중추신경계의 구조와 기능

중추신경계의 구조와 기능

중추신경계는 뇌, 척수와 수의적 행동을 조절하는 관련된 신경들로 이루어져 있습니다. 구조적으로 뇌는 대뇌, 소뇌, 뇌간과 번연계로 구성되어 있습니다.

1. 대뇌(Cerebrum)

대뇌는 좌우의 두 반구(좌반구, 우반구)로 나누어지는데 두 반구 사이에 놓여 있는 송과체(Pineal body)와 선(gland)을 제외하고는 두 반구에서 대뇌피질의 모든 엽과 구조물을 볼 수 있습니다. 송과체는 뇌하수체, 랑게르한스섬, 부갑상선, 부신과 성선의 활동에 영향을 주는 내분비선입니다. 뇌량(corpus callosum)은 좌우반구를 연결하는 신경섬유집단으로 두 반구의 정보를 연결하고 이들의 기능을 조정하는 통로입니다. 좌반구는 우리 몸의 우측을 조절하고, 읽기, 쓰기 및 수학적인 과제와 같은 논리적인 추론과 분석적인 기능을 하는 중추입니다. 우반구는 우리 몸의 좌측을 조절하고, 창의적인 사고, 직관과 예쑬적인 능력을 주관하는 중추입니다.
대뇌반구의 피질은 전두엽, 두정엽, 측두엽과 후두엽의 네 개의 엽으로 나뉩니다. 전두엽은 사고, 운동, 기억, 정서와 도덕적 행동을 통제합니다. 또한 이런 모든 정보를 통합하여 각성을 조절하고 주의집중, 문제해겨로가 의사결정을 하게 합니다. 전두엽의 이상은 정신분열병, 주의력 결핍-과잉행동장애, 치매와 연관되어 있습니다. 두정엽은 미각과 촉각을 해석, 평가하고 공간감각을 돕습니다. 측두엽은 후각과 청각 그리고 기억과 정서표현의 중추입니다. 후두엽은 언어생성과 깊이를 지각하는 것과 같은 시각적 해석을 돕습니다.

2. 소뇌(Cerebellum)

소뇌는 대뇌아래 위치하고 있으며, 움직임과 자세 조정의 중추입니다. 근육, 관절, 기관과 다른 중추신경계의 모든 영역으로부터 관련된 정보를 받아 통합합니다. 연구에 따르면, 파킨슨 질환과 치매에서 나타나는 부드러운 협응 운동 결합은 이 영역에 도파민이라는 신경전달물질이 억제된 것과 연관 있다고 합니다.

3. 뇌간(Brain Stem)

뇌간은 중뇌, 교, 연수(Medulla Oblongata)와 뇌신경 3번에서 7번까지의 핵을 포함합니다. 척수 맨 위에 있는 연수는 호흡과 심혈관 기능의 중추를 포함하고 있습니다. 연수의 위쪽과 소뇌의 앞쪽인 교는 구조적, 기능적으로 연수와 소뇌를 연결해주는 다리로써 일차적인 운동 통로가 됩니다. 중뇌는 교와 소뇌를 대뇌와 연결해 주며, 망상체의 대부분과 추체외로계(extrapytamidal system)를 포함합니다. 망상체는 운동, 수면, 의식과 인식에 영향을 미칩니다. 추체외로계를 통해 운동과 조정에 대한 정보가 대뇌에서 척수까지 전달됩니다. 연수에서 노어에피네프린을 생성해주는 작은 뉴론 집단인 청반(Locus Ceruleus)은 스트레스, 불안과 충동적인 행동과 연관됩니다.

4. 번연계(Limbic System)

변연계는 연수의 위쪽에 위치해 있으며, 시상, 시상하부, 해마(hippocampus)와 편도(amygdala)를 포함합니다. 시상은 활동, 감각과 정서를 조정합니다. 시상하부는 온도 조절, 식욕통제, 내분비 기능, 성적 충동, 화, 분노, 흥분과 같은 충동적인 행동과 관련되어 있습니다. 해마와 편도는 기억과 정서적인 각성에 연관되어 있습니다. 변연계의 장애는 치매에 수반되는 기억상실과 정신증 혹은 조증행동에서 나타나는 기분과 충동 조절 부족과 같이 다양한 정신질환과 관련있습니다.

5. 신경전달물질(Neurotransmitters)

