모든 신경 세포는 전기적인 흥분성을 띄나요?
신경 세포
모든 신경 세포는 전기적인 흥분성을 띈다. 신경 세포는 이온 통로, 이온 펌프등을 이용하여 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소이온들을 세포막 안과 밖의 농도차를 만들어 막전위를 형성한다. 신호가 오기 전 일상적인 상태의 막전위를 휴지 전위(-70mv)라고 하며, 신경 세포에 역치(-55mv) 이상의 자극이 가해질경우 활동전위(+40mv)에 도달하여 탈분극이 이루어진다. 탈분극이 일어난 후 통로의 개폐로 재분극 상태가 되어 다시 휴지 전위로 돌아가게 된다 .
신경줄기세포
표피성장인자(Epidermal growth factor, EGF)와 섬유아세포성장촉진인자(fibroblast growth factor, FGF)는 "in vitro"에서 신경전구세포 (NPC)와 신경줄기세포 (NSC)의 성장촉진인자 (mitogen)이다. 신경줄기세포에서 비롯된 성체의 뇌에서 일어나는 신경 발생은 이러한 성장촉진인자에 의한 것이라고 생각되며, 성체의 뇌에 존재하는 신경줄기세포의 기원 및 발생에 대해서는 아직 완전하게 밝혀지지 않았다.
망상 활성계
망상 활성계(, RAS)는 뇌에 널리 퍼져있는 영역으로 뇌의 각성, 흥분, 집중 등에 관여한다. 후뇌에서 시작하여 상부의 중뇌, 전뇌에 이르도록 신경이 망형 구조를 이루고 있어 의식의 여부를 조절하게 된다. 망상 활성계의 주요 기능은 시상과 대뇌피질에서의 뇌전도 불일치를 조절하는 것으로 알려져 있다.
신경행동학
신경행동학(Neuroethology)이란 진화론적이며 비교학적인 방식으로 동물이 신경계에의해 행동하고 기계적인 통제가 되는 것을 연구하는 학문이다.  예를들어 박쥐가 음파에 의해서 어떻게 감각지도를 변환하는지를 연구하는 것이다. 
행동의 생리적 기반인 동물의 뇌-신경계에서 일어나는 여러 가지 현상을 신경생리학적으로 연구하는 생물학의 1분야. 중추신경계가 어떻게 운동을 제어하여 패턴화되는가, 어떤 신경 · 생리과정이 동기부여에 영향을 미치는가, 경험에 의한 정보가 어떻게 뇌에 보존되는가, 동물을 둘러싼 환경의 무수한 자극 속에서 어떻게 특정한 열쇠자극을 추출하는가 등을 다루는 학문이다.
활동전위
식물과 진균류 세포 중에도 전기적으로 흥분하는 세포가 있다. 식물세포가 동물세포와 근본적으로 다른 점은 양전하를 띠는 나트륨 이온을 흡수하는 것이 아니라 염소 이온을 방출하여 탈분극을 일으킨다는 것이다. 염소 이온이 방출된 이후에는 동물의 활동전위와 마찬가지로 양전하를 띠는 칼륨 이온이 방출된다. 종합하면, 동물의 활동전위는 들어오는 나트륨과 나가는 칼륨이 서로를 삼투적으로 상쇄하여 중립적()이지만, 식물의 활동전위는 염(KCl)이 삼투적으로 손실되는 현상을 가리킨다. 식물세포에서 일어나는 전기와 삼투 관계의 상호작용은 염분 농도가 변화하는 환경에서 식물과 동물의 공통 단세포 조상에서 일어났던 전기적 흥분의 삼투적 기능을 나타낸다. 현재의 빠른 신호 전달은 비교적 최근에 후생동물 세포가 좀 더 안정적인 삼투 환경에서 얻은 것으로 간주한다. 미모사("mimosa pudica") 같은 특정 관다발식물에서 활동전위가 하는 신호 기능은 후생동물의 흥분성 세포와는 독립적으로 진화하였을 것이다.
신경 세포
시냅스(synapse)는 인접한 두 신경 세포가 연접하면서 만드는 구조이다. 전기적인 신호로 전달된 신호는 신경전달물질이라는 화학적 신호로 바뀌어 시냅스를 통과한다. 시냅스를 기준으로 신호를 주는 신경 세포를 시냅스 전 신경 세포(), 신호를 받는 신경 세포를 시냅스 후 신경 세포()라고 한다. 한 신경세포가 만들어내는 시냅스는 대략 1000여개 이상으로 신경 세포의 신경말을 이루는데 근간이 되며, 시냅스 신호전달의 강화 현상은 학습 및 기억의 기전으로 받아들여지고 있다.
신경독
신경독은 세포 막을 건너는 이온의 집중에 대한 신경세포 조절을 막거나, 시냅스를 건너는 신경세포 사이의 연락을 못하게 한다. 신경독 노출의 지역 병리학에서는 종종 신경세포 흥분독성이나 세포자살을 포함하며, 신경 아교 세포의 손상을 포함하기도 한다. 신경독 노출의 거시적인 징후로는 지적 장애과 같은 광범위한 중추신경계 손상, 지속적인 기억력 장애, 뇌전증, 치매 등이 포함될 수 있다. 추가적으로, 말초신경증이나 근육병증 같은 신경독 영향하의 말초신경계 손상이 흔하다. 신경독으로 인한 손상 완화에는 항산화물질과 항독소의 투여와 같은 여러 치료 방법이 도움이 된다.
마이브리트 모세르
일련의 실험들에서 연구자들은 쥐에게 냄새 자극에 따른 보상 음식의 위치를 기억시킨 뒤, 냄새-위치 회상의 시작시기로 예상되는 때의 신경세포의 활성을 관찰하여 연상기억 과정 동안 뇌의 내후각피질 (entorhinal cortex, EC)과 해마사이의 연합 작용을 확인해 보았다. EC와 해마의 CA1 부분에서 과학자들이 뇌파 영역 중에서 감마파라고 부르는 영역(20-40Hz 사이의 진동 영역)에서 강한 활성이 나타났다. 이후 학습이 진행될 수록 EC 와 CA1 사이의 뇌파동기화 (coherence)도 동반하여 꾸준히 상승한다는 것을 확인하였다. 연구자들은 이를 통해 20-40 Hz 동기화가 냄새에 기반한 길 찾기에 필수적이임을 알 수 있었다. 또한 각각의 신경세포에 전극을 삽입하여 20-40Hz의 진동을 을 개별 신경세포 (neuron) 수준에서 확인한 결과, 그 결과 특정 신경세포들의 활성 선택성이 특정 냄새-위치의 결과와 일치함을 알 수 있었다. 즉, 연상기억은 개별 신경세포들의 활성의 선택성을 통해서 일어난다.
신경계통
감각 기관과 중추신경계, 중추 신경계와 운동 기관사이의 자극 전달은 신경 섬유의 전기화학적 전도에 의해 이루어진다. 자극이 없는 휴지 상태일 때 신경 섬유의 내부는 세포 외액에 대해 전기적으로 음(-)으로 하전되어 있으며 세포막을 경계로 한 전위차인 휴지막전위는 약 -70mV이다. 신경세포에 자극이 전달되면 막전위가 감소된다. 자극의 크기가 작으면 휴지막전위는 -70mV로 회복되나 15mV이상의 전위 감소가 일어나 막전위가 -55mV에 이르면 막전위는 순간적으로 +35mV가 되는 역전위 현상을 보이고 이전의 휴지막전위로 회복된다. 이와 같은 자극에 의한 신경세포의 전위 변화를 활동 전위라 한다. 이러한 전위 변화가 신경 줄기를 따라 연속적으로 일어나 신경의 자극이 전달된다.
활동전위
활동 전위 (, 活動電位)는 근육·신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 세포막의 일시적인 전위변화를 가리키며 동작전위(動作電位)라고도 한다. 세포막에 존재하는 나트륨·칼륨 등의 여러 이온 펌프의 활동에 의해 세포 안팎의 이온 조성은 차이가 있는데, 이러한 이온 조성차로 세포막 안쪽이 60∼90 mV의 음전위(정지전위)를 나타낸다. 신경·근육 등의 흥분성 세포가 흥분하면 세포막 안팎의 극성(極性)이 바뀌어 세포내가 30∼40 mV의 양전위로 전위된다. 이 전위변화는 몇 밀리초(ms) 정도의 빠른 시간 안에 회복되므로 스파이크 전위()라고도 하며, 회복기에 보이는 느린 변화인 후전위(after potential)와 구별된다. 이 전위변화에 따라 국소전류가 발생하여 1∼100m/s의 속도로 흥분이 전달된다. 이 전위변화를 율리우스 베른슈타인()이 탈분극현상으로 설명하였다.
전기적 연접
전기적 연접은 시냅스 전 세포와 시냅스 후 세포 사이의 간극연접으로 이루어진 기계적 전기적 연결이다. 간극연접에서, 두 세포는 약 3.5nm정도 떨어져 있으며 이것은 화학적 시냅스에서 두 세포간의 거리인 20~40nm보다 더 짧은 길이이다. 한 개체에서 전기적 시냅스와 화학적 시냅스는 공존한다. 화학적 시냅스와 비교했을 때, 전기적 시냅스는 뉴런 자극을 더 빠르게 전달하지만 화학적 시냅스와는 달리 신호가 커지지 않는다(시냅스 후 세포의 신호는 원래 신호보다 항상 더 작다). 전기적 시냅스는 방어 반사 같은 빠른 반응을 요구하는 신경계에서 종종 나타난다. 전기적 시냅스의 가장 중요한 특징은 대부분 양방향성이라는 것이다. 즉, 그들은 신호를 양쪽으로 보낼 수 있다. 하지만, 몇몇 간극연접은 한 쪽 방향으로의 전달만 허용한다.
오렉신
오렉신(orexin) 또는 하이포크레틴(hyphocretins)은 쥐(rat)의 뇌에서 두 그룹의 연구자들에 의해 동시에 발견된 흥분성 신경펩티트(neuropeptide) 호르몬(hormone)에서 이름 붙여졌다. 오렉신-A와 -B (또는 하이포크레틴-1또는 -2)의 50% 동일 염기서열을 가진 두 종류의 펩티드는 하나의 전구 단백질로부터 분열되어 만들어진다. 오렉신-A/하이포크레틴-1은 33개의 아미노산으로 되어 있고 두개의 내적 연결 다이설파이드 결합으로 되어있는 반면에 오렉신-B/하이포크레틴-2는 선형의 28개 아미노산 펩티드로 되어 있다. 연구자들은 오렉신-A/하이포크레틴-1이 오렉신-B/하이포크레틴-1보다 생물학적으로 더 중요할 것이라고 주장한다. 이 펩티드들은 옆측이나 뒤측 시상하부(lateral and posterior hypothalamus)에 있는 매우 작은 규모의 세포들에서 발생되지만, 뇌의 전체로 투사(projection)된다. 오렉신 펩티드는 G단백질공역수용체(G-protein coupled receptor)인 오렉신 수용체1(OX1, 하이포크레틴 수용체1)와 오렉신 수용체2(OX2, 하이포크레틴 수용체2) 두 개 수용체에 붙는다. 오렉신-A는 수용체1과 2 모두에 대략 비슷한 친연성(affinity)로 붙는데, 오렉신-B는 주로 오렉신 수용체2에 붙으며 5배 적게 오렉신 수용체1에 붙는다. 오렉신/하이포크레틴은 강하게 보존되는 펩티드이고, 모든 포유류 분류에서 발견된다.
