[과학적심리학] 인지신경과학, 뉴런

진현개발일기 2023. 5. 6. 17:56

■ 인지 신경 과학

인지신경 과학이란 정신적 측면인 인지 과정을 신경계의 기능적인 측면으로 연구하는 학문이다.

■ 연구 방법

종류	설명
손상연구	사람, 동물에게 가해진 뇌 손상을 통해 관련된 기능을 연구하는 방법이다. 세계 1차 대전을 통해 부상 입은 군인들을 대상으로 많은 연구가 진행되었었다.
자극법	뇌의 여러 부분들을 미세전극으로 자극하여 반응을 기록하는 방법이다.
전극 기록법	(1) EGG (Elector Encephalo Gram) - 뇌에서 자발적을 일어나는 뇌 전위의 변화를 측정한다. - 의식 상태에 따라 모양과 주기가 바뀐다. - 뇌 손상 및 정신질환 진단에 사용되지만 주로 수면 연구(ex. 램수면)에 활용된다. (2) ERP (Event-Related Potentials) - 동일한 자극을 반복제시하고 각 자극에 의해 유발된 전위들을 평균하여 측정한다. (ex) 산술문제를 준다거나, 영상 시청을 하게 한다거나 어떤 이벤트를 발생시켜 그에 따른 반응들의 수치들의 평균을 기록하는 것.
뇌 영상 기법	(1) 컴퓨터 단층 촬영술 (Computed, Tomography, CT) - 여러 각도에서 뇌의 단면을 X선으로 촬영하여 컴퓨터로 재구성하는 기법이다. - 뇌 구조 확인이 가능하다. 허나, 기본적으로 해상도가 낮다. (ex) 뇌종양 크기, 알츠하이머 환자의 뇌 위축, 정신분열증의 뇌실 확장 확인이 가능하다. (2) 자기공명 영상법 (Magnetric Resonance Imaging, MRI) - 매우 강한 자기장을 쏴서 뇌 조직의 '수소 원자' 주위에 형성되는 전자기장을 탐지하여 컴퓨터가 3차원 영상을 만들어내는 방법. - CT보다 정밀하고 정확한 뇌의 단면을 고화질로 제공한다. 그래서 진단 시간도 길고 CT보다 비싸다. (3) 양전자 방출 단증 촬영술 (Positron Emission Tomography, PET) 방사능 추적 혼합물을 포도당과 같이 투여하여 뇌의 혈류 증가량을 파악, 활성화되는 뇌의 영역을 확인한다. - 방사능은 소량 투입에다 대소변으로 방출이 가능해서 위험하지않고, 뇌에서 특정 이벤트가 발생하면 포도당이 섞인 채 혈액이 그쪽으로 쏠리게 되기 때문에 뇌가 활성화 되는 부분을 확인할 수 있다. - 뇌의 기능적 측면 파악이 가능하다. (4) 기능적 자기공명 영상법 (Functional Magnetic Resonance Imaging, FMRI) - 뇌 조직의 '산소원자'와 뇌 혈류의 흐름에서 일어나는 산소원자의 자기력 변화량을 측정한다. - PET보다 시공간적으로 더 정밀한 뇌 기능을 영상으로 제공한다. - PET, CT, MRI보다 시간적 · 공간적으로 매우 정확하고 고화질인 영상으로 뇌의 구조와 기능을 알 수 있는 장점이 있으나, 너무 비싸다. * 즉, CT와 MRI는 뇌의 구조만 알 수 있고 PET는 뇌의 기능적 측면이 파악이 가능하고 FMRI는 구조와 기능을 고화질로 둘다 파악할 수 있다.

■ 뉴런 (Nueron)

뉴런이란. 신경계의 기본적인 정보처리 요소. 즉 신경계의 기본 단위이다. 1000억 개 이상의 뉴런이 인간에게 존재하고

신경계에 위치하며 정보처리 과제를 수행하기 위해 서로 의사소통을 전문적으로 하는 세포이다.

* 즉, 뉴런은 서로 간의 정보 의사소통을 처리하는 역할을 한다. 심리학적으로 대상의 마음을 알기 위해서는 뇌의 구조와 기능을 알아야한다.

[뉴런의 구조]

요소	특성
세포체 (Cell Body)	뉴런의 가장 큰 요소로 정보처리 과제를 통합하고 세포가 살아있게 하는 기능(ex. 단백질 합성 등)을 담당한다. (ex) 사람의 손과 팔을 통틀어 하나의 뉴런이라 했을 때 손바닥이됨
수상돌기 (Dendrite)	다른 뉴런으로부터 정보를 수용하여 세포체에 전달해준다. (ex) 세포체 예시를 기준으로 손가락이됨
축색 (Axon)	정보를 다른 뉴런, 근육 또는 내분비선으로 전달해준다. 중간 중간 동그랗게 말려있는 부위를 축삭돌기[수초], 끝 부분에 가지처럼 동그라미들이 뻗쳐있는 것을 축삭종말[축삭말단]이라고 불린다. (ex) 세포체 예시를 기준으로 뉴런의 끝 부분인 팔꿈치가 될 수 있다.

