Physiological Psychology 1 PSY 211 02. 신경해부학 : (Functional) Neuroanatomy 신경계와행동 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 Intro On a small scale. 신경계는세포 (cell) 들로구성 우리는그중뉴런이라는특정한형태의세포에관해공부 ( 이번장 ) On a large scale. 신경계는중추 (central) 구역과말초 (peripheral) 구역으로구성 : 중추신경계 vs. 말초신경계 뉴런에대한이해를마친후공부 ( 다음장 )
Physiological Psychology 3 1. 신경계의세포 뇌를구성하는두가지형태의세포 뉴런 (neuron): 정보를받고, 처리하고, 전달 교세포 (glia or glial cells): 지지기능 ( 구조의유지, 영양분공급, 청소등 ) The neuron doctrine 뉴런은신경계의기본적구조단위이며가장핵심적인단위 Santiago Ramon Cajal: 뉴런들은서로매우가깝게위치하고있지만연속되어있는것이아니라분명히떨어져있다. 즉, 뉴런들은매우좁은틈 (tiny gap) 을경계로서로에게분리되어있다.
Physiological Psychology 4 Are Nerve Cells Continuous or Separate? Camilio Golgi (1843-1926) 세포들은연속적이라고생각 1 에서 100 개정도의뉴런들만관찰가능한신경섬유조직을가정 Santiago Ramón y Cajal (1852-1934) 뉴런들은각자가독립적이며서로인접해있지만연속적이지않다. Ramó n y Cajal Cells of Cerebrum
Physiological Psychology 5 1-1. Neuron doctrine Doctrine 1: 뇌는각각분리되어있는뉴런들로구성되어있다. 이뉴런들은, 구조적, 신진대사적 (metabolic), 그리고기능적으로독립적이다. Doctrine 2: 정보는세포들간의좁은공간을통해전달된다 이공간을이후시냅스 (synapse) 라부름 뇌내에있는또다른형태의세포인교세포 (glial cell, glia or neuroalia) 는뉴런의활동을보조한다.
Physiological Psychology 6 이사실이왜중요한가? 뉴런들은 떨어져 있다? 상호연결 (Interconnection) 뉴런들사이에는 틈 (gap) 이있다? 뉴런의 숫자 보다훨씬더많은연결이가능하다. So what? 가소성 (Plasticity)!! Development Recovery Influence of Experience These are why we can think/change and are different each other!
1-2. 뉴런의구조 Physiological Psychology 7 3 대주요요소세포체 (cell body or soma): 핵이존재 / 유전및신진대사기능수상돌기 (dendrites): 다른뉴런으로부터전달되는정보를수용축색 (axon): 신경정보를다른뉴런으로전달 / A single extension 기타수초 (myelin): 지방성물질 / 축색을둘러싸고있는절연물질 / 축색의정보전달속도와정확성을보조 뉴런의연구는매우정교한기법이필요종류에따라다양한형태와크기가존재
Physiological Psychology 8 1-3. 교세포 (A) 뉴런하나마다보통 10 개의교세포가지지기능을수행 http://www.prit.go.jp/en/pgeriat/astro640.jpg 그러나크기는뉴런의 1/10 각기다른종류의교세포는다른기능을수행 http://www.usuhs.mil/nes/oligoweb1.gif http://www.prit.go.jp/ja/pgeriat/micro640.jpg 성상세포 (astrocytes) 가장큰교세포 / 별모양 혈뇌장벽의구축에관여 : 혈액과뉴런사이에화학물질들을교환 핍돌기세포 (Oligodendrocytes for CNS) & 슈반세포 (Schwann Cells for PNS) Structure & insulation: 각자해당지역에서수초 (myelin) 의형성을유발
Physiological Psychology 9 1-3. 교세포 (B) 미교세포 (Microglia) Waste removal: 신경계로부터부스러기와같은불필요한물질을제거하는식세포 (phagocytes) 의기능 지나치게활동하면다발성경화증, 알츠하이머병과같은신경퇴행성질환을유발 방사형교세포 (Radial glia) 태아의뉴런발달을안내 교세포는적절한수가적절한수준의활동을해야정상적인뇌활동및유지가가능
Physiological Psychology 10 What neurons do! 1. 정보의전달 (transmission) From the skin 척수 (spinal cord) 의수용기 (receptor) Make decision with input information (like telegraph wire) 2. 정보의처리 (processing) A neuron has electricity With this electricity b/w neuron transmitting is occurred in synapse transmitting Sensory input Brain Processing or Decision making Motor action
Physiological Psychology 11 2. 신경계의정보전달 / 처리원리 뉴런의세포체와수상돌기는시냅스를통해다른뉴런으로부터정보를입력 시냅스와시냅스관련영역의 3 대주요요소 시냅스전 (Pre-synaptic) 영역 : 축색종말 (axon terminal) 의팽창 synaptic button 시냅스후 (Post-synaptic) 영역 : 추상돌기혹은세포체의표면에있는막 시냅스틈 (cleft) = 시냅스공간 시냅스공간에서한뉴런은다음뉴런으로정보를전달하기위해신경전달물질을방출
Physiological Psychology 12 화학적원리원리와전기적원리 뉴런이정보를전달하는방식은두가지과정 ( 원리 ) 을포함한다. 화학적원리 ( 뉴런간 ) 1 신경전달물질을사용한정보전달 전기적원리 ( 뉴런내 ) 1 신경전달물질을방출하기위한에너지의마련 2 활동전위 활동전위발생후신경전달물질을이용한화학적시냅스시작
Physiological Psychology 13 시냅스에서의정보전달 Another determinants for the kinds of synapse!
