제2장 행동의 생물학적 기초

[김지혜01]

제2장 행동의 생물학적 기초

1. 생물심리학이란

생물심리학(biological psychology)는 인간의 행동에 영향을 미치는 다양한 생물학적인 요인을 찾아내고 분석하며 궁극적으로는 인간의 정신활동 전체를 신경 세포의 활동으로 환원하여 설명하고자 한다. 최근 들어서는 정신작용의 가장 신비한 부분인 의식마저도 뇌 신경계의 활동으로 설명하려는 시도와 연구가 출현하고 있다. 물론 아직 생물학적인 원리만으로 인간 행동의 모든 부분을 설명할 수 있는 단계는 아니다. 뇌에는 신경 세포인 뉴런이 약 1,000억 개 정도 있다고 여겨지며, 이러한 수많은 뉴런이 서로 연결되는 방식의 수는 상상을 초월할 만큼 복잡하다.

2. 신경계의 기본 단위: 뉴런

신경계를 이루는 세포는 여러 종류가 있는데 그중에서도 행동과 가장 밀접한 관련을 지니는 세포는 뉴런이다. 신경계에는 이 외에도 뉴련의 역할을 보조하는 교세포가 있다. 뉴런을 다른 세포들과 구분되게 하는 특징 중 척번째는 빠르게 전기적 변화를 일으킬 수 있다는 점이다. 둘째는 누련은 한번 손상되면 재생이 되지 않는다.

1)뉴련의 기본 형태

뉴런은 인체의 여러 세포 중 가장 다양한 크기와 형태를 지닌다. 뉴런은 일반적으로 수상돌기(dendrite), 세포체(soma), 축색(axon)으로 구성되어 있다. 수상돌기는 다른 뉴런에서 신호를 전달받는 곳이고, 세포체는 몸에 있는 다른 세포들과 마찬가지로 유전정보를 지니고 있는 세포핵을 가지고 있으며 세포로서 대사 및 유지기능을 수행한다. 축색은 신경 신호를 다른 뉴런에 전달하는데, 축색의 끝은 여러 갈래로 분기하며 그 끝은 종말단추라고 한다. 뉴런에서의 정보는 수상돌기, 세포체, 축색, 종말단추의 방향으로만 전달된다.

2) 뉴런의 기본 작동

뉴런은 하나의 작은 발전기처럼 작동한다. 뉴런의 내부와 외부에는 전기적 극성을 띠는 많은이온이 존재하는데, 세포막을 사이에 두고 뉴런의 내부에는 칼륨 이온(K+)들이, 외부에는 나트륨 이온(Na+)들이 존재한다. 세포막에는 이 이온들이 지나다닐 수 있는 통로, 즉 이온 채널(ion channel)이 존재한다.

뉴런이 흥분하지 않을 경우 전위차는 약 -70mV에 이른다. 뉴런은 평상시 안족이 더 음극화되어 있는 상태다. 이를 안정전위(reasting potential)라고 부른다. 만약 세포막의 전위차가 -70mV보다 작아져 역치 수준보다 더 올라가겨 되면 이온 채널들이 열리게 된다. 열린 채널을 통해 나트륨이 세포막 안쪽으로 쏟아져 들어오면서 전위차는 급격히 변화하여 약 +40mV까지 도달하게 된다. 이를 탈분극화(depolarization)라고 한다. 나트륨 이온이 충분히 들어오고 나면, 뉴런 내부에 있던 칼륨 이온들이 밖으로 빠져나가 일시적으로 뉴런의 전위는 안정 전위보다도 더 음극화된다. 이를 곽분그고하(hyperpolarization)라고 한다.

3) 뉴런에서 다른 뉴런으로의 전달

뉴런과 뉴런 사이는 물리적으로 붙어 있지 않고 시냅스(synapse)라는 틈을 두고 있다. 시냅스를 사이에 둔 두 뉴런 중 시냅스 앞에 위치하여 정보를 주는 뉴런을 시냅스 전 뉴런(presynaptic neuron)이라 하고, 시냅스 뒤에 위치하여 정보를 받는 뉴런을 시냅스 후 뉴런(postsynaptic neuron)이라고 한다. 시냅스를 통한 정보 전달은 화학적 방법으로 일어난다.

