김형욱의 칼럼언어
인체 시스템을 들여다보고 있자면, 저마다 각기 다른 역량으로 그 능력을 발휘하고 있습니다. 본 포스팅의 주제가 될 신경계(nervous system) 또한 그렇습니다. 신경계(nervous system)는 내분비계(endocrine system)와 함께 인체의 항상성(homeostasis)을 조절하는 최상위 계층입니다. 이들은 전신 전체에 골고루 작용할 수 있으며, 또는 상황에 따라 국소적인 부위(local area)에만 적절히 작용할 수도 있습니다. 이때 이들은 각기 다른 고유한 자극 경로(stimulation pathway)를 지닌다는 것입니다. 신경(nerve)은 신경(nerve)대로, 그리고 호르몬(hormone)은 호르몬(hormone)대로 각자의 역할을 발휘하기 위해 고유한 경로(specific pathway)를 활용하여 인체에서 기능할 수 있게 합니다.
그렇다면 신경(nerve)은 어떠한 경로(pathway)를 지닌 채 역할을 발휘하고 있을까요.
신경의 기능(nerve function)을 이야기할 때에는 신경 자극(nervous stimulation)에 대한 언급을 빠뜨릴 수 없습니다. 신경의 기능(nerve function)은 자극(stimulation)을 통해 발생됩니다. 이때 자극(stimulation)이란, 신체 외부(external)에서 오는 자극(stimulation)뿐만 아니라, 신체 내부(internal)에서 오는 자극(stimulation)도 포함됩니다. 신경계(nervous system)가 감지할 수 있는 자극(stimulation)은, 여러 영역에 걸쳐 다양한 감각수용기(sensory receptor)로부터 받아들이게 되며, 받아들여진 감각 자극(sensory stimulation)을 토대로 정보(information)로써 활용하여 기능(function)을 발휘하게 됩니다. 이러한 과정에 있어 여러 단계를 거치겠지만, 단적으로 이것을 표현하는 것이 자극(stimulation)과 반응(reation)입니다.
자극(stimulation)과 반응(reaction)
우리는 자극(stimulation)과 반응(reaction)이라는 표현에 대해서 이미 익숙합니다. 자극(stimulation)은 반응(reaction)할 수 있는 자극(stimulation)이어야 하는데, 이것이 가능케 하는 자극(stimulation)은 반드시 역치(threshold) 이상의 자극(stimulation)이어야만 합니다. 단순히 자극(stimulation)만 주어진다고 해서는, 그러니까 역치(threshold) 이상의 자극(stimulation)이 아니라면 반응(reaction)이 도출되지 않습니다. 그렇다면 반응(reaction)은 이렇게 설명할 수 있을 겁니다. 무언가 반응(reaction)하기 위해 필요한 자극(stimulation)량이 충족된 반응(reaction)이라고 말입니다.
이렇게 반응(reaction)이 일어나기 위해선 역치(threshold) 이상의 자극(stimulation)이 주어져야만 하지만, 여기에서 한 가지를 더 강조해야 합니다. 필요량뿐만 아니라, 자극(stimulation)의 종류 또한 필요한 자극(stimulation)이어야만 합니다. 아까 신경계(nervous system)는 저마다 다른 수용기(receptor)를 활용하여 자극(stimulation)이 주입됨을 이야기했습니다. 바로 이것입니다. 인체에 존재하는 수용기(receptor)는 신체 위치(position)에 따라, 그리고 신경계(nervous system)의 맵핑(mapping)에 따라 저마다 자극(stimulation)을 받아들이는 유형이 다릅니다. 수용기(receptor) 자체에서 받아들일 수 있는 자극(stimulation)이어야만 반응(reaction)이 일어날 수 있게 되는 것입니다.
정리하자면, 신경 기능(nerve function)을 발휘하기 위해서는 각 필요한 자극(stimulation) 종류여야만 하며, 그리고 필요한 자극(stimulation) 정도가 주어져야만 합니다. 그것이 아니라면 자극(stimulation)을 활용할 수 없으니, 신경(nerve)은 기능(function)을 발휘하지 못할 것이며, 나아가 신경 자극(nervous stimulation)이라는 표현을 붙이기에도 어려울 것입니다.
