Physiological Psychology 1 PSY 211 5. 신경전달물질, 약물, 행동 Dept. Dept. of of Psychology, Ajou Univ. Ajou Univ. Kyungil Kim E-mail: kyungilkim@ajou.ac.kr URL: http://ajou.ac.kr/~tetross
Physiological Psychology 2 Introduction 뉴런의축색은정보전달을위해화학물질을방출 : 신경전달물질 (neurotransmitter) 신경전달물질의임무 : 목표뉴런과의사소통 어떤화학물질의신경전달물질로서작용여부를판단하기는어려움 예 ) Acetylcholine: PNS (O) but CNS (X) 목표뉴런의수용기에도달하면, 시냅스후막에있는단백질분자 (protein molecules) 가그전달물질을확인 (recognition)
Physiological Psychology 3 시냅스공간에방출되는신경전달물질 거의 100 여개에달하는신경전달물질을현재까지발견 많은뉴런들은 2, 3 혹은그이상의신경전달물질을담당 신경전달물질의효과 Ionotropic: Fast receptor Metabotropic & 2 차메신저시스템 : Slow receptor Fast receptor (ionotropic receptors): change its shape to open ion channel Slow receptors (metabotropic receptors): alter chemical reactions within target cell What s the difference? See Appendix A
Physiological Psychology 4 약물, 시냅스, 그리고행동 모든동물들은일반적으로같은종류의신경정달물질들을사용 동물들이먹는식물들역시이들중대부분을사용 행동에영향을미치는약물들은신경전달물질들의활동과동일한혹은반대되는효과를지닌다. 약물효과의두형태 길항제 (antagonist; 拮抗劑 ): 신경전달물질의효과를차단하는약물 효능제 (agonist; 效能劑 ): 신경전달물질의효과를증폭시키거나흉내내는약물
Physiological Psychology 5 Outline 1. 신경전달물질체계의작동 뇌에서복잡한배열을구축 ( Neurotransmitter systems form a complex array in the brain. ) 주생산지와투사경로가존재 2. 약물은어떻게뉴런의연결과시냅스에의한정보전달에영향을미치는가 3. 약물의종류 : 기능적분류에의해구분 Opiates / Marijuana / Alcohol / Anxiolytics / Stimulants
1. Synaptic Transmitters Physiological Psychology 6 Amines Quaternary amines - ACh Monoamines Catecholamine: NE / Epinephrine (Adrenaline) / DA Indolamine: Serotonin (5-HT) / Melatonin Amin Acids Excitatory: Glutamate / Aspartate Inhibitory: GABA / Glycine Neuropeptides Opioid peptides: Enkephalins / Endorphins / Dynorphins Peptide Hormones: Oxytocin / Substance P / CCK / Vasopressin / NPY
Physiological Psychology 7 1-1.Acetylcholine(Ach) 아세틸콜린이란? 최초로발견된신경전달물질 (in 1914 by Henry Hallett Dale) 피질과해마에서광범위하게활동 파괴? Alzheimer s disease 점진적으로기억과학습능력에손상 일상생활에필요한기초적추론, 판단, 의사소통능력도동반적으로상실 따라서성격과행동에도변화를초래 : 긴장감, 의심과동요, 망상, 환각 Implication 학습과기억에대한아세틸콜린의중요성
Physiological Psychology 8 1-1. ACh 의행동적역할 수면 ( 상태 ) 의조절 (regulation) ACh 수용기의두가지형태 Nicotinic receptors Ionotropic / 빠른반응, 흥분성효과 / 큐라레 (curare) 라는약물에의해차단 Muscarinic receptors G-protein coupled (metabotropic) receptors: 따라서느린반응 흥분성과억제성모두존재 atropine / scopolamine 등과같은약물에의해차단 a. In the movie The Rock : Atropine must be injected into the heart in order to survive VX gas exposure.
