원광대학교 의과대학 작업치료학과

행동의 생물학적 기초 원광대학교 의과대학 작업치료학과 최유임

Contents

생물심리학이란 1

신경계 기본 단위 : 뉴런 2

신경계의 구성 3

뇌 연구방법 4

1. 생물심리학이란

닥터 펜필드의 실험 – 뇌 수술에 국부마취 도입 – 환자는 수술 동안 의식을 유지한 상태에서 질문에 대답 – 뇌 표면에 다양한 부위 자극을 통해 감각 및 운동 부위를 확인 뇌지도(homunculus)

뇌 = 인간 행동의 원인 제공

1. 생물심리학이란

생물심리학 – 인간 행동에 영향을 미치는 다양한 생물학적 요인을 찾아내고 분석

– 인간의 정신활동 전체를 신경세포의 활동으로 환원하여 설명

– 아직까지 생물학적 원리만으로 인간 행동의 모든 부분을 설명하기 어려움 • 뇌의 복잡성 • 척수 및 다른 감각기관의 역할 등 많은 요소들이 영향을 주기 때문

2. 신경계의 기본 단위: 뉴런

신경계: 세포로 구성

신경계를 구성하는 기본 세포 : 뉴런(neuron)

뉴런의 특징 a. 빠르게 전기적 변화를 일으킴(흥분성) - 흥분성 : 정보전달 기능 b. 손상되면 재생되지 않음 - 치명적 결과 유발(헬멧 착용 이유)

1) 뉴런의 기본 형태

다양한 형태와 크기 지님 공통된 기본 구조

– 수상돌기(dendrite) – 신호를 전달받는 곳 – 세포체(cell body, soma) – 유전정보를 지닌 세포핵

(nucleus)를 가지고 있음 – 축색(axon) – 신경 신호 전달, 끝 부분(종말단추,

terminal button)

정보의 방향 : 수상돌기 – 세포체 – 축색- 종말단추

2) 뉴런의 기본 작동

뉴런 : 흥분성(전기적 신호를 만들어 전달) 전기적 신호

- 극성을 띠는 이온 존재 - 내부 : K+ (칼륨 이온) / 외부 : Na+ (나트륨 이론) - 세포막에는 이온이 전달되는 이온 채널이 있음 - 평상시 : 닫혀 있거나 일부분만 열려 흐름을 제한함 - 제한으로 인한 안/밖의 농도 차가 발생하면서 전위차가 발생함

- 평상 시 전위차 : -70mV (음극화 상태) = 안정전위 (-)를 띄는 거대 단백질 때문에

2) 뉴런의 기본 작동

전위차 - 만일 작아져 역치 수준(약 -55mV) 보다 올라가면 나트륨 채널이 열림

- 나트륨 채널이 열리고 나트륨이 들어오면서 약 +40mV까지 도달 = 탈분극화

- 나트륨 이온이 충분히 들어오고 나면 칼륨 이온들이 밖으로 나가 일시적으로 더 음극화가 됨 = 과분극화

- 과분극화 상태에서 안정 전위로 돌아옴 진행 시간 : 1~2밀리초(천분의 1초) 빠른 전위차의 변화 = 활동 전위(action potential)

2) 뉴런의 기본 작동

활동전위 - 좀 더 빠른 전달을 위해 수초(myelin)가 감싸주며 건너 뛰도록 함 = 도약 전도(salutatory conduction)

- 수초가 감싼 부위는 이온 채널이 존재하지 않아 활동전위가 발생하지 않아 속도가 빨라짐

- 수초화가 되어 있지 않은 마디 : 랑비에 마디(node of Ranvier)

3) 뉴런에서 다른 뉴런으로의 전달

뉴런에서 다른 뉴런으로 전달 : 시냅스(synapse) 시냅스

– 전도체가 존재하지 않아 전기적 방법으로 전달 안 됨 – 화학적 방법으로 정보 전달을 함 – 활동 전위가 종말단추에 도착하면 칼슘이온에 의해 시냅스 소낭이 터지면서 신경전달물질(neurotransmitter)이 전달됨

– 다시 전기적 신호를 만들어 냄 – 신경전달물질과 결합하는 수용체에 따라 뉴런의 활동을 억제/촉진시킴

3) 뉴런에서 다른 뉴런으로의 전달

수용기 – 이온성 수용기 : 수용기에 이온 채널이 포함

• 흥분성 시냅스 후 전위 : 나트륨 채널(Na+) 포함하는 경우 • 억제성 시냅스 후 전위 : 클로라이드 채널(Cl-)

– 대사성 수용기 : 이온 채널이 없음

• 단백질이 떨어져 나오면서 주변 이온 채널에 영향을 줌 • 결과적으로 속도는 느리지만 효과는 더 커지는 특성을 지님

4) 신경전달물질의 작용

신경전달물질 – 약 40여종 발견 중… – 뇌의 다른 영역에서 다른 수용기와 결합하여 신경 정보의 다양성에 기여

– 향정신성약물이 작용하는 장소 – 아세틸콜린, 아미노산, 모노아민 등

4) 신경전달물질의 작용

a. 아세틸콜린 – 중추신경계, 말초신경계에 존재 – 기억 관련 신경전달물질 – 손상 시 알츠하이머병의 기억 결함 증상 나타남 – 근육 수축 역할

4) 신경전달물질의 작용

b. 아미노산 – 신경계 대부분에 존재 – 빠른 신호 전달 – 흥분성(글루타메이트), 억제성(GABA) – 뇌에서 처리되는 대부분의 정보는 아미노산계에 의존

