전정계

전정계(vestibular system)는 균형감각과 공간지향감을 제공하는 내이(inner ear) 구조의 집합입니다. 이 시스템은 달팽이관(cochlea; 와우관)과 두 개의 이석 기관(otolith organs)인 난형낭(utricle)과 구형낭(saccule)을 포함하여 구조물로 구성되어 있습니다. 또한, 미로 같은 내이는 서로 다른 평면을 지향하는 세 개의 반고리관(semicircular canal) —전반고리관(superior semicircular canal; 앞 반고리관), 후반고리관(posterior semicircular canal; 뒤 반고리관), 수평반고리관(horizontal semicircular canal; 옆 반고리관)—을 포함합니다.

이 모든 구조는 전정 유모세포(vestibular hair cell), 즉 전정계의 감각수용체(sensory receptor; 감각수용기)를 포함합니다. 이석 기관에서 유모세포는 이석막(otolithic membrane)이라고 불리는 젤라틴층 아래에 위치하는데, 이 층은 탄산칼슘 결정(calcium carbonate crystal)인 이석(otoconia)을 포함하고 있어 상대적으로 무겁습니다. 머리가 기울어지면 이석막이 움직이면서 유모세포의 부동섬모(stereocilia) 휘어집니다.

반고리관에서는, 유모세포의 섬모가 젤라틴 팽대정(cupula) 안에 들어있으며, 이 팽대정은 내림프액(endolymph fluid)으로 둘러싸여 있습니다. 머리가 회전 가속 및 감속과 같은 움직임을 경험하면 유체가 움직여 팽대정이 그 안의 섬모를 구부립니다.

청각 유모세포와 유사하게, 가장 높은 섬모 쪽으로의 변위는 기계적 자극 의존성 이온 통로(mechanically-gated ion channel)가 열리게 하고, 세포를 탈분극(depolarization)시키고 신경전달물질(neurotransmitter) 방출을 증가시킵니다. 가장 짧은 섬모 쪽으로의 변위는 세포를 과분극(hyperpolarization)시키고 휴식할 때보다 신경전달물질 방출을 감소시킵니다. 이런 식으로, 머리 움직임은 신경 신호로 변환됩니다.

전정 유모세포는 미로 같은 구조 내에서 서로 다른 방향으로 향하며, 미로 같은 구조 자체도 다른 방향으로 향해서, 머리 움직임의 다양한 유형과 방향을 감지할 수 있습니다. 이 정보는 미로를 통해 전정신경(estibular nerve)을 통해 뇌줄기(brainstem; 뇌간)와 소뇌(cerebellum), 그리고 특정 시신경 근육(optic muscle)으로 보내집니다. 이를 통해 전정안반사운동(vestibulo-ocular reflex)과 같은 빠른 운동 반응이 가능하며, 이는 눈 위치를 조정하여 머리가 움직이는 동안 시선을 안정시킵니다.

뇌에서는 양쪽 귀의 전정 정보가 시각 정보와 같은 다른 유형의 감각 정보와 통합되어 공간 방향화(spatial orientation)를 돕습니다. 일부 전정 정보는 시상(thalamus)을 통해 대뇌 겉질(cerebral cortex; 대뇌 피질)로 보내져 공간에서의 방향 감각 인식을 보조합니다.