2장. 마음과 행동의 생물학적 기초
학습목표
- 행동과 마음의 작동을 생물학적 관점, 특히 뇌신경계의 역할과 관련지어 설명한다.
- 뇌신경계의 기본 단위인 뉴런의 구조와 신호 전달과정을 이해한다.
- 뇌신경계의 구조와 주요 영역이 담당하는 대략적 기능을 파악한다.
- 뇌를 연구하는 다양한 연구 방법의 원리와 장단점을 이해한다.
| 목차 1. 생물심리학이란? 2. 신경계의 기본단위: 뉴런 3. 신경계의 구성과 기능 4. 뇌 연구 방법 |
1. 생물심리학이란?
인간의 행동에 영향을 미치는 다양한 생물학적인 요인을 찾아내고 분석하며 궁극적으로는 인간의 정신 활동 전체를 신경 세포의 활동으로 환원하여 설명하고자 하는 학문.
* 뇌와 척수뿐만 아니라 감각 수용기, 신경섬유, 호르몬 등이 실시간으로 상호작용하면서 인간의 행동과 마음의 흐름을 결정하는 매우 복잡한 비선형 방정식을 형성하고 있기 때문에, 인간의 행동을 생물학적인 변인의 합으로만 설명하기 위해서는 아직 많은 세월과 연구가 필요함.
2. 신경계의 기본 단위: 뉴런
*뉴런(neuron) : 신경세포 중, 행동과 가장 밀접한 관련을 지니는 세포
*뉴런의 차별적 특징
ㄱ. 빠르게 전기적 변화를 일으킬 수 있어서 정보전달이 빠르고 정확히 일어나도록 한다.
ㄴ. 한번 손상되면 재생되지 않는다.
1) 뉴런의 기본 형태
* 뉴런은 기본적으로 수상돌기(dendrite), 세포체(soma), 축삭(axon)으로 구성되어 있음.
- 수상돌기: 다른 뉴런에서 신호를 전달받는 곳
- 세포체: 유전정보를 지니고 있는 세포핵을 가지고 있고, 세포호서의 대사 및 유지 기능을 수행함.
- 축삭: 신경 신호를 다른 뉴런에 전달하는데, 축삭의 끝은 종말단추(terminal button)라고 함. (종말단추에 신경 전달 물질이 포함되어 있음)
- 정보 전달 방향: 수상돌기 > 세포체 > 축삭 > 종말단추
2) 뉴런의 기본 작동: 안정 전위와 활동 전위의 생성
- 분극화(polarized): 뉴런이 흥분하지 않을 때 / 안쪽이 바깥쪽보다 이온 농도가 70mV정도 더 낮은데, 이처럼 안쪽이 더 음극화 되어 있는 전위차를 -70mV로 표기함. (안정전위)
- 탈분극화(depolarization): 자극에 의해 세포막의 전위차가 역치수준(약 -55mV)보다 더 올라가게 되면 나트륨이 세포막 안쪽으로 들어오면서 전위차가 약 +40mV까지 도달한 상태.
- 재분극: 칼륨 이온이 뉴런 밖으로 나감.
- 과분극화(hyperpolarization): 칼륨 이온들이 밖으로 빠져나가면서 뉴런이 전위가 일시적으로 안정 전위보다도 더 음극화 된 상태.
3) 뉴런에서 다른 뉴런으로의 전달
- 시냅스 전 뉴런(정보를 주는 뉴런) / 시냅스 후 뉴런 (정보를 받는 뉴런)- 시냅스를 통한 정보전달은 화학적 방법으로 일어남* 과정: 신경전달물질이 들어있는 시냅스 소낭이 터짐 -> 신경전달물질이 시냅스 후 뉴런의 수용기와 결합 -> 시냅스 후 뉴런에 전기적 신호를 만들어 냄 -> 시냅스 후 뉴런의 활동이 촉진되거나 이완됨
- 신호 집약 후 발화(integrate-and-fire): 흥분성 시냅스 후 전위(EPSP)와 억제성 시냅스 후 전위(IPSP)의 합이 한 뉴런의 발화 확률을 결정하는 원리
4) 신경전달물질의 작용
* 아세틸콜린: 뇌에서 기억과 관련된 신경전달물질/ 말초신경계의 신경과 근육 접합부에서는 흥분성 역할을 함
* 아미노산: 빠른 신호 전달에 관여 / ex) 글루타메이트, GAVA
* 모노아민: 아미노산으로부터 합성됨 / 특정 시냅스를 넘어서서 넓은 영역의 시냅스에 영향을 미침 / 정서와 보상, 다양한 정신질환과 관련이 있음/ ex) 세로토닌, 도파민, 노르에피네프린
3. 신경계의 구성과 기능
1) 말초신경계와 중추신경계
(1) 말초신경계(peripheral nervous) - 체성신경계와 자율신경계로 구분됨/ 뼈 속에 있지 않는 모든 신경들
ㄱ. 체성신경계
- 감각신경과 운동신경으로 구분됨
- 수의근으로 신호를 보내기 위해 필요한 시스템
ㄴ. 자율신경계 - 교감신경계와 부교감 신경계로 분류할 수 있음.