염증
일단 감염, 화상, 손상 등의 자극이 가해지면 이 세포들은 활성화(PRR들이 PAMP나 DAMP를 인식한다.)되고 염증의 임상징후를 책임지는 염증전달물질들이 분비된다. 혈관이 확장되며 이에 따라 혈압이 증가하여 홍조("rubor")와 열("calor")이 발생하게 된다. 이렇게 투과성이 증가된 혈관은 혈장단백질의 삼출작용(leakage)과 세포액이 조직으로 들어가 부종을 나타낸다. 이러한 과정에서 Bradykinin과 같이 분비된 염증전달물질들은 고통에 더욱 민감하게 만든다(Hyperalgesia, "dolor"). 또한 이러한 물질들은 혈관의 투과성을 변화시켜 호중성 과립구, 대식세포와 같은 백혈구계 인자들을 염증이 일어나는 조직으로 혈관외유출(extravasation)을 일으킨다. 여기서 호중성 과립구는 손상된 조직 주변의 세포들에게서 생성되는 chemotactic gradient에 이끌려 이동하게 된다. 마지막으로 기능상실(loss of function, "functio laesa")의 경우는 고통에 의한 신경학적인 반사의 결과로 볼 수 있겠다.
뇌줄기
중간뇌로 이어지는 팽융부(膨隆部)가 '다리뇌', 이것이 척수로 이행해가는 부분이 '숨뇌(연수, 延髓)'이다. 이들 배쪽에는 구심성·원심성 신경 다발이 달리고 있으며, 등쪽에는 뇌신경 핵이 존재한다. 교 배쪽의 불룩한 부분은 교핵이 존재하기 때문이며, 이 핵은 운동 신경의 추체 외로에 관계하는 신경 세포의 집합체로, 소뇌 피질과의 연락을 맡고 있다. 연수의 배쪽에는 추체로(錐體路)의 운동성 신경의 대부분이 반대쪽으로 이행하고 있으며, 이를 '추체 교차'라고 한다. 그 바로 위쪽 내부에는 지각성 신경이 반대쪽으로 이행하고 있으며, 이를 '모대(毛帶) 교차'라고 한다. 교뇌와 연수 등쪽의 소뇌 사이의 공간은 '제4뇌실'이라 부른다. 그 바닥을 이루는 부분은 사다리꼴을 하고 있어 '능형와(菱形窩)'라고 하는데, 여기에는 제5부터 제12까지의 뇌신경에 관계된 신경 세포가 가득 들어 있으며, 뇌신경핵이라고 총칭되고 모두 중계소 역할을 하고 있다. 특히 제10 뇌신경(미주 신경)은 골반내장을 제외한 모든 내장을 지배하는 자율 신경인데, 그 출발점(신경핵)이 연수에 있다는 것은 내장의 여러 기능의 중추가 연수임을 시사한다. 실험적으로 동물은 대뇌 피질을 적출해도 죽지 않지만 연수가 손상되면 단시간에 죽는다. 연수에는 또한 피부에서의 지각 신경의 최초의 중계소인 골핵 및 블루다하핵과 운동성 추체 외로의 중계소인 올리브핵 등이 존재한다.
뇌줄기
시상은 시상 하부 위쪽의 큰 부분을 차지하며 다수의 신경핵(신경 세포 집단)이 존재한다. 여기는 지각의 중계소로, 온몸의 피부로부터 오는 지각 신경은 일단 여기에서 끝나며 여기에서 비로소 출발하는 신경이 대뇌 피질의 지각령에 연락한다. 그 때문에 피부에서 오는 정보는 지각령에 도달하여 의식되기 전에 시상에서 다른 기관, 예를 들면 근육 등으로 보내져 신속하게 목적에 부합된 반사적 행동을 일으킬 수 있다. 시상에서는 이미 어떤 감각이 의식된 듯하며, 막연한 쾌·불쾌 등은 대뇌 피질에 도달하지 않아도 시상에서 일어난다고 볼 수 있다. 시각·청각의 중계소인 슬상체(膝狀體)는 시상 바로 옆에 있으며, 넓은 의미에서는 시상의 일부로 간주되므로 시상은 인간의 중요한 정보 수집 경로의 모든 중계소라고 할 수 있다.
신경줄기세포
신경줄기세포는 주변의 미세환경이 (niche)나 줄기세포 적소에서 발생된 신호를 통해 분화가 시작된다. 이 과정을 통해 죽거나 손상된 신경계 세포를 대체하며, 이를 신경 발생 (neurogenesis)이라 한다. 몇몇 신경줄기세포는 자극을 받으면 부뇌실 구역 (SVZ)에서 부리 쪽 이동 줄기(rostral migratory stream)를 통하여 이동한다. 부리 쪽 이동 줄기에 존재하는 뇌실막세포 (ependymal cell)와 성상교세포 (astrocyte)는 신경모세포 (neuroblast)의 이동에 의해 신경교의 관(glial tube)을 형성한다. 관 안의 존재하는 성상교세포는 이동하는 세포를 지지할 뿐 아니라 주변 세포로부터 방출되는 전기, 화학적 신호로부터 세포를 단절시켜 죽거나 손상된 세포가 있는 장소로 세포를 빠르게 이동 시킨다.
생체전기
생물체 내에서 발생하는 미세한 전기를 말한다. 모든 전기에너지는 전위와 전류를 띄고 있다.
생체전기도 마찬가지다.
생체전기는 여러 생물학적 과정으로 생겨나는 미세한 에너지이다.
1786년경 이탈리아 볼로냐대 교수였던 루이지 갈바니(Luigi Galvani, 1737~1798)의 개구리 근육 흥분 실험이 대표적인 실험이다.
요약하자면 개구리의 뒷다리 근육이 전기 때문에 수축된다는 내용이다. 그 후 근육 흥분 시에 전위차가 나타나는 것을 증명하였고, 20세기에 들어서는 진공관 증폭기를 전자오실로그래프나 브라운관오실로스코프와 조합하여 전기생리학에 널리 사용하게 되어 빠른 전위변동도 정확히 묘사할 수 있게 되었다. 생체에서 전기발생은 여러 조직이나 기관에서 볼 수 있지만 전기발생과 기능과의 관계가 밀접한 것은 흥분성세포, 특히 신경이다.
신경계통
대부분의 무척추동물과 모든 척추동물의 감각수용기와 운동반응기는 신경계의 방식으로 연결되어 있다. 이러한 동물의 신경계는 뉴런과 지지세포로 이루어져 있다. 감각수용기와 연결된 뉴런을 감각 뉴런이라 하고 운동반응기와 연결된 뉴런을 운동 뉴런이라 한다. 감각 뉴런과 운동 뉴런은 뇌와 척수에 있는 연합 뉴런에 연결되어 있다. 연합 뉴런은 감각 뉴런을 통해 전달된 감각을 파악하고 운동뉴런을 통해 몸을 움직이게 한다. 연합 뉴런이 있는 뇌와 척수를 합해 중추신경계라 한다. 척추동물의 중추신경계는 뉴런이라 불리는 특수한 세포로 된 신경망을 사용하여 신체의 다양한 활동을 통합하고 조절한다.
마이브리트 모세르
신경세포들의 전기적 신호를 분석한 결과 쥐에서는 서로 다른 두 가지 패턴 사이의 깜빡임이 나타내었다. 변화는 기존 발화패턴과 새로운 발화패턴 사이의 점진적인 변화로서가 아니라, 급격하게 일어났다. 흰색 빛의 방을 인지하는 패턴이 A이고 녹색 빛의 방을 인지하는 패턴이 B라면, 급격한 공간적 변화에 의해서는 패턴 A와 B가 교차적으로 깜빡거렸다.쥐는 때때로 '되깜빡임' 이라는 현상을 나타내기도 하였다. 이에서 세포는 다른 두 환경을 인지하고 있는 두 패턴을 같이 표현하였다. 이는 급격한 공간적 환경변화에서 새로운 공간적 환경을 인식하기까지 기존 환경의 인지를 잠시 혼돈하는 과정인 것으로 생각되었다. 이러한 현상은 빛의 신호 변화 직후 상대적으로 짧은 시간에만 발생하므로 급격한 환경변화에서의 장소세포에서의 발화패턴의 변화양상이 깜빡거림을 통한 두 패턴이 독립적으로 교차하여 나타난다는 가설에 반하지 않았다.
연접후 전위
신경전달물질과 연접후 수용기 사이의 상호작용에 의해 발생되는 전류는 이온성 전류이다. 즉 Na+는 흥분성 연접후 전위(excitatory postsynaptic potential:EPSP)발생에 관여하는 이온이고, K+와 Cl-는 억제성 연접후 전위(inhibitory postsynaptic potential:IPSP) 발생에 관여하는 이온이다.활동전위 즉 신경충격의 크기는 언제나 일정하지만(실무율의 법칙), 연접후 전위의 크기는 실무율에 따르지 않는 점진성 전위이다. 신경충격은 언제나 흥분성으로 작용하지만 연접후 전위는 흥분성도 될 수 있고 억제성도 될 수 있다.
활동전위
전기적 시냅스에는 신경전달물질을 분배하고 시냅스 전후 세포를 한데 연결하는 분자인 코넥손()이 있다. 활동전위가 전기적 시냅스에 닿으면 시냅스전 세포로 들어온 이온은 코넥손을 통하여 두 세포막 장벽을 가로질러 시냅스후 세포로 들어간다. 시냅스전 활동전위의 이온 흐름은 직접적으로 시냅스후 세포를 자극한다. 전기적 시냅스는 신경전달물질이 시냅스 틈을 가로질러 확산되는 과정을 거치지 않기 때문에 신호 전달이 더 빠르다. 도망 반사, 척추동물의 망막, 심장 등 빠른 반응과 시간적 동기화가 중요한 연결에는 전기적 시냅스가 쓰인다.
유도만능줄기세포
24개의 유전자 중 체세포에 만능성을 유도하는 중요한 요인들을 알아내기 위해, 24개의 유전자 중 하나씩을 없애가면서 생쥐 피부 섬유아세포에 유전자를 유도한다. 24개의 유전자 중에서 하나의 유전자가 없어지는 영향으로 유도만능줄기세포가 되어 콜로니가 형성되는 정도가 변하는 것을 측정하는 과정을 통하여, 생쥐 피부섬유아세포를 만능성을 지닌 줄기세포로 바꾸는 데 충분한 네 개의 전사인사(Oct3/4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 찾았다. 이로써 야마나카 교수는 네 개의 전사인자를 사용하여 유도만능줄기세포를 만드는 데 성공하였다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 비슷한 성질을 나타낸다는 것을 볼 수 있다. 배아줄기세포와 유도만능줄기세포는 형태, 발현되는 유전자(RT-PCR, DNA마이크로어레이를 통해 비교), DNA메틸화(바이설파이트 게놈서열분석을 통해 비교)패턴이 비슷하다.
감각신경
감각 신경(Sensory neuron) 들은 신경의 일종으로, 특정 유형의 자극을 전기 신호로 변환해 전달하는 역할을 한다. 이러한 변환의 과정이라는 "감각전달"이라고 하며 한다. 감각신경의 신경 세포체는 척수에 위치하는 등지 신경절에 존재한다.