4) 신경전달물질의 작용

- 아세틸콜린: 가장 먼저 발견된 신경전달물질로, 중추신경계와 말초신경계 모두에 존재한다. 뇌에서 기억과 관련된 신경전달물질인데, 이것을 생산하는 체계가 망가졌을 경우 알츠하이머병을 가진 환자들이 겪는 기억 결함의 증세가 나타난다.

- 아미노산: 아미노계 신경전달물질은 신경계 대부분의 영역에 존재하며, 빠른 신호 전달에 관여한다. 뇌에서 처리되는 대부분의 정보는 아미노산계 신경전달물질에 의존한다.

- 모노아민: 모노아민계 신경전달물질은 아미노산에 의해 합성되며, 모노아민의 분비는 특정 시냅스를 넘어서서 넓은 영역의 시냅스에 영향을 미치는 특징이 있다. 특히 정서와 보상, 다양한 정신질환과 관련이 있다. 대표적인 예로 세로토닌, 도파민, 노르에피네프린이 있다. 세로토닌은 우울증과 관련이 깊어서 우울증이 걸린 사람들은 경우 세로토닌의 수준이 정산인보다 낮다는 점에 착안하여 치료제가 개발되기도 하였다. 도파민은 운동과 보상에 관련되어 있다. 도파민의 수준이 너무 낮으면 어떤 동작을 시작하거나 자세를 유지하는 데 어려움을 겪는 운동장애인 파킨스병에 이르게 된다. 반대로 도파민의 양이 너무 많은 경우에는 정신분열증 증상을 호소하게 된다. 노르에피네프린은 자율신경계, 특히 교감신경계의 작용에 관여하며 중추신경계에서는 각성과 주의에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.

3. 신경계의 구성

1) 말초신경계와 중추신경계

(1) 말초신경계

말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 구분할 수 있다. 체성신경계는 우리 몸에서 감각기관에서 정보를 받아들이는 감각신경과 우리 몸의 근육을 움직이는 운동신경으로 구분할 수 있다. 이것은 대체적으로 우리의 생각대로 통제할 수 있는 수의근으로 신호를 보내기 위한 필요한 시스템이다. 반면에 자율신경계는 주로 호르몬이나 체액을 분비하는 분비샘이나 의식적으로 통제가 불가능한 근육들, 즉 불수의근들로 신호를 보낸다. 이것은 이름이 의미하는 바대로 노의 통제 혹은 우리의 의식적인 통제 없이 자율적으로 신체반응을 조절한다.

자율신경계는 서로 반대의 기능을 수행하는 교감신경계와 부교감신경계로 분류할 수 있다. 교감신경계는 주로 위기 상황에서 에너지를 사용하는 반응을 만들어 내는 데 기여하는 반면에 부교감신경계는 에너지를 저장하는 방향으로 작용한다.

교감신경계의 방응을 통제하는 뉴런들은 척수의 흉추와 요추 영역에서 비롯한다. 반면 부교감신경계의 신경절은 뇌간과 척수의 가장 꼬리 부분인 미추 영역에서 비롯된다.

(2) 중추신경계

- 수뇌: 수뇌는 뇌에서 가장 하부에 자리 잡고 있는 구조로, 척수와 연결된 부분에 해당하는 영역을 연수라고 부른다. 연수는 호흡, 혈압, 심작박동 등 생명을 유지하는 데 필수적인 기능을 담당한다.

- 후뇌: 소뇌는 자세를 유지하고 신체의 균형을 잡고 신체기관의 움직임을 조화롭게 해 주는 운동협응에 중요한 역할을 한다. 자전거를 탄다거나 야구에서 날아오는 볼을 향해 정확히 배트를 휘두를 때 소뇌가 결정적인 역할을 한다.

- 중뇌: 중뇌는 교와 간뇌 사이에 자리 잡은 부위인데 중뇌개와 그 안쪽의 중뇌피개으로 나뉜다.

- 간뇌: 간뇌는 시상과 시상하부를 포함하느느 중뇌 위쪽의 구조물이다. 후각을 제외한 모든 감각 정보는 시상을 거쳐서 대뇌로 향한다. 시상의 외측승상행은 시각 정보를. 내측슬상핵은 청각 정보를, 복후측행은 체감각 정보를 대뇌 피질로 전달한다.

