 수용기 차단

- 코카인과 삼환계 항우울제는 재흡수를 차단

시냅스와 성격

- 여러 신경전달물질 수용기가 얼마나 많이 있는가는 사람마다 다르다. 그리고 시냅스는 행동의 거의 모든 측면에 결정적인 역할을 한다.

신경전달물질과 행동

- 신경전달물질과 그 수용기의 종류가 그렇게나 많은 이유는 복잡한 행동을 만들어내기 위해

4. 신경계의 해부학

1) 연구방법 - 뇌손상 효과, 뇌자극 효과, 뇌활동기록, 뇌해부학과 행동간의 상관성

2) 척추동물신경계의 구조 - 척수, 자율신경, 후뇌, 중뇌, 전뇌, 뇌실

3) 대뇌피질 - 대뇌피질의 조직화, 후두엽, 두정엽, 측두엽, 전두엽

어떻게 해서 부분들이 통합적으로 작용하는가?

- 모조팔 실험

- 시각, 청각 그리고 뇌의 다른 영역들이 어떤 방식으로 서로 영향을 미쳐 하나의 대상에 대하여 통합된 지각을 가능하게 하는가라는 의문을 결합문제 또는 대규모 통합문제(large-scale integration problem)이라고 한다.

- 인간이 대뇌피질이 아주 크기 때문에 피질이 곧 뇌이고, 그 밖의 영역들은 중요하지 않다고 잘못 생각하는 경향이 있다.

5. 두뇌의 발달과 가소성

- 시경계에서는 필요한 것보다 훨씬 많은 뉴런들이 처음에 만들어지고 그 중에서 적절한 연결을 확립하지 못한 뉴런들이 나중에 제거된다. 또한 나중까지 살아남을 시냅스보다 더 많은 시냅스가 형성되어서 그 중 덜 활동적인 것들이 폐기된다.

- 화학적 친화력과 경험의 효과가 함께 합쳐져서 축색들 사이의 연결을 형성시킨다. 경험 특히 생애 초기의 경험은 일정한계 내에서 뇌의 해부학적 특징에 변화를 준다.

- 인간의 뇌는 날카로운 타격, 혈류 차단 및 여러가지 유형의 부상에 의해 손상될 수 있다.

- 뇌 손상의 회복에 많은 기제가 관여하는데, 여기에는 손상되지 않은 뉴런들이 충분한 활동을 회복하는 것, 축색의 재성장, 살아남은 시냅스의 재적응, 그리고 행동적 재적응 등이 포함된다.

1) 뇌의 발달 - 척추동물 뇌의 분화, 축색들의 길찾기, 경험에 의한 미세조정, 뇌영역들의 비례적 증대, 발달중인 뇌의 취약성

척추동물 뇌의 성장과 분화

- 신경과학자들은 뉴런의 발달단계를 증식, 이동, 분화, 수초화 그리고 시냅스 생성으로 구분한다.

- 증식proliferation이란 새로운 세포들의 생성이다. 이동migration은 뉴런과 교세포가 뇌안에서 최종목적지가 될 곳으로 이동. 이러한 증식과 이동을 방해하는 유전자나 독극물은 무엇이든지 정신지체를 야기할 수 있다.

- 분화는 축색과 수상돌기를 형성함으로써 뉴런만의 독특한 모양을 갖춘다. 축색이 수상돌기보다 먼저 자라는데, 축색은 뉴런이 이동하고 있는 동안에 자란다. 뉴런이 최종위치에 도달하면 수상돌기가 형성되기 시작한다.

- 축색이 형성된 후 교세포들이 신경전달속도를 높이는 절연성 지방포피를 형성함에 따라 수초화가 되는 축색들이 많다. 인간의 경우 수초는 척수에서 먼저 형성되고 다음으로 후뇌, 중뇌, 전뇌에서 형성된다. 뉴런의 증식, 이동과는 달리 수초화는 몇십년 어쩌면 평생동안 진행되기도 한다.

- 마지막 과정인 시냅스생성은 평생동안 지속된다. 콜레스테롤이 시냅스 형성에 필수적인 역할을 한다.

뉴런의 생존을 결정하는 요인들

- 신경성장인자(NGF), 신경영양요소(neurotrophin)

- 모든 신경계는 처음에는 성인기까지 살아남을 것보다 훨씬 더 많은 뉴런을 만든다. 인간태아의 뉴런수를 측정해보면 11주째 가장 많고 25주째까지 지속적으로 감소하는 것을 볼 수 있다. 시냅스를 만들지 못한 뉴런들은 죽어버린다.

- 뉴런이 세포자살을 하지 않고 생존하려면 적절한 목표물에 축색을 붙여서 신경영양요소를 받을 필요가 있으며, 또한 적절한 자극을 받을 필요도 있다.

- 뉴런이 신경전달물질을 분비할때에는 신경영양요소도 동시에 분비하는데, 신경전달물질을 분비하지 못하는 뉴런은 신경영양요소 또한 분비하지 못한다.

- 왜 발달중인 CNS는 그렇게나 많은 여분의 뉴런들을 생성할까? 그것은 필요보다 많으면 오류의 교정이 가능하기 때문..

축색들의 길찾기

- roger sperry의 개구리 안구실험

- 축색들은 화학적 기울기에 따라 목표부위의 표면에 저절로 분류된다.

축색들 사이의 경합

- 처음에 축색들이 많은 시냅스 후 세포들과 잠정적인 연결을 만들고나면 점차로 시냅스 후 세포가 어떤 연결은 강화시키고 다른 연결은 폐기한다. 어떤 이론가들은 이런 결과들이 neural Darwinism 신경다윈주의라는 일반원리를 시사한다고 생각한다.

- 우리는 우리가 지닐 것보다 더 많은 뉴런과 시냅스를 갖고 시작한다. 시냅스들이 아무렇게나 형성되고 나면 선택과정을 통해 어떤 시냅스는 살아남고 나머지는 폐기된다. 이런 방식으로 가장 성공적인 축색들 또는 그들의 조합은 생존하는 반면 다른 것들은 활동적 시냅스를 유지하지 못하게 되는 것이다.

137 페이지. 그림 5.9 시냅스의 제거를 통한 발달

- 발달초기에 개개의 근섬유는 여러 운동뉴런의 축색가지들로부터 시냅스를 받는다. 각 근섬유는 점차로 한 축색과의 시냅스는 강화시키고 다른 축색들과의 시냅스는 거부한다.