신경가소성
수세기에 걸친 연구는 신피질 처리 영역에서 실질적인 변화가 일어남을 보여주었고, 이러한 변화들은 경험에 대한 반응으로 신경적인 활성화를 변경시키는 것으로 나타났다. 신경가소성에 관한 이론에 의하면, 경험은 실질적으로 두뇌의 물리적 구조와 기능적 조직 모두를 변화시킬 수 있다. 최근 신경과학자들은 발달 이후의 불변성이 어떻게 변화 되는지와 중대한 시기가 언제인지에 대한 연구적 일치에 몰두하고 있다.
미각 기관
입에서 발견되는 가장 단순한 수용체로 염화나트륨을 감지한다. 맛세포 내의 이온 채널은 Na 이온을 세포 내로 받아들인다. 이는 세포를 탈분극시키며, 전압 의존성 칼슘 채널을 열어 세포 내부로 칼슘을 끌어들여 결국 신경전달물질이 분비되게 한다. 나트륨 채널은 ENaC라고 불리며, 세 개의 서브유닛으로 이루어져있다. ENaC는 쥐와 같은 많은 포유류에서 아밀로라이드로 차단할 수 있다. 하지만 아밀로라이드가 인체에서 짠맛에 대해 미치는 영향은 훨씬 적어, 짠맛을 느끼는 수용체가 ENaC 말고도 더 존재할 가능성을 암시하고 있다.
아세틸콜린
아세틸콜린은 말초신경계와 중추신경계 모두에서 신경조절물질로 작용하며, 수용체와의 결합 상수가 매우 크다.
말초신경계에서 근육을 활성화하고, 자율신경계의 주요 신경전달물질로 작용한다. 중추신경계에서 아세틸콜린 및 그와 연관된 뉴런은 콜린성 신경전달물질계()를 형성하며, 흥분을 억제하는 경향이 있다.
중추신경계통
해면동물을 제외한 모든 동물은 신경계를 가지고 있지만, 편형동물부터 활발한 움직임을 필요로 하게 되어 두화가 일어나게되며 신경세포들이 개체의 앞쪽으로 집중되어 뇌와 신경삭을 이루게 되었다.
신경가소성
신경가소성이 어떻게 기능하는가에 대한 기본적인 원리 중 하나는 시냅스의 가지치기와 관련 되어있다. 뇌 안의 개별 연결은 그것이 어떻게 사용 되는지 여하에 따라서 일정하게 제거되고, 다시 생성된다. 이 개념은 “함께 흥분하는 뉴런은 함께 연결되고, 따로 흥분하는 뉴런은 따로 연결된다.” 라는 구절을 통해 살펴 볼 수 있다. 만약 자극을 동시에 자주 생성하는 두 개의 뉴런이 근처에 존재한다면, 그것들의 피질지도는 하나가 될 수도 있다. 이를 반대 방향으로 적용하면, 불규칙하게 동시적인 자극을 생성하는 뉴런들은 다른 모양의 지도들을 구성할 것이다.
탐지 이론
이러한 탐지과제에서 정보처리의 두 가지 단계가 있다:
이 이론에 따르면 관찰하는 신호의 자극은 뇌에서의 신경활동을 발생시킨다. 따라서 신호가 없는 경우보다 신호가 있는경우에 평균적으로 뇌에 좀 더 많은 감각증거 또는 신경증거가 있게 된다. 만일 충분한 신경활동이 있어서 신경증거(formula_1)가 역치(Threshold)를 넘으면 관찰자는 '있음'으로 결정하고 만일 넘지 못한다면 '없음'으로 결정한다. 때로는 환경 속의 무작위 변동성과 관찰자 자신의 감각 채널과 뇌안의 신경 노이즈로부터 무작위 변동성이 나타나 그 결과로 신경증거(formula_1)가 역치를 넘을 수 있다. 보통 신호와 노이즈사이의 강도 차이가 작을수록 오류확률이 증가하는데 이는 무작위성으로 인한 신경증거(formula_1)의 변동량이 신호에 내재된 에너지의 양에 비해 상대적으로 증가하기 때문이다.
전기적 연접
각 간극연접(결합연접이라고도 함)은 두 세포의 막을 가로지르는 많은 간극연접 채널을 가지고 있다. 채널의 구멍 크기가 1.2~2.0nm이므로, 간극연접의 구멍은 이온들이나 신호 분자같이 중간 크기의 분자도 한 세포에서 다른 세포로 통과할 정도로 크다. 즉, 두 세포의 세포질을 연결시켜준다. 따라서 한 세포의 전위가 바뀌면, 이온들은 한 세포에서 다른 세포로 이동하면서 시냅스 후 세포를 탈분극 시키게 된다. 간극연접은 척추동물의 경우 커넥손(connexon)이라 불리는 2개의 절반채널로 이루어져 있으며 시냅스에서 각 세포에 하나씩 있다. 커넥손(connexon)은 6개의 7.5nm 길이의 막을 4번 통과하는 커넥신(connexin)이라 불리는 단백질 단위체로 구성되며, 각 단위체들은 거의 똑같거나 약간 다르다 .
곤충
각각의 신경절은 신경세포체와 신경망(neuropile)이라고 하는 신경섬유다발이 모여 된 것이다. 신경세포는 운동뉴런과 연합뉴런의 2가지 형태가 있다. 운동뉴런은 길고 가는 섬유인, 신경절에서 근육까지 뻗어 있는 축색(axon)과 신경망에 연결되어 있는 가지돌기를 갖는다. 연합뉴런은 보통 운동뉴런보다 작으며 신경망을 거쳐 신경계의 다른 부분과 연결되어 있다.
몸감각 기관
모든 몸감각은 생리적인 수용체의 활성화로 시작된다. 이러한 몸감각 수용체는 보통 피부, 장기 또는 근육을 덮고 있다. 이 수용체들의 구조는 모든 경우에서 많은 유사점을 보이며, 그 예로 자유신경종말 (free nerve ending) 또는 캡슐에 싸여있는 신경 종말을 가진 점이 있다. 그것들은 움직임 (기계수용체), 압력 (기계수용체), 화학적 변화 (화학수용체) 또는 온도에 의해 활성화가 된다. 또다른 활성 요인으로는, 예를 들어 손가락이 표면을 스칠 때 일어나는 진동이 있다. 이렇게 해서 우리는 200 마이크로미터 이하의 굴곡이 있는 표면을 만져보고 부드럽다고 느낄 수 있다. 그런 표면을 만질 때 일어나는 진동은 대략 250 Hz 정도로, 이는 층판소체 (Pacinian corposucle)가 반응하는 최적의 주파수이다. 활성화가 되는 과정 역시 유사하다; 자극은 신경 종말에서 탈분극 (depolarization)을 일으키고 활동 전위 (action potential)가 나타난다. 이 활동 전위는 척수 등의 위치로 뉴런을 따라 전달된다.
생체전기
뇌파는 다수로 존재하는 뇌의 신경세포가 발사하는 활동전위 또는 시냅스후 전위의 총합을 두개상에 설치한 전극으로부터 얻을 수 있지만 미소전극을 뇌실질에 자입하여 조사하면 개개의 신경세포가 발하는 스파이크전위를 관찰할 수 있고, 세포내에 전극선단을 삽입하는 경우에는 개개 신경세포의 막전위 변화를 기록할 수 있다. 또한 망막이나 내이와우와 같은 감각수용기는 빛 또는 소리자극에 따라 특유한 수용기전위를 발생한다.
신경가소성
최근 핵의학 분야의 발달로 인체나 신경계의 신진대사를 영상으로 측정해 내는 기기인 PET나 fMRI, 그리고 TMS가 개발되었다. 이러한 장비들은 신경과학 분야에서 중요한 연구도구로 활용되고 있다. 이런 도구들로 간편하고 정확하게 신경계의 활동성을 측정할 수 있게 되면서, 신경 생리학적인 기전을 밝히려는 연구들이 신경의 가소성과 관련한 의문점을 해결하는데 많은 기여를 하고 있다(Schaechter 2004).
간상세포
척추동물에서 광수용체 세포의 활성은 세포의 과분극 상태에서 일어난다. 컴컴한 곳에서 세포가 자극되지 않았을 때, 간상세포와 원추세포는 탈분극되어 있고 자발적으로 신경전달물질을 내보내고 있다. 이 신경전달물질은 두극세포를 과분극시킨다. 두극세포는 광수용세포와 신경절 세포 사이에 존재하며, 광수용세포의 신호를 신경절 세포로 전달해주는 역할을 한다. 두극세포가 과분극됨에 따라서 두극세포와 신경절 세포 사이의 시냅스에는 신경전달물질이 나오지 않게 되고, 시냅스 활성도 일어나지 않게 된다.
감각 신경성 난청
감각 신경성 난청()은 난청, 청각 장애의 일종으로, 주 병인은 내이나 감각기관(달팽이관 및 관련 구조), 청신경(뇌신경 VIII), 또는 신경 부위에서 발생한다. SNHL은 보고된 난청 중 약 90%를 차지한다. 감각 신경성 난청은 일반적으로 영구적이며 그 정도가 여러 가지로 나뉠 수 있다.(mild, moderate, severe, profound, total)
몸감각 기관
말초 부위에서, 몸감각 기관은 촉각을 받아들이는 기계수용체나 통각을 받아들이는 통각수용체 (nociceptor) 등을 통해 다양한 자극을 받아들인다. 이후 감각 정보 (촉각, 통각, 온각, 냉각 등등)는 구심성 신경 (afferent neuron)을 통해 중추신경계로 전달된다. 구심성 신경은 여러 종류가 있어 크기, 구조, 특성이 제각각이다. 일반적으로는 받아들이는 감각의 종류에 따라 신경이 다르게 존재한다. 예를 들어, 고통을 받아들이는 신경의 경우 가느다란 무수 신경 (unmyelinated neuron)으로 천천히 감각을 전달하며, 촉각은 굵은 유수 신경 (mylienated neuron)으로 빠르게 감각을 전달한다.
신경가소성
1970년대 후반과 1980년대 초반에 몇몇 연구 집단은 감각 입력의 일부를 제거한 효과를 조사하기 시작하였다. 피질 지도에 대한 연구 결과, 만약 대뇌 피질 지도가 입력을 빼앗긴다면 인접한 다른 입력에 대한 응답으로 다시 활성화 됨이 입증되었다. JT wall과 J Xu는 이 가소성의 구조작용을 추적하였는데, 결과적으로 피질적인 재조직화는 나타나지 않았지만 대뇌 피질 안에서 관찰 된 지도의 변화를 생성하였다.
Merzenich와 Willian Jenkins의 동료들은(1990) 영장류 체세포 감각체계에서의 병리학적 동요가 없는 감각 경험과 관련 된 연구를 시작하였다. 그 후 Ford Ebner와 동료들은(1994) 설치류의 수염 피질에 비슷한 작업을 수행하였다. 다른 연구자들에 의해서 설치류의 수염 연구를 통해 NMDA 수용체를 발현하고, 정상 표현을 위한 콜린성 입력과 연루 된 피질 변화 유전자위가 밝혀졌다. 하지만 설치류 연구는 행동적인 해답을 제공하지는 못하였고, Ron Frostig와 Daniel Polley(1999)가 피질의 가소성에 실제적인 영향을 끼치는 행동적 조작을 확인하였다.