신경 자극 경로(nervous stimulation pathway)
방금 전까지 언급한 두 가지 조건이 충족한다면 신경(nerve)은 기능(function)을 발휘할 수 있게 됩니다. 기능(function)을 발휘하는 과정에서는 신경 자극 경로(nervous stimulation pathway)를 지니게 됩니다. 이 경로는 말초(peripheral)에서부터 중추(central)로, 그리고 중추(central)로부터 말초(peripheral)로 서로 연결되어 있을 것입니다. 신경계(nervous system)는 기본적으로 자극(stimulation)을 받아 반응(reaction)을 이끌어내기 위해서는 중추(central)를 통과해야만 하고, 중추(central)를 통과하는 과정에서 주입된 감각 정보(sensory information)를 토대로 해석(process)을 일으켜 반응(reaction)이 도출되기 때문입니다.
신경 자극 경로(nervous stimulation pathway)는 크게 두 가지입니다. 바로 전기 전도(electrical conduction)와 화학 전달(chemical transmission) 경로(pathway)라고 할 수 있습니다. 많은 사람들이 신경 자극(nervous stimulation)에 대해서 전기적인 신호(electrical signal)만 생각하기 쉽지만, 실제로는 전기적인 신호(electrical signal) 이외에도 화학적인 신호(chemical signal)도 함께 발휘하고 있습니다. 그리고 두 가지의 자극 경로(stimulation pathway)는 당연히 발생되는 기전(mechanism)이 서로 다르며, 그렇다 보니 신경계(nervous system)가 그럴 만한 이유 또한 지니고 있습니다.
신경 자극(stimulation)을 위한 전기 전도(electrical conduction)
전기적인 신호(electrical signal)를 신경 자극(nervous stimulation)에 대해서는 전도(conduction)라 표현합니다. 전도(conduction)는 단일한 신경세포(nerve cell), 그러니까 하나의 뉴런(neuron) 내에서 발생되는 신호 양상(signal pattern)입니다. 일반적인 예를 들자면, 말초(peripheral)로부터 외부의 자극(external stimulation)을 받아들일 때, 신체는 감각수용기(sensory receptor)를 통해 받아들일 자극(stimulation)을 중추신경계(nervous system)로 이동시킵니다. 이때 자극(stimulation)의 이동, 정보(information)의 이동은 상향이든(중추로든), 하향이든(말초로든) 상관없이 뉴런(neuron)끼리의 신호 전달(signal translation)이 필요합니다. 이때 단일한 뉴런(neuron)에서도 뉴런(neuron)만의 고유한 구조(structure)를 지니고 있으니, 자극(stimulation)이 전달되는 경로(translation pathway)를 살펴볼 때에는 뉴런(neuron) 내의 수상돌기(dendrite)에서부터 축삭돌기(axon)로 이동됩니다. 이렇게 짧은 돌기(dendrite)에서 긴 돌기(axon)로 이동되는 신경 자극(nervous stimulation)의 유형은 전기적인 신호(electrical signal)로써 발생됩니다.
하지만 단일한 뉴런(neuron) 내에서 발생되는 전도(conduction)는 무조건 수상돌기(dendrite)에서부터 축삭돌기(axon)까지의 경로(pathway)로만 발생되는 것은 아닙니다. 뉴런의 구조(neuron structure) 내에서 모든 방향(dirction)으로 전기적인 신호(electrical signal)가 발생되는, 실질적인 전달 경로(translation pathway)처럼 단방향(single direction)이 아닌 다방향(multi direction)이라고 할 수 있습니다. 하지만 일반적으로 단방향(single direction)으로 전기적인 신호(electrical signal)가 이동되고, 그리고 수상돌기(dendrite)에서부터 축삭돌기(axon)로 자극(stimulation)이 이동되는 것으로 배우는 데에는, 바로 다음에 소개할 내용 때문입니다.