- 뇌의 통제 혹은 의식적 통제 없이 자율적으로 신체의 반응을 조절함.
- 불수의근으로 신호를 보냄
- 교감 신경계의 반응을 통제하는 뉴런: 척수의 흉추, 요추영영게서 비롯함.
- 부교감 신경계의 반응을 통제하는 뉴런: 뇌간, 미추 영역에서 비롯함.
(2) 중추 신경계 - 뇌,척수 / 뼈 속에 모든 신경이 들어있음
| * 뇌의 해부학적 분류 - 종뇌: 대뇌피질, 기저핵, 변연계 - 간뇌: 시상, 시상하부 - 중뇌: 중뇌개, 중뇌피개, 중뇌수도 - 후뇌: 소뇌, 교 - 수뇌: 연수, 망상체 |
- 수뇌(연수, 망상체)
> 연수: 호흡, 혈압, 심장 박동 등 생명을 유지하는 데 필수적인 기능을 담당
> 망상체: 연수에서 중뇌에 이르는 구간에서 중심부에 길게 퍼져있는 구조 / 각성과 주의에 관여함.
- 후뇌(소뇌, 교)
> 소뇌: 자세를 유지하고 신체의 균형을 잡고 신체기관의 움직임을 조화롭게 해 주는 운동 협응에 중요한 역할을 함.
> 교: 대뇌와 소뇌를 연결해 주는 역할을 함.
- 중뇌(중뇌개, 중뇌피개, 중뇌수도)
> 중뇌개: 도약안구운동을 담당하는 상소구와 청각 관련 반사 행동에 관여하는 하소구로 이루어져 있음
> 중뇌 피개: 여러 하위 핵을 포함하고 있음.
> 중뇌수도주변회백질: 통증과 관련된 감각 및 종 특이적인 공격 혹은 방어 행동에 관련되어 있음.
> 적핵: 신체의 운동 조절에 관여함.
-간뇌 (시상, 시상하부)
> 시상: 외측슬상핵은 시각 정보를 / 내측 슬상핵은 청각 정보를/ 복후측핵은 체감각 정보를 대뇌피질로 전달함.
> 시상하부: 자율신경계와 호르몬 분비를 통제 -> 종의 생존과 관련된 여러 행동에 큰 영향
- 종뇌 (대뇌피질, 기저핵, 변연계)
> 기저핵: 운동의 통제 및 습관적인 행동의 학습
> 변연계: 동기와 정서 및 학습과 기억에 관여함
- 대뇌 (후두엽, 두정엽, 측두엽, 전두엽)
> 후두엽: 시각 정보 처리
> 두정엽: 체감각 정보 처리
> 측두엽: 청각 정보 분석
> 전두엽: 몸의 움직임과 관련된 역할 수행
2) 신경가소성과 뇌의 기능적 유연성
- 신경가소성: 동물이 변화하는 환경에 효율적으로 적응할 수 있도록 경험에 의해 뇌의 기능을 변화시키고 때로는 새로운 기능을 획득하는 능력
학습과제 (p.75)
1. 생물심리학은 인간의 마음을 어떻게 설명하는가?
> 인간의 행동에 영향을 미치는 다양한 생물학적인 요인을 분석하며 궁극적으로는 인간의 정신 활동 전체를 신경 세포의 활동으로 환원하여 설명하고자 한다.
2. 생물심리학적인 접근으로 사회 행동이나 윤리적 행동을 어떻게 설명할 수 있는가?