Physiological Psychology 9 1-2. 5 monoamines: 두종류 Catecholamine: dopamine, epinephrine, norepinephrine Stress related Indolamines: melatonin, serotonin coumpounds such as Lysergic Acid Amide and LSD. 하나의아미노산으로부터추출 타이로신추출 - 카테골라민트립토판추출 인돌아민둘모두음식물에포함 육류와유제품에많이함유
Physiological Psychology 10 1-2.A. Dopamine (DA) 2 systems: Mesostriatal & Mesolimbocortical Mesostriatal system ( 운동 ) 중뇌의흑질 (substantia nigra) 에서생산 신경세포의종류는많지않으나뉴런당수천개이상의시냅스 손상 안정시진전 (resting tremor; link #1, #2) 혹은완전한마비 (Parkinson s disease) Mesolimbocortical system ( 정서 ) ventral tegmental area 에서생성 / 변연계와피질로투사 과다활동 schizophrenia
1.2.B. E & NE Physiological Psychology 11 Epinephrine (E) = Adrenalin (but this is a brand name) 연구자들은에피네프린이라는용어를사용주의와각성과관련 / 호르몬으로작용 (e.g., 부신 ; adrenal gland) Location? Pons Norepinephrine (NE) - 분노의호르몬 Noradrenergic / 중추신경계에서는억제성그러나신경계외부에서는흥분석 ( 많으면흥분성 / 적으면우울관련 ) 도박중독과관련 (see Appendix H) Location 주로소뇌, 중뇌부위 Projection (to) cerebrum, cerebral cortex, thalamic nuclei, spinal cord 매우광범위한투사범위 다양한행동 / 생리적인측면에서운동, 기분, 동기, 주의등을통제하거나관여 아마도신경계내 / 외부에서의역할이다름에기인하는듯.
Physiological Psychology 12 1-2.C. Serotonin (5-HT) 5-HT? 5-Hydroxytryptamine Location: raphe nuclei (midbrain) Pathway: from dorsal raphe nuclei to so many cites 기능 수면상태의조절 따라서 5-HT activity 를증가시키는약물은 효과적인항우울제 (antidepressants) 의역할 (e.g., Prozac)
Physiological Psychology 13 1-3.A. Amin Acids(AA) - Glutamate (1) 가장흔한신경전달물질 2 prominent excitatory AA: Glutamate, Aspartate 2 prominent inhibitory AA: Gamma-Aminobutyric Acid (GABA), Glycine Glutamate 주로 ionotropic receptors 를사용 AMPA / Kainate / NMDA receptors 학습과기억과관련 선별적길항제로서활동 일부는 metabotropic receptors 도사용 Act more slowly / Work through second messengers
Physiological Psychology 14 1-3.B. Glutamate & GABA Excitotoxity of Glutamate GABA Gluatamate 시냅스의활동과관련 Glutamate 에의해탈분극이지나치게오래지속되면뉴런의손실이발생 neural injury 신경의억제 (neural inhibition) GABA 의활동을방해하는약물은 seizures or epilepsy Especially in childhood
Physiological Psychology 15 1-4. Peptides Opioid peptides Can mimic opiate drugs such as morphine Met-enkephalin, Leu-enkephalin, β-endorphin, dynorphin Peptide hormones Found in the gut and spinal cord or brain Substance P, cholecystokinin (CCK), neurotensin, neuropeptide Y (NPY) Pituitary hormones Oxytocin, vasopresin
Physiological Psychology 16 2. 약물의영향 약물은뉴런과시냅스의다양한단계에개별적영향 시냅스전 신경전달물질의방출에주로영향 시냅스후 수용기의활동을차단수용기의활동을지나치게연장
