뇌와 뉴런(신경 세포)(Newton Highlight 119)

● 기억은 어떻게 만들어지고 어떻게 되살려지는가? 기억을 조종할 수 있는가?

우리의 뇌 속에서 기억이라는 작업을 맡은 것은 뉴런(신경 세포)이다. 기억이 만들어지고 우리가 어떤 생각을 할 때의 뉴런의 모습이 미시적인 수준에서 자세히 밝혀지고 있다. 현재는 뉴런을 인공적으로 조작해 기억을 조종하는 일도 가능해졌다.

해마와 신경 회로, 시냅스(연접), 스파인, 그리고 장기 기억, 장소 기억, 의미 기억, 기억의 상기와 기억력의 증강 등, 기억에 대한 최신 연구 상황을 소개한다.



● '의식이 있다, 없다'는 무엇으로 정해지는가? 수면·의사 결정·외부 인식과 의식의 관계

우리는 '의식이 있다' '무의식적으로 행동하고 있었다' 같은 말을 흔히 듣는다. 그런데 의식이 있다, 없다는 것은 무엇을 바탕으로 판단할 수 있을까?

의식에 연관된 대뇌 피질, 수면·식물 상태·무의식·의사 결정·자유 의지 등, 우리가 잠자고 있을 때, 무엇인가를 보고 있을 때, 의사를 가지고 결정했을 때 등 여러 가지 상황에서 의식의 정체를 추적한다.



● 인간의 다양한 감정은 어디에서 어떻게 생기며, 어디에 이용되는가?

슬프거나 화를 내거나 기쁘거나…. 우리는 날마다 여러 가지 감정을 가지고 생활하고 있다. 감정을 만들어 내는 것은 뇌이다. 감정은 어디에서 어떤 과정으로 생기고 어디에 이용되는 것일까? 그리고 진화의 과정에서 어떻게 발달해 온 것일까?

감정을 만드는 편도체, 인간의 감정과 표정, 보상 회로, 감정의 신경 회로, 감정의 말초 기원설, 감정의 기원과 역할을 바탕으로 알아본다.



● 손발을 움직이는 기본적인 운동, 스포츠에서 필요한 섬세한 움직임은 어떤 메커니즘으로 만들어지는가?

뇌가 담당하는 커다란 역할 가운데는 얼핏 '머리'를 사용하지 않는 것처럼 생각되는 경우도 있다. 바로 운동이다. 하지만 뇌의 지령이 없으면 우리는 걷는 일조차 하지 못한다.

운동에 관여하는 부위, 운동의 지령, 운동의 시작과 정지, 운동의 미세 조정, 운동의 학습 등, 기본적인 동작이 만들어지는 메커니즘은 물론, 스포츠에서 세련된 움직임이 생기는 메커니즘 등도 살펴본다.



● 뇌의 복잡한 역할을 소화하는 세포들은 어떻게 연결되어 기능을 발휘하는가?

뇌가 담당하는 복잡한 역할을 소화하는 '일꾼'들은 뉴런을 비롯해 뇌 속에 있는 다종다양한 다수의 세포들이다.

뇌의 전체 회로, 아스트로사이트, 올리고덴드로사이트, 시냅스의 메커니즘 등, 뇌세포들의 개성과 연결 활동을 살펴본다. 또 뇌 속의 치밀한 네트워크인 신경 회로의 전모를 규명하려는 세계적인 노력에 대해서도 소개한다.



● 뇌와 신경은 어떤 진화의 과정을 거쳐 왔을까? 태아에서 성인이 됨에 따라 뇌 속에서는 어떤 변화가 일어나는가?

사람을 사람답게 하는 것은 고도로 발달한 복잡한 뇌이다. 지구상에 생물이 탄생하고 나서 사람이 등장하기까지 오랜 역사의 과정에서 뇌와 신경은 어떤 진화를 거쳐 왔을까? 또 태아에서 성인이 되는 과정에서 뇌 속에서는 어떤 변화가 일어날까?

척추동물의 신경과 뇌의 기원, 포유류의 뇌, 뇌화(腦化) 지수, 사람 뇌의 대형화, 뇌의 발생과 발달, 신경 회로의 변화 등을 설명한다.



● 우울증, 외상 후 스트레스 장애, 알코올·약물 의존증, 수면 장애, 치매는 왜 생기는가?

고도의 기능을 담당하는 뇌에 이상이 생기면 우리의 생활은 커다란 영향을 받는다. 마음이 무기력해지는 우울증, 충격적인 경험을 한 후에 생기는 외상 후 스트레스 장애, 알코올이나 약물 등을 지나치게 찾게 되는 의존증, 기억을 잃어버리는 치매 등 여러 가지 병이 사회 문제가 되었다. 뇌에서 생기는 병의 원인과 치료 방법에 대한 최신 연구 성과를 소개한다.



