마음과 행동의 생물학-뇌의 활동

뇌의 회로: 연결 짓기 

뉴런은 뇌를 구성하는 기본 요소이다. 세포체는 수상돌기로부터 입력받으며 다른 뉴런의 수상돌기나 세포체로 연결되는 축색을 통해 출력을 내보낸다. 축색은 신경 전달을 더 효율적으로 만드는 지방질인 수초로 싸여 있다. 축색은 여러 가지를 가지고 있으며 이를 통해 다른 여러 뉴런에 영향을 준다. 축색 끝에 있는 종말 단추는 활동 전위 시 분비되는 신경전달물질을 가지고 있다. 신경전달물질은 일반적으로 시냅스 틈을 건너 다른 뉴런에 영향을 준다. 구체적으로 맞는 열쇠에만 열리는 자물쇠 같은 그 뉴런의 수용기에 영향을 준다. 구체적으로는 맞는 열쇠에만 열리는 자물쇠 같은 그 뉴런의 수용기에 영향을 미친다. 일단 신경전달물질이 수용기에 결합하면 그 뉴런 안에 변화들이 일어난다. 흔하지는 않지만 신경전달 물질은 세포막을 통해 분비될 수도 있다. 예를 들면, 내인성 칸나비노이드는 수신 뉴런에 의해 분비되어 송신 뉴런을 미세하게 조절한다. 어떤 뉴런에 도달한 흥분성 입력의 총합이 억제성 입력의 총합보다 충분히 크면 그 뉴런은 발화한다. 이때 화학반응이 축삭을 타고 내려가 종말 단추에서 신경전달물질이 분비된다. 뉴런이 발화한 후에 신경전달물질의 일부는 송신 뉴런으로 재흡수된다. 어떤 약물은 이 재흡수 기제를 차단한다. 교세포는 관리 및 급식에만 참여하는 것이 아니라 뇌의 발달 과정에서 시냅스를 형성하고 적절한 연결을 만들며, 뉴런 간의 상호작용에 영향을 미친다.

신경계: 많은 구성원이 함께하는 오케스트라

신경계는 크게 두 가지, 즉 말초 신경계와 중추 신경계로 이루어진다. 말초 신경계는 자율 신경계와 감각-체성신경계로 구성된다. 자율 신경계는 다시 교감 신경계와 부교감 신경계로 나뉜다. 교감신경계는 싸움-도망 반응에 결정적으로 관여하여, 그 효과는 부교감 신경계에 의해 상쇄된다. 감각-체성신경계는 수의근으로 연결되는 신체 운동계를 포함한다. 중추 신경계는 척수와 뇌가 구성된다. 척수는 뇌의 명령을 신체로 보내고 감각 입력을 뇌로 전달하는 것 외에 일부 반사들을 담당한다. 대부분의 반사는 뉴런들을 연결하는 중간 뉴런의 활동에 의한 것이다. 뇌의 엽으로 조직화된다. 뇌의 바깥층은 뉴런으로 이루어진 얇은 층인 대뇌 피질이다. 대뇌 피질은 많은 구릉과 주름을 포함하며 이 덕분에 많은 피질이 비교적 작은 공간에 구겨져 들어갈 수 있다.

뇌를 자세히 보기: 뇌는 어떻게 나누어 정복하는가

각 반구에 있는 네 개의 주요 엽들은 후두엽, 측두엽, 두정엽, 그리고 전두엽이다. 후두엽은 시각에 관여한다. 측두엽은 시각 기억의 저장소이며 기억에 새 정보를 저장하고 언어를 이해하고 소리를 처리하는 데에도 개입한다. 두정엽은 공간 위치를 등록하며 산술에 관여한다. 두정엽은 체성 감각령의 일부를 포획 수입, 기억 탐색, 추론, 운동령에 의해 부분적으로 통제되는 운동 통해, 그리고 일부 정서에 관여한다. 

뇌를 탐색하기

뇌의 다양한 영역들을 탐색하는 데 최초로 사용된 방법은 뇌 손상이 행동에 미치는 영향을 살펴보는 것이었다. 또한 과학자들은 동물의 뇌 부위를 제거한 효과를 연구하기도 한다. 과학자들은 사람들이나 동물이 특정 과제를 할 때 발화된 뉴런이 만들어내는 전기적 활동을 기록하는데, 뇌파 전위 기록을 얻기 위해 얻기 위해 두피에 전극을 설치하거나 뇌에 미세전극을 쫓기도 한다. 연구자들은 과제를 하는 동안 사용되는 뇌 영역이 사용되지 않는 뇌 영역에 비해 더 활발한 활동을 보임을 밝혔다. 또한 연구자들은 뇌자기도기록을 사용해 뉴런이 발화할 때 형성하는 자기장을 기록할 수 있다. 다양한 신경영상법은 다음과 같다. 엑스레이를 이용한 3차원 뇌 구조 영상을 얻는 컴퓨터 단층사진 촬영, 원자의 자기적 성질을 이용해 선명한 3차원 뇌 구조 영상을 생성하는 자기공명영상, 소량의 방사성 물질로 혈류나 당분 소비를 추적하는 양전자 단층촬영, 그리고 뇌의 다른 영역으로 공급되는 산소의 양을 탐지하는 기능적 자기공명영상이 있다. 경두개 자기자극 기법을 통해 자기 펄스로 뉴런을 자극하여 발화하도록 할 수 있고 행동상의 효과를 관찰할 수 있다.

유전자, 뇌, 그리고 환경: 뇌와 세계

유전자는 멘델 유전을 통해 개별적으로 뇌와 행동에 영향을 미치거나 복합 유전을 통해 함께 영향을 미치기도 한다. 유전자가 뇌의 기본 구조를 만들긴 하지만 환경이 뇌의 구조와 기능을 형성해 나갈 수 있다. 유전자는 사람이나 동물이 환경적 영향에 어떻게 반응하는지를 결정한다. 환경은 사용하지 않는 연결을 가지치기하는 과정을 통해 뇌 구조와 기능에 영향을 준다. 새로운 자극에 대해서는 뇌가 새로운 연결을 생성하도록 하기도 한다. 유전자는 가능성의 한계를 결정한다. 유전자의 아주 작은 변화도 간혹 뇌, 정신 과정, 행동 등에 큰 차이를 가져온다. 많은 유전자는 행동에 따라 켜지거나 꺼진다. 유전자는 신경전달물질을 생성하고 뉴런이 새로운 연결을 만들도록 할 수 있다. 행동 유전학에서는 유전과 환경이 각각 심리적 특징이나 능력의 차이에 얼마나 많은 영향을 주는지를 연구한다. 하지만 그 결과는 그 행동이나 능력이 측정된 환경에만 적용할 수 있다. 유전과 환경의 상대적인 기여도 연구는 간혹 쌍생아 연구와 입양아를 입양 가족과 생물학적 가족과 비교하는 연구를 통해 이루어진다. 현재 우리가 가지고 있는 유전자는 진화의 결과이며 자연선택이 그 부분을 차지한다. 유전자가 생존에 유리한 특성들을 만들어 내고 그 유전자를 지닌 자손들이 계속해서 더 재생산을 많이 하면서 유전자가 대를 이어 물러 내려오게 된다.