Physiological Psychology 17 2-1. 약물의시냅스전에대한영향 (1) 축색의전송을차단 Colchicine 세포체에서형성된효소가시냅스전단계에서신경전달물질로대체되지못함 신경전달물질의생성자체를방해 통풍의치료에사용 (goat: 痛風 ) 카테콜라민계열의전달물질의저장을방해 Reserpine ( 血壓降下劑 ) 특정 toxin 들 : 특정전달물질의방출을방해 Botulinum toxin: Ach 의방출을차단 (link #1, #2) Tetanus ( 破傷風 ; lockjaw): 억제성시냅스를방해하는치명적독소를방출 / 근육의강한비자발적수축을유발
Physiological Psychology 18 2-1. 약물의시냅스전에대한영향 (2) Snakeroot is the source of reserpine Tetanus
Physiological Psychology 19 2-1. 약물의시냅스전에대한영향 (3) Neuromodulator 신경전달물질은아니지만시냅스의정보전달의효과를조절 Stimulants Amphetamin: 카테콜라민계열의전달물질방출을촉진 / 해당시냅스도활성화 Caffeine: 인위적이고일시적인각성 / 장기적으로는피로 카테콜라민의방출을촉진 각성 아데노신의활동을방해 ( 아데노신수용기에대신작용 ) Adenosine? 카테콜라민방출을억제 / 그러나발기등성기능과관련 몸이피곤하면 ( 즉, 신경계가활동하면 ) 그부산물로아데노신을생성하는데이를카페인으로계속방해하면만성적인성기능장애유발이가능
Physiological Psychology 20 2-2. 약물의시냅스후에대한영향 Curare: nicotinic ACh 수용기를차단 골격근의마비 / 심지어는심장근의마비도유발하여호흡불능을초래 Nicotinic?: 신경과골격근들간의시냅스 행동이상은전달물질수용기들이차단될때만발생하는것이아니라수용기의활동이지나치게연장될경우에도발생 Excitotoxity of Glutamate Neural Injury
Physiological Psychology 21 3. 기능에기초한약물의분류 아편제 (Opiates) 고통의경감 마리화나 (Marijuana or hashish) 다양하고광범위한효과 알코올 (Alcohol) 우울제 / 진정제로서의역할 불안완화제 (Anxiolytics) 항긴장제 흥분제 (Stimulants) 신경계의활동을증가 환각제 (Hallucinogenic drugs) 감각 / 지각의인위적변화를유발 (some) 기분전환용약물 (Recreational drugs) 매우장기적인효과 / 영향
Physiological Psychology 22 3-1. 아편제 (1) 아편 (opium) 모르핀 다양한물질의혼합이나주성분은모르핀 (morphine) 최초의사용목적은의학적진통제 (analgesic; painkiller) 헤로인 (heroin): 모르핀을중독성있게인위적으로조작 Opiate( 혹은 opioid) receptor 의위치 변연계와시상하부영역 ( 정서와의연관성 ) / 청반 (locus coeruleus; 후뇌의뇌교부근 / 금단현상과관련 ) / in the gray matter 중뇌수도관주위회색질 Periaqueductal gray ( 고통정보의전달과그에대한방어적행동을담당 ) 이영역들에모르핀을투입하면진통 / 무통 ( 無痛覺症 ) 을유발
Physiological Psychology 23 3-1. 아편제 (2) Enkephalins 고통의경감 모르핀분자와엔케팔린분자사이의공통부분이 Opioid receptor 를형성 내생 ( 內生 ; Endogenous) 아편제 엔도르핀 (endorphin) 이주성분 The brain s own morphine
Physiological Psychology 24 3-2. 마리화나 주성분 : tetrahydrocannabinol (THC) General term: cannabinoids 효과의강도에있어서매우심한개인차 미미한효과 ~ 환각적효과 cannabinoid receptors 의분포 substantia nigra, hippocampus, cerebellar cortex, & cerebral cortex Anandamide (from the Sanskrit ananda, bliss ) THC 수용기에작용하는내생물질 효과 : 고통에대한민감도감소 / 저체온증 (hypothermia; 底體溫 ), 감약증 (hypomotility; 減弱症 ; 주로소화기관의근육활동의감소 ) / 강경증 (catalepsy; 强硬症 ) Are you unhappy? Take Chocolate? Issue: chocolate addiction? (also see Psychoactive food )