- 발달초기에 교감신경계의 신경절에 있는 뉴런들은 많은 축색으로부터 시냅스를 받는다. 나중에 각 뉴런은 어떤 뉴런들로부터 입력되는 축색은 제거하고, 다른 뉴런들로부터 들어오는 축색은 받아들인다. 비록 한뉴런 전체로 보면 많은 뉴런들로부터 축색은 받아들이지만, 일반적으로 각각의 수상돌기는 오직 하나의 축색과만 지속적인 시냅스를 형성한다. 그렇지만 그 축색은 아주 많은 가지를 형성하여 그 수상돌기에 아주 많은 시냅스를 형성할 수도 있다.

경험에 의한 미세조정

- 신경계의 조립이 필요한 유전적 설명서에는 단지 대략적인 이야기뿐이다. 삶이 예측불가능하기 때문에 우리의 뇌는 경험에 대한 반응으로 자기 스스로를 (한계내에서) 재설계할 수 있는 능력을 진화시켜 왔다. 뇌의 해부학적 구조의 가소성덕분에 우리들 개개인의 활동에 적합하도록 맞춤설계를 하는게 가능해졌다.

수상돌기의 분지에 미치는 경험의 효과

- 당신이 복잡하고 험난한 환경에 산다면 정교한 신경계가 필요하다. 실험용 환경에서 단순하게 살아가는 쥐와 10마리의 쥐가 장난감을 가지고 놀 수 있는 쥐..

- 운동은 신경영양오소들을 방출시켜 뉴런과 시냅스의 발달을 증가시키는데, 그 운동이 심한 것일 필요는 없다. 당신의 뇌를 위해서 운동을 하라는 충고는 노인들에게 매우 중요하다.

- 풍요로운 환경은 많은 다양한 종들에게서 축색과 수상돌기의 발아를 촉진한다. 많은 학문적 교육을 받은 사람들이 정식 교육을 덜 받은 사람들보다 더 깊고 넓게 분포된 수상돌기를 지니는 경향이 있다. 이에 대해서는 두가지 설명이 가능하다. 학습이 수상돌기의 분지화를 증가시켰다. 넓게 퍼진 수상돌기를 가진 사람들이 학교에서 더 좋은 성적을 올리고 더 많은 교육을 받았다.

새로운 뉴런의 생성

- 다 자란 척추동물의 뇌가 새로운 뉴런을 생성할 수 있을까?

- 논란중..

인간의 뇌 구조에 미치는 경험의 효과

- 인지심리학자들은 장기, 바둑 등 특정기술을 열심히 익힌 사람은 다른 기술에도 그렇게 되는 것은 아니지만 그 기술에 더욱더 숙달되게 됨을 보여주었다. 아마도 무언가에 대한 전문지식을 발달시키는 것은 뇌를 변화시켜서 그 필요한 능력을 향상시키게되는 것과 같다.

- 음악가들의 뇌에 대한 검사에서는 우반구의 측두피질의 한 영역이 30% 더 크다는 것을 발견했다.

- 이런 결과들은 어떤 기술을 연습하는 것이 그 기술의 수행을 최대화하도록 일정 한계내에서 뇌를 재조직화한다는 것을 시시한다.

- 무언가 중요하다고 생각되는 것에 주의를 주면 도파민이 분비되는데, 이 도파민이 피질영역들에 작용하여 도파민 분비 당시에 주어지고 있었던 자극들에 대한 표상을 확대시킨다. 그런 확장된 피질은 더 많은 주의를 줄 수 있게, 그것을 더 깊이 처리할 수 있다는 점에서 유익하다.

- 극단적인 재조직화는 문제를 일으킨다.

- musician's cramp 음악가의 쥐. 초점성 수부근긴장이상(focal hand dystonia)

- 연습을 많이하여 체감각피질에 표상이 극단적으로 커지면 한 손가락에 주어진 자극이 다른 손가락과 똑같은 피질영역들을 흥분시켜 손가락구분에 어려움을 겪는 것을 말함.

- writer's cramp 하루종일 글쓰기를 하는 작가들. 태백산맥 작가 조정래씨가 경험

화학적 효과와 경험의 효과의 조합

- 먼저 축색들은 화학적기울기를 따라감으로써 대략적인 목표물을 찾아내며, 나중에 경험에 반응하여 어떤 연결들을 강화시키고 다른 것들은 퇴화시켜버린다.

뇌영역들의 비례적 증대

- 인간뇌의 구조물들은 다른 모든 포유류의 것들과 그 위치, 기능 및 자세한 해부학적 특징에 있어서 거의 동일

발달중인 뇌의 취약성

- 뇌발달에는 정확한 시간에 맞추어 일어나는 화학적 반응들의 복잡한 상호작용이 필요하다. 발달중인 뇌는 영양실조, 독성 화학물질 및 감염에 아주 취약하다.

- 예를들어 갑상선 기능장애는 성인에게는 단순한 무기력증을 일으키지만 유아에게는 영구적인 정신지체와 신체성장둔화를 초래

- 마취약은 성인들에게는 일시적인 의식상실을 일으키지만 유아의 뉴런들을 죽일 수 있다.

- 임신한 여성이 당뇨병을 잘 제어하지 못하면 태아에게 기억과 주의집중에 장기적인 문제가 아이에게 발생한다.

- 유아의 뇌는 알콜로 인한 손상에 아주 취약하다. 임신중 술을 마시는 여성은 태아 알콜증후군을 초래한다. 이 병의 특징은 경계수준의 감퇴, 과잉활동성, 다양한 정도의 정신지체, 운동장애, 심장 결함, 비정상적인 안면 등

- 임신중 흡연은 저체중아

- 임신중 코카인 섭취는 정신지체, 감퇴된 언어기술 등을 초래

2) 뇌손상 후의 가소성 

뇌손상의 원인

- 종양, 감염, 방사능, 독성물질, 파킨슨병이나 알츠하이머, 두부손상, 혈관손상 등

뇌졸중으로 인한 손상 감소시키기

- 국소빈혈, 출혈이 일어난 곳 근처에서 세포들은 죽는다 penumbra. 이 세포들을 보호할 가능성은 거의 없다.

- 국소빈혈의 경우 산소와 포도당 공급 상실, 출혈의 경우 혈액이 홍수처럼 밀려들어 산소, 칼슘, 기타 물질의 과잉 -> 뇌부종 -> 세포괴사

 회복에 미치는 연령의 효과

- 사람들은 일생에 걸쳐 점차로 뉴런을 상실해간다. 노인들은 젊은 성인들만큼 뇌손상에서 잘 회복하지 못한다. 60세가 넘으면 뇌 영역들에서 수상돌기의 위축이 시작한다. 치매의 경우는 수상돌기가 위축된다.

- 정신이 또렷한 노인들에서는 수상돌기가 안정적으로 유지되거나 심지어는 확장되기도 한다. 나이가 들어감에 따라 뇌는 가소성을 점차 잃어가는 것이다.