> 뇌와 신경계의 작동으로 설명할 수 있다.
3. 뇌-기계 접속이나 신경 보철과 같은 공학기술은 미래에 어떤 변화를 가져올 것인가?
4. 활동 전위는 어떻게 해서 발생하는지 설명하시오.
> 과정: 안정전위 -> 역치 이상의 자극을 받음으로써 나트륨 이온이 뉴런 안으로 들어옴 -> 탈분극화가 일어남 -> 뉴런 내부의 칼륨 이온들이 밖으로 빠져나감 -> 과분극 -> 안정전위로 돌아옴.
5. 신경계의 전기적 전달과 화학적 전달은 어떻게 다른지 설명하시오.
> 전기적 전달은 이온을 통해 전달되는 것이고, 화학적 전달은 신경전달물질과 같은 화학적 물질을 통해 자극이 전달되는 것이라는 점에서 차이가 있다.
6. 우울증과 신경전달물질은 어떻게 연관이 되며, 어떤 치료법이 가능한지 설명하시오.
> 세로토닌: 우울증에 걸린 사람들의 경우 세로토닌의 수준이 정상인보다 낮다.
> 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI): 시냅스에 방출된 세로토닌이 시냅스 전 뉴런으로 재흡수되지 않고 계속 남아 있게 하여 그 작용을 지속시키는 선택적 세로토닌 재흡수 억제제가 만들어져 대표적인 항우울제로 쓰이고 있음.
7. 신경계에는 어떤 영역들이 있으며, 이들은 어떻게 조직화되어 있는지 설명하시오.
> 신경계는 크게 중추신경계와 말초신경계로 나뉜다. / 말초신경계는 체성신경계와 자율신경계로 구분할 수 있다. / 체성신경계는 감각신경과 운동신경으로 구분할 수 있다./ 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경계로 분류할 수 있다.
8. 연수, 소뇌, 중뇌개 및 피개, 시상, 시상하부, 기저핵, 변연계의 기능을 설명하시오.
- 연수: 심장박동, 호흡, 기침, 재채기 등을 담당
- 소뇌: 몸의 평형
- 중뇌개 및 피개
- 시상: 감각 정보를 대뇌로 중계
- 시상하부: 자율신경계와 호르몬의 분비를 통제함으로써 종의 생존과 관련된 여러 행동에 대해 큰 영향을 행사- 기저핵: 운동의 통제 및 습관적인 행동의 학습 - 변연계: 동기, 정서 및 학습,기억에 관여 / 편도체, 해마, 대상회, 뇌궁 등을 포함
9. 대뇌피질의 각 영역은 어떤 기능을 하는지 설명하시오.
- 전두엽: 우리 몸의 움직임에 관련된 역할을 수행 / 의사 결정, 계획, 상황 판단, 정서 조절 등 고차원적인 인지 기능 담당
- 두정엽: 촉각이나 통증 등 체감각 정보를 처리한다.
- 측두엽: 청각정보를 분석한다.
- 후두엽: 시각정보를 처리한다.
10. 신경가소성이 제공하는 이점은 무엇인가?
> 환경에 적응하는 데 도움을 준다.
11. 생물심리학의 연구방법으로서 EEG의 장단점은 무엇인가?
> 장점: 침습적인 방법이 필요하지 않으므로 동물과 인간에게 널리 사용하는 것이 가능하다.
> 단점: 뉴런에서 발생하는 전류랑이 너무 미미하고 그나마 강한 전기적 저항을 형성하는 뇌척수막, 두개골 등은 뇌의 심부 영역에서 발생하는 뉴런의 활동이기에 측정이 어렵고 공간적 해상도가 떨어진다.
12. 비침습적 뇌자극법에는 어떤 것들이 있으며 장단점은 무엇인가?
> 경두개 자기 자극법 / 경두개 직류전류 자극법 / 경두개 초음파 자극
*뇌 이미지 출처:
> https://blog.naver.com/momongk/222631787739
> https://blog.naver.com/komeon92/222595948612
> https://blog.naver.com/cpapkorea/222540272863
> https://blog.naver.com/wangnun68/130095985246
> https://blog.naver.com/bbjeju00/222307184735
참고서적: 심리학의 이해 5판 (학지사)
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