Physiological Psychology 25 3-3. Alcohol (1) 기본기능 : 우울제 (depressant) Restraint / relaxation / tranquilization 신경계에대한작동은 2 개의국면을지님 (Biphasic) An initial stimulant phase A more prolonged depressed phase 지속적사용 신경세포의손상유발 만성알콜중독 심각한티아민 (thiamine) 결핍 뉴런의퇴화 (neural degeneration) 와 Korsakoff s syndrome 유발알코올의중지로부분적인복구는가능 Cerebellar neuron 의시냅스수회복 (i.e., neural plasticity)
Physiological Psychology 26 3-3. Alcohol (2) 알코올의뇌에대한효과 Basis: 알코올과 GABA (it s inhibitory) 간의상호작용 Others: 도파민경로 (i.e., euphoriant properties) 에영향 유전적요소 알콜중독자의 20~50% 가다시금알콜중독자 유전적취약성이스트레스환경과결합 alcoholism
3-4. 불안완화제 (Anxiolytics) Physiological Psychology 27 알코올, 아편제, 바비트루산 (barbiturates) 등도긴장을완화시키나일반적으로비정상적. Benzodiazepines GABA 수용기의활동을촉진수면제의주성분 (so, for insomnia) 대응되는내생물질은? Allopregnanolone (hormone): 호르몬의일종인프로제스테론 (progesterone ) 으로부터파생되는스테로이드계열약물 스트레스 allopregnanolone 의유도 / 방출 진정효과 (calming effect) ( 알코올은 allopregnanolone 의집중을증가 ) 따라서알로프레크나놀론의행동은밴조다이아제핀함유약물에의해모방이가능 (Chili) pepper 의캅사이신 (capsaicin) 도함유
Physiological Psychology 28 3-5. Stimulants (1): 니코틴 (Nicotine)-Tobacco ACh receptors 중 nicotinic receptor 를활성화위치 : 자율신경절 (autonomic ganglia in spinal cord) & CNS 기능 (entering into bloodstream) 교감신경절을직접적으로자극부신 (adrenal gland) 을자극하여 epinephrine 호르몬을간접분비 효과심박률과혈압증가위의염산 (hydrochloric acid; 위산의주성분 ) 분비촉진 / 위의활동을촉진이러한효과는담배의타르등이폐에미치는영향과는별개
Physiological Psychology 29 3-5. Stimulants (2): 코카인 (Cocaine) Partner: NE / 코카관목잎으로터추출된 Alkanoid 코카잎의사용자체는문제를야기하지않음 1890 년대 ( 중독성이발견시점 ) 까지, 코가인은국부마취, 진통제로사용 1960 년대암페타민에대한금지가법제화되어가격이상승하자코카인사용이다시증가 Crack (a smokable form of cocaine): 코카인가루보다강한중독성혈액에침투하고뇌에보다빠르게전달 Cocaine-binding sites: putamen( 피각 ), caudate( 미상 ), amygdala, cortex 모노아민계열의전달물질 ( 특히, NE) 을차단카테콜라민계열의전달물질재흡수 (reuptake) 를차단 효과통렬한스트로크를유발대뇌의혈류에장기적변화를초래태아시기의노출 지적발달손상 ( 주로초점주의관련 )
Cocaine Physiological Psychology 30 Crack cocaine
코카인사용의대중화시절 Physiological Psychology 31
Physiological Psychology 32 3-5. Stimulants(3): Amphetamine (A) 카테콜라민계열의전달물질과유사한구조 작동 # known as speed 시냅스전터미널에서 : 카테콜라민계열의전달물질의방출을촉진 아무런신경충동을전달받지못하더라도.. 전달물질방출이후에도 : 카테콜라민의시냅스전으로의재흡수 (reuptake) 를차단하고더오래수용기에부착되어있게함으로써효과를지속 / 증대
Physiological Psychology 33 3-5. Stimulants(3): Amphetamine (B) 효과 각성감을연장 / 심지어는쾌락감 (euphoria) 도유발 지루함 / 따분함을덜느낌 단기적사용은일에대한동기를유발시키나인지적능력자체를향상시키는것은아님 혈압상승 / 떨림 (tremor) / 현기증 / 땀흘림 / 가쁜호흡 / 구역질 그러나종종 ADHD(Attention Deficit Hyperactivity Disorder) 처방에사용 고등학교와대학에서가장빈번하게사용되는마약이되어버린이유 (Methylphenidate) 코카인과암페타민의차이 ( 시냅스상에서 ) 코카인은카테콜라민의재흡수에만관련
