[신경과학] 11.2 : 촉각의 인지과정 - 1

 

 

이번 포스트부터는 촉각의 인지과정에 대해 본격적으로 알아보자.

 

 

우선 skin에서의 touch와 관련된 논의를 먼저 해보자. (실지로, 연구의 용이성 때문에 피부와 관련된 촉각 연구가 가장 많이 되어있음)

 

 

skin은 다양한 방식으로 나눌 수 있는데, 대표적으로 hairy한 skin, 그리고 털이 없어 glabrous한 skin으로 나눌 수 있음. 이 중 털이 없는 피부들로는 발바닥, 손바닥, 입술이 대표적이며, hairy skin, glabrous skin은 역할이 살짝 다름.

 

 

 

 

그 밖에 위와 같이 피부를 tissue의 분포양상에 따라 위쪽 epidermis와 아래쪽의 dermis로 나눌 수 있음. 이 때 epidermis는 위 그림 맨 위쪽에 나타나 있는 죽은 keratinocyte로 이루어진 층과 그 아래의 살아있는 keratinocyte(keratin을 분비) 층을 포함하고 있음. 한편 dermis 부근에는 혈관, 땀샘 등과 함께 감각신경들도 많이 분포하고 있음.

 

 

skin은 다양한 function을 가지고 있음. 일단 대표적으로 protection의 기능을 가지고 있으며, 그 밖에 body fluid를 evaporation되지 않게 막아주는 역할(이 역할이 망가질 시 아토피 등이 유발될 수 있음), world와의 direct contact를 제공해주는 역할을 함.

 

 

 

 

한편 대부분의 somatosensory receptor들은 mechanoreceptor임. 이 때 mechanoreceptor라고 말할 때 receptor를 의미하는 경우도 있지만 이 경우 sensory neuronal cell 그 자체를 의미함.

 

 

 

 

skin 내부에는 위 그림과 같이 상당히 독특한 구조들이 많이 존재함. 대표적인 예로 Pacinian corpuscles, Ruffini's endings, Meissner's corpuscles, Merkel's disks, Krause end bulbs 등이 있음. 이런 특수한 구조에 신경세포 말단이 위치해 있는 경우도 있고, 그 밖에 그냥 위 그림에 free nerve ending으로 표시된 것과 같이 epidermis 부분에 신경말단이 위치해있는 경우도 있음. free nerve ending을 가진 대부분의 sensory neuron들은 주로 통증, 가려움증 등을 감지하는 역할을 함.

 

 

 

 

위 그림은 다양한 종류의 털, 그리고 다양한 종류의 털들을 감싸고 있는 다양한 종류의 neuron들을 나타내주고 있으므로 참고할 것. 참고로 한 neuron이 한 종류의 털만 감싸는 것이 아니라 위 그림 하늘색과 같이 3개 종류의 털을 다 감싸고 있는 녀석도 있다는 것을 기억해두고 넘어가자.

 

 

 

 

이 때 하늘색 neuron 하나는 실제로 위와 같이 수많은 털들을 감싸고 있음. (이 때 파란색 동그라미가 털 하나임)

 

 

그런데 앞서 나타난 자료를 보면 독특한 명명법들이 등장함을 알 수 있음. 이 중 Abeta, Adelta, C와 같은 이름은 감각신경을 분류하기 위해 사용하는 것이고, LTMR은 low threshold mechanoreceptor, 즉 약한 세기의(가벼운 터치와 같은) 자극에 반응하는 neuron임을 나타내줌. 마지막으로 SA는 slowly adapting, RA는 rapidly adapting을 나타내줌. 이에 대해서는 뒤이어 더 자세히 알아볼 것임.

 

 

 

 

neuron은 크게 위와 같은 종류의 type으로 구분할 수 있음. 이 중 B와 같은 녀석들은 sympathetic neuron에서 등장하므로 제외하고 나머지들에 대해 주로 살펴보자.

 

 

 

 

위 자료를 보면 실제로 neuron의 type에 따라서 axon 그 자체의 diameter, 그리고 그 주변부를 둘러싸고 있는 myelin sheath의 diameter가 다름. 조금 더 구체적으로 살펴보자면 Aalpha, Abeta, Adelta 순으로 점점 axon과 myelin sheath의 diameter가 작아지게 됨. 한편 C의 경우 axon의 diameter도 가장 얇고 이 녀석의 경우 아예 un-myelinated되어있음. 그러다 보니 위 그림상에서 왼→오로 갈수록 정보가 전달되는 속도도 현저히 느려짐. 참고로 Abeta의 경우 LTMR이 많고(가벼운 touch 감지) C fiber(=C neuron)의 경우 통증을 감지하는 역할을 해서 주로 free nerve ending을 가지고 있음. 이 때 C type neuron이 다른 녀석보다 정보 전달속도가 느리기 때문에 우리가 뜨거운 물건을 만졌을 때 우선 만짐에 의한 단순 촉감이 먼저 느껴지고 난 뒤 뜨겁다는 통증신호는 느리게 전달되게 되는 것임.

 

 

 

 

 

 

다음으로 촉각에서의 receptive field에 대해 알아보자. receptive field란 일종의 resolution이라고도 할 수 있음. 위 그림 오른쪽을 보자. 일단 상대적으로 왼쪽에 나타나 있는 neuron의 경우 receptive field가 매우 크기 때문에 그 결과 이 녀석이 reception할 수 있는 area 내에서 자극이 들어온다면 이 area에서 들어온 자극은 구분없이 모두 동일한 neuron으로 가게 되고 뇌는 이 receptive field 하에서의 위치구분을 하지 못할 것임. 한편 상대적으로 오른쪽에 나타나 있는 neuron의 경우 receptive field가 작기 때문에(가지들이 상대적으로 적고 좁게 분포되어 있음) 뇌에서 보다 fine하게 감각이 전달된 position을 구분하는 것을 알 수 있음.

 

 

실제로 기관에 따라서 neuron의 receptive field가 다 다르고, 그 결과 sensing할 수 있는 resolution도 다 다름. (입술, 손 끝과 같은 부분의 경우 resolution이 좋음) 예를 들어 위 그림 (b)를 살펴볼 시 Meissner's corpuscles의 경우 receptive field가 좁아서 resolution이 좋은 반면 Pacinian corpuscles의 경우 receptive field가 넓어서 resolution이 좋지 않음.

 

 

 

 

 

한편 위 표에서는 receptive field의 size 뿐 아니라 adaptation에 따라서도 neuron을 분류해 나타내주고 있음. 보면 rapid adaptation이 되는 녀석의 경우 자극이 시작되고 나서 얼마 있지 않아 firing이 일어나지 않아버림. 이런 rapid adaptation은 필요하지 않은 자극을 어느 순간 전달하지 않게 하는데 있어 중요함. 한편 slow adaptation을 하는 녀석의 경우 자극이 시작되고 나서 어느 정도 시간이 지나도 계속 firing하는 것을 볼 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림은 그 밖의 다양한 종류의 mechanoreceptor들에 대해 나타내주고 있으므로 참고할 것. (Pacinian corpuscle의 경우 vibratory cue에 대한 sensing을, mechano-nociceptor, polymodal nociceptor 등은 skin injury 등에 의한 pain의 sensing을 담당함)

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.