▼ 출처 : 한국뇌발달연구소

[뉴런의 역할]

1. 외부 환경으로부터 정보를 받아들이고 처리하고 전달하는 일을 담당한다.

2. 전달 순서는 '자극 > 감각 기관 > 감각 신경 > 연합 신경 > 운동 신경 > 반응기'가 된다.

■ 뉴런 내/간의 정보 전달 방법 차이

(1) 뉴런 내 정보 전달 : 전기적

- 축색의 전위들로 이루어진다.

- 축색 내부는 음(-)을 띄고있고 외부는 양(+)을 띄고있다. 즉 축색 내부가 바깥쪽에 비해 부적으로 대전되어 있다.

(평시에는 AA건전지의 1/200만큼인 -70mv를 띄고있다)

- 뉴런의 세포막 안과 밖의 이온의 농도 차이로 +, -로 나뉘는 현상이 발생한다.

[뉴런 세포막의 특성]

1. 축색 안에는 많은 칼륨(K+) 채널들이 존재하고 나트륨 (Na+)이온이 소량 존재한다.

2. 외부는 반대로 나트륨(Na+)이 대량 존재하고 칼륨(K+)이 소량 존재한다.

* 세포막 내부에는 (-) 음성을 띄고 있고 외부는 (+) 양성을 띄고있다. 이로 인해 세포 내외는 전위차를 빚고있는데 이것을 '막전위'라고한다. 막전위는 세포 내외의 물질들의 이온 농도차이 떄문에 발생하는데, 이 농도차이의 대표적인 원인은

'나트륨-칼륨 펌프'이다. 아래에서 추가 기록 예정.

3. 내부에 존재하는 칼륨은 확산력에 의해서 외부로 나가고싶어하나 정전압에 의해서는 세포 안쪽에 있으려고 한다.

4. 세포 외부에 존재하는 나트륨은 정전압과 확산력에 의해서 세포 안쪽으로 들어올려고한다.

5. 세포막에는 나트륨이 왔다갔다 할 수 있는 나트륨 채널과 칼륨이 이동할 수 있는 칼륨채널이 있다.

* 평상시에는 위 채널들이 닫혀있다. 허나 완전히 닫혀있지 않아서 외부 나트륨들이 내부에 침투하여 결국에는 세포가 중성을 띄게 되는데 만약 중성을 띈다면 정상적으로 활동하는 세포가 아닌 것이다. 이를 정상화 하기 위해 세포막에는

'나트륨-칼륨 펌프'가 존재한다. 나트륨-칼륨 펌프는 내부로 들어온 나트륨 세 개를 외부로 보내고 새어나간 칼륨 두 개를 내부로 가져오는 기능을 한다. 그러므로 기본적으로 세포막 외부를 양성(+) 내부를 음성(-)을유지하도록 해준다.

* 나트륨-칼륨 펌프 기능 : 3개의 나트륨(Na+)을 세포 외부로 내보내고 2 개의 칼륨(K+)을 세포 내부로 가져온다.

위 특성들은 정보를 전달하고 있지 않은 평상시 축색의 상태이다.

[ 축색에서의 정보 전달 : 전위의 변화 ]

현상	설명
분극화 (Polarization)	평상시 축색의 상태를 분극화 되어있다. 라고 표현함 (전이차 : -70mv)
역치 (Threshold)	정보를 전달해야하는 어떠한 현상(ex. 피부를 때림)이 발생했을 때 나트륨 채널이 열린다. (전이차 : -55mv)
탈분극 (Depolarization)	나트륨 채널이 열린 후 나트륨들이 들어와서 탈분극이 되었다고한다. 그때 활동을 활동전위라고한다. (전이차 : +30mv)
과분극 (Hyperpolarization)	활동전위 후 칼륨 채널이 열려 안쪽에 있던 칼륨이 바깥쪽으로 나가게되어 칼륨 떄문에 원상태인 내부가 (-), 외부가 (+)로 되게 된다. 하지만 이때 전이차는 분극화보다 높기때문에 과분극이라고 칭한다. 그 이유는 기존 세포막 내부는 대량의 칼륨이 존재했지만 칼륨과 마그네슘들의 위치가 바뀌었기 때문이다.
재분극	'나트륨-칼륨 펌프'가 다시 분극화 상태를 만들기위해 나트륨과 칼륨을 맞교환을 지속적으로한다.