[신경과학] 1.1 : 신경과학 개요

 

 

본 카테고리에서는 뇌와 척수로 대표되어지는 신경계의 생리학, 분자생물학에 대해 다룰 것이며, 잘 밝혀져 있는 뇌신경회로에 대해 상세히 다룰 것임.

 

 

본 포스트에서는 우선 신경과학이라는 분야에 대한 개요에 대해 간단히 다루어보도록 하자.

 

 

 

 

뇌의 신비를 탐색하는 연구는 21세기 과학과 기술분야에서 가장 중요한 도전이자 최후의 프론티어라 할 수 있음.

 

 

 

 

실제로 이집트 시대 파피루스에도 위와 같은 상형 문자로 brain에 대해 묘사되어 있었다는 기록이 있음.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 principles of neural science라는 neuroscience의 기본서 중의 하나인 textbook에서 제시하는, 뇌과학이 풀어나가고자 하는 5개의 basic한 질문들이 나타나 있음.

 

 

 

첫 번째는 brain이 어떻게 develop되는지와 관련된 것임. 두 번째는 brain 내의 nerve cell들이 어떻게 서로 communicate하는가 하는 것임. 세 번째는 뇌 안에서 형성된 신경망이 어떻게 perception과 motor act에 영향을 미치는지와 관련된 것임. 네 번째는 주변 환경, 경험, 지식 등에 따라서 neuron들이 어떻게 modify되는지(즉, 뇌의 가소성)와 관련된 것임. 마지막 다섯 번째는 neuronal communication이 disease에 따라 어떻게 변화하는지와 관련된 것임.

 

 

 

뇌과학자들은 이런 문제들에 대한 답을 찾기 위해 기본적으로 분자생물학적인 기법들을 이용하고, 더 나아가서 behavior science(행동과학)를 통해 다양한 현상들을 분석함.

 

 

 

뇌과학 분야의 가장 거대하고 이름있는 학회는 바로 SfN(society for neuroscience)임. 이 학회는 미국에서 1년에 한번 열리며, 위 그림 오른쪽에 나타난 것처럼 다양한 lecture들, symposia, minisymposia, nanosymposia, poster presentation, meeting, workshop, roundtables 등등의 행사가 진행됨. 통상적으로 이 학회에는 대략 30,000명 정도의 인원이 참여함.

 

 

 

 

 

이 학회가 다루는 주제들의 theme 구성은 위와 같음. 보면 이 것이 거의 neuroscience의 주제를 세부분류 해놓은 것과 같다는 것을 알 수 있음. 참고할 것.

 

 

 

 

 

고대의 기록을 보면, 이집트에서 brain damage를 치료했다는 기록이 있음. 다만 이집트에서는  대신 심장이 영혼의 중심이라고 생각했었음.

 

 

한편 greece의 철학자 Hippocrates는 뇌가 지성 중심이라 생각했었음. 한편 Aristotle는 심장이 지성의 중심이라 생각했으며, brain은 단지 피의 온도유지을 위해 존재하는 발열기관일 뿐이라 생각함)

 

이 때 까지는 실험적 증거 없이 생각만으로 뇌와 관련된 이론들이 여럿 생겨남.

 

 

 

 

 

 

한편 Roma 시대의 검투사 치료의사이자 작가인 Galen은 sheep의 뇌를 해부해서 cerebrum과 cerebellum, ventricle 등을 관찰함.

 

 

이후 르네상스 시기에 해당하는 19세기에 들어서는 Vesalius라는 뇌 해부학자에 의해서 ventricle이 액체로 차 있음이 확인됨. 다만 Vesalius는 이 ventrical fluid가 brain function을 위한 물리적인 장일 것이라 생각했었음.

 

 

한편 Rene Descartes는 인간의 몸과 정신이 분리되어 있다는, 즉 mental capibility가 brain 바깥에 존재한다는 심신이원론을 주장하기도 함.

 

 

그 밖에 이 시기에는 brain에 대한 해부학적 관찰들이 많이 이루어졌으며, brain 내부에서 전기적인 현상이 일어난다는 것도 확인됨.

 

 

 

 

 

이 시기의 과학자 중 한명인 Franz Joseph Gall은 Phrenology(골상학)을 주장했는데, 간단히 말하자면 뇌의 각 부분이 실제 function과 연결되어 있다는 것임. (예를 들어 이마쪽이 튀어나온 사람은 머리가 좋다는 등...) 한편 Flourens는 실험적인 분석을 통해서 Gall의 골상학적 이론을 부정함.

 

 

한편 19세기에는 Santiago Ramon y Cajal과 Charles Sherrington이 뇌의 기본 구성단위가 neuron(신경세포)이며, 이들 neuron들이 synapse를 통해 서로 연결되어 connection을 구성한다는 이론을 주장함. 이 이론은 neuronal doctrine으로 불리며, 지금도 정설로 받아들여지고 있음. 참고로 이 이론을 cellular connectionism이라고도 함.

 

 

 

그러나 물론 당시에는 이와 반대되는 생각을 가진 Camilo Golgi, Paul Broca, Karl Wernicke 등의 과학자들도 있었는데, 특히 Paul Broca, Karl Wernicke 등은 Aphasia(실어증) 환자의 사후 뇌를 적출해본 결과 일부 뇌 부분이 손상되어 있다는 것을 들어서 뇌의 위치에 따라 서로 function이 다를 거라는 골상학적 이론을 다시금 찬성함. 마찬가지로 Golgi의 경우에도 neuron들이 서로 연결되어 있기 보다는, 뇌의 각 부분이 aggregate를 형성하면서 기을 하게 된다고 생각함.

 

 

결과적으로는 neuronal doctrine이 옳다는 것이 확인됨.

 

 

 

 

 

신경과학과 관련된 노벨상 중 가장 고전적이면서도 대표적인 상들이 1906년, 그리고 1932년에 두 번 수상됨.

 

 

 

첫 번째 노벨상은 neuronal cell과 관련된 염색법을 개발한 Golgi와, 신경과학의 아버지라 불리는 Cajal에게 수여됨. 한편 두 번째 노벨상은 neuron에서의 electric한 생리현상에 대한 연구의 공로로 Sherrington과 Adrian에게 수여됨.

 

 

 

 

 

한편 앞서 말한 것처럼 뇌를 이루는 기본단위가 neuron이라는 neurodoctrine에 따르면, 뇌를 이루는 neuron은 대락 10^(11)개이고, neuron을 제외한 뇌의 나머지 세포인 glial cell의 경우 neuron보다도 10배정도 더 많이 존재하고 있음. 한편 각각의 neuron들은 서로 synapse를 통해 접해있음.

 

 

위 그림의 아래에는 neuroscience에서의 4가지 기본적인 feature들의 나타나 있음. 첫 번째는 neuron의 signal 전달에 대한 것이고, 두 번째는 nerve cell들 간의 connection pattern에 대한 것이며, 세 번째는 특정 행동 pattern과 neuron간의 interconnection 사이의 관계에 대한 것이고, 마지막은 neural plasticity(신경가소성)에 대한 것임.

 

 

 

다음 포스트에서는 이제 신경계를 구성하는 대표적인 세포들인 glial cell과 neuron에 대해 조금 더 자세히 알아보자.