cognitive neuroscience lecture 3 -...
TRANSCRIPT
• 뇌에서의 정보전달은 어떻게 이루어질까?
-뉴런 내에서의 정보전달; 안정전위, 활동전위 -뉴런 간의 정보전달; 시냅스 -시냅스에서 일어나는 화학적 사건들 -시냅스와 약물, 그리고 중독행동과의 관계
오늘의 이야기
뉴런 내에서의 정보전달: 뉴런 간의 정보전달:
시냅스 Synapse 화학적 신호 전달 Chemical Signals(Neurotransmitters) 수용기 Receptor
전기적 신호(활동전위)
1.시냅스전: 정보를 전달하는 뉴런 2.시냅스후: 정보를 받는 뉴런 3.흥분성 시냅스후 전위 EPSP (depolalization) vs. 억제성 시냅스후 전위 IPSP (hyperpolaization)
시냅스의 발견
• 1800년대말, Cajal 세포간 틈새에 대한 해부학적 발견 • 1906년, Sherrington, 뉴런간의 특수한 교신이 이루어지는 시냅스 용어 정의
© cengage learning
• 시간적 총화 – 짧은 시간 안에 반복된 자극이 누적됨
뉴런은 어떻게 정보를 통합하는가
© cengage learning
• 공간적 총화 – 서로 다른 곳으로 부터 동시에 들어오는 정보들이 합산됨
뉴런은 어떻게 정보를 통합하는가
© cengage learning
뉴런은 어떻게 정보를 통합하는가
시간적 총화과 공간적 총화
축색구
© cengage learning
IPSP EPSP
뉴런은 어떻게 정보를 통합하는가
© cengage learning
뉴런은 어떻게 정보를 통합하는가
1. EPSP 흥분석 시냅스후 전위 탈분극화 Depolalization일으킴 -> 활동전위 발생
2. IPSP 억제성 시냅스후 전위 과분극화 Hyperpolaization일으킴 -> 활동전위 억제 하나의 뉴런의 발화율은 그 막에서 발생한 EPSP와 IPSP의 상대적인 개수에 의해 결정됨
FIGURE 2.6 Neurons code the strength of a
stimulus by the rate of firing
© cengage learning
뉴런은 어떻게 자극의 강도정보를 전달하는가?
0210
외부에서 들어온 정보는 다음세포에 neurotransmitter 를 통해 전달. 강한 정보->다수의 spikes->다량의 neurotransmitter 를 분비
화학적 시냅스
• 뇌에서의 정보전달은 어떻게 이루어질까?
-뉴런 내에서의 정보전달; 안정전위, 활동전위 -뉴런 간의 정보전달; 시냅스 -시냅스에서 일어나는 화학적 사건들 -시냅스와 약물, 그리고 중독행동과의 관계
오늘의 이야기
시냅스에서 일어나는 화학적 사건
• 1920 Loewi
신경에서 분비된 화학물질을 통해 정보가 전달된다!
시냅스에서 일어나는 화학적 사건
© cengage learning
시냅스에서 일어나는 화학적 사건
신경전달물질(neurotransmitter, NT) 0. 합성 및 저장: 세포핵에서 합성(신경펩티드)되어 축색종말로 전달되거나 작은 NT는 축색종말에서 합성됨
1. 전달 : 활동전위가 축색을 타고 흘러감. 2. 칼슘 유입: 칼슘이온통로가 열려 칼슘 유입 (NT분비 촉진) 3. 시냅스 소낭: 칼슘이온이 미세소관으로부터 시냅스 소낭 방출 4. 시냅스 소낭과 축색 막 결합 5. NT 방출: 시냅스 틈으로 NT 분비
6. 수용체 활성화: 시냅스후막에 위치한 표적 세포막의 수용체 활성화
시킴; 흥분석 혹은 억제성 7. 불활성화1: NT가 수용체에서 분리됨 8. 불활성화2: NT의 재흡수, 시냅스 틈으로 확산 9. 종료 혹은 역방향 제어
ns0511
A “receptor’s eye” view of neurotransmitter release. (a) This is a view of the extracellular surface of the active zone at the frog neuromuscular junction. The particles are believed to be calcium channels. (b) In this view, the presynaptic terminal had been stimulated to release neurotransmitter. The exocytotic fusion pores are where synaptic vesicles have fused with the presynaptic membrane and released their contents. (Source: Heuser and Reese, 1973.)