연구에 따르면 정신질환의 징훅다 없는 사람과 비교해서 특정 정신질환이 있는 사람의 뇌에는 신경전달물질이나 수용체가 부족하거나 지나치게 많은 등 신경전달물질의 양에 차이가 있는 것으로 나타났습니다. 다음은 정신질환과 관련 있는 주요 신경전달물질에 대한 내용입니다.
1) 도파민(Dopamine)
주로 뇌간(brain stem)에 있는 도파민은 복잡한 운동, 동기, 인지와 정서적 반응의 조절과 연관되는 것과 관계있습니다. 도파민은 일반적으로 흥분성이며 티노신과 아미노산에서 합성됩니다. 도파민은 파킨슨 질환과 같은 우동성 장애에서 뿐만 아니라 조현병이나 다른 정신질환과도 관련 있습니다. 자폐장애, 틱장애, 주의력 결핍-과잉 행동 장애와 같은 아동정신장애도 도파민 시스템과 연관 있음이 거론되고 있습니다. 조현병의 원인에 대한 가설 중에서 도파민 과활성화 가설이 가장 유력하며, 항정신병 약물은 도파민 수용체를 차단하여 도파민 활동을 감소시킴으로써 치료적으로 자굥ㅇ합니다. 주의력 결핍-과잉행동 자앵의 경우 도파민 재흡수 억제제가 주요한 치료 약물로 사용되고 있습니다.
2) 노어에피네프린과 에피네프린(Norepinephrine, Epinephrine)
신경꼐에서 가장 일반적인 신경전달물질인 노어에피네프린은 주로 뇌간(brain stem)에 있으며, 주의, 학습, 기억, 수면과 각성 그리고 감정 조절을 변화시키는 역할을 합니다. 노어에피네프린과 그 파생물질인 에피네프린은 각각 노어아드레날린과 아드레날린으로도 불립니다. 진화계통상 낮은 생물에서도 잘 발달되어 있고, 각성, 공포 등 가장 기본적인 정서가 관련되는 것으로 미루어 봐서 뭔가 가장 기본적인 시스템이라고 추측되기도 합니다. 지나친 노어에피네프린은 여러 불안장애와 관련 있고 결핍은 기억손상, 사회적 위축과 우울에 기여합니다. 기분장애 및 우울장애의 약물치료에는 노어에피네프린에 작용하는 약물을 사용하는데, 어떤 항우울제는 노어에피테프린의 재흡수를 차단하는 반면, 어떤 것은 MAO를 억제하여 노어에피네프린의 대사를 막습니다. 물론 세로토닌계와의 상포작용도 중요하지만, 기분과 불인의 조절에 노어에피네프린이 중요한 역할을 합니다. 최근 주의력 결핍-과잉행동 장애에서도 노어에피네프린의 역할이 강조되고 있습니다. 에피네프린은 말초신경계에서 투쟁 혹은 도피 반응을 조절합니다.
3) 세로토닌(Serotonin)
세로토닌은 신경세포뿐만 아니라 혈소판, 비만세포 등에서도 발견되며, 페내 세로토닌의 1~2%만이 뇌에서 발견되고 있습니다. 세로토닌은 혈관-뇌장벽을 통과할 수 없으므로 뇌신경세포가 직접 합성해야 하는데, 이는 트립토판에서 생성됩니다. 세로토닌의 기능은 주로 억제성으로 음식섭취, 수면과 각성, 온도조절, 통증조절, 성행동과 정서 조절 등에 폭넓게 관련됩니다. 세로토닌은 불안과 정서장애와 조현병에서 중요한 역할을 하며, 조현병에서 보이는 망상, 환각과 위축행동을 일으키는 데 기여하는 것으로 알려져 있습니다. 시냅스 내 세로토닌의 기능저하와 우울증 및 강박증이 관련 있으며, 세로토닌 저하가 아동-청소년의 자살이나 난폭한 충동적 행동과도 깊은 관려이 있다는 보고가 있습니다. 일부 항우울제는 세로토닌 재흡수를 차단하여 시냅스에서 더 오래 기능하여 이는 기분 향상의 결과를 가져옵니다.
4) 히스타민(Histamine)
정신질환에 있어서 히스타민의 역할은 연구 중에 있습니다. 히스타민은 말초의 알레르기 반응, 위산 분비, 심장 자극 그리고 각성과 관련되어 있습니다. 일부 정신성 약물은 히스타민을 차단시키는데 이것은 체중증가, 진정효과와 저혈압을 초개하게 됩니다.
5) 아세틸콜린(Acetycholine)
아세틸콜린은 뇌, 척수 그리고 말초신경계 특히 근골격계 근육의 신경근육접합부(neuromuscular junction)에서 발견되는 신경전달물질로서 흥분성 혹은 억제성일 수 있습니다. 적색고기와 야채에서 발견되는 식이성 콜린에서 합성되며, 수면각성주기에 영향을 미치고, 근육이 활성화하는 신호가 되는 것으로 밝혀졌습니다. 알츠하이머 질환과 분명한 관계가 있음이 주목 받고 있는데, 아세틸콜리넹 관현 관련 연구들에서는 알츠하이머 환자에서 아세틸콜린을 분비하는 뉴론이 감소되어 있다고 보고합니다. 또한 자극이 신경근육접합부를 통과하지 못해서 근무력증을 가져오는 중증근무력증(myasthenia gravis) 환자에서도 아세틸콜린 수용체가 감소되어 있는 것으로 보고되었습니다.
6) 글루타메이트(Glutamate)
글루타메이트는 흥분성 아미노산으로써 농도가 높을 때 중요한 신경독성효과가 있습니다. 뇌졸중, 저혈당, 지속적인 저산소증이나 허혈과 헌팅톤 혹은 알츠하이머 같은 퇴행성 질환에 의한 뇌손상에서도 글루타메이트가 발견됩니다.
7) GABA(Gamma-Aminobutyric Acid)
아미노산의 일종인 GABA는 뇌의 중요한 억제성 신경전달물질로써 직접적인 자극을 주기보다는 다른 신경전달물질 시스템을 조절하는 역할을 하는 것으로 아렬져 있습니다. GABA기능을 증가시키는 벤조다이아제핀과 같은 약물은 불안을 치료하고 수면을 유도하기 위해 사용됩니다.