케나드의 원리

- 어릴때 뇌손상을 입으면 나중에 입는 것보다 더 광범위한 회복이 일어난다.

뇌손상 회복의 기제

# 학습을 통한 행동의 조절

# 기능해리 - 일부 뉴런이 손상된 후에 살아있는 뉴런들의 활동이 낮아지는 것

# 축색의 재성장 - 말초신경은 하루에 1mm씩 말초를 향해 성장함

# 발아 - 발아는 정상적인 현상이며, 뇌손상에 대한 반응으로만 나타나는 것은 아니다. 뇌에서는 오래된 시냅스는 없어지고 이를 대체하는 새로운 시냅스가 발아하는 일이 항상 일어나고 있다.

# 탈입력 초민감성 - 장기간 시냅스 입력을 받지 못한 시냅스후 세포는 신경전달물질에 더욱 민감해지는데 이를 탈입력 초민감성이라 한다. 이는 수용기 수의 증가, 수용기의 효율성증가에 기인함

# 감각표상의 재조직화와 환상지 - 환지통을 치료하는 거울사용은 시각적 경험과 촉각적 경험이 결합이 체감각피질의 활동을 변경시켜 환지통을 감소시킴

치료법

# 행동적 중재

# 약물

# 뇌이식 - 실험단계

6. 시각

특수신경 에너지법칙 - 특정한 신경의 활동은 항상 같은 종류의 정보를 뇌에 전달한다는 법칙. 눈을 문지르면 깜깜한 방안에서 섬광을 볼 수 있다.

7. 기타 감각계와 주의

1) 청각

2) 기계적 감각

- 기계적 감각이란 수용기에 압력이 가해지거나 구부러지거나 비틀림이 있을때만 반응하는 것

전정감각

- 머리를 좌우로 흔들면서는 글을 읽을 수 있는데, 책을 좌우로 움직이면서는 글을 거의 읽을 수가 없다. 왜 그럴까?

- 와우관에 인접한 전정기관이 움직임에 대한 보상을 하였기 때문

체감각

- 촉각, 심부압력, 냉각, 온각, 통각, 가려움, 간지럼, 관절의 위치와 운동에 대한 감각

- 다양한 체감각은 수용기에서 피질에 이르는 모든 신경로에서 최소한 부분적으로 분리되어 있다.

동통의 신경전달물질

- 약한 동통은 글루탐산만 방출시키고, 강한 동통은 글루탐산과 함께 강한 동통과 관련되어 있는 신경전달물질 substance P도 방출시킨다.

동통과 정서

- 동통은 체감각 피질로 들어가는 감각로와 정서반응에 중요한 역할을 하는 시상하부, 편도체 그리고 대상피질 등의 영역으로 들어가는 신경로 모두를 자극한다.

3) 화학적 감각

4) 주의

- 어떻게 뇌가 주의를 통제하는가? 우리가 주의에 대해서 알고 있는 것은 시각, 청각, 그리고 다른 감각기제에 관한 것과 비교할때 훨씬 적다. 그러나 주의, 지각, 나아가 의식에 아주 중요한 매력적인 주제이다.

의식과 무의식, 주의를 둔 경험과 그렇지 않은 경험

무시 - 공간무시

주의력 결핍과잉행동장애

8. 운동

1) 운동의 통제 - 근육과 그 움직임, 운동의 단위, 유아의 반사, 운동의 범주들

- 뇌는 복잡한 운동을 하는 동물에게서만 존재한다. 궁극적으로 뇌의 목적은 행동을 통제하는 것이고, 모든 행동은 운동이다.

- 근육수축에 관한 연구는 시각적 지각, 학습, 사회적 상호작용, 동기 또는 정서에 관한 연구만큼 "심리학적인"것으로 보이지 않는다. 그렇지만 숙련된 타자수, 음악가, 운동선수의 재빠른 움직임은 아주 복잡한 뇌활동을 필요로 한다.

근육과 그 움직임

-

2) 운동의 뇌기제 - 대뇌피질의 역할, 소뇌의 역할, 기저핵의 역할

3) 운동장애 - 파킨슨병, 헌팅턴병, 운동장애에 있어서 유전과 환경

9. 각성과 수면

- 인간과 같이 활동적인 동물이 왜 인생의 1/3을 별로 하는 일없이 보내는지 알아보자

1) 각성과 수면의 리듬 - 생체시계의 기제, 생체시계의 설정과 재설정, 수면-각성주기

2) 수면의 단계와 뇌기제 - 수면의 단계, 뇌파기록법, 역설적 수면, REM수면시 뇌의 기능, 수면장애

3) 잠을 자고 REM수면을 하고 꿈을 꾸는 이유 - 수면의 기능, 동면, REM수면의 기능, 꿈에 대한 생물학적 관점

10. 내부조절

1) 체온조절 - 항상성, 극단적인 추위에서의 생존, 체온조절, 온도와 행동

2) 목마름 - 수분조절의 기제, 삼투성 목마름, 저혈량 목마름, 목마름의 심리학과 생물학

3) 배고픔 - 소화계는 음식의 선택에 어떻게 영향을 미치는가? 맛과 소화는 배고픔과 포만을 어떻게 통제하는가? 시상하부와 섭식조절, 포만물질과 섭식장애, 미세투석, 배고픔의 다중통제

11. 생식행동

1) 성호르몬의 영향 - 호르몬 분비의 통제, 성호르몬의 조직화 효과, 성호르몬의 활성화 효과, 월경전 증후군, 어버이 행동, 성관련 행동과 동기유발

2) 성행동의 변산성 - 짝짓기 행동에 대한 진화론적 설명, 성 정체감의 결정인자, 성적 지향의 생물학적 기초

12. 정서행동

1) 정서란 무엇인가 - 정서와 의사결정, 정서, 자율신경반응, 그리고 제임스-랑게 이론, 정서와 관련된 뇌의 부위

2) 스트레스와 건강 - 스트레스와 자율신경, 스트레스와 시상하부-뇌하수체-부신피질 축, 외상후 스트레스 장애, 정서와 신체반응

3) 공격행동과 도피행동 - 공격행동, 도피, 공포 그리고 불안, 신경안정제로서의 알콜, 정서관련 정보의 활용

13. 학습과 기억의 생물학

- 우리가 학습 생리학을 이해하기 위해서는 두가지 질문에 대한 해답이 필요하다. 즉 학습하는 동안 단일세포 내에서는 어떤 일이 일어나는가? 그리고 변화된 세포들은 적응적인 행동을 유발하기 위해서 어떻게 상호작용 하는가?