나이브 만능성 줄기세포
2010년 Rudolf Jaenisch (Whitehead 연구소, 미국)박사 연구팀은 LIF/Stat3, bFGF와 TGFβ/Activin signaling 조절과 함께 유전자 조작 즉, 만능성 인자인 Klf4, Klf2, Nanog, c-Myc의 발현을 통해 primed 상태 줄기세포로부터 naive 만능성 줄기세포를 획득하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 2009년에는 화합물과 유전자 조작을 통해 배반포 (blastocyst), primed 상태의 인간 배아줄기세포 그리고 체세포 (somatic cell)의 재프로그래밍 (reprogramming) 을 통해 naive 만능성 줄기세포가 확립되었다.
최근에는 유전자 조작없이 다양한 배양 조건을 이용한 인간 naive 만능성 줄기세포 및 유도만능줄기세포의 확립이 보고가 되었다
. 위의 연구에서 primed 상태의 줄기세포 또는 체세포로부터 naive 만능성 줄기세포를 유도하기 위하여 2i (MEK inhibitor, GSK3 inhibitor)+LIF 조합뿐만 아니라 5i (MEK inhibitor, GSK3 inhibitor, ROCK inhibitor, BRAF inhibitor, SRC inhibitor)/Activin/LIF의 조합 등 추가적인 화합물 및 성장인자들을 포함하는 다양한 배양 조건을 제시하였다.
다발성 경화증
다발성 경화증의 병소는 중추신경계의 여러 부위에 있을 수 있으며 병소의 위치에 따라 여러가지 신경학적 이상 소견을 보일 수 있다. 다발성 경화증에 특이적인 증상은 없으며, 사람마다 모두 다르고 또 동일한 사람이더라도 시간, 증상의 정도, 기간에 따라 다르다. 흔한 징후로는 레미테 징후(Lhemitte sign)이 있다. 이는 목을 구부리면 척수를 따라 전기가 오르는 듯한 느낌을 받는 것을 말하며 말이집의 탈락이 일어난 신경섬유의 자극으로 인한 것으로 알려져 있다.
병소의 위치에 따라 나타나는 증세 중 흔한 것으로는 시신경의 손상에 의한 한쪽 눈의 실명, 겉질척수로(corticospinal tract)의 손상에 의한 운동 장애 및 마비, 체성감각신경의 손상, 안측세로다발(medial longitudinal fasciculus, MLF)의 손상에 의한 복시(겹쳐보임), 전정기관의 손상으로 인한 어지러움 등이 있다.
활동전위
신경전달은 전기적 시냅스 사이에서도 일어난다. 세포 사이에 흐르는 자유로운 이온을 통하여 화합물이 관여하지 않고 빠른 전달이 가능하다. 흥분성 세포가 틈새이음을 통하여 직접 연결되어 있기 때문에 활동전위는 세포 사이에 양방향으로 직접 전달된다. 정류 시냅스()라는 일부 전기적 시냅스에서는 활동전위가 한 방향으로만 이동한다. 전기적 시냅스는 화학적 시냅스보다 드물기는 하지만 사람의 뇌를 포함하여 신경계 전반에 존재한다.
신경과
신경과 ()는 인체의 전체 신경계와 관련된 모든 기질적인 질병을 다루는 과이다.
베타 세포
베타 세포의 세포막에는 전압 개폐 칼슘 통로와 ATP 민감성 칼륨 통로가 있다. ATP 민감성 칼륨 통로()는 평소에 열려 있어 칼륨이 농도 기울기에 따라 세포 바깥으로 확산되어 나간다. 전압 개폐 칼슘 통로()는 본래 닫혀 있다. 아무 자극이 없는 상태에서 세포 안쪽은 바깥쪽보다 전기적으로 음성이고 세포막 안팎의 전위차는 -70 mV이다.
시각 기관
망막은 옵신 (opsin)이라고 하는 단백질 분자가 들어있는 수많은 빛수용체 세포 (photoreceptor cell)들로 구성되어있다. 사람의 경우, 옵신은 막대세포 (rod cell, 옛 용어: 간상 세포)와 원뿔세포 (cone cell, 옛 용어: 원추 세포) 두 종류가 있다. (세 번째 타입인 멜라놉신 (melanopsin)은 몇몇 망막 신경절 세포에 존재하나, 시각이 아닌 생체 리듬에 관여한다) 옵신은 광자를 흡수하여 세포에게 신호 전달을 하며, 그 결과 빛수용체 세포의 과분극 (hyperpolarization)이 일어난다.
신경가소성
성인의 두뇌는 고정되거나 불변인 신경 회로를 지닌 견고한 전달이 아니다. 훈련에 의한 신경 회전의 피질과 부피질의 재연결에 대한 많은 예가 존재한다. 성인 포유류 뇌 세포의 탄생에 대한 많은 증거가 있으며, 이러한 변화는 높은 나이에서도 존재한다. 신경발생에 대한 증거는 주로 해마와 후각구에 제한되지만, 최근 연구는 소뇌를 포함한 다른 뇌 부분도 관련될 수 있을 것이라는 결과를 찾아내었다.
말초신경계통
자율 신경은 2개의 신경 섬유, 즉 절전 섬유(신경절 앞의 뉴런)와 절후 섬유(신경절 뒤쪽의 뉴런)로 되어 있는데, 이 신경의 말단에서는 화학 물질이 분비되어 흥분을 전달한다. 교감 신경의 절전 섬유 말단에서는 아세틸콜린이, 절후 섬유 말단에서는 노르아드레날린이 분비되고, 부교감 신경의 절전, 절후 섬유의 끝에서는 아세틸콜린이 분비되어 자극의 전달에 관여한다.
세포 분화
다 자란 생명체의 모든 세포(즉 영양막과 같은 조직으로는 분화할 수 없다)로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포를 만능한() 세포라고 한다. 동물의 배아줄기세포와 고등 식물의 분열세포()가 만능한 세포이다. 태반 조직을 포함한 모든 세포로 분화할 수 있는 세포는 전능한() 세포이다. 포유류는 접합자와 초기 4-8세포기 할구들만 이런 능력을 가지는 반면, 식물은 분화된 세포라 하더라도 간단한 생명공학 기술로 전능성을 갖도록 할 수 있다.
세포병리학에서 세포 분화 정도는 암 진행 정도를 알아보는 지표로 쓰인다. 대체로 암의 분화도()는 종양이 얼마나 분화된 세포로 이루어졌는지에 따라 결정한다.
불응기
막전위가 최고치로부터 안정치로 되돌아 오는 동안에 세포들은 새로운 활동전위를 생성하지 못한다. 왜냐하면 아주 짧은기간 동안 세포가 재흥분발사에 저항하기 때문이다. 즉 신경세포는 활동전위가 발생되고 난 후 약 0.001초 동안 반응을 하지 않는 불응기란 시기가 있다. 활동 전위가 인접한 지역으로 전파되어 가는 동안 역방향으로 활동 전위가 발생하지 않는 것은 이 불응기가 있기 때문이다. 불응기는 두 단계가 있는데 첫 번째 단계를 절대불응기(absolute refractory period)라 하며, 두 번째 단계를 상대불응기(relative refractory period)라 한다. 절대불응기 동안에는 아무리 강한 자극을 가해도 결코 막전위가 발생되지 않는다. 그러나 상대불응기 동안에는 정상 역치보다 더 강한 자극을 가하면 활동전위가 발생된다. 이것은 이 두 불응기가 일어나는 원인이 다르다는 것을 의미한다. 전압 의존성 Na+ 통로는 한번 열리고 나면 1~2 밀리초 동안에는 높은 전압이 걸려도 다시 열리지 않는다. 이러한 성질은 Na+ 통로에 두 종류의 개폐구가 있기 때문인데, 하나는 활성 개폐구, 또다른 하나를 불활성 개폐구라고 한다. 휴지 상태에서는 Na+ 채널의 활성 개폐구가 닫혀 있고 불활성 개폐구는 열려있는 상태로 있다. 그러다가 세포막이 탈분극되어 역치에 도달하면 활성 개폐구가 먼저 반응하여 Na+ 채널이 열리면 외부의 Na+이 유입된다. 활동 전위가 최대값에 도달하면 이번에는 불활성 개폐구가 닫히면서 Na+의 유입을 차단하게 되는데 활동 전위가 최대값에 도달했을 때부터 1~2 밀리초 이후에 불황성 개폐구가 저절로 열리게 되기까지의 시기가 '절대 불응기'시기이다. 불활성 개폐구가 다시 열리게 되면 반대로 활성 개폐구가 닫히고 다시 활동 전위를 생성할 수 있게 된다. 하지만 이 시기에는 전압 의존성 K+ 통로가 열려 안쪽의 K+이 유출됨으로써 과분극을 유발하여 다시 역치 이상에 도달하기 위해서는 정상보다 더 큰 자극이 필요한데 이 기간이 '상대 불응기'이다. 이런 차이로 인해 이렇게 다른 종류의 불응기가 존재하는 것이다.
근육
단일 근섬유가 한쪽은 흥분성, 또 한쪽은 억제성인 두 종류의 신경과 연결되어 있다. 억제성 신경에 의해 근섬유가 자극을 받았을 때는, 흥분성 신경으로부터 자극이 전달되어도 근육 섬유의 수축은 일어나지 않는다. 게의 집게발에는 폐협근과 개협근이라는 두 종류의 근육이 있어서, 폐협근이 자극을 받으면 동시에 개협근이 억제되는 아주 편리한 구조로 되어 있다. 또, 집게발의 근육은 한 쌍의 억제성 신경과 두 쌍의 흥분성 신경에 의해 지배되고 있다. 흥분성 신경은 양쪽이 구별되어 근육과 연결되어 있다.
줄기세포
이 줄기세포는 신체 각 조직에 극히 소량만이 존재한다. 특정한 조직을 구성하는 세포로 즉, 골수세포는 혈구세포로, 피부줄기세포는 피부로, 후각신경세포는 후각신경세포로만 분화되도록 정해진 세포이다. 대표적인 예로 다능성 조혈모세포가 있다. 항상 우리 몸을 건강한 상태로 유지하는데 필요로 하는 최소한의 세포를 제공해 주는 세포이다. 어떤 손상이 발생하면 다른 장기에 있던 줄기세포가 몰려와서 손상된 조직으로 변하는 분화의 우연성이 있다. 분화가 안정적이어서 암세포 가능성이 없고, 이미 임상적 적용이 가능한 단계까지 왔다. 배아줄기세포와는 다르게 수정란의 파괴가 없어서 윤리적으로도 문제가 되지 않는다. 그러나 얻을 수 있는 줄기세포수가 적고, 배양이 어려우며 특정 세포로만 분화가 가능한 단점이 있고, 또 면역 거부 때문에 기증, 공여가 안 된다.
활동전위
19세기 과학자들은 신경 다발에서 일어나는 전기 신호 전파를 연구하고 신경 조직이 서로 연결된 관으로 된 망()이 아니라 세포로 이루어져 있다는 것을 증명하였다. 카를로 마테우치()가 갈바니의 뒤를 이어 세포막 안팎으로 전압이 형성되어 있으며 직류 전류를 생산할 수 있다는 것을 증명하였다. 마테우치의 작업은 독일의 생리학자인 에밀 뒤 부아레몽()에게 영감을 주었고, 그는 1848년 활동전위를 발견한다. 활동전위의 전도 속도는 1850년 뒤 부아레몽의 친구인 헤르만 폰 헬름홀츠가 처음 측정하였다. 신경조직이 개개의 세포로 형성되어 있다는 것을 증명하기 위하여 스페인 의사 산티아고 라몬 이 카할은 카밀로 골지가 발명한 염색법을 이용하여 뉴런의 수많은 형태를 밝혔다. 골지와 라몬 이 카할은 그 공로로 1906년 노벨 생리학상을 수상하였다. 그들의 연구는 19세기 신경해부학 분야의 오랜 논쟁을 종식시켰다. 특히 골지는 신경계가 신경망으로 구성되어 있다고 주장하였다.
