신경전달물질
70가지 이상의 상이한 신경전달물질이 확인되었고, 다른 것들도 발견될 것이 확실하다. 어떤 전달물질은 한 가지 유형 이상의 수용기와 결합할 수 있고 상이한 수용기 유형에 따라 상이한 효과를 초래한다. 예를 들면, 신경전달물질인 글루타메이트는 최소한 10가지 유형의 수용기를 활성화시킬 수 있으므로 뉴런으로 하여금 동일한 신경전달물질에 대해 상이하게 반응할 수 있게 해준다. 어떤 신경전달물질은 두 가지 유형의 수용기 분자에 관여하기 때문에 어떤 부위에서는 흥분적이고 다른 부위에서는 억제적이다. 이 장에서 우리는 신경계에서 신경전달물질에 대한 모든 것을 논의 할 수는 없다. 대신에 우리는 행동에 영향을 주는 몇 가지에 초점을 맞출 것이다.
Ⅰ. 아세틸콜린
아세틸콜린(Acetylcholine)은 신경계의 많은 시냅스에서 존재한다.
그것은 보통 흥분적이나 수신 뉴런의 세포막에 있는 수용기 분자의 유형에 따라 억제적일 수도 있다. 아세틸콜린은 특히 새로운 기억의 형성에 핵심적인 역할을 하는 해마(Hippocampus)라고 불리는 전뇌 영역에 많이 분포되어 있다. 이 전달물질은 노인에서 기억 및 다른 인지적 기능의 손상을 초래하는 심각한 장애인 알쯔하이머 병에서 현저한 역할을 한다. 아세틸콜린을 생산하는 전뇌의 뉴런이 알쯔하이머 환자에서는 퇴화되어서 아세틸콜린의 생산이 감소하는 경향을 보인다. 아세틸콜린이 적게 생산될수록 기억의 상실이 더 심각하다. 아세틸콜린은 또한 뉴런이 골격근 섬유에 연결되는 모든 시냅스에서 방출된다. 아세틸콜린이 근육세포 위의 종판(end plates)이라고 불리는 작은 구조로 향한다. 종판은 아세틸콜린에 의해 활성화 될 때 근육세포를 수축시키는 근육세포 내에 있는 분자적 결합을 자극하는 수용기 분자로 덮여 있다. 아세틸콜린에 영향을 주는 약물은 근육마비를 초래할 수 있다. 예를 들면, 부적절하게 포장된 통조림 식품에 존재하는 박테리아로부터 생기는 보툴리누스 독소는 신경근육 시냅스에서 아세틸콜린의 방출을 차단하고, 호흡에 사용되는 근육을 마비시킴으로써 죽음을 초래할 수 있다.
전쟁에 이용하려고 개발된 어떤 신경가스와 많은 살충제는 뉴런이 흥분한 다음에 아세틸콜린을 분해하는 효소를 파괴함으로써 마비를 초래한다. 분해과정이 실패하면, 신경계에는 아세틸콜린이 통제할 수 없을 정도로 증가하고, 정상적인 시냅스전달이 불가능하다.
Ⅱ. 노어에피네프린
노어에피네프린(Norepinephrine)은 모노아민 계열의 신경전달물질이다. 그것은 주로 뇌간에 있는 뉴런에 의해 생산된다. 코카인과 암페타민은 재흡수를 느리게 함으로써 노어에피네프린의 작용을 지속시킨다. 이런 지연 때문에 수신 뉴런은 오랜 시간동안 활성화된 채로 있고, 이것은 그 약물들의 흥분적인 심리적 효과를 초래한다. 대조적으로 리튬(Lithium)은 노어에피네프린의 재흡수를 가속화시킴으로써 개인의 기분을 우울하게 만든다. 뇌에서 노어에피네프린을 증가시키는 또는 감소시키는 약물은 개인의 기분수준 증가 또는 감소와 상관이 있다.
Ⅲ. 도파민
또 다른 모노아민인 도파민(Dopamine)은 화학적으로 노어에피네프린과 매우 유사하다. 뇌의 어떤 영역들에서 도파민의 방출은 강한 쾌감을 불러일으키며, 현재 연구들은 중독발달에서 도파민의 역할을 탐구하고 있다. 뇌의 어떤 영역에서 과다한 도파민은 정신분열증을 발병시킬 수 있고, 어떤 영역에서는 지나치게 부족한 도파민은 파킨슨병에 걸리게 할 수 있다. 클로르프로마진 또는 클로제핀과 같은 정신분열증을 치료하는 약물은 도파민 수용기를 차단한다. 이와 반대로 파킨슨병 치료에 처방되는 L-도파는 뇌에서 도파민을 증가시킨다.