- 당신의 경험이 어떤 방식으로 기억하는가를 설명하려 할때, 우리는 두가지 질문에 대답해야 한다. 첫째, 특정감각정보의 양식이 어떤 뉴런들의 입출력 특성상의 지속적인 변화를 만들어 내는가? 둘째, 특정 뉴런들의 어떤 성질이 변화된 뒤, 신경계는 적절한 행동을 유발하는가?

1) 학습, 기억, 기억상실증과 뇌의 기능

기억의 국재화된 표상

- 학습과 기억을 하는 동안 뇌에서는 무슨 일이 일어날까? 초기의 유력한 아이디어는 뇌의 두부위사이에 어떤 연결이 형성된다는 것이다. 파블로프의 고전적 조건화

- CS, UCS, UCR, CR

고전적 조건화

- 조건자극(CS, 종소리) -> 무조건 자극(UCS, 고기) -> 무조건 반응(UCR 침분비). 이것을 반복하면 조건자극(CS, 종소리) -> 조건반응(CR 침분비)

조작적 조건화(처벌, 강화)

- 쥐가 미로의 한가지 길로 들어가서 과일향의 시리얼(강화물)을 발견하면 쥐는 그 길로 갈 가능성이 증가

- 그 길에 전기충격(처벌)을 주면 쥐는 그 반대길로 갈 가능성이 증가

Lashley의 엔그림(기억흔적)찾기

- 파블로프는 고전적 조건화가 뇌의 CS 중추와 UCS 중추사이의 연결이 강화된 것을 반영한다고 생각

- Karl Lashley는 이 가설을 검증하려 함

- 라슬리는 만약 뇌의 두부위 사이에 새로운 연결이 형성되거나 기존의 연결이 강하게 되어 학습이 일어난다면, 뇌의 어떤 부위를 절단할 경우 그 연결이 차단되어 학습반응이 폐지될 것으로 생각

- 실패

현대의 엔그림 찾기

- Thompson의  소뇌lateral interpositus nucleus(LIP)에 있는 세포들에서 변화가 일어난다는 사실을 발견

- LIP가 억제되면 학습은 불가능

기억의 유형

- 단기기억과 장기기억

장기기억의 응고화(Consolidation)

- Hebb의 이론에 따르면 어떤 기억이 단기기억의 저장소에 충분히 오랫동안 머물게 되면 점진적으로 장기기억으로 응고화(강화)된다.

- 연구자들은 뇌가 응고화를 사실상 방해하는 어떤 화학물질을 생성해낸다는 사실을 발견. 단백질 인산화효소 1(protein phosphatase 1)가 학습을 촉진하는 유전자 산물들을 불활성화. 이로 인해 경험이 충분치 않을 경우 "망각"

- 만약 경험이 짧은 시간내에 반복되면 한 시행에서 다음 시행사이에 단백질 인산화효소 1은 감소되고 기억

- 그러므로 분산, 반복연습이 한번 집중연습보다 낫다.

- 정서적 반응은 어떻게 응고화를 강화하는 것일까?

- 인간 정서실험(Cahill & McGaugh 1998)에서 에피네프린, 코르티솔을 직접 주입하면 최근의 경험에 대한 저장과 응고화가 촉진

- 미주신경을 자극하거나 편도체를 직접 자극(Akirav&Richter-Levin 1999)하는 경우에도 동일한 현상이 일어남.

- 그러나 훨씬 더 많은 코티솔을 분비시키는 지속적인 스트레스는 기억을 방해(deQuervain, Roozendaal, & McGaugh 1998)

- 편도체 내부나 그 주변이 손상된 경우에는 정서적 각성이 기억 저장을 더 이상 증진시키지 못함

1: Trends Neurosci. 1998 Jul;21(7):294-9. Links

Mechanisms of emotional arousal and lasting declarative memory.

Cahill L, McGaugh JL.

Center for the Neurobiology of Learning and Memory and Dept of Psychobiology, University of California Irvine, 92697-3800, USA.

Neuroscience is witnessing growing interest in understanding brain mechanisms of memory formation for emotionally arousing events, a development closely related to renewed interest in the concept of memory consolidation. Extensive research in animals implicates stress hormones and the amygdaloid complex as key, interacting modulators of memory consolidation for emotional events. Considerable evidence suggests that the amygdala is not a site of long-term explicit or declarative memory storage, but serves to influence memory-storage processes in other brain regions, such as the hippocampus, striatum and neocortex. Human-subject studies confirm‎ the prediction of animal work that the amygdala is involved with the formation of enhanced declarative memory for emotionally arousing events.

1: J Neurosci. 1999 Dec 1;19(23):10530-5. Links

Biphasic modulation of hippocampal plasticity by behavioral stress and basolateral amygdala stimulation in the rat.

Akirav I, Richter-Levin G.

Department of Psychology, University of Haifa, Haifa 31905, Israel.

Explicit memory may depend on the hippocampus, whereas the amygdala may be part of an emotional memory system. Priming stimulation of the basolateral group of the amygdala (BLA) resulted in an enhanced long-term potentiation (LTP) in the dentate gyrus (DG) to perforant path (PP) stimulation 30, 90, 150, and 180 min after high-frequency stimulation (HFS). Exposure of rats to a behavioral stress is reported to inhibit DG LTP. Because the amygdala is thought to mediate emotional responses, we examined the apparent discrepancy between the effects of behavioral stress induced 1 hr before HFS to the PP and of amygdala priming on hippocampal plasticity by stimulating the BLA 1 hr before HFS to the PP. The two delayed protocols inhibited the expression‎ of LTP to PP stimulation, whereas priming the BLA immediately before HFS to the PP enhanced DG LTP. Moreover, exposure to the behavioral stress blocked the enhancing effects of BLA priming on LTP. We propose that the activation of the BLA (either by behavioral stress or by direct electrical stimulation) has a biphasic effect on hippocampal plasticity: an immediate excitatory effect and a longer-lasting inhibitory effect.

1: Nature. 1998 Aug 20;394(6695):787-90. Links

Stress and glucocorticoids impair retrieval‎ of long-term spatial memory.

de Quervain DJ, Roozendaal B, McGaugh JL.

Center for the Neurobiology of Learning and Memory, University of California, Irvine 92697-3800, USA.