20세기는 전기생리학의 황금기였다. 1902년과 1912년에 율리우스 베른슈타인은 축삭 막에서 이온의 투과성이 변한 결과 활동전위가 생긴다는 가설을 발전시켰다. 켄 콜()과 하워드 커티스()가 막 전도율이 활동전위 동안 증가한다는 것을 증명하면서 베른슈타인의 가설은 확실해졌다. 1907년에 루이 라피크()는 활동전위가 역치를 넘어서면서 발생한다고 주장하였고, 이후 이온 전도율이 역동적으로 변화한 결과임이 증명된다. 1949년에 앨런 호지킨과 베르나르트 카츠()는 축삭 막이 서로 다른 이온에 대해 투과성이 다를 것을 고려하여 베른슈타인의 가설을 발전시켰다. 특히 호지킨과 카츠는 활동전위에서 나트륨 투과성이 하는 중요한 역할을 증명하였다. 그들은 활동전위를 일으키는 신경 막 안팎의 실제 전기적 변화를 최초로 기록하였다. 1952년 출판된 논문 5개에서 호지킨과 카츠, 그리고 앤드루 헉슬리는 전압 클램프 기술을 도입한다. 그들은 축삭 막의 나트륨 및 칼륨 이온 투과성이 전압과 시간에 의존하는 정도를 측정하였고, 활동전위를 양적으로 재구성할 수 있었다. 호지킨과 헉슬리는 열린형, 닫힌형, 차단형 등 세 형태로 존재할 수 있는 개개의 이온 채널과 연관된 수학적 모델을 고안하였다. 이 가설은 1970년대 중반과 80년대에 걸쳐 에르빈 네어와 베르트 자크만이 개별 이온 채널에서 전도율을 측정하는 패치 클램프 기술을 고안하면서 검증되었다. 21세기에 들어서 원자 수준 해상도의 결정 구조와 형광을 이용한 거리 측정, 동결전자현미경 연구를 통하여 특정한 채널이 각기 다른 종류의 이온에 갖는 선택성과 전도 상태에 대한 구조적 기반에 대하여 이해하기 시작한다.
도덕
1996년 발견된 이래로 거울신경세포에 대한 연구가 진행되었다. 이 연구는 거울신경세포가 감정이입(공감)을 느끼는 데 중요한 역할을 하는 것 같다고 주장했다. 사회 신경과학자인 장 디케티(Jean Decety)는, 인식 능력과 또다른 생물이 경험하는 것을 대신해서 경험할 수 있는 능력이 사회적 행동의 진화와 궁극적으로는 도덕에서 좀 더 진전된 상태로 나아가는 발걸음을 걸을 수 있는 비결이라고 생각했다. 동감이나 감정이입(empathy)을 느끼지 못하는 것이, 정신병의 특징으로 정의 되는 것 중 하나다. 이것은 디케티의 견해를 지지하는 근거가 될 수 있다.
크롬친화세포
크롬친화세포(chromaffin cells)은 부신 수질(adrenal medulla)을 구성하는 신경내분비세포(neuroendocrine cells)이다. 부신 수질의 대부분을 차지하며, 교감신경계의 신경절(ganglia)에도 일부 존재한다. 크롬친화세포의 발생학적 기원은 배아 신경능선세포(neural crest cells)이다. 스트레스로 인해 자율신경계가 활성화되어 크롬친화세포에 자극이 가해지면 카테콜아민을 분비하여 인체를 스트레스에 대항하는 상태로 전환시킨다.
활동전위
막 일부에서 활동전위가 일어나면 다시 발화하기 전에 막이 회복되는 시간이 필요하다(불응기). 분자 수준에서 절대적 불응기는 전압 활성 나트륨 채널이 차단형에서 회복되어 닫힌형(불활성형)으로 돌아오는데 드는 시간에 해당한다. 뉴런에는 다양한 전압 활성 칼륨 채널이 존재한다. 몇몇은 빨리 차단형으로 전이되고, 몇몇은 천천히 차단형으로 전이되거나 아예 전이되지 않는다. 이런 다양성으로 인하여 칼륨 채널 일부가 탈분극이 진행되면서 차단형이 되어도 항상 막이 재분극될 수 있는 칼륨 이온 흐름이 존재한다. 반면에 뉴런에 있는 모든 전압 활성 나트륨 채널은 강한 탈분극이 일어나고 수 ms 이내에 차단형으로 전이된다. 나트륨 채널 상당수가 불활성형으로 돌아오기 전에는 다시 탈분극할 수 없다. 절대적 불응기는 발화 빈도를 제한하지만 축삭을 따라 활동전위가 한 방향으로만 전달되게 한다. 본래 활동전위에서 이온 흐름은 양방향으로 전파된다. 그러나 이미 발화되지 않은 축삭만이 활동전위에 반응할 수 있고, 갓 발화한 부분은 활동전위가 확실하게 그 범위를 벗어나서 그 부분을 다시 자극할 수 없을 때까지 반응하지 않는다. 활동전위가 축삭 언덕에서 축삭 말단의 시냅스 단추(, 종말단추)로 전파되는 순방향성 전도()가 일반적이며, 반대 방향으로 전파되는 역방향성 전도()는 매우 드물다. 실험실에서 인위적으로 축삭 가운데 지점을 자극하면 축삭의 양쪽 반이 모두 발화하지 않은 상태이므로 활동전위는 양방향으로 생성되어 하나는 축삭 언덕으로, 다른 하나는 시냅스 단추를 향하여 진행한다.
수지상 세포
모든 보조 T 세포는 하나의 항원에 대해 특징적이다. 전문적인 항원 표출 세포(대식세포, B 세포, 수지상세포)만이 휴지기에 있는 보조 T 세포를 항원 표지를 통해 자극할 수 있다.
존 에클스
신경 세포간의 신호전달이 전기적인 기작을 통해 이루어진다고 주장하였다. 이에 화학적인 신호전달을 주장한 헨리 핼릿 데일과 대립하였다. 실제로 신경 세포에는 두개의 기작이 모두 존재하나 화학적 전달이 대부분임이 밝혀져있다. 그러나 그의 연구 방법은 화학적 신호전달을 탐구하는 데에도 적절하였으며, 캐츠는 그의 방법으로 화학적 신호전달에 대한 체계를 세우게 된다. 1963년 앨런 로이드 호지킨, 앤드루 헉슬리와 함께 노벨 생리학·의학상을 받았다.
신경전달물질
신경전달물질은 신경세포의 시냅스 소포체 안에 들어있다. 신경세포에 자극이 전달되면 신경세포 시냅스 전에 칼슘이온 채널이 열려 칼슘이 신경세포 안으로 유입되어 시냅스 소포체를 신경세포의 세포막으로 이동시킨다. 세포막으로 이동한 소포체가 축삭돌기 말단에서 세포외유출에 의해 신경전달물질을 시냅스로 방출시킨다. 방출된 신경전달물질은 시냅스 후 세포막의 수용체와 결합하여 시냅스 후 세포의 투과성을 변화시킨다. 만약 양이온 채널이 열려서 양이온이 신경세포안으로 들어가면 신경세포가 탈분극되어 흥분성 신경을 전달하고 음이온 채널이 열리면 신경세포가 과분극 되어 신경전달이 억제된다.
신경 세포
세포체 (, )는 신경세포의 중심이 되는 부분으로 세포의 핵과 세포소기관들이 있다. 크게 신경원섬유 ()와 니슬소체()를 포함한다. 신경원섬유는 세포체를 지지하는 역할을 담당한다. 니슬 소체는 과립형태의 RNA로 단백질을 만들고 세포체에 영양을 공급하며 외부물질에 대한 식세포 작용을 수행한다.
놀라운 가설
크릭의 놀라운 가설은 사람의 정신활동은 신경세포, 신경아교질세포, 그리고 이것들을 구성하고 영향을 미치는 원자와 이온과 분자의 행태에 전적으로 달려 있다고 설명한다. 20세기의 과학적 뇌 연구는 의식과 자유의지와 영혼이 과학적 탐구 대상임을 인정하게 만든다고 크릭은 말한다.
신경가소성
신경가소성(Neuroplasticity)은 인간의 두뇌가 경험에 의해 변화되는 능력을 말한다. 즉 뇌가 성형적(plastic)이고 순응성이 있다(malleable)는 것이다. 이러한 두뇌의 특징은 꽤 현대에 와서야 발견되었다. 우리의 뇌는 경험에 대한 반응으로 자기 스스로를 (한계 내에서) 재설계할 수 있는 능력을 진화시켜 왔다 (Shatz 1992). 해부학적 뇌 구조의 가소성 덕분에 개개인의 활동에 적합하도록 뇌를 맞춤 설계를 하는 게 가능해졌다. 뇌는 신경세포(뉴런)와 신경교세포가 연결되어 구성된다. 학습은 신경세포 연결 길이의 변화, 연결의 추가 또는 제거, 그리고 새로운 신경세포의 형성을 통해 일어날 수 있는데, 가소성은 바로 이러한 학습과 관계가 있다.
줄기세포
신경아교종(glioma)는 뇌에 생기는 종양으로, 이러한 종양세포들이 정상적인 뇌 조직을 파괴하고 뇌 속을 돌아다녀 치료가 까다로운 질병으로 알려져 있다. 2016년 노스캐롤라이나대학교의 Hingtgen 교수 연구팀은 유도신경줄기세포(iNSC, induced Neural Stem Cells)에 렌티바이러스 벡터를 이용하여 암세포의 죽음 수용체(death receptor)를 활성화 시켜 세포사멸을 유도하는 TRAIL(Tumor Necrosis Factor-Related Apoptosis-Inducing Ligand) 유전자를 도입시켜 인간의 신경아교종을 가진 쥐의 뇌에 주사하는 유전자 치료법을 보고하였다. 그 결과 신경아교종을 가진 쥐의 뇌에서 2주만에 종양의 크기가 현저하게 줄어든다는 사실을 발견하여, 인간에서도 난치병인 신경아교종의 치료 가능성을 보여주었다.
마이브리트 모세르
모세르 부부는 뇌세포가 정말 공간의 경계 부분에서만 활성을 나타내는지 알아보기 위해 조건을 달리하여 실험을 해보았다. 먼저는 쥐가 들어있는 박스의 길이를 바꾸어 주었는데, 길이가 길어졌을 때 작은 박스에서 원래 활성을 보이던 위치가 아닌 긴 박스의 옮겨진 경계에서 세포가 활성을 보였다. 그리고 공간의 모양을 원형으로 바꾸었을 때도 박스의 경계부분에서만 활성을 나타냈다. 따라서 경계 세포는 공간의 영역이나 모양과는 무관하게 경계를 인식함을 알 수 있었다.
유도만능줄기세포
체세포를 역분화 시키는 것이아닌 성체줄기세포인 신경줄기세포에 역분화를 유도하는 방법이 있다. 이러한 방법을 이용하면 일반적인 체세포인 피부세포가 1000개에 역분화를 유도시켰을때 그중 1개가 역분화줄기세포가 되는 것과 같이 굉장히 낮은 효율을 보여주는데 성체줄기세포인 신경줄기세포를 역분화를 유도시키면 체세포보다 약 100배에서 3000배 높은 역분화 효율을 나타내었다. 또한 역분화 시간도 체세포의 역분화 시간인 2주에 비해 약 5배 빠른 역분화를 보여주며 높은 효율을 나타냈다. 결론적으로 역분화 유도에 내부적으로 역분화 인자를 발현하는 세포인 성체줄기세포를 사용하면 외부적으로 그 인자를 처리해 주어도 역분화를 유도할 수 있다는 것이다.
