[신경과학] 14.3 : 확산(diffusion) 기반 조절 시스템

 

 

이번 포스트에서는 brain의 diffuse modulatory system에 대해 알아보자.

 

 

 

brain의 diffuse modulatory system에는 크게 4가지 종류가 있음. 그런데 이들은 모두 공통적으로 가지는 특징이 있음.

 

 

 

1. core에 아주 적은 수의 neuron들이 분포함.

 

2. neuron이 대부분의 경우 brain stem에서 출발함.

 

3. 한 neuron이 10만개 이상의 post-synaptic neuron을 조절함.

 

4. synapse로부터 transmitter molecule이 분비되고, 이 molecule은 extracellular fluid를 타고 여러 세포에 영향을 미치게 됨.

 

 

이제 brain의 diffuse modulatory system의 4가지 종류에 대해 알아보자.

 

 

Nonadrenergic locus coeruleus

 

 

 

첫 번째 종류는 noradrenergic locus coeruleus임. 보면 이 경우 brain stem의 locus coeruleus로부터 시작되며, 이곳에서부터 NE가 생산된 후 복잡한 axon을 따라 thalamus, cerebellum, spinal cord, neocortex와 같이 brain, spinal cord의 각종 부분으로 diffuse되게 됨.

 

 

 

serotonergic Raphe nuclei

 

 

 

두 번째 종류는 serotonergic Raphe nuclei임. 이 경우 brain stem의 Raphe nuclei에서 serotonin이 생산되어서 각종 brain으로 diffuse되게 됨. 특별히 이 diffuse system은 noradrenergic system과 함께, sleep-wake cycle, mood 등의 조절에 있어 핵심적임.

 

 

 

Dopaminergic Substantia Nigra and Ventral Tegmental Area

 

 

 

세 번째 종류는 Dopaminergic Substantia Nigra and Ventral Tegmental Area임. 보면 이 경우 brain stem에 있는 ventral tegmental area(VTA)와 substantia nigra에서부터 dopamine이 합성되어 brain의 각종 부분으로 diffuse되게 됨. 특히 Substantia nigra는 striatum으로 project되며, volumntary movement와 밀접하게 관련되어 있음. (그러다 보니 Substantia nigra의 degeneration이 발생할 시 Parkinson's disease가 발생할 수 있음) 그리고 Ventral tegmental area의 경우 telencephalon의 circumscribed region으로 innervate함.

 

 

 

참고로 그 밖에, midbrain으로부터 출발되는 dopaminergic projection인 Mesocorticolimbic dopamine system도 존재함.

 

 

 

Cholinergic diffuse Modulatory systems

 

 

 

마지막 종류는 Cholinergic diffuse Modulatory system임. 보면 이 경우 basal forebrain complex의 일부인 Medial septal nuclei, basal nucleus of Meynert에서 출발해(이곳에서 ACh 합성) cerebral cortex, hippocampus 등으로 diffuse되어 learning, memory와 관련된 작용을 매개하는 부분과 함께, brain stem의 pontomesencephalo-tegmental complex에서 출발해서(이곳에서 ACh 합성) thalamus, forebrain으로 projection되어서 sensory nuclei의 활성을 조절하는 부분이 같이 포함되어 있음. 다만 아직 basal forebrain complex가 포함된 diffuse modulatory system의 역할은 불분명한 점이 많음.

 

 

diffuse modulatory system과 관련된 psychoactive drug들도 존재함. 실제로 많은 abused drug들은 noradrenergic, dopaminergic, serotonertic system을 방해하는 식으로 작동함.

 

 

예를 들어 LSD(lysergic acid diethylamide), Psilocybe mushroom, peyote(환각선인장) 등은 serotonin과 구조적으로 매우 유사해 diffuse modulatory system을 망가뜨리고, Cocaine, amphetamine 등은 dopaminergic, noradrenergic system을 방해함. (그러므로 이들은 일종의 sympathomimetic drug처럼 생각해도 됨)

 

 

 

 

 

위 그림은 실제로 Cocaine, amphetamine이 noradrenergic terminal(왼), dopaminergic terminal에 어떻게 작용하는지의 mechanism을 나타내 보여주고 있음. 보면 각 terminal에서 NE, 혹은 DA가 합성되어서 synapse로 분비된 후, 원래는 이들의 대부분이 다시 reuptake되어서 circulation되어야 하지만, 이 reuptake를 Cocaine, 혹은 amphetamine이 block하게 되고 그 결과 synapse 공간 상에서 NE, 혹은 DA가 머무르는 시간이 더 늘어나면서 지나치게 이들의 영향이 오래 지속되게 됨. 그 결과 이상이 발생할 수 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 motivation, 즉 동기가 뇌과학적으로 어떻게 이해되고 있는지에 대해 살펴보자.