Extensive evidence from animal and human studies indicates that stress and glucocorticoids influence cognitive function. Previous studies have focused exclusively on glucocorticoid effects on acquisition and long-term storage of newly acquired information. Here we report that stress and glucocorticoids also affect memory retrieval‎. We show that rats have impaired performance in a water-maze spatial task after being given footshock 30 min before retention testing but are not impaired when footshock is given 2 min or 4 h before testing. These time-dependent effects on retention performance correspond to the circulating corticosterone levels at the time of testing, which suggests that the retention impairment is directly related to increased adrenocortical function. In support of this idea, we find that suppression of corticosterone synthesis with metyrapone blocks the stress-induced retention impairment. In addition, systemic corticosterone administered to non-stressed rats 30 min before retention testing induces dose-dependent retention impairment. The impairing effects of stress and glucocorticoids on retention are not due to disruption of spatial navigation per se. Our results indicate that besides the well described effects of stress and glucocorticoids on acquisition and consolidation processes, glucocorticoids also affect memory retrieval‎ mechanisms.

수정된 이론(작업기억)

- 최근 연구자들은 단기기억을 더 이상 장기기억으로 가는 길목에서 일시적으로 체류하는 정거장이라고 생각하지 않는다. 배들리는 이러한 점을 강조하기 위해 "작업기억 working memory"라는 용어를 도입

- 작업기억은 우리가 그 정보를 대상으로 작업을 하거나 그 정보에 주의를 기울이는 동안에 정보를 저장하는 방식이다.

해마와 기억상실증

- 1953년 H.M

- 해마를 절제한 후 전향성 기억상실

- 어떤 기억을 말로 진술하는 "서술적 기억"은 손상, 운동기술의 발달과 같은 "절차적 기억"은 그대로 유지

- 외현기억에 비해 암묵기억이 훨씬 많음

- 예를들어 테트리스 게임. 한시간 동안 게임을 하고 나서 이 게임에 대해서 설명할 수 없고, 게임을 했다는 사실도 알지 못하지만 그들의 테트리스 게임을 하는 수행능력은 발달함.

- 단기기억, 작업기억은 정상

- 서술적 기억에 대한 심각한 전향성 기억상실증

- 중간정도의 후향성 기억상실증

- 절차기억은 영향 없음

- 외현기억에 비해 암묵기억은 우수함

해마와 서술적 기억

- 한가지 가설은 해마가 서술적, 외현기억에 중요한 구조라는 사실이다.

해마와 공간기억

- 해마가 공간기억에 특별히 중요하다는 사실

- 해마가 손상된 사람들은 공간기억에 대한 손상을 보여줌

- 해마는 공간기억에 중요하기는 하지만 오로지 공간기억에 대해서만 중요한 것은 아님

해마, 형상학습, 그리고 묶기

- 해마가 형상학습에 필수적이다. 형상학습에서는 어떤 자극의 의미가 그 자극과 짝지어진 다른 자극에 의존한다. 많은 경우에서 해마가 손상되면 형상학습이 손상된다. 하지만 필수적이지는 않다.

해마와 부신호르몬

- 기억에 대한 해마 손상의 효과가 전적으로 다른 뇌부위와의 연결이 방해되기 때문에 나타나는 것은 아니며, 그보다는 해마가 부신선의 호르몬 분비에 영향을 미친다는 사실로 인해 나타난다. 해마가 손상된 뒤에는 부신호르몬의 분비가 증가한다.

- 소량의 코티솔 증가는 신체가 적절한 행동을 준비하도록 하지만 지속적인 분비는 뇌의 활동을 변화시킨다.

- 연구자들은 쥐의 해마를 손상시키면 공간기억을 손상시킴과 동시에 부신호르몬 분비를 증가시킨다는 사실을 발견했다. 만약 해마가 손상된 쥐가 호르몬 분비의 급격한 변화를 막아주는 약물을 복용하면 그 동물의 공간기억은 정상으로 돌아온다.

다른 유형의 뇌손상과 기억상실증

전전두엽 손상(코르사코프 증후군)

- 심각한 티아민 결핍은 알콜중독자에서 나타나는데, 탄수화물은 있지만 비타민(vit B1)은 없는 술때문에 일어난다.

- 티아민이 장기간 결핍되면 뇌의 전부위에 걸쳐 뉴런이 죽고, 위축되는데 특히 유두체(시상하부의 한부분)와 전전두엽으로 투사하는 신경핵 중의 하나인 배내측 시상에서 특히 심하다.

- 코르사코프 증후군의 증상은 무감동, 혼동, 후향성, 전향성 기억상실을 모두 보이는 전전두피질에 손상을 입은 사람들이 보이는 증세와 유사

- 이들은 암묵기억의 한 유형인 점화(단어를 일시적으로 보거나 들었다는 점이 그 단어를 사용할 가능성을 증가시키는 현상)를 사용

- 작화증(환자가 응답할때 엉뚱한 추측을 하고나서 추측한 내용이 마치 기억속에 존재하는 것처럼 생각)을 보임

알츠하이머병

- 경미한 건망증에서부터 심각한 기억상실, 혼란스러움, 우울, 안절부절못함, 환각, 망각, 불면 그리고 식용상실로 진행

- H.M처럼 서술적기억보다는 절차적 기억이 더 양호

- 암묵기억에 약간의 손상을 보이지지만 외현기억에서 더 큰 결함을 보이는데 이는 주의력 결핍때문

- 조발성 알츠하이머병을 통제하는 유전자는 아밀로이드 축적을 야기, 아밀로이드 침전물은 대뇌피질, 해마, 그리고 다른부위들을 광범위하게 위축시킴

- 어떻게 하면 알츠하이머병을 예방하거나 완화시킬까?

- 혈당이 증가하면 기억이 증진(실제로는 인슐린이 더 중요)

- 시금치, 딸기, 비타민 E를 복용해서 뇌의 퇴화를 막기

- 사실 방법이 아직은 거의 없음

2) 신경계에서의 정보저장 

학습과 Hebb식 시냅스

- Hebb은 뉴런 A의 축색이 "반복적으로 또는 지속적으로 세포 B를 흥분시키면, 하나의 세포 혹은 두세포 모두에서 어떤 성장과정이나 신진대사의 변화가 일어나서" 나중에 세포 B를 흥분시키는 축색 A의 능력이 증가된다고 제안하였다.

- 다시 말하면 과거에 세포 B를 성공적으로 자극했었던 축색은 나중에는 더욱더 성공적으로 자극할 수 있게 된다.

습관화와 민감화

- 습관화는 다른 자극들이 변화하지 않는 상황에서 반복적으로 제시되는 어떤 자극에 대한 반응이 감소하는 것

- 민감화는 사전에 보다 강한 자극에 노출되는 한 결과로 인해 자극에 대한 반응이 증가하는 것

- 연구자들은 개별시냅스에서 일어나는 변화를 파악하기 위해 "민감화 경로"를 추적(Cleary, Hammer & Byrne 1989. Dale, Schacher & Kandel & Schwartz 1982)

1: Neurosci Lett. 1989 Sep 25;104(1-2):235-40. Links

Serotonin acts in the synaptic region of sensory neurons in Aplysia to enhance transmitter release.