빛 재채기 반사
광반사 중추에서 코샘에 이르는 신경 결합을 가진 고양이의 비율은 10%이하로 추정된다. 근육이나 신경 등은 모든 사람에게 공통적 존재하지만, 일부 신경은 사람마다 빠져 있는 것도 있고 반대로 더 존재하는 것도 있다. 진화학적으로 오래된 동물에 존재하던 근육이나 신경이 사람에 일정 비율로 출현하는 일도 있다 (절반 이하로만 출현하는 경우를 변이(variation)라고 한다.). 빛 재채기 반사 신경도 변이의 하나가 아닐까 생각된다.
활동전위
동물 신경계의 전기 활성은 1791년에서 1797년 사이 루이지 갈바니가 개구리를 해부하면서 처음으로 관찰하였다. 갈바니의 관찰 결과는 알레산드로 볼타를 자극하였고, 그는 최초의 전지인 볼타 전지를 개발하였다. 볼타는 전기뱀장어 같은 동물의 전기와 직류 전압에서 생리학적 반응을 연구하였다.
활동전위
활동전위는 세포막에 있는 특별한 전압 개폐 이온 채널에 의해 일어난다. 전압 개폐 이온 채널은 막에 박혀있는 단백질 집단으로 세 가지 특성을 지닌다.
신경줄기세포
신경줄기세포는 중추신경계의 발달에 있어 신경세포 (neuron), 성상세포 (astrocyte), 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 등 다양한 세포를 만들어내는데 중요한 역할을 한다. 많은 연구자들은 다양한 동물 모델을 이용하여 뇌졸중, 다발성 경화증, 파킨슨병 등에서 보이는 신경줄기세포의 기능에 대하여 연구하고 있다. 이러한 연구의 결과는 향후 인간의 신경 질환의 치료에 적용될 것이다. Sanjay Magavi와 Jeffrey Macklis의 연구에 의해 신경줄기세포의 이동 및 죽거나 손상된 신경 세포의 교체가 이루어진다는 것이 밝혀졌다. Magavi는 대뇌 피질에 레이저를 이용하여 손상을 입힌 후 부뇌실 구역의 신경전구세포가 신경모세포의 이동에 중요한 물질인 doublecortin을 발현하고, 손상된 지역으로 이동 후 성숙한 신경세포에서 발현하는 NeuN을 발현하는 신경 세포로 분화되는 것을 확인하였다. 또한 Masato Nakafuku는 뇌졸중에 걸린 쥐에서 해마 (hippocampus)에 존재하는 신경줄기세포의 역할을 처음으로 밝혔다. 이 결과는 뇌졸중 후 성체의 뇌에서 신경줄기세포가 해마의 신경 세포로 재생되는 것을 입증한 것이다. 2004년 Evan Y. Snyder는 뇌종양이 발생했을 때 신경줄기세포의 이동을 밝혔고, Jaime Imitola는 뇌에 손상을 입었을 때 신경줄기세포의 반응에 대한 메카니즘을 처음으로 밝혔다. 그들은 SDF-1a와 같이 뇌의 손상동안 분비되는 케모카인 ()에 의해 신경줄기세포가 인간과 쥐에서 손상 부위로 직접적으로 이동한다는 것을 보였다. 이후 신경줄기세포와 관련된 다양한 메커니즘이 발견되었다.
신경가소성
손상을 입은 뇌세포는 다시 재생되지 않음에도 불구하고, 마비되거나 약화된 사지의 운동기능은 회복기를 지나서 상실된 운동기능의 일부 또는 대부분이 회복되는데, 이러한 현상을 뇌의 신경가소성에 의한 운동기능회복이라 한다(Cohen & Hallett 2003). 불과 십 여 년 전까지만 해도 뇌신경학자들은 성장한 영장류의 대뇌피질 신경세포에서 광범위한 영역에서 기능적이고 구조적인 가소성에 의해 신경계의 변화가 가능하다는 것은 받아들이기 힘든 사실이었다(Nudo 2003, Moskowitz & Lo 2003). Levi Montalcini와 Angeletti(1968)가 최초로 성인의 뇌에서 신경 성장인자를 최초로 발견한 것을 시작으로 많은 논란과 연구를 촉발시켰으며, 현재 신경가소성을 뇌 신경계 외부의 활동성에 의해 이미 성장한 뇌신경계 내에서 신경 연결망과 시냅스의 변화로 받아들여지고 있다(Cramer 2000, Squire & Kandel 2000)
격자 세포
격자 세포는 신경세포의 종류로서 자유롭게 움직이는 동물이 작은 지역을 돌아 다닐 때 반응하는데 그 반응은 주기적인 크기와 배열에서 대체로 동물이 움직이는 지역과 동일한 양상을 보인다. 이러한 반응의 패턴을 보이는 세포들은 뇌의dMEC의 모든 층에서 발견되었지만 층별로 각기 다른 점을 보인다. 층(ii)에 존재하는 가장 큰 밀도의 순수한 격자세포는 동물이 격자 지역에서 움직이는 방향과 관계없이 동등하게 반응한다.더 깊은 층에 있는 격자 세포는 연접한 격자의 세포와 섞이고 방향성을 보이기도 한다. 서로 근접하게 놓인 격자 세포는 일반적으로 같은 격자 공간과 방향성을 보이는데 그들의 격자점은 명백히 무질서한 갈라짐을 보인다. 하지만 분리된 전극으로 기록된 세포들은 종종 다른 격자 공간을 보이기도 한다.
뇌신경
대부분의 뇌신경뉴런의 세포체는 뇌간에 하나 또는 그 이상의 세포핵을 가지고 있다. 이러한 세포핵들은 뇌신경의 기능 이상과 관련되어 중요하다. 왜냐하면 뇌졸중이나 정신적 외상과 같은 세포핵에 대한 손상이 뇌신경에 뻗어 있는 많은 분지에도 비슷한 손상을 주기 때문이다. 특정한 뇌신경 세포핵에 관하여 뇌간의 중뇌에는 눈돌림신경(III)과 도르래신경(IV)의 세포핵이 위치한다; 뇌교에는 삼차신경(V), 갓돌림신경(VI), 얼굴신경(VII)과 속귀신경(VIII)의 세포핵이 위치한다; 연수에는 혀인두신경(IX), 미주신경(X), 더부신경(XI), 혀밑신경(XII)의 세포핵이 있다. 이러한 뇌신경들의 섬유질들은 세포핵으로부터 뇌간을 향해 나와 있다.
근육
근육에 자극을 가하면 먼저 근섬유 막에 흥분이 생긴다. 즉, 운동 신경의 말단이 근섬유와 접하는 부위를 '신경근 접합부'라고 하고, 특히 이 부위의 근섬유막을 '운동 종판'이라고 하는데, 근육에 자극을 가하면 운동 뉴런의 말단에서 아세틸콜린이 분비되어 운동 종판의 이온에 대한 투과성이 증가되므로 활동 전류가 발생한다. 척추동물의 가로무늬근에서는 흥분이 근섬유막에서 근원 섬유로 전해져 근육의 수축이 일어난다. 근육의 흥분과 수축의 기작은 최근에 와서야 해명되고 있다. 헉슬리 등은 도마뱀이나 개구리 등의 근원 섬유를 둘러싼 내부 원형질의 망상 구조가 흥분과 수축의 과정에 중요한 역할을 하고 있다고 말하고 있다.
유도만능줄기세포
특정한 종류의 세포들의 만능성을 유도하는 데 있어서, 네 가지 요인(Oct3/4, Sox2, c-Myc, Klf4)보다 더 적은 요인만 있어도 가능하다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 쥐의 신경 줄기세포를 유도할 경우 오직 Oct4만이 필요하다. 유승권 고려대학교 생명공학부 교수팀은 'Id3' 유전자를 쥐의 체세포에 넣어 일단 신경줄기세포를 만든 뒤, 이를 'Oct4' 유전자만 사용해 만능줄기세포로 유도하였다.
격자 세포
격자세포(grid cell)는 쥐의 뇌에서 발견된 신경세포의 유형으로 인간을 포함한 다른 동물의 뇌에도 존재할 것으로 예상된다. 이를 위한 전형적인 실험 방법은,각각의 신경세포의 활동을 기록할 수 있는 전극을 쥐의 대뇌피질에 삽입하면 쥐가 열린 공간에서 자유롭게 움직이고 동시에 신경세포의 활동이 기록된다. 만약 신경세포가 활동 전위를 방출 할 때 마다 쥐의 머리에 점을 위치시킨다면 그 점들은 작은 클러스터들의 모임을 형성하고 클러스터는 이등변 삼각형의 꼭짓점을 만든다. 이러한 삼각형 패턴이 격자세포가 다른 공간적인 반응을 보이는 세포들과 다른 특이점이다. 대조적으로 위치 세포(place cell)역시 작은 클러스터를 형성하지만 주어진 환경에서 대체로 하나의 클러스터만을 형성하고 다수의 클러스터가 보일 경우 라도 그들의 배열에는 규칙성이 없다.
자극 야기성 다기능성 획득세포
자극 야기성 다기능성 획득세포(, )는 영어 이름의 머리 글자를 따 STAP 세포(STAP cells)라고도 하는데, 유전적 조작이나 외부로부터의 단백질 주입 등이 없이, 외부로부터의 자극을 통해 분화 다능성(pluripotency)를 갖게 된 세포를 말한다. 이는 기존 생명과학 상식을 뒤집는 혁신적인 성과로 기대를 모았지만 일본 이화학연구소는 STAP 논문 조작·날조를 인정하고 논문을 철회하면서 헛소동으로 마무리 되었다.
신경 세포
신경세포의 평소상태로 -60mV를 유지하고 있다. 휴지전위는 평소의 열린 칼륨채널의 빈도가 높기에 칼륨의 전자기적 평형전위에 가까우며, 귀의 털세포를 비롯한 특정 신경 세포에서는 이것이 역전되어 나타나기도 한다.
뇌 심부 자극술
뇌 심부 자극계는 3개의 부분으로 구성된다: 자극 발생기(the implanted pulse generator, IPG), 전극선(lead), 연장선(extension)이다. 자극 발생기는 배터리로 된 전원작동이 되는 신경자극기로써 신경활동을 방해받는 뇌 부위에 전기자극을 전달한다. 전극선은 4개의 백금이리듐 전극으로 된 폴리우레탄 코일로 되어있으며 뇌의 세 부분의 영역 중 한 곳에 배치된다. 전극선은 연장선을 통해 자극 발생기와 연결된다. 전극선은 머리에서부터 귀 뒷부분으로 내려와 목 아래로 이어지며 쇄골 피하 또는 복부에 위치된다. 자극 발생기는 증상을 억제하거나 부작용을 조절하기 위해 의사, 간호사 또는 훈련된 기술자에 의해 보정될 수 있다. 뇌 심부 자극선은 증상에 따라 뇌의 위치 부위가 결정된다. 비파킨슨의 수전증의 경우 시상의 앞쪽 핵에 삽입된다. 파킨슨(경직, 진전, 무동증, 운동완서)와 같은 증상과 근육긴장이상은 담창핵이나 시상밑핵에 삽입된다. 3가지 구성성분은 외과적 수술로 신체에 삽입된다. 국소 마취로 진행하며 머리뼈에 드릴로 14mm의 구멍을 뚫고 적절한 위치에 삽입되었는지 확인할 수 있도록 전극을 삽입한다. 자극 발생기와 전극선은 전신마취하에 삽입된다. 뇌의 우반구는 왼쪽으로 신체 증상을 통제한다.
