학문
전기 신호가 신경을 따라 전달되는 방식은?
안녕하세요. 우리의 몸의 신경들은 전선처럼 작동이 된다고 합니다. 이온 이동이 어떤식으로 신호로 바뀌어 인식이 되고 있는 것인지 궁금합니다.
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요점부터 말씀드리면 신경 신호는 이온 이동으로 생긴 전압 변화가 연속적으로 전달되며 정보로 인식됩니다. 신경세포 막에는 이온 통로가 있어 자극을 받으면 나트륨 이온이 세포 안으로 급격히 들어오며 전압이 변하고 이 변화가 활동 전위라는 신호가 되어 축삭을 따라 도미노처럼 전파됩니다. 이후 칼륨 이온이 나가며 원래 상태로 돌아가고 말단에서는 화학 물질이 분비되어 다음 신경으로 신호가 전달되며 뇌는 이 신호의 빈도와 패턴을 해석해 감각과 생각으로 인식합니다.
신경은 말씀하신 것처럼 전선과 비슷하지만, 전자가 아닌 이온의 이동으로 신호를 만듭니다.
평소 신경세포는 펌프를 이용해 나트륨은 밖으로, 칼륨은 안으로 배치해 세포 안을 음전하로 유지합니다. 하지만, 자극이 오면 나트륨 통로가 열리며 바깥의 양이온들이 안으로 급격히 쏟아져 들어오고 이로 인해 세포 안팎의 전압이 뒤집히는 활동전위라는 전기 에너지가 발생합니다. 이 전압 변화가 도미노처럼 옆 통로들을 차례로 열며 신경 줄기를 따라 빠르게 이동하는 것입니다.
그리고 신호가 신경 끝에 도달하면 화학 물질인 신경전달물질이 나와 다음 신경으로 정보를 넘깁니다.
뇌는 이 전기 신호가 도착한 위치와 빈도를 계산하여 통증, 맛, 소리 등으로 인식하게 되는 것입니다.
안녕하세요.
신경을 따라 전달되는 전기 신호는 신경세포 막을 사이에 둔 이온 농도 변화가 연속적으로 재현되는 생물학적 전기 현상인데요 신경세포는 Na⁺/K⁺ 펌프의 작용으로 세포 밖에는 나트륨 이온이 많고 세포 안에는 칼륨 이온이 많은 상태를 유지하며, 이로 인해 세포막에는 약 –70mV의 전위차, 즉 휴지막 전위가 형성됩니다. 이때 외부 자극이나 다른 신경으로부터의 신호가 들어오면 세포막의 전압의존성 나트륨 통로가 열리면서 나트륨 이온이 급격히 세포 안으로 유입되고, 막전압은 순간적으로 +30mV 근처까지 상승합니다. 이 급격한 전압 변화가 바로 활동전위이며, 이것이 신경에서 말하는 전기 신호입니다. 활동전위가 발생한 부위의 인접한 막도 연쇄적으로 자극을 받아 동일한 과정이 반복되면서, 전압 변화는 파도처럼 축삭을 따라 이동합니다. 이때 실제로 전자가 길게 이동하는 것이 아니라, 각 지점에서 이온의 이동으로 동일한 전압 변화가 새롭게 만들어지는 방식으로 신호가 전달됩니다.
전압이 최고치에 도달하면 나트륨 통로는 닫히고 칼륨 통로가 열리면서 칼륨 이온이 세포 밖으로 빠져나가 전압이 다시 음전하 상태로 돌아가게 되는데, 이를 재분극이라고 합니다. 이후 Na⁺/K⁺ 펌프가 작동하여 이온 분포를 다시 원래 상태로 회복시킴으로써 다음 신호를 준비합니다. 이러한 과정이 매우 빠르게 반복되면서 신경 신호는 한 방향으로 전달되며, 특히 수초로 덮인 신경에서는 전압 변화가 결절 사이를 도약하듯 이동하여 더욱 빠른 전도 속도를 나타냅니다.
이때 뇌는 이 전기 신호의 크기보다는 활동전위가 얼마나 자주, 어느 신경 경로에서 발생하는지를 해석하여 감각과 운동, 사고와 감정 같은 다양한 정보를 구분합니다. 결국 모든 감각과 생각, 움직임은 이온의 미세한 이동이 만들어내는 전기적 패턴을 뇌가 의미로 번역한 결과라고 할 수 있습니다. 감사합니다.