Hammer M, Cleary LJ, Byrne JH.

Department of Neurobiology and Anatomy, University of Texas Medical School, Houston 77225.

An important mechanism that contributes to sensitization in Aplysia is heterosynaptic facilitation of the synaptic connections between sensory neurons (SNs) and motor neurons (MNs). Heterosynaptic facilitation, in turn, is associated with broadening of the spike in the SN. Spike broadening is readily observed in recordings from somata of SNs, and from growth cones of SNs in culture, but broadening in synaptic terminals has only been inferred. Intracellular recordings were made from somata of SNs and from somata of follower MNs. Additional recordings were made from the axons of SNs as they enter the neuropil in the pedal ganglion. Serotonin (5-HT) broadened action potentials in axons of SNs and enhanced excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) in the MNs, even after the axons of SNs were surgically separated from their somata. These results indicate that both heterosynaptic facilitation and spike broadening in the axon are due to the local action of 5-HT and can occur independently of modulation of membrane properties in the soma.

- 어느 곳이든 피부를 강하게 자극하면 많은 감각뉴런들의 시냅스전 종말에 세로토닌(5-HT)을 방출하는 촉진성 개재뉴런(facilitating interneuron)이 흥분된다. 감각뉴런의 시냅스전 종말에는 시냅스전 수용기들이 있다. 이 수용기들에 세로토닌이 결합할때, 이들은 세포막에 있는 칼륨이온 통로를 닫는다. 세로토닌이 칼륨이온 통로를 닫으면 시냅스 전 뉴런에서 활동전위가 길어지게 하여 전달물질이 더 많이 방출된다. 만약 민감화 자극이 반복되면 감각뉴런은 장기 민감화를 유발하는 새로운 단백질을 합성한다(Bailey, Giustetto, Huang, Hawkins & Kandel 2000)

1: Nat Rev Neurosci. 2000 Oct;1(1):11-20. Links

Is heterosynaptic modulation essential for stabilizing Hebbian plasticity and memory?

Bailey CH, Giustetto M, Huang YY, Hawkins RD, Kandel ER.

Howard Hughes Medical Institute, Center for Neurobiology and Behavior, College of Physicians and Surgeons of Columbia University, New York State Psychiatric Institute, New York, New York 10032, USA.

In 1894, Ramón y Cajal first proposed that memory is stored as an anatomical change in the strength of neuronal connections. For the following 60 years, little evidence was recruited in support of this idea. This situation changed in the middle of the twentieth century with the development of cellular techniques for the study of synaptic connections and the emergence of new formulations of synaptic plasticity that redefined Ramón y Cajal's idea, making it more suitable for testing. These formulations defined two categories of plasticity, referred to as homosynaptic or Hebbian activity-dependent, and heterosynaptic or modulatory input-dependent. Here we suggest that Hebbian mechanisms are used primarily for learning and for short-term memory but often cannot, by themselves, recruit the events required to maintain a long-term memory. In contrast, heterosynaptic plasticity commonly recruits long-term memory mechanisms that lead to transcription and to synpatic growth. When jointly recruited, homosynaptic mechanisms assure that learning is effectively established and heterosynaptic mechanisms ensure that memory is maintained.

- 민달팽이 연구로 시냅스 활동의 변화가 행동가소성을 유발할 수 있음을 보여주며, Eric Kandel은 이 연구로 2000년도에 노벨상을 수상.

- 또한 민달팽이는 일반적으로 매우 단순한 과정으로 간주되는 민감화도 몇 개의 뉴런과 그들 사이의 시냅스에 의존함을 보여준다(Bailey 2000)

포유류에서의 장기증강

- Sherington의 연구 이래로 대부분의 신경과학자들은 학습이 시냅스에서 일어나는 어떤 유형의 변화에 의존한다고 가정하였으며, 민달팽이에 대한 연구는 시냅스의 변화가 행동변화를 유발할 수 있음을 확증하였다.

장기증강(long-term potentiation: LTP)

-  어떤 수상돌기에 연걸된 하나 또는 그 이상의 축색들에 짧지만 빠른 일련의 자극들로 충격을 가한다(초당 100회의 시냅스 흥분을 1-4초동안). 이와같이 격렬한 자극의 격발은 그 시냅스를 수분, 수일 또는 수주동안 증강된 상태가 되게 한다.

- LTP의 세가지 특징

1) 특수성 ; 어떤 세포에 대한 시냅스의 일부가 매우 활동적이었고 다른 시냅스는 그렇지 않았다면 이 활동적인 시냅스만 증강됨

2) 협동성 : 둘 또는 그 이상의 축색에 의한 거의 동시적인 자극은 단지 한 축색에 의한 반복된 자극보다 더 강한 LTP를 유발

3) 연합성 : 약한 자극을 강한 자극과 짝지어 제시하면 약한 자극에 대한 이후의 반응이 강해진다.

장기저하(long-term depression: LTD)

- 어떤 시냅스에서의 반응이 장기간 감소하는 현상이다. 그것은 둘또는 그 이상의 축색이 함께 반복적으로 충동을 유발하지만 초당 약 1-4초당 약 1-4회의 낮은 빈도로 유발될때 일어난다.

- LTP와 LTD가 어떻게 발생하는가를 규명하기 위해 수많은 연구가 필요하다.

AMPA 및 NMDA 시냅스에서의 작용

- 해마에서의 LTP 논의

- LTP는 글루탐산 시냅스에서의 어떤 변화에 의존한다. 뇌는 가장 많은 신경전달물질인 글루탐산에 반응하는 몇가지 유형의 수용기를 가지고 있다. AMPA, NMDA수용기

- AMPA 수용기는 대개 글루탐산에 의해 흥분되지만 AMPA약물에 의해서도 반응할 수 있다.

- NMDA 수용기도 대개 글루탐산에 의해서만 흥분되지만 N-methyl-D-aspartate라는 약물에도 반응할 수 있다.

- 이 두 수용기는 이온성 수용기

- 500페이지 그림 참조

- 시냅스전 변화에 의한 것인지 시냅스 후 변화에 의한 것인지..

LTP의 응고화

- 장기기억의 형성은 느리고 점진적인 과정이다. 이점은 LTP도 마찬가지이다.

- LTP를 연구하는 핵심적은 이유는 학습의 생화학을 연구하는 것이 연구자로 하여금 무엇이 기억을 손상시키고 무엇이 기억을 즈인시키는 가를 알아내게 할 수 있기 때문이다.

- NMDA수용기에 이상을 유발하는 유전자를 가진 생쥐는 느리게 학습하는 반면, 여분의 NMDA 수용기를 가진 생쥐는 우수한 기억을 보여준다.