신경 자극(stimulation)을 위한 화학 전달(chemical transmission)
단일한 뉴런(neuron) 내에서는 방금 언급한 과정과 같이 신경 자극(nervous stimulation)이 일어나지만, 말초(peripheral)와 중추(central)를 오고 가며 인체 신경계(nervous system) 전체를 아우를 수 있는 소통을 달성하기 위해서는, 신경 자극(nervous stimulation)이 단일한 뉴런(neuron) 내에서만 이루어지는 것이 아니라 서로 다른 뉴런(neuron)끼리도 이루어져야 합니다. 하지만 서로 다른 뉴런(neuron)들끼리는 연결되어 있지 않습니다. 다시 말해, 정확하게는 구조적으로 이들이 한데 연결되어 있지는 않습니다. 물론 그 거리가 아주 멀리 떨어지지 않기도 한데, 서로 다른 뉴런(neuron) 사이에서 이전 뉴런(neuron)의 축삭돌기(axon)와 이후 뉴런(neuron)의 수상돌기(dendrite)가 연접되어있는 지점을 시냅스(synapse)라 합니다. 시냅스(synapse)는 가까이 위치하기는 하지만 완전히 연결된 것은 아니기 때문에, 이전 뉴런(neuron)에서 오는 전기적인 신호(electrical signal)가 이후 뉴런(neuron)으로 전도되지 못합니다. 이때 이전 뉴런(neuron)의 축삭돌기(axon) 말단(distal)인 축삭종말(axon terminal)에서 신경전달물질(neurotransmitter)을 분비시켜 정보를 다음 뉴런(neuron)으로 전달하게 됩니다. 지금과 같이 신경전달물질(neurotransmitter)을 활용하여 인접한 뉴런(neuron)에 자극(stimulation)을 전달하고 내보내는 것이 신경 자극(nervous stimulation)을 위한 화학적인 신호(chemical signal)의 전달(translation)입니다.
전기 전도(electrical conduction)와 화학 전달(chemical transmission)
결과적으로 신경 자극(nervous stimulation)은 단일한 뉴런(neuron) 내에서의 전기 전도(electrical conduction)와, 서로 다른 뉴런(neuron) 사이에서 화학 전달(chemical transmission)이 가능합니다. 두 가지 모두의 유형이 가능한 이유는 어쨌든지 간에, 신경계(nervous system)의 통합(integration)을 위해 말초(peripheral)와 중추(central) 사이에서의 원활한 소통을 위해서인 것입니다.
중요한 것은 전기 전도(electrical conduction)는 화학 전달(chemical transmission)보다 빠릅니다. 따라서 이러한 관점에서는 단일한 뉴런(sigle neuron)이 길면 길수록 좋습니다. 긴 만큼 추가적인 서로 다른 뉴런의 경로(neuron pathway) 없이 자극(stimulation)을 빠르게 이동시킬 수 있기 때문입니다. 반대로 화학 전달(chemical transmission)은 전기 전도(electrical conduction)보다 느립니다. 하지만 서로 다른 뉴런(neuron)들끼리의 더 많은 소통을 일으킵니다. 이로 인해 전기 전도(electrical conduction)가 더욱 빈번히 발생되는 뉴런(neuron) 또는 지점은 감각뉴런(sensory neuron)과 운동뉴런(motor neuron)이며, 화학 전달(chemical transmission)이 더욱 빈번히 발생되는 뉴런(neuron) 또는 지점은 연합뉴런(inter neuron)입니다. 이렇게 전기 전도(electrical conduction)와 화학 전달(chemical transmission)의 특성을 통해서, 신경계(nervous system)의 더 나은 역할을 이해할 수 있습니다.
김형욱이 읽어주는 '전기 전도(electrical conduction)와 화학 전달(chemical transmission)'
신경 자극(stimulation)은 우리가 알아봤던 것처럼 두 가지 유형으로 자극(stimulation)을 이동시킵니다. 결과적으로 전기적인 신호(electrical signal)와 화학적인 신호(chemical signal) 모두를 이용하는 것이 신경계(nervous system)입니다. 따라서 단순히 자극(stimulation)과 반응(reaction)을 일으키는 것에만 신경의 기능(nerve function)이 그치는 것이 아니라, 전기적인 신호(electrical signal)와 화학적인 신호(chemical signal) 를 통해서 다른 계층의 기능(function)과 함께 통합(integration)되어 인체에서 역할을 발휘한다는 것입니다. 그러니까 이러한 기능은 다른 계층에서도 공유될 수 있다는 사실입니다. 이러한 관점에서 봤을 때에는 계층 사이에서도 보상 작용(compensation)이 존재할 수 있는 셈입니다. 물론 우리는 아직까지 그러한 기전(mechanism)에 대해서 매우 자세하게 알 수 있는 상태는 아닙니다. 하지만 신경계(nervous system)가 전기 전도(electrical conduction)와 화학 전달(chemical transmission)이 가능한 만큼 (물론 우리는 이러한 두 가지 기전(mechanism)으로 신경 자극(stimulation)을 발휘한다는 것에 대해서 초점을 맞춘 글이었지만), 해당 영역을 넘어서서도 기능(function)을 발휘할 수 있음을 충분히 생각할 수 있을 것입니다.
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