Physiological Psychology 34 Reuptake? 시냅스공간에방출된전달물질의재흡수 Problems in reuptake? 과다한활동을유발신경의손상및행동적이상초래
Physiological Psychology 35 3-5. Stimulants(3): Amphetamine (C) 장기적복용에따른 2 가지결과 내성 (Tolerance) 반복적인사용으로인해동일한효과를얻기위한약물의양이점진적으로증가 ( 약물에대한점진적인둔감화에기인 ) How? 약물의과다자극으로인해수용기의수감소 불면, 체중의급격한감소, 신체적 / 심리적퇴화 편집증적정신분열증 (paranoid schizophrenia) 증세에접근교차내성 (Cross-tolerance)?: 한약물의반복적사용이다른약물의효과를얻기위한역치값을증가시킴 알코올 진통제 or 마취제 ( 자료 1) 민감화혹은예민화 (Sensitization) 내성의반대, i.e., 과민감화 (hypersensitivity) 약물의반복적사용이점차적으로더큰효과를유발약물남용에의한장기적뇌구조변화에기인 Example: Methylphenidate (used for ADHD) 지나친각성작용으로과잉집중 ( 즉, 폭력성 ) 유발
Physiological Psychology 36 Methylphenidate as a amphetamine 암페타민과구조적으로매우유사 뇌의주의력을관장하는부분을자극 강력한중추신경자극제 ADHD 70~80% 가메칠페니데이트복용으로효과를경험한다고보고 문제점 ADHD 아동뿐아니라모든사람에서동일한약효 기면증 (Narcolepsy) 에도사용 미국의대학생들사이에서가장많이오용되는약물중하나 : 시험을앞두고밤샘공부를할목적으로이약을복용 약효가발휘되는동안긴장과집중의유지를도우나장애를완치와는무관 국내시판 : 페니드 / 메타데이트는 / 콘서타
Physiological Psychology 37 3-5. 환각제 (hallucinogenic drugs) LSD (Lysergic acid diethylamide) 발견자 : Albert hofmann (1943) father of LSD 1 mg 의일부라도환각을충분히유발 Phencylidine (commonly known as PCP, angel dust ) 진통 / 마취제로개발 (1956) PCP 에대한독소중독적 (toxic) 반응 소량 combativeness, catatonia ( 緊張症 ) 다량 convulsions, coma ( 며칠이상지속 ) / confusion ( 몇주이상지속 ) 그유사성으로인해정신분열증의화학물질적이해에도움 신경독소적 (neurotoxic) effects 해마와 cingulate gyrus 에걸친광범위한퇴화
3-6. Recreational drugs Physiological Psychology 38 Issue 수많은광고, 캠페인, 연구들이마약의단기적인효과에만초점 그러나 recreational drugs 에의한뇌의변화는몇달이상지속 (i.e., long-term effect). Ecstasy (MDMA; 도리도리, Adam) 세로토닌생산뉴런에장기적인영향 정신과적 / 인지적영향력도매우오랜기간동안지속 Examples MDMA 사용후 18 개월동안어지러움경험이가능 원숭이에대한 4 일간의노출이 6~7 년의지속적뇌손상을유발 MDMA Ecstasy
Physiological Psychology 39 Appendix.A. Ionotropic vs. Metabotropic Source: http://hebb.mit.edu/courses/8.515/lecture1/sld037.htm
Physiological Psychology 40 Appendix.B. Catecholamine 혈액에서높은카테콜라민수준은스트레스와연관 카테콜라민은신체로하여금활동을준비하는생리적변화를초래 (fight-orflight response). 관련현상 : 심박률, 혈압, and 혈당 (blood glucose) 수준의증가 tolcapone (tasmar) 와같은약물은모든종류의카테콜라민수준을증가 Parkinson Diseases 의치료에사용 Catecholamines have the distinct structure of a benzene ring with two hyroxyl groups and an amine group. They have a half-life of approximately a few minutes when cirulating in the blood and are formed from the amino acid, Tyrosine.