- AMPA 수용기가 결피된 쥐는 LTP와 기억 특히 최근기억에서의 결함을 나타낸다.

- LTP를 방해하는 약물은 학습을 방해하고, LTP를 촉진하는 약물은 학습을 촉진시킨다.

14. 편재화와 언어

- 뇌의 좌우반구는 뇌량을 통해서 교신

- 좌반구는 언어와 분석적 정보처리에, 우반구는 복잡한 시공간과제와 종합적 정보처리에 전문화되어 있다.

1) 기능의 편재화

- 좌우 뇌반구는 뇌량이라는 일련의 축색과 전교련, 해마교련, 그리고 한쌍의 다른 작은 교련을 통해 정보를 교환한다. 한 뇌반구로 들어간 정보가 반대편 반구로 전달되는데 소요되는 시간은 아주 짧다. 두 뇌반구는 단순한 거울상이 아니다. 좌반구는 언어에 전문화되어 있다. 이런 뇌반구간의 업무분담을 편재화(lateralization)이라고 한다.

뇌반구로 연결되는 시각 및 청각로

- 그림 참조

뇌량절단, 언어의 대뇌반구 우세성 검사, 편재화와 손잡이의 발달, 뇌기능에 대한 오해

2) 언어의 진화와 생리학 - 동물에서의 언어흔적, 인간이 언어를 어떻게 진화시켰는가? 뇌손상과 언어

15. 정신장애

- 남용되는 거의 모든 약물은 측핵의 도파민 방출을 증가시킨다.

- 우울증과 정신분열증을 치료하는 약물은 다양한 시냅스의 신호전달에 변화를 일으킨다. 이들 약물이 효과가 있다는 것은 이러한 장애가 부분적으로 특정 신경전달물질에 영향을 미치는 문제에 의해 야기될 수 있음을 의미

- 비 약리학적 방법을 이용하는 많은 생물학적 치료도 특정 기분장애에 효과적인데, 전기경련충격, 수면형태의 변화, 밝은 빛에의 노출, 그리고 리툼염이 그것들이다.

1) 물질남용

- 좋은 약물과 나쁜 약물의 차이는 무엇인가? 실제로 차이는 없다. 코카인, 모르핀, 암페타민 등과 같이 우리가 위험하다고 생각하는 약물도 의학적 용도가 있다. 차이는 약물을 좋게 사용하는 것과 나쁘게 사용하는 것에 있다.

시냅스 강화 그리고 약물사용

- 왜 많은 약물이 습관성 또는 중독성인가? 도박, 비디오 게임 등 약물과 무관한 중독에 대해서도 동일한 질문을 던질 수 있다. 대답은 불완전하지만 요점은 습관성 또는 중독행동이 "도파민 시냅스"와 관계가 있다는 것이다.

뇌의 전기적 자기자극

- 도파민 수용기가 풍부한 피질하 영역인 측핵(nucleus accumbens)에서의 도파민 방출 자극

- 많은 사람들은 측핵을 쾌락영역으로, 도파민을 쾌락 화학물질로 여기게 됨

- 도파민 시냅스와 측핵의 역할은 무엇인가? 한가지 가설은 그것들이 어떤 사건이 각성을 일으키거나 주의를 끄는 능력과 관련된다는 것이다. 중독을 일으키는 모든 약물은 측핵의 도파민 방출을 증가시킨다. 또한 약물과 무관한 강한 습관에도 반응한다. 예를들어 성적흥분도 도파민을 방출시키고, 습관적인 게임 등도 도파민을 방출한다.

약물 그리고 시냅스에 미치는 약물효과

- 우리는 약물을 주요 작용에 따라 구분한다. 예컨대 암페타민과 코카인은 자극제, 아편제는 마취제, LSD와 펜사이클리딘은 환각제이다. 마리화나는 어느 하나의 범주에도 분류하기 힘들다.

- 그러나 이러한 차이에도 불구하고 거의 모든 약물은 도파민 방출을 증가시키거나 시냅스전 세포로 도파민이 재흡수 되는 것을 감소시키는 방식으로 도파민 시냅스의 활동을 증가시킨다.

자극제

- 중독성이 높은 약물은 자극제(Stimulant drug)로서 흥분, 기민함, 기분의 고양을 유발하고 피로는 감소시키며 때로는 운동활동성도 증가시킨다. 이들 약물은 도파민 수용기 D2, D3, D4유형의 도파민 수용기에서 활동을 증가시킨다.

- 암페타민은 시냅스전 종말에서 방출되는 도파민을 증가시킴으로써 도파민 시냅스를 자극한다. 코카인은 도파민, 노르에피네프린, 그리고 세로토닌이 재흡수를 차단하여 그 효과가 오래 지속되게 한다. 암페타민과 코카인 모두 도파민 활동을 증가시키기 때문에 두 약물이 행동에 미치는 효과는 유사하다.

니코틴

- 니코틴은 아세틸콜린 수용기의 한 유형을 자극하는 것으로 알려져 있다. 이 수용기는 중추신경계와 골격근의 신경-근 접합에서 발견된다. 니코틴 수용기는 측핵의 도파민을 방출하는 축색종말에 많이 분포되어 있기 때문에 니코틴은 그곳의 도파민 방출을 증가시킨다.

아편제

- 아편제는 사람을 이완시키고, 현실세계의 문제에 주의를 덜 두게 하며, 동통에 대한 민감성을 감소시킴

마리화나

- 마리화나를 통해서 얻을 수 있는 심리적 효과는 감각 경험의 증대와 시간이 천천히 간다는 착각이다. 다른 경험은 인지장애이다.

환각제

- 지각을 왜곡하는 약물을 환각제라고 한다. LSD와 같은 환각제는 화학적으로 세로토닌과 유사하고 ..

알콜과 알콜중독

- 알코올은 거의 모든 나라에서 가장 널리 사용되는 향락용 약물이다.

2) 기분장애

- 많은 경우에 우울하다는 진단은 쉽게 내려질 수 있다. 문제는 우울하게 보이는 많은 사람들이 우울하게 만드는 다른 문제, 즉 호르몬의 결함, 머리 외상, 뇌종양, 약물남용 등 다른 질환을 가지고 있을 수 있다는 것이다.

주요 우울장애

- DSM-IV에 의하면 주요우울증을 가진 사람들은 몇 주일동안 매일 슬픔과 무기력을 느낌.

- 유전적 성향(입양아 조사에서 양부모보다 생부모를 더 많이 닮는다)

- 우울증에 빠뜨릴 생활사건이 있다.