활동전위
동물의 신체 조직을 이루는 세포는 세포막 안팎으로 막 전위를 유지한다. 전기적 극성을 유지하는 것은 막에 박혀있는 이온 펌프와 이온 채널이다. 뉴런의 부분별로 막에 있는 이온 채널이 달라 가지돌기, 축삭, 세포체가 각각 전기적 특성이 다르다. 뉴런 어떤 부분의 막은 흥분성(활동전위를 생성할 수 있음)이고 어떤 부분은 그렇지 않다. 축삭 언덕(시작 마디, 축삭과 세포체가 만나는 부분) 뒤부터 흥분성 부위라는 연구 결과가 있으나, 대부분의 사례에서는 세포체와 축삭 또한 흥분성이다.
뇌
이 신경관의 내강은 속이 빈 채로 중추신경계의 중심 체강을 이루게 되고, 신경관을 둘러싸고있는 세포들은 뇌실막 상피세포로 분화하거나 미분화 신경줄기세포로 남아있게 된다. 신경관의 가장 바깥층 세포들은 중추신경계의 뉴런이나 신경교세포가 된다. 신경판의 양쪽 가에서 유래되는 신경능선세포는 말초신경계의 체성신경계를 이루는 감각뉴런과 운동뉴런을 이루게 된다.
운동생리학
자율신경계는 교감신경과 부교감신경으로 나뉜다. 다양한 원인으로 인한 긴장상태가 계속해서 유지되면 교감신경계가 활성화된다. 이는 인체의 다양한 기관에 영향을 미친다. 길항작용을 하는 부교감신경계가 활성화되지 않을 경우 항상성이 유지되지 않아 인체 내 여러 기관에서 이상증세가 발생하게 된다. 이러한 자율신경실조증(autonomic dysfunction)의 증상 중 대표적인 예로는 불면증이 있다. 교감신경계가 지나치게 활성화되어있다면 몸을 이완시킬 수 있도록 적절한 휴식이 필요하고, 반대로 과도한 부교감신경계 활성화는 적절한 운동으로 신체의 흥분상태를 유도하는 것이 효과적이다.
불응기
불응기는 한 신경원의 흥분빈도의 최고치를 결정하는 데 중요하다. 만약 어떤 한 신경원의 절대불응기가 0.001초라고 한다면, 어떤 자극도 이 신경원에 초당 1,000번 이상 활동전위를 야기시킬 수 없다. 만약 가하는 자극이 더 미약하면 상대불응기 때문에 신경충격 발사빈도는 더욱 낮아질 수 있다. 불응기가 나타나는 시간 간격은 신경원에 따라 차이가 있기 때문에 연구자들은 뇌가 어떻게 행동을 통제하는가를 알아보기 위해 이를 이용한다. 예컨대 어떤 행동을 지배하는 신경원의 불응기가 이 행동과 유사한 다른 행동을 지배하는 신경원의 불응기와 똑같다는 사실을 발견되었다면, 이 두 행동은 동일한 신경원에 의해 통제받을 것으로 예상할 수 있을것이다. 이와는 달리 두 개의 연관된 행동들의 불응기가 서로 다르다면, 이 두 행동들은 각기 상이한 신경원에 의해 지배되는 것으로 생각할 수 있을 것이다.
줄기세포
만능성(Pluripotency) - 태아나 성체의 모든 세포로 가는 분화능을 말하며, 초기 수정란세포가 분열하면서 여러 장기로 분화되기 전 단계의 세포로써 이러한 세포는 심장, 췌장, 간, 피부, 신경 등등 다양한 장기로 분화가 가능하다.
창발
창발성은 복잡계 과학의 기본 주제이다. 여기서 창발성은 상호작용하는 다수의 구성원(개체)으로 형성된 계에서 발생하는, 계의 전역적인 동작을 나타내는 전문 용어로써 시스템 이론에서 주로 사용된다. 복잡계 과학의 연구 대상은 사람의 뇌나 생태계같이 상호 관계가 중요한 현상이다. 이들을 통틀어 복잡계라고 부른다. 복잡계는 적어도 두 가지 면에서 공통점이 있다. 첫째, 복잡계는 단순한 구성 요소가 수많은 방식으로 상호작용한다. 가령 사람 뇌는 수십억 개의 신경세포가 거미줄처럼 연결되어 있다. 주식시장은 수많은 투자자들로 들끓는다. 둘째, 복잡계는 환경의 변화에 수동적으로 반응하지 않고 구성 요소를 재조직하면서 능동적으로 적응한다. 사람 뇌는 끊임없이 신경세포의 회로망을 재구성하면서 경험을 통해 학습하고 환경에 적응한다. 즉, 복잡계는 단순한 구성 요소가 상호간에 끊임없는 적응과 경쟁을 통해 질서와 혼돈이 균형을 이루는 경계면에서, 완전히 고정된 상태나 완전히 무질서한 상태에 빠지지 않고 항상 보다 높은 수준의 새로운 질서를 형성해낸다. 복잡계의 창발적 운동은 예측할 할 수 있는 것이 아니며, 계를 구성하는 개개의 성분을 독립적으로 분석하여 알아낸 지식들로부터는 만들어 낼 수 없는 운동이다.
신경 세포
신경 세포(神經細胞, ) 또는 뉴런은 신경계를 구성하는 세포이다. 신경세포는 나트륨 통로, 칼륨 통로등의 이온 통로를 발현하여 다른 세포와는 달리 전기적인 방법으로 신호를 전달할 수 있다. 또한 인접한 신경세포와 시냅스라는 구조를 통해 신호를 주고 받음으로써 다양한 정보를 받아들이고, 저장하는 기능을 한다. 인간의 두뇌에는 대뇌피질에만 약 100억개의 신경세포가 존재하는 것으로 추산되고 있다. 신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경 아교 세포가 존재한다.
전기식지각계
전기식지각계는 환자의 감각, 마취정도를 시험하기 위하여 전류를 가하는 기구로써, 말초신경염에 의한 신경감각손상의 유무와 심한 정도를 상하지 말단부위에서 특정 주파수 전류 등의 자극에 대해 감각을 인지할 수 있는 자극강도를 정량적으로 측정하는데 사용한다. 감각기능의 이상을 진단, 치료에 대한 반응을 관찰, 추적하며 증상이 없는 small fiber neuropathy 등 감각질환에 유용한 검사 기기이다.
신경줄기세포
성체의 신경줄기세포는 1990년대 초에 쥐의 선조체 (striatum)에서 처음으로 분리, 획득되었다. "in vitro" 배양을 할 때 신경줄기세포는 다분화능의 신경세포구 (neurosphere)를 형성한다. 신경세포구는 자기 재생산이 가능하고, 신경 세포 (neuron), 성상교세포 (astrocyte), 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 등으로 분화될 수 있다.
통증
대부분의 경우, 통증 자극은 특정 신경 섬유에 인접해 있는 조직에 부분적 손상이 일어남으로써 생긴다. 이러한 조직의 변화는 피부 내의 통각 섬유를 활성화시키는 화학 물질을 분비하여 신경 말단에 작용하도록 하는데, 신경펩티드, 세로토닌, 히스타민 등이 그러한 물질에 해당된다. 진통제 연구에서는 이 물질들이 매우 중요하게 여겨진다. 화학 물질의 결합으로 뉴런에서 발생된 활동 전위는 척수의 배각(dorsal horn)으로 연결되어, 척수에서 시냅스를 이루어 통증 섬유를 자극해 글루타메이트, P물질을 분비시킨다. 그리하여 뇌의 시상에까지 통증에 관한 정보를 전달하게 된다.
통증 섬유는 액손(axon) 타입에 따라 미엘린 섬유로 둘러싸인 것(Aα, Aβ, Aδ)과 둘러싸이지 않은(C) 것의 크게 두 가지로 나뉘고, 이는 수용체 타입에 따라 차례로 골격근 수용기, 피부의 기계적 감각 수용기, 통증·온도 수용기, 통증·온도·가려움 수용기의 네 가지로 구분된다. 각각의 섬유는 자극의 종류에 따라 역할이 분화되어 있을 뿐 아니라 직경이나, 전도 속도, 역치 수준에서 다른 특징을 가지고 있다.
캡사이신(Capsaicin)에 관한 연구는 자극에 특성화된 통증섬유에 관한 이러한 이론을 뒷받침해주고 있다. 고추를 먹었을 때 매운 맛을 느끼게 하는 성분인 캡사이신에 반응하는 수용체를 연구하던 학자들은, 이 수용체가 온도의 갑작스러운 상승에도 반응한다는 사실을 발견했다. 이 수용체를 vanilloid receptor 1(VR1)이라 부른다. VR1 수용체가 결핍된 쥐의 경우 기계적 자극에 의한 고통에는 반응을 보였으나, 열이나 캡사이신에 의한 자극에는 반응을 보이지 않았다. 이에 따르면, 매운 고추를 먹었을 때 뜨겁게 느껴지는 이유를 고추에 함유된 캡사이신이 VR1 수용체를 활성화시키기 때문으로 설명할 수 있다. 캡사이신을 피부에 흡수시킬 경우 관절의 통증을 완화시키기도 하는데, 이는 통증 섬유가 과활성화됨에 따라 신경전달물질이 일시적으로 소진되었기 때문일 것으로 풀이된다.
미각 기관
신맛의 신호는 산성 물질 (수용액 내의 H 이온)을 감지한다. 신맛에 관련해서는 세 가지의 수용체 단백질이 있다. 첫 번째는 수소 이온을 세포 내로 들여보내는 간단한 이온 채널이다. 이 채널 역시 짠맛을 느낄 때 쓰이는 ENaC이다 (이는 짠맛과 신맛 수용체 간에 어떤 관계가 있으며, 신맛이 있을 때 짠맛을 덜 느끼는 이유를 설명할 수 있다). 또 H 의존성 채널도 존재한다. 첫째로 K을 세포 밖으로 보내는 칼륨 채널이 있다. H 이온은 이 채널을 차단해 칼륨 이온을 세포 안에 가둔다 (이 수용체는 ENaC/Deg 족의 MDEG1로 분류된다). 세 번째 단백질은 Na 이온을 안으로 받아들이는 채널이 있다. 이온의 유입으로 인한 전압 변화는 Ca 채널을 열게 한다. 이 수용체들은 같이 작용하여 세포의 탈분극과 신경전달물질 방출을 야기한다.