시냅스에서 일어나는 화학적 사건
• 신경전달물질의 합성
• 신경전달물질의 저장 – 합성된 NT는 소낭 속에 저장됨
• 신경전달물질의 분비와 확산 – 칼슘 유입 후 세포외유출 일어남
시냅스후 뉴런에서 일어나는 일
시냅스후 뉴런의 수용체 활성화 -NT의 효과는 시냅스후 세포의 수용체에 달려있음 수용체 Receptors -이온성 수용기 ionotropic receptor: 직접적 영향. 이온성 효과 on/off효과 -대사성 수용기 metabotropic receptor: 간접적 영향. 대사성 효과
이온성 수용기 ionotropic receptor -해당 신경전달물질이 결합부위에 붙으면 이온통로가 열림, 막전압을 빠르게 변화시킴 (1ms이내시작, 5ms반감기) -시각,청각정보 및 가능한 한 빨리 갱신할 필요가 있는 정보전달
-EPSP: 글루탐산, 아세틸콜린 -IPSP: GABA, 글리신
시냅스후 뉴런에서 일어나는 일
© cengage learning
시냅스후 뉴런에서 일어나는 일 대사성 수용기 metabotropic receptor -대사성 효과(더 느리고 오래 지속되는 일련의 대사반응 일으킴, 30ms이후 시작, 수초 이상 지속) -이온 통로를 직접열지 않고 일련의 화학적 사건을 일으킴. -맛, 냄새 및 통증, 각성, 주의, 쾌락, 정서 등 -전달물질 분자가 수용기에 결합 -> G단백질 활성화 -> 이차전령 활성화(사이클릭 AMP) (화학물질생성을 촉매하는 효소 활성화) ->이온통로 열림 -세로토닌(흥분성)
© cengage learning
시냅스후 뉴런에서 일어나는 일
• 시냅스의 종료
재흡수 -세로토닌, 카테콜아민 등 효소불활성화 -아세틸콜린에스테르분해효소 자가수용기 -시냅스전종말에 자신의 NT에 민감한 수용기 확산 -신경펩티드 교세포 분해
© cengage learning
NEUROTRANSMITTERS 신경전달물질 뉴런간의 신호 전달을 담당하는 화학물질 뇌 및 신체 전체에 대한 정보를 전달하게 됨 뇌는 신경전달물질을 통해서 심장을 뛰게 하고, 폐가 숨 쉬게 하고, 위가 소화를 시키도록 함 기분, 수면, 집중력, 체중 조절 등에도 영향을 주고 신경전달물질의 균형이 깨지게 되면 다양한 부정적 증상이 나타남
신경전달물질의 네 가지 주요 준거
1. 뉴런 내부에서 합성되는 화학물질
2. 뉴런이 활성화되어 방출되었을 때, 인접 뉴런(표적세포)에 영향을 줌
3. 실험실 상황에서 인위적으로 동일 화학물질을 목표 세포에 붙여도 같은 반응 유발
4. NT방출 차단 시 시냅스후 뉴런의 활성화 종료 (작용이 끝난 뒤 제거의 매커니즘이 존재해야 함)
신경전달물질의 종류
• 아미노산성: 맨처음 진화한 NT로 추정됨 – 글루타메이트(15-20%), GABA(40%) – 아스파테이트, 글리신 등
신경전달물질 시스템 • 콜린계: 아세틸콜린
– 아세틸콜린
• 모노아민: 특정 아미노산들이 변하여 형성된 화학물질 – 카테콜아민(도파민, 노르에피네프린, 에피네프린) – 인돌아민(세로토닌),
• 45쪽 표 2.1
FIGURE 2.8 Cholinergic pathways in the brain Chapter 2
피질의 활성화; 주의집중, 기억, 학습 담배->콜린성시스템 활성화시킴.