- 코티솔은 스트레스 호르몬으로 단기적으로는 유용하지만 장기적으로 방출되면 신체에너지를 고갈시키고 수면 및 면역계에 장애를 유발하며, 우울증 에피소드로 진입하게 만든다.

- 성호르몬(산후 우울증)

- 반구우세성 이상으로 좌반구가 손상된 사람들이 우울증을 많이 보인다.

- 바이러스(보르나병)

항 우울제

1) 삼환계 항우울제(이미프라민, 토프라닐)

- 시냅스전 뉴런에서 방출된 카테콜아민이나 세로토닌이 재흡수 되지 못하게 함

- 삼환계 항우울제는 히스타민 수용기, 아세틸콜린 수용기, 특정 나트륨 통로를 차단

- 히스타민 수용기가 차단되면 졸음

- 아세틸콜린 수용체가 차단되면 입이 마르고 배뇨곤란

- 나트륨 통로가 차단되면 심장박동이 불규칙

2) 모노아민 산화효소억제제

- 카테콜아민과 세로토닌을 불활성형으로 전환시키는 시냅스전 종말 효소인 모노아민 산화효소를 차단

- 페넬진, 나르딜

3) 선택적 세로토닌 재흡수 차단제

- 삼환계 항우울제와 비슷하지만 세로토닌에 보다 선택적이다. 프로작은 세로토닌이 시냅스전 종말로 재흡수 되는 과정을 억제

4) 비전형적 항 우울제

- 부작용이 적으면서 항우울 효과

- 부프로피온(웰부트린)이라는 비전형적 항우울제는 도파민의 재흡수는 억제, 노에피네프린의 재흡수도 억제, 세로토닌의 재흡수는 억제하지 않음

다른치료법

- 항우울제에 대한 대안은 인지치료 또는 또 다른 형태의 심리치료이다. 약물치료와 심리치료는 놀라울 정도로 유사한 효과를 낸다. 뇌 영상을 통해서 항우울제는 특정 뇌영역의 대사를 증진시키는데, 성공적인 심리치료 또한 거의 동일한 변화를 일으킨다(Brody 2001. Martin 2001).

1: Biol Psychiatry. 2001 Aug 1;50(3):171-8.

Brain metabolic changes associated with symptom factor improvement in major depressive disorder.

Brody AL, Saxena S, Mandelkern MA, Fairbanks LA, Ho ML, Baxter LR.

Department of Psychiatry and Biobehavioral Sciences, UCLA School of Medicine, Los Angeles, California 90095, USA.

BACKGROUND: Symptoms of major depressive disorder (MDD) have been linked to regional brain function through imaging studies of symptom provocation in normal control subjects and baseline studies of subjects with MDD. We examined associations between change in depressive symptom factors and change in regional brain metabolism from before to after treatment of MDD.

METHODS: Thirty-nine outpatients with MDD underwent 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography scanning before and after treatment with either paroxetine or interpersonal psychotherapy. Associations were determined between changes in regional brain metabolism and changes in four Hamilton Depression Rating Scale factors (anxiety/somatization [ANX], psychomotor retardation [PR], cognitive disturbance [COGN], and sleep disturbance) and two corresponding Profile of Mood States subscales (tension [TENS] and fatigue [FATIG]).

RESULTS: Improvement in ANX, PR, TENS, and FATIG factors was associated with decreasing ventral frontal lobe metabolism. Improvement in ANX and TENS was also associated with decreasing ventral anterior cingulate gyrus (AC) and anterior insula activity, whereas improvement in PR was associated with increasing dorsal AC activity. COGN improvement was associated with increasing dorsolateral prefrontal cortex metabolism.

CONCLUSIONS: Brain regions that show significant relationships with symptom provocation in normal control subjects have similar relationships with MDD symptoms as they improve with treatment.

- 이런 유사성이 심신일원론을 수용하는 사람들에게는 그렇게 놀랄일은 아니다. 정신활동이 실제로 뇌의 활동과 동일한 것이라면 생각을 바꾸면 당연히 뇌화학도 달라져야 할 것이다. 약물치료에 비해 심리치료가 좋은 장점은 재발하지 않는다는 것.

전기경련요법(electroconvulsive therapy)

- 전기적으로 발작을 일으켜 우울증을 치료

- 우울증 약물이 2-3주후부터 효과를 발휘하는데 반해 ECT는 훨씬 빠른 효과. ECT는 약 2주동안 이틀에 한번씩 실시

- 가장 흔히 관찰되는 ECT의 부작용은 기억상실, 우반구에만 충격을 가하면 기억장애를 일으키지 않음

- 최근에 반복적 경두개 자기자극법이 ECT와 비슷한 효과

- 효과를 나타내는 기전은 미상

변경된 수면양상

- 우울한 사람은 수면장애를 많이 호소

- 정상적인 수면후 80분이 지나면 최초의 REM수면에 돌입, REM수면은 전반부에는 적고 후반부에 많아진다. 이런 경향은 잠든 후의 수면시간에 의해 조절된다. 만약 어떤 사람이 평소보다 늦게 잠을 잣다면 상대적으로 일찍 REM수면에 들어가게 된다.

- 우울증 환자는 잠자리에 들고 45분 이내에 REM수면을 보인다. 그들은 또한 숙면을 취하지 못하고 일찍 깬다. 따라서 낮 동안에는 졸음이 많이 온다. 우울증에서 회복함에 따라 수면 또한 좋아진다.

- 밤을 새게 하면 우울증이 악화될것 같지만 놀랍게도 대부분의 경우에 우울증이 완화된다. 실제로 밤을 꼬박 새게 하는 것이 우울증을 완화시키는 가장 빠른 방법으로 알려져 있다. 불행히도 수면박탈의 항우울 효과는 단기적이다. 잠을 자고 나면 다시 우울해지고, 잠깐 졸고난 후에도 그렇다.

양극성 장애

계절성 정동장애

- 어떤 사건이 일어났기 때문에 슬픔을 느끼는가 아니면 뇌의 화학적 변화때문에 슬픔을 느끼는가?

3) 정신분열증

- DSM-IV에 의하면 정신분열증은 일상생활의 기능을 수행하는 능력이 현저히 저하되고 환각, 망상, 사고장애, 운동장애 및 부적절한 정서표현 등이 뒤섞여 나타나는 특징적인 장애

- 정신분열증의 특징은 양성증상(없어야할 행동이 나타나는 것)과 음성증상(있어야할 행동이 나타나지 않는것)

- 특징, 감별진단, 위스콘신 카드분류검사, 신경전달물질과 약물, 정신분열증의 매력

[문형철]

James W. Kalat는 참 쉽게 핵심을 빠뜨리지 않고 글을 쓰는 능력이 탁월한 저자라는 생각이 든다.

[문형철]

참 재미있다.