Physiological Psychology 14 Decision maker - Threshold value - Ending distribute Integrator
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Physiological Psychology 16 2-1. 뉴런간의의사소통동력 : 활동전위 활동전위 (action potential) 뉴런간의사소통은전기적 / 화학적방법을통해가능 뉴런의막 (membrane) 내부로유입되었다가다시방출되는양 (+) 이온에의해유발된다. 활동전위의유발 특정강도혹은역치이상의자극에대해유발 따라서모든자극이활동전위를유발하는것은아님 뉴런의종류에따라반응하는자극의종류는다양 ( 빛, 화학물질, 소리, 압력등 )
Physiological Psychology 17 활동전위의과정 초기 ( 혹은휴지 ) 상태 : 뉴런의내부전위가 (electrical potential) ~ - 70mV ( 휴지기전위 : resting potential) 탈분극 (depolarization) 자극이도달하면막의 Na+ Channel 게이트가열린다. 막외부에는 Na+ 밀집도가높기때문에뉴런내부로유입 막내부의전위가 ~ +40 mv 로상승 재분극 (repolarization) 탈분극은이후 K+ Channel 게이트도여는데, 이때 K+ 이온이뉴런밖으로유출 이는초기의전위값인 ~ -55 이하로재설정 감각불응기 (refractory period) K+ 이축색에서나가고뉴런내부전위가다시초기값으로설정되는위의시간동안 (~ 1 msec), 자극강도에상관없이새로운활동전위생성이불가능 / 이기간동안휴지기전위이하로전위가하강
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Physiological Psychology 20 Need simulations? http://www.blackwellpublishing.com/matthews/channel.html http://www.tvdsb.on.ca/westm in/science/sbioac/homeo/acti on.htm
Physiological Psychology 21 그렇다면세포내의남은 Na+ 들은? 휴지상태의 Na+ 비율 외부내부가 10:1 의비율을유지 How? 1 나트륨 - 칼륨교환펌프 : 1 번가동될때마다나트륨이온 3 개를축색밖으로보내고칼륨이온 2 개를축색안으로유입 2 투과성 : 나트륨에대한막의투과성이더낮으므로밖으로내보내진나트륨이막내부로들어오지못함. 이때내부의음전하들이칼륨이온을끌어당기고외부의나트륨이온들은칼륨을밀어냄 재분극에도달하게되면나트륨 - 칼륨교환펌프가다시작동해서두이온의비율을원래상태로재배치
Physiological Psychology 22 Summary On a small scale 신경계는세포 (e.g., 뉴런 ) 로구성 뉴런은정보를전달하고처리 뉴런은시냅스를통해서로연결 How? Electrically / Chemically On a large scale 신경계는중추와말초구역으로구성 다음시간부터.. We re going to talk about CNS!
Physiological Psychology 23 혈뇌장벽 (Blood-brain barrier; BBB) 활동부위 / 구조뇌와척수에서주로활동막 (membranic) 구조물 : i.g., 장벽 기능혈류로부터유해물질유입을차단 How? 모세혈관의투과성이비교적다른모세혈관의투과성보다떨어지기때문이다. 유발장애뇌수막염, 다발성경화증 (Multiple sclerosis), 알쯔하이머병등매우다양