- 종뇌: 종뇌는 겉에서 볼 때 뇌의 거의 대부분을 차지하는 것처럼 보이는 대뇌피질과 그 안쪽의 기저핵, 변연계로 이루어진 부분이다. 기저행은 시상의 바깥을 둘러싼 여러 구조물로 구성되어 있으며, 가장 큰 구조물을 피각과 미상핵으로 이루어진 선조체와 담창구다. 때로 중뇌 구조물인 흑질이나 배쪽 피개야, 측좌행도 기저핵에 포함시키기도 한다. 기저핵의 주요 역할을 운동의 통제 및 습관적인 행동의 학습이다.

4. 뇌 연구 방법

1) 동물을 이용한 뇌수술 및 손상 연구

생물심리학에서는 많은 경우 동물을 이용해서 실험을 수행한다. 그 이유는 포유류의 신경계는 종간에 많은 유사성을 가지고 있고, 여러 가지 실험 조건을 통제하기가 쉬우며, 무엇보다 침습적인 방법을 사용할 수 있다는 장점 때문이다.

동물 연구에는 여러 방법이 있는데 그 중 하나가 손상 연구이다. 화학 물질이나 전극을 삽입해서 특정 뇌 부분의 조직을 파괴하거나 제거하여, 소상 전과 후에 또는 송상을 입은 개체와 그렇지 않은 개체를 비교해서 행동과의 연관성을 알아배는 방법이다. 또한 자극방법을 이용하여 동물 뇌으 ㅣ특정 영역을 자극했을 때 보이는 행동 변화를 관찰할 수도 있다.

2) 뇌신경 활동 기록법

심리학에서 많이 사용하는 기법은 두개골의 표면에 전극을 부탁하여 많은 뉴런의 집단적인 활동을 기록하는 뇌전도와 미세 전극을 뇌안으로 직접 삽입하여 개별 뉴런의 전기적 활동을 기록하는 단단위기록법이다.

EEG의 장점은 특별히 침습적인 방법이 필요하지 않으므로 동물과 인간에서 널리 사용하는 것이 가능하다는 점이다. 뇌의 의식 상태에 따라 다른 종류의 주파수를 지닌 뇌파가 측정된다. 단점은 뇌의 심부에 있는 구조물의 활동은 측정이 어렵다는 것이다.

3) 뇌영상 기법

양전자 방출 단층촬영술이 있는데, 이는 피험자에게 안전한 수준의 방사능 물질을 소량 주입한 후 방출되는 방사능을 검출함으로써 뇌의 활성화를 측정하는 방법이다. 어떤 방사능 물질을 사용하는 가에 따라 뇌 활성의 달느 측면이 영상화될 수 있는데, 가장 많이 사용되는 방법은 뇌가 에너지원으로 주로 포도당을 사용한다는 점에 찾안하여, 2-탈산포도당이라는 포도당과 분자적으로 유사한 방사성 물질을 주입, 혈류를 통해 뉴런에 흡수되는 양을 층정하는 기법이다

퀴즈:

1. 생물심리학은 인간의 마음을 어떻게 설명하는가? 
2. 활동 전위는 어떻게 해서 발생하는지 설명하시오.
3. 신경계의 전기적 전달과 화학적 전달은 어떻게 다른지 설명하시오.
4. 우울증과 신경전달물질은 어떻게 연관이 되며 어떤 치료법이 가능한지 설명하시오. 
5. 신경계에는 어떤 구조물이 있으며, 이들은 어떻게 조직되어 있는지 설명하시오.
6. 연수,소뇌,중뇌개 및 피개, 시상, 시상하부, 기저핵, 변연계의 기능을 설명하시오.
7. 대뇌피질의 각 영역은 어떤 기능을 하는지 설명하시오.
8. 생물심리학의 연구 방법에는 어떤 것이 있으며, 장단점은 무엇인지 설명하시오. 

기출: 

4. 기적에서 계열위치효과 설명할 때, 단기기억의 영향을 받는 다는 이론을 뒷받침 하는 곳은? (카톨릭 대학원)
5. 태어났을 때 가장 덜 발달하는 영역은? 답:시각 (카톨릭 대학원)
6. 편도체 관련 된 반응은? 답: 공포반응 (카롤릭 대학원)
7. 주의가 일어나기 전에 처리하는 것을 뒷받침 해주는 것은? (카톨릭 대학원)