Ⅳ. 세로토닌
세로토닌(Serotonin)도 또 다른 모노아민이다. 노어에피네프린처럼 세로토닌은 기분조절에서 중요한 역할을 한다. 예를 들면, 낮은 수준의 세로토닌은 우울감과 관련이 있다. 세로토닌 재흡수 억제제는 뉴런에서 재흡수를 차단함으로써 뇌에서 세로토닌 수준을 증가시키는 항 우울제이다. 우울증에 공통적으로 처방되는 약물인 프로작, 조로프트 및 팩실은 세로토닌 재흡수 억제제이다. 세로토닌은 수면과 식욕의 조절에서 중요하기 때문에, 섭식장애인 폭식증을 치료하는 데 사용된다. 흥미롭게도 환각제인 라이서진산디에틸아마이드(LSD)는 뇌에서 세로토닌 수용기와 결합하여 효과를 나타낸다.
Ⅴ. 글루타메이트
흥분성 신경전달물질인 글루타메이트(Glutamate)는 아미노산으로 어떤 다른 전달물질보다 중추신경계의 뉴런에 많이 존재한다. 글루타메이트는 방출되는 근처의 뉴런을 탈분극시키기 때문에 흥분성이다. 글루타메이트는 세 가지 이상의 하위유형이 존재하는데 특히 그 중 하나인 NMDA 수용기는 학습과 기억에 영향을 미치는 것으로 여겨졌다. 그것은 탐지하는 데 이용되는 화학물질(N-methyl-D-asparate)에 의해 그 이름이 붙여졌다. 해마(뇌의 중심부 근처에 있는 영역)에 있는 뉴런은 특히 NMDA 수용기가 풍부하고, 이 영역은 새로운 기억의 형성에 결정적인 것처럼 보인다. 글루타메이트 수용기의 파괴는 정신분열증과 연관이 있다.
고빈도 자극에 앞서 시냅스전 글루타메이트의 방출은 시냅스후 글루타메이트 수용기가 흥분성 시냅스후 전위(EPSP)를 갖도록 활성화 시킨다. 시냅스전 신경세포에 고빈도 자극을 가한 후에는 시냅스후 EPSP의 강도가 크게 증가한다. 이러한 증가는 시냅스전 신경전달물질 방출의 증가 그리고 시냅스후 글루타메이트 수용기의 수가 증가하기 때문에 일어난다.
Ⅵ. GABA
다른 주요한 아미노산 신경전달물질은 감마아미노낙산(Gamma-AminButyric Acid)이다. 이 물질은 주요한 억제성 전달물질인데, 사실상 뇌의 대부분 시냅스는 GABA를 이용한다. GABA 수용기를 차단하는 약물인 피크로톡신은 GABA의 억제적 영향이 없으면 근육운동이 뇌에 의해서 통제될 수 없기 때문에 경련을 일으킨다. 벤조디아제핀 계열 항 불안제의 안정효과는 GABA의 억제적 작용의 결과이다.
Ⅶ. 엔도르핀
엔도르핀(Endorphine)은 뇌 자체가 만들어 내는 내인성 아편제이다. 과학자들은 아편이 붙는 수용기가 진화과정을 통해 신체 외부에서 들어오는 아편제만이 붙는 수용기일 것이라는 생각은 들지 않았다. 뇌도 아편과 같은 효과를 지닌 뇌 자신의 아편물질을 생산하고 있을 것이라고 생각하여 그런 물질이 신체에서 발견되었는데 바로 엔도프린이다. 엔도르핀은 몸에서 여러 행동에 기여를 하는데, 특히 통을 감소시키기도 하고, 또는 쾌와 같은 정적 강화를 촉진하기도 한다. 예를 들어 어떤 사람이 전쟁터에서 부상을 당해 통증을 심하게 느끼게 되는 상황이라면, 이때 그 통증을 심하게 느낄수록 생명을 더 위태롭게 만든다. 그런 상황에서 통을 심하게 느끼는 것은 유기체 에게 도움이 되지 않는다. 따라서 군인이 전쟁터에서 부상을 당해도 별로 통을 느끼지 않았다가 후방에 후송된 후에야 통을 느끼는 것은 전쟁터에서 엔도르핀이 많이 분비되었기 때문이다.