뉴런 구조

개요

뉴런(neuron)은 전기 화학적 신호를 생성 및 발화하는 신경계의 주요 세포입니다. 뉴런은 주로 시냅스(synapse)라는 특정 접합부에서 신경전달물질(neurotransmitter)을 사용하여 서로 소통합니다. 뉴런은 다양한 모양과 기능을 가지고 있지만 대부분은 다음과 같은 3개의 주요 구조를 공유합니다: 축삭돌기(axon; 축삭), 신경세포체(cell body)와 거기서 뻗어 나온 수상돌기(dendrite).

뉴런의 구조와 기능

신경세포체(neuronal cell body; 즉 soma)는 세포 기능에 필수적인 핵과 세포기관(organelle)을 가지고 있습니다. 세포체에서 뻗어있는 얇은 구조는 신호의 송수신에 특화되었습니다. 이런 수상돌기는 일반적으로 축삭돌기가 다른 세포에게(예: 뉴런과 근육 세포) 신호를 전달하는 동안 신호를 수신합니다. 뉴런이 다른 세포에 연결하는 지점을 시냅스라고 합니다.

뉴런은 주로 시냅스후 말단(postsynaptic terminal)에서 신호를 입력을 받습니다. 시냅스후 말단은 대개 소극(spine)이라는 수상돌기에서 튀어나온 작은 돌기에 있습니다. 이런 특수한 구조에는 신경전달물질 및 기타 화학 신호의 수용체(receptor)가 포함되어 있습니다. 수상돌기는 종종 고도로 분기해서 일부 뉴런이 수만 개의 신호입력을 받을 수 있게 만듭니다. 뉴런은 가장 일반적으로 수상돌기에서 신호를 수신하지만, 신경세포체와 같은 다른 영역에 시냅스를 가질 수도 있습니다.

시냅스에서 수신된 신호는 수상돌기를 내려와 신경세포체에 전해지고, 세포는 신호를 처리하고 메시지를 보내야 할지를 결정할 수 있습니다. 활동전위(action potential)는 뉴런에 의해 생성되는 주요 전기 신호이며 이를 통해 정보를 다음 세포로 발화합니다. 활동전위는 처음 축삭소구(axon hillock)라는 신경세포체와 축삭돌기 간의 접합점에서 생성됩니다.

축삭돌기의 길이는 다양하고 상당히 길 수 있습니다. 예를 들어 척수에서 다리까지 뻗어있는 것도 있습니다. 더 긴 축삭돌기는 일반적으로 축삭돌기를 절연하는 지질성 미엘린 수초(myelin sheath; 미엘린초)에 싸여 있으며, 전기 신호의 유지에 도움이됩니다. 미엘린 수초는 신경계의 다른 종류의 세포인 신경교세포(glial cell; 교세포; 신경아교세포)에 의해 만들어집니다. 미엘린에 감싸진 축삭돌기에선 활동전위가 랑비에결절(node of Ranvier)이란 미엘린 수초가 없는 반복된 구간에서 축삭돌기의 끝(즉, 시냅스전 말단(presynaptic terminal)까지 도달할 때까지 재생됩니다.

시냅스전 말단에는 신경전달물질을 담은 소포(vesicle)가 있습니다. 활동전위는 소포가 세포막에 융합해 신경전달물질을 시냅스틈(synaptic cleft)으로 방출하도록 만드는 외포작용을 일으킵니다. 여러 신경전달물질은 시냅스후 세포에 다양한 영향을 미칠 수 있습니다. 흥분성 시냅스(excitatory synapse)는 시냅스후 세포에서 활동전위를 시작하는 가능성을 높이고, 억제성 시냅스(inhibitory synapse)는 활동전위의 가능성을 줄입니다.

뉴런의 형태

뉴런의 전체적인 형태는 극단적으로 다를 수 있고 이런 차이는 대개 기능과 관련이 있습니다. 일부 뉴런은 수상돌기에 돌기(process)가 거의 없고, 하나의 축삭돌기만 가지고 있습니다. 어떤 뉴런은 매우 복잡한 수상돌기 가지(arbor)를 가지고 있습니다. 또 어떤 뉴런은 유기체의 전체 길이를 가로지르는 축삭돌기를 가지고 있습니다. 이와 같은 다양한 형태는 뉴런의 유형을 정의하기 위해 자주 사용됩니다. 입력 수 (즉, 시냅스 연결)은 세포가 신호에 어떻게 반응하는지에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 수상돌기의 모양과 가지고 있는 시냅스의 수는 뉴런의 유형을 결정하는 중요한 특징입니다. 말초신경계(peripheral nervous system)에선 수상돌기가 수용야(receptive field), 즉 뉴런이 몸에서 뉴런이 지배하는 영역을 정의할 수도 있습니다.

신경 구조를 시각화하는 기술

19세기 후반부터 20세기 초까지 활약한 스페인의 해부학자 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramon y Cajal)은 개별 뉴런 추적 방법을 개척하고 뉴런의 본질에 대해 통찰했습니다. 라몬 이 카할의 세포 묘사는 오늘날까지도 상당히 세부적인 정보를 제공합니다. 라몬 이 카할은 이탈리아의 생물학자 카밀로 골지(Camillo Golgi)가 개발한 염색 기술을 사용해 다양한 뇌세포의 구조를 시각화했습니다. 또한 뉴런 회로의 일부 기본적인 연결(즉 뉴런 네트워크가 정보를 처리하기 위해 함께 활성화하는 것)에 대한 초석도 쌓았습니다.