© cengage learning
FIGURE 2.9 Dopaminergic pathways in the brain Chapter 2
보상/ 강화적 경험 성적 흥분, 단맛, 유쾌한 상상, 도박, 게임 등은 도파민 분비를 증가시킴 (중독행동) 정신분열증
© cengage learning
FIGURE 2.10 Noradrenergic pathways in the brain Chapter 2
각성과 수면 주의집중, 작업기억 ADHD
© cengage learning
FIGURE 2.11 Serotonergic pathways in the brain Chapter 2
기분(특히 우울) 새로운 기억형성
© cengage learning
시냅스후 뉴런에서 일어나는 일
• 전기적 시냅스 – 극히 일부 시냅스에서 일어남 – 두 뉴런 사이의 신속하고 정확한 전달이 중요한 경우; 호흡의 통제
– 두 뉴런이 마치 하나의 뉴런처럼 작용
– 가재의 전기적 시냅스: 꼬리 튕기기를 활성화시켜 포식자로부터 재빨리 도망갈 수 있도록 해줌
– 더 느린 화학적 시냅스가 왜 더 많은가? – 유연성; 정보를 전달할 것인지 말것인지에 대한 통제가 가능함
© cengage learning
How information is transferred between neurons
http://learn.genetics.utah.edu/content/addiction/crossingdivide/
• 뇌에서의 정보전달은 어떻게 이루어질까? -뉴런 내에서의 정보전달; 안정전위, 활동전위 -뉴런 간의 정보전달; 시냅스 -시냅스에서 일어나는 화학적 사건들 -시냅스와 약물, 그리고 중독행동과의 관계
오늘의 이야기
약물과 신경전달물질
• 약물의 기제 – 길항제 antagonist: NT의 효과를 차단하는 약물 – 효능제 agonist: NT의 효과를 모방하거나 증가시키는 약물 – 혼합 효능-길항제
– 친화력: 특정 약물이 특정 수용체에 잘 결합하는 정도 – 효능: 그 약물이 수용체를 활성화시키는 정도
– 친화력이 높지만 효능이 낮은 경우? 효능제 or 길항제
약물과 신경전달물질
약물은 시냅스 과정 모든 단계에서 영향 끼칠 수 있음 1. 합성 및 저장 2. 전달 및 방출 3. 수용체 활성화 4. 불활성화: NT의 재흡수, 불활성화효소분비
약물과 신경전달물질
46쪽. IN FOCUS 허브가 주의, 기억, 기분을 향상시킬 수 있을까? 로즈마리, 레몬밤, 세이지 은행 인삼
남용 약물
• Olds & Milner (1954) 쾌 중추의 발견
© cengage learning
남용 약물
강화적 경험 도파민분비 증가 -성적 흥분, 단맛, 유쾌한 상상 -도박, 게임 등
중독성 약물은 도파민이나 노르에피네프린을 분비시킴으로써 기댐핵을 강하게 활성화 시킴 © cengage learning
• 자극제(흥분제) – 흥분, 경각심, 활동을 증가시키고 기분고양시킴으로서 피로 감소시킴
– 암페타민, 코카인: 시냅스전 종말에서 도파민(세로토닌, 노르에피네프린) 증가시킴 -> 기댐핵에서의 도파민 시냅스 활성화시킴
– 재흡수 하는 도파민 수송체를 억제시킴-> 시냅스틈의 도파민 양 증가시킴
– 잉여도파민 제거 속도가 더 빠름: 금단증상 (우울, 에너지 수준 감소)
– 낮은 용량의 암페타민: 주의력 증진에 효과(ADHD치료제) – 고용량: 주의와 학습의 저해
남용 약물
• 니코틴 – 니코틴성 수용체(아세틸콜린 수용체의 한 유형임)를 자극함
• 아편제 – 이완, 통증에 대한 민감성 감소 – 모르핀, 헤로인, 메타돈// 엔도르핀(내인성 모르핀)
• 마리화나 – 감각경험의 증폭, 시간이 천천히 간다는 착각 – 카나비노이드 -> GABA억제->기댐핵의 도파민 분비 억제를 감소
• 환각제 – LSD, 엑스터시/ 감각의 왜곡 – 세로토닌 수용체의 장시간 자극
남용 약물
알코올과 알코올 중독
• 억제성 작용 – GABAA 수용체 반응 촉진 – 글루탐산(흥분성)의 활동 차단
• 도파민 수용체의 자극 증가시킴
• 유전의 영향 • 위험요인
• 내성: 중독됨에 따라 즐거운 효과의 감소 -> 사용량과 빈도가 계속 증가하게 됨
• 금단: 약물이 존재하지 않으면 강한 신체반응이 나타남
도파민 수용기의 민감성 떨어뜨림 도파민 분해효소의 활성이 더 높음 위험감수행동, 스트레스 반응, 불안유발상황에 대한 반응
http://learn.genetics.utah.edu/content/addiction/abuse/
http://learn.genetics.utah.edu/content/addiction/mouse/
수고하셨습니다!