Physiological Psychology 41 Appendix C. 강경증 (Catalepsy) 증상 : 사지의경직과고통에대한극도로감소된민감도 발생 증상 매우광범위 : schizophrenia, Parkinson's disease and epilepsy, 코카인금단형상에서도발생 경직된신체와사지 / 사지가같은동작을유지 / 무감각및무반응 / 근육통제력상실 / 호흡능력도저하 그결과로정서적쇼크도동반 장례식장에서되살아난사람들 강경증으로고생하는사람들은종종사망한것과같은경직성에의식없음을동반하기때문사망선고를잘못받는경우발생
Physiological Psychology 42
Physiological Psychology 43 Appendix D. Korsakoff s syndrome (1) 증상심각한순행 / 역행성기억상실증 & 작화증 (confabulation; 作話症 ). Confabulation: 기억장애등으로공상을실제경험담처럼말하며자신은그허위를인식하지못하는증세 / 시간순서의혼동도매우빈번대부분만성알콜중독으로인한티아민 (Vitamin B1) 부족으로발생 원인신경의손실, 신경교증 (gliosis), and hemorrhage in mamillary bodies. Damage to the dorsomedial nucleus of the thalamus is also associated with this disorder. 처치 thiamine injection / 그러나회복은매우느리고완전하지못함콩, 현미, 돼지고기 Example / Case study Oliver Sacks: The lost mariner in the The Man Who Mistook His Wife for a Hat. More information: link #1, #2
Physiological Psychology 44 Appendix D. Korsakoff s syndrome (2) Thiamin (Vitamin B1)
Appendix.E. Raphe Nuclei Physiological Psychology 45
Physiological Psychology 46 Appendix.F. Parkinson s disease (1) 증상다리의떨림증 (tremor), 근육이뻣뻣한경직 (rigidity), 몸동작이느려지는운동완서 (bradykinesia) 의세가지대표적인증상을보이는만성진행성신경질환영국의사 James Parkinson 이최초로언급 (1817) What cause this disease? substantia nigra 지역의뉴런들이점진적으로감소 / 파괴이지역의뉴런들은정상활동시도파민을생산도파민은 substantia nigra 와 corpus striatum 간의커뮤니케이션을매개 / 이커뮤니케이션이부드럽고균형잡힌근육의움직임을조절 / 따라서도파민의결핍은신체동작의조절능력의손실을초래 방지 / 예방? 현재까지완전한치료법은알려져있지않음. But, there are several treatment options, including drug therapy and/or surgery that can reduce the symptoms, and make living with the disease easier.
Physiological Psychology 47 Appendix.F. Parkinson s disease (2)
Physiological Psychology 48 Appendix G. 뇌가취하면? 왜술에취하면매우다양한종류의부적효과를경험하는걸까? 알코올은매우많은종류의뇌부위에영향 술많이드셨어요? 뇌의각부위가담당하는기능을복습해볼수있는기회 http://article.joins.com/article/article.asp?total_id=2687862
Physiological Psychology 49 Appendix H. NE 와도박? Takahashi et al. (2012) People with lower levels of the norepinephrine transporter in the brain are much more likely to keep trying their luck even after it has long since run out. Those with lower levels of transporters tend to absorb less extracellular norepinephrine, leaving more of it inside the brain. According to the researchers, this is what dulls their sense of loss. 실험남성 19 명에게동전게임부여 / PET 로 NE 수준측정 NE 와의관계 돈을잃으면어떻게하지? 라는불안감소적은금액을받아도도박행동을기꺼이시작참고 : 한글화된인터넷자료에서낮은수준의 NE 로오해 Takahashi, H., Fujie, S., Camerer, C., Arakawa, R., Takano, H., Kodaka, F.,... Suhara, T. (2012). Norepinephrine in the brain is associated with aversion to financial loss. Mol Psychiatry. doi:
Physiological Psychology 50 Appendix I. Some more useful WWW http://bbs.radiology.or.kr/words/ http://www.kmle.co.kr/ http://www.busandrugfree.or.kr/htm/info01_08.htm For barbiturates http://www.cwu.edu/~jenkinsa/barbiturates/sld001.htm