쓴맛을 느끼게 되는 물질은 화학적으로 매우 다양할 수 있다. 기본적으로 쓴맛은 퀴닌과 같은 긴 체인의 질소 포함 유기물이나 알칼로이드로 유발되게 된다. 쓴맛을 지닌 물질은 보통 위험한 물질로 분류되는 만큼, 쓴맛의 감각은 생존에 중요하다. 쓴 화합물들은 G 단백질 연관 수용체 (G protein-coupl receptor, GPCR)라는 맛세포의 세포막의 구조물을 통해 작용한다. 최근, T2R's라는 쓴맛에만 반응하는 것으로 보이는 새로운 GPCR 그룹이 발견되기도 하였다. 쓴맛이 GPCR을 활성화하면, 옆에 붙어있던 G 단백질인 거스트듀신 (gustducin)을 분비한다. 거스트듀신은 세 개의 서브유닛으로 이루어져있으며, GPCR에 의해 활성화되면 두 조각으로 나뉘어 근처에 있던 포스포디에스테라제 (PDE , phosphodiesterase)를 활성화시키고, 이는 세포 내 2차 메신저로 작용할 물질을 다시 활성화시키게 된다. 이 2차 메신저는 칼륨 이온 채널을 닫고, 소포체 (endoplasmic reticulum)에 있던 칼슘 이온을 방출시켜 탈분극을 일으킨다. 이런 일련의 과정은 결국 신경전달물질의 분비로 이어진다.
활동전위
감각 뉴런의 외부 신호는 압력, 온도, 빛, 소리이다. 외부 신호는 이온 채널을 여닫아 이온에 대한 막의 투과성과 막 전위를 변화시킨다. 전압 변화는 흥분성(탈분극) 혹은 억제성(과분극)으로, 두 전위의 합에 따라 축삭 언덕을 탈분극시켜 활동전위를 일으킨다. 이렇게 활동전위를 일으키는 감각 뉴런의 예로 사람의 후각 수용기(후각)와 마이스너 소체(촉각)가 있다. 모든 감각 뉴런이 외부 신호를 활동전위로 전환하는 것은 아니다. 외부 신호를 받으면 신경전달물질을 방출하거나 연속적인 차등 전위를 통하여 다음 뉴런에 전달하고, 그 뉴런이 활동전위를 생성한다. 사람의 귀에 있는 털세포는 소리 신호가 오면 기계 개폐 이온 채널을 여닫아서 신경전달물질을 방출한다. 사람의 망막에 있는 빛수용기 세포와 그 다음 층을 이루는 두극세포, 수평세포는 활동전위를 생성하지 않는다. 아마크린 세포 일부와 망막 신경절세포가 있는 제3층에서는 활동전위를 생성하고, 전위가 시신경으로 이동한다.
자극 야기성 다기능성 획득세포
2014년 8월 5일, 일본 이화학연구소 오보카타 하루코 연구주임의 상사로서, 실험실 사용을 승인했던 사사이 요시키 박사(52)가 자살했다. 사사이 박사는 유도만능줄기세포로 2012년 노벨상을 받은 교토대 야마나카 신야 교수와 라이벌이었다. 유도만능줄기세포는 체세포에 복잡한 조작을 가하면 줄기세포로 바뀐다는 연구이며, 노벨상을 수상했다. STAP 세포는 체세포에 매우 간단한 조작을 가하면 줄기세포로 바뀐다는 연구이다. 하나는 노벨상, 하나는 논문조작의 평가를 받았지만, 둘 다 체세포에 인위적인 조작을 가하면 줄기세포로 바뀐다는 내용이다.
미각 기관
인체에서 자극이란 생리학적 또는 심리학적인 행동이나 반응을 이끌어내는 에너지의 형태를 의미한다. 감각 수용체는 자극을 원래 에너지의 형태에서 다른 형태로 바꿔주는 몸의 구조물이다. 이것은 화학 물질, 음파, 열, 감촉 등을 전기적인 활동 전위로 바꿔 뇌가 이해할 수 있는 신호로 전환시킴을 의미한다. 감각 수용체는 말단 부위가 변화한 감각 신경으로 볼 수 있다; 각 수용체의 변화 양상은 그 자극에 따라 알맞게 변하였으며, 그에 따라 몸에는 많은 종류의 감각 수용체가 있게 된다. 신경은 신경계의 주요 구성 성분으로, 감각 수용체에서 받은 메시지를 몸 전체로 전달해준다.
감마 아미노낙산
신경세포 중 일부는 GABA를 만드는데, 이런 신경을 GABA성 신경이라 부른다. GABA는 성장한 척추동물의 수용기와 결합해 신경 활성을 억제하는 작용을 한다. 곤충의 경우 GABA는 포유류와 반대로 시냅스와 근육세포 중간에서 근육활동을 조정하며, 전체 분비선의 자극에도 영향을 미친다.
세로토닌
세로토닌 신경은 뇌줄기(brainstem) 가운데 솔기핵(raphe nucleus)이라는 곳에 위치하며 그 수는 수만 개 정도이다. 이는 뇌 전체 신경세포(약 150억 개)에 비해 아주 적은 수이지만 세로토닌은 뇌 전체에 광범위한 영향을 미친다. 하나의 세로토닌이 수많은 신경을 상대로 하는 모습은 오케스트라의 지휘자가 지휘봉을 휘두르며 곡 전체 분위기를 형성하는 것과 비슷하다. 구체적으로 세로토닌은 의식수준이나 건강상태 등에 영향을 미친다.
신경가소성
뇌 신경가소성이란 뇌의 신경경로가 외부의 자극, 경험, 학습에 의해 구조 기능적으로 변화하고 재조직화 되는 현상이다. 신경경로는 일생을 통해 끊임없이 변하며, 새로운 언어나 운동기능의 습득이 왕성한 유년기때 사용되는 새로운 신경경로의 활동성이 최대치를 보인다. 성년기나 노년기에는 그 잠재성은 약간 감소하지만, 여전히 새로운 언어나 운동기술을 어느 정도의 수준까지 습득할 수 있는 일정한 수준의 뇌신경 가소성을 일생동안 유지한다.(Azari & Seitz 2000).
장기강화
장기강화(長期強化, LTP: Long-term potentiation) 또는 장기증강(長期增強)은 신경과학의 분야에서 신경세포를 동시에 자극하는 것에 의하여 두 신경세포의 신호전달이 지속적으로 향상되는 현상을 말한다. 신경세포는 시냅스 결합을 통하여 신호전달을 하며, 기억은 이 시냅스에 축적되어 있다고 여겨지며, 장기강화는 학습과 기억의 주요 세포학적 메커니즘의 하나로 여겨지고 있다. 예를 들면, 장기강화와 장기기억은 모두, 빠르게 그 기작이 시작되고, 새로운 단백질 합성에 의존하며, 연합성(Associativity)을 지니고, 몇 개월에 걸쳐 지속 가능하다. 장기강화는 모든 동물에게서 나타나는 비교적 단순한 고전적 조건화에서부터, 사람에게 보이는 복잡한 고등 인지까지, 다양한 종류의 학습을 설명하는 표상일 가능성이 있다.
신경줄기세포
줄기세포는 성체줄기세포와 배아줄기세포로 나뉘며, 이 둘의 가장 큰 차이점은 분화 능력에 있다. 분화 능력에 제한이 있는 성체줄기세포와 달리 배아줄기세포는 몸을 구성하는 모든 세포로 분화가 가능하다. 신경줄기세포는 분화 능력에 제한이 있는 성체줄기세포이며, 신경 발생 (neurogenesis) 과정을 통해 성체의 일생동안 만들어진다. 중추 신경계안의 완전히 분화된 신경 세포 (neuron)나 신경아교세포 (glial cell) 같은 세포들은 증식하지 못하기 때문에 신경줄기세포는 죽거나 손상된 신경계세포로 분화하여 이를 대체한다.
활동전위
정상적인 골격근 세포에서 활동전위는 신경의 활동전위와 유사하다. 활동전위는 세포막(근세포막, )이 탈분극하면서 생성되어 전압 민감성 나트륨 채널을 연다. 나트륨 채널이 차단형으로 전환되면 막은 세포 밖으로 유출되는 칼륨 이온에 의해서 재분극된다. 휴지 전위는 약 -90 mV로, 일반적인 뉴런보다 더 낮다. 근육 활동전위는 2 - 4 ms간 지속되고 절대적 불응기는 1 - 3 ms이며, 근육 내 전도 속도는 5 m/s 정도이다. 활동전위는 칼슘 이온을 방출하여 트로포마이오신을 이동시키고 근육이 수축하도록 한다. 신경근육 이음부에 뉴런의 활동전위가 도달하면 근육 활동전위가 발생한다. 신경근육 이음부는 흔히 신경독소의 표적이 된다.
자극 야기성 다기능성 획득세포
2014년 1월 30일, 영국 네이처지에, STAP 세포 논문이 게재되었다. 일본 이화학연구소 오보카타 하루코 연구팀이 약산성 용액에 담그기만 하면 신체의 여러 조직이 되는 만능세포인 STAP 세포를 만드는 쥐 실험에 성공했다고 발표했다. 미국 브리검 여성병원과 일본 이화학연구소(Riken) 공동 연구팀의 논문 2편으로, 오보카타 하루코가 제1 저자이고 미국의 찰스 바칸티 박사가 교신 저자(책임 저자)였다. 미국 하버드 대학 연구팀과 공동 논문이었다는 보도도 있다.
생애 초기 스트레스로 인한 신경생물학적 영향
편도핵은 발화(kindling)의 출현에 있어 가장 민감한 뇌구조 중의 하나이다. 발화는 반복적인 간헐적 신경 자극이 뉴론의 흥분에 점점 더 큰 변화를 가져와 점차 자발적인 전기적 방출 혹은 경련을 초래하는 과정이다. 발화는 신경적 흥분에 장기적 변형을 초래하여 행동 통제에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 초기 스트레스는 편도체 내의 GABA-A 초분자적 복합체의 하위 구성에 장기적 변형을 가져와 결과적으로 central benzodiazepine receptor와 high affinity GABA-A receptor의 밀도를 감소시킨다. 또한 스트레스는 편도체 및 중격의 지핵(nucleus accumbens)내에서 도파민 증가와 세로토닌 감소를 초래한다.
편도체와 해마의 비정상적 발달이 central benzodiazepine과 high affinity GABA-A receptor의 밀도 감소 혹은 하위 구조의 변형과 혼합되게 되면 측두엽 혹은 변연계에 있어경련과 유사한 활동 내지는 ‘변연계 민감성(limbic irritability)’을 초래할 수 있다.
신경 세포
축삭)은 세포체로부터 아주 길게 뻗어나가는 부분으로 가지돌기와 세포체를 거쳐 전달된 신호를 다른 신경세포나 세포에 전달하는 부분이다. 세포체로부터 축삭이 시작되는 부분인 축삭둔덕 ()에는 전압 개폐 나트륨 통로가 다량 분포하여 전달된 신호에 의해 활동전위를 발생시켜 축삭을 통해 전달한다.
근육계통
신경세포에서 온 자극 하나는 Ca을 방출시켜서 근육을 짧게 한 번 수축시키는데, 이를 근육 연축()이라 한다. 활동전위가 짧은 간격으로 근육을 자극하거나 신경근육이음부에 이상이 생기면 수축이 연장되면서 강축()이라는 최대 수축 상태가 된다. 신경근육이음부가 기능을 잃으면 마비를 일으킨다.
심리철학
유형동일론에 대한 한 가지 반박은 다수실현가능성(multiply realizability)이다. 다수실현가능성은 같은 심적 속성이라도 여러 가지의 물리적 속성으로 실현될 수 있다는 뜻이다. 만약 "고통은 신경세포 C의 자극과 같다"라고 한다면, 고통을 느끼는 모든 동물은 신경세포 C가 있어야만 한다. 그렇지만 생물종에 따라 두뇌의 구조가 다르기 때문에 유형동일론은 서로 다른 종의 동물에 대해 같은 종류의 심적 속성을 부여하기가 어렵게 된다.