4) 신경전달물질의 작용

c. 모노아민 – 넓은 영역의 시냅스에 영향 – 정서와 보상, 특히 다양한 정신질환과 관련 – 세로토닌, 도파민, 노르에피네프린 세로토닌

• 우울증(수준이 낮기 때문에 치료제 개발, 세로토닌 억제제) – 도파민

• 운동과 보상 • 적으면 운동장애(파킨슨병), 많으면 정신분열병 증상

– 노르에피네프린 • 자율신경계, 각성과 주의집중에 영향

3. 신경계의 구성

1) 말초신경계 체성신경계 : 감각신경, 운동신경 자율신경계

2) 중추신경계 뇌와 척수

3. 신경계의 구성

1) 말초신경계 체성신경계 : 감각신경, 운동신경 Voluntary muscle으로 신호를 보내기 위해 필요한 시스템

자율신경계 : 호르몬 or 체액 분비샘, 불수의근(involuntary muscle) ① 교감신경계 : 위기 상황에서 에너지를 사용하는 반응 양성

척수의 흉추, 요추 영역에서 비롯 이웃한 교감신경절끼지 연결되어 있어 동시 흥분되는 구조

② 부교감신경계 : 에너지를 저장하는 방향으로 작용 뇌간과 미추에서 비롯 신경절끼리 연결되어 있지 않음 동시다발적 반응을 보이지 않음

3. 신경계의 구성

2) 중추신경계 : 뇌와 척수 뇌

• 척수를 통해 행동을 통제 • 예외 – 척수반사 발생학적, 기능적 구분에 따라 분류

종뇌 대뇌피질, 기저핵, 변연계

간뇌 시상, 시상하부

중뇌 중뇌개, 중뇌피개

후뇌 소뇌, 교

수뇌 연수, 망상체

2) 중추신경계

수뇌(myelencephalon) – 뇌의 가장 하부에 위치한 구조

연수(medulla oblongata)

• 척수와 연결된 부분 • 호흡, 혈압, 심장박동 등 생명 유지에 관련된 필수 기능 담당

망상체(reticular formation) • 각성과 주의 담당 • 뉴런들이 덩어리로 모여 있는 구조물

2) 중추신경계

후뇌(metencephalon) 소뇌(cerebellulm)

• 자세 유지, 균형 • 신체 기관의 움직임의 협응 운동 담당

교(pons)

• 대뇌와 소뇌 연결 역할

2) 중추신경계

중뇌(mesencephalon)

중뇌개(tectum) • ‘지붕(라틴어)’ • 상소구(superior colliculus) : 도약안구운동(saccade) • 하소구(inferior colliculus) : 청각 관련 반사 행동

중뇌피개(tegmentum)

• 여러 핵을 포함하고 있음 • 공격 혹은 방어행동, 운동 조절 등

2) 중추신경계

간뇌(diencephalon) 시상(thalamus) • 후각을 제외한 모든 감각 정보를 지나는 곳

시상하부(hypothalamus) • 자율신경계와 호르몬 분비 통제 • 종의 생존과 관련된 여러 행동(공격, 방어, 섭식, 교미, 체온조절)에 영향

2) 중추신경계

종뇌(telencephalon)

대뇌피질(cerebral cortex) 기저핵(basal ganglia)

• 시상의 바깥을 둘러싼 여러 구조물로 구성 • 운동 통제 및 습관적 행동의 학습

변연계(limbic system) • ‘고리(라틴어)’, 뇌간을 둘러싼 여러 구조물 • 동기, 정서, 학습, 기억 • 편도체 - 정서(공포) • 해마 – 기억(손상 시 기억상실증)

2) 중추신경계

종뇌(telencephalon) 대뇌피질(cerebral cortex) • 뇌의 겉 부분을 둘러싼 표면층 • 좌우 두 개의 반구, 뇌량(corpus callosum)으로 연결

좌반구/우반구 • 4개의 영역

• 후두엽(occipital lobe) • 두정엽(마루엽, parietal lobe) • 측두엽(temporal lobe) • 전두엽(frontal lobe)

2) 중추신경계

후두엽 – 뒤쪽 부분 – 시각 정보 처리 – 손상 시, 눈에 이상이 없어도 앞을 보지 못하는 증세

두정엽

– 중심구 뒤쪽 부분 – 일차체감각피질(primary somatosensory cortex) – 촉각, 통증 등 체감각 정보 처리

2) 중추신경계

측두엽 – 반구의 양쪽 옆의 아랫부분 – 일차청각피질(primary auditory cortex) – 청각 정보 처리, 언어 정보 처리 – 물체나 얼굴 인식 등의 고차원적 시각 정보 처리 – 기억(해마 및 주변 피질)

전두엽 – 중심구 앞쪽 부분 – 일차운동피질(primary motor cortex) – 전전두피질(prefrontal cortex) – 고차원적 인지기능

4. 뇌 연구 방법

1) 동물을 이용한 뇌수술 및 손상 연구 포유류의 신경계가 종간에 유사성을 많이 가지고 있음 실험 조건 통제의 용이성 침습적 방법을 사용할 수 있음 손상 연구, 자극법, 뇌내 약물 주입

2) 뇌신경 활동 기록법 전류를 측정하여 행동을 설명하는 방법(뇌전도, EEG)

3) 뇌영상 기법 PET - 방사능 물질 소량 주입 후 뇌의 활성화 측정 MRI, fMRI

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