위험과 안전에 작용하는 뇌신경계와 생리기능

심리학적 질문 중 거의 최초의 질문은 아마도 "인간의 마음이 몸의 어디에 위치하고 있는가?"일 것이다. 아주 오래된 질문이지만 20세기 초에 이르러서야 그 해답을 내 놓을 수 있었다. 지루한 논쟁에 종지부를 찍게 된 결정적인 증거들은 장기이식 수술이 제공해 주었다. 가장 대표적인 마음의 저장고로 지목받아 오던 심장을 다른 사람 몸에 이식하는 수술이 성공하면서 심장이 마음을 담는 그릇이 아님이 증명되었다. 다른 사람의 심장이 몸에 들어와도 사람들의 기억과 정서 그리고 사고방식은 전혀 달라지지 않았다. 반면에 사고나 질병 등 다양한 이유로 발생한 뇌 손상은 사람들의 심리 상태를 변화시킨다는 보고들은 늘어났따. 가장 초기의 대표적인 사례가 바로 19세기 중엽 Gage가 당한 사고와 그 이후 일어난 그의 심리적 변화이다. 

 Gage는 쇠막대를 가지고 바위 구멍에 다이너마이트를 채우던 중 갑작스런 폭발사고를 당하게 되었다. 폭발로 튕겨 나온 쇠막대는 Gege의 뺨을 뚫고, 왼쪽 이마 위를 관통하였다. 엄청난 사고였지만 다행히 Gege는 살아남았다. 하지만 폭발사고로 전두엽 일부가 손상된 Gege는 이전과 전혀 다른 사람이 되어 버렸다. 평소 생각이 깊고 침착하던 Gege는 사고 이후, 변덕스럽고, 충동적이며, 참을성 없는 성격으로 변하였다.지금이야 Gege의 성격 변화가 뇌 부위별 기능을 알려 주는 수많은 임상적 보고서 중 하나에 불과한 것이 되었지만, 당시로서는 뇌가 마음을 만들어 낸다는 것을 증명해 주는 충격적인 사건이었다.

 인간의 신경계는 크게 중추신경과 말초신경계 두 부분으로 구분할 수 있다. 중추신경계는 다시 뇌와 척수로 나눌 수 있다. 중추신경계는 감각기관을 통해 입력되는 정보를 처리하고, 근육을 움직이는 운동명령을 생성한다. 뿐만 아니라 정서와 기억 그리고 사고 등의 정신 작용에서부터 심장박동과 호흡 등 생명기능에 관한 것에 이르기까지 신체 내에서 일어나는 모든 것을 통제하고 조절한다.

 말초신경계는 신체 말단에서 수용되는 감각 정보들이 중추신경계로 전달되고, 중추신경계가 생성하는 운동 명령이 다시 근육으로 전달되는 통로이다. 말초신경계는 손상되어도 재생될 수 있지만, 중추신경계는 손상에 대한 재생 능력이 없다.

 중추신경계는 두개골과 추골의 보호 속에서 말초신경계를 통해 효율적인 운동 명령을 내보낸다. 비유하자면 중추신경계는 지하 벙커 속에 있으면서 전달되는 정보를 종합하여 명령을 내리는 최고 사령부와 같은 역할을 한다. 중추신경걔는 외부 환경으로부터 직접적으로 정보를 제공받지 못한다. 중추신경계는 외부 환경이나 신체 상태를 파악하기 위해서 오로지 말초신경계가 전달해 주는 전기적 신호에 의존할 수 밖에 없다. 전기적 신호만이 중추신경계가 하는 일은 외부 환경에 대한 정보를 말초신경계가 전달할 수 있는 형태이자 중추신경계가 처리할 수 있는 형태인 전기적인 신호로 바꾸어 주는 것이다.

 인간의 신경계는 뇌와 척수 신경으로 구성되어 있다. 각각의 신경은 수백 개의 축색으로 이루어져 있고, 축색의 세포체는 척수 혹은 뇌 안에 위치한다. 축색은 수초막으로 둘러 싸여 있으며 백색으로 보이고 축색의 다발인 신경 외관은 흰 살과 형태가 비슷하다. 

 뉴런 신경계는 신체 다른 기관들과 마찬가지로 세포로 이루어져 있다. 신경계를 구성하는 세포들은 뉴런과 교세포라는 2가지 종류로 나눌수 있다. 책을 읽거나 영화를 보면서 느끼는 희열이나 슬픔 혹은 분노 등 모든 정신 과정은 뉴런이라는 신경세포들이 만들어 낸 활동의 결과물이다. 뉴런은 신경계의 가장 기본이 되는 단위세포이며 교세포는 뉴런이 원활하게 기능할 수 있도록 보조해 주는 역할을 한다. 

 뉴런의 전기적활동에서 뉴런의 세포막은 외부와 내부로 구별된다. 뉴런은 막대 풍선에 비유한다면 풍선 안과 밖이 풍선 표면의 세포막에 의해서 분리되어 있는 것과 같다. 뉴런의 세포막을 사이에 두고 다양한 이온이 서로 다른 농도를 유지하면서 분포되어 있다. 활동하지 않을 때 뉴런의 내부는 외부에 의해 나트륨 이온이 적고, 칼륨 이온이 많으며 음극을 띤 단백질 분자의 농도가 높다. 이온이 세포막을 통해 투과하는 통로는 세포막에 막혀 통로 역할을 하는 단백질 분자들이 제공된다. 이 단백질 분자들을 통로 단백질이라고 한다. 

 막대 풍선의 공기 주입구를 통해 공기가 안으로 들어가고 나가는 것과 같다고 생각하면 된다. 막대 풍선은 공기 주입구가 1개 뿐이지만 뉴런은 이 통로들이 세포막을 따라 늘어서 있는 형태로 엄청나게 많이 존재한다는 점이 다르다. 통로 단백질 분자의 3차원적 구조는 경우에 따라 변하기도 하는데 이 때문에 이온 통로가 열리거나 닫힐 수 있게 된다. 세포막을 사이에 두고 이온 분포가 다르게 유지되는 것은 통로 단백질들을 통해 이온들이 투과하는 정도가 낮기 때문이다. 

 마비성 독극물이나 마취제 혹은 많은 향정신성 약물 등은 통로 단백질에 작용하여 이온 통로를 차단하고 뉴런의 정상적 활동을 방해하기 때문에 비정상적인 심신 상태를 만들어 낸다. 대표적인 사례로 복어를 잘목 먹고 죽는 것은 복어 독이 나트륨 이온 통로를 차단하여 세포 기능을 중지시키기 때문이다. 치과용 마취제 등 의료적으로 사용되는 국부 마취제는 칼륨과 나트륨 이온 통로를 차단시켜 감각 신경이 신호 전달을 할 수 없게 하도록 하여 통증에 무감각해지도록 하는 원리를 이용한 것이다. 

  뉴런의 기능적 구조에서는 뉴런의 형태와 크기는 다양하고 공통점이 있다. 뉴런은 다른 세포와 마찬가지로 DNA의 유전자 정보를 통해 필요한 단백질을 합성한다. 단백질 합성은 대게 세포체에서 이루어져서 뉴런 각 부분으로 옮겨진다.