[협력자]

가와토 미쓰오 川人光男 / 일본 ㈜국제전기통신기초기술연구소(ATR) 뇌정보통신종합연구소 소장, ART 펠로, 동 뇌정보연구소장, 공학 박사

가케히 신지 ? 愼治 / 일본 공익재단법인 도쿄도 의학종합연구소 운동장애프로젝트 프로젝트 리더, 의학 박사

가타야마 요이치 片山容一 / 일본 니혼(日本) 대학 명예 교수, 쇼난(湘南) 의료대학 부학장, 의학 박사

구니요시 야스오 國吉康夫 / 일본 도쿄 대학 대학원 정보이공학계연구과 교수, 공학 박사

구보 겐이치로 久保健一郞 / 일본 게이오기주쿠(慶應義塾) 대학 의학부 전임 강사(해부학), M.D., Ph.D.

기타자와 시게루 北澤 茂 / 일본 오사카 대학 대학원 생명기능연구과 교수, M.D., Ph.D.

나베쿠라 준이치 鍋倉淳一 / 일본 자연과학연구기구 생리학연구소 생체항상성발달연구부문 교수, 의학 박사

나이토 에이이치 內藤榮一 / 일본 정보통신연구기구 뇌정보통신융합연구센터 뇌정보통신융합연구실 연구매니저, 인간·환경학 박사

다나카 겐지 田中謙二 / 일본 게이오기주쿠(慶應義塾) 대학 의학부 정신·신경과학교실 정동제어 및 치료학연구기부강좌 부교수, 의학 박사

도네가와 스스무 利根川 進 / 일본 국립연구개발법인 이화학연구소 뇌과학종합연구센터 센터장, Ph.D.

모리 이쿠에 森 郁惠 / 일본 나고야 대학 대학원 이학연구과 교수, Ph.D.

미무라 마사루 三村 將 / 일본 게이오기주쿠(慶應義塾) 대학 의학부 정신·신경과학교실 교수, 대학병원 부원장, 의학 박사

미야와키 아쓰시 宮脇敦史 / 일본 국립연구개발법인 이화학연구소 뇌과학종합연구센터 세포기능탐색기술개발팀 시니어 팀리더, 의학 박사

사쿠라이 다케시 櫻井 武 / 일본 쓰쿠바(筑波) 대학 국제통합수면의과학연구기구 주임 연구원, M.D., Ph.D.

사토 와타루 佐藤 彌 / 일본 교토 대학 대학원 의학연구과 인간건강과학계전공 발달장애지원의학강좌 특정 부교수, 교육학 박사

시모조 신스케 下條信輔 / 미국 캘리포니아 공과대학 생물학부 교수, Ph.D.

시바타 신스케 芝田晋介 / 일본 게이오기주쿠(慶應義塾) 대학 의학부 전자현미경연구실 전임 강사, 의학 박사

아스카이 노조무 飛鳥井 望 / 일본 공익재단법인 도쿄도 의학종합연구소 특별 객원 연구원, 의학 박사

오카노 히데유키 岡野榮之 / 일본 국립연구개발법인 이화학연구소 뇌과학종합연구센터 마모셋신경구조연구팀 팀리더, 의학 박사

오히라 히데키 大平英樹 / 일본 나고야 대학 대학원 환경학연구과 심리학강좌 교수, 의학 박사

와타나베 시게루 渡邊 茂 / 일본 게이오기주쿠(慶應義塾) 대학 명예 교수, 문학 박사(심리학)

요시다 마사토시 吉田正俊 / 일본 자연과학연구기구 생리학연구소 시스템뇌과학연구영역 인지행동발달기구연구부문 조교수, Ph.D.

이노쿠치 가오루 / 일본 도야마(富山) 대학 대학원 의학약학연구부(의학) 교수, 농학 박사

이리키 아쓰시 入來篤史 / 일본 국립연구개발법인 이화학연구소 뇌과학종합연구센터 상징개념발달연구팀 시니어 팀리더, 치의학 박사, 의학 박사

이사 다다시 伊佐 正 / 일본 교토 대학 대학원 의학연구과 교수, 의학 박사

이지마 도시오 飯島敏夫 / 일본 도호쿠(東北) 대학 대학원 생명과학연구과 교수, 이학 박사

이케가야 유지 池谷裕二 / 일본 도쿄 대학 대학원 약학계연구과 교수, 약학 박사

이케다 가즈타카 池田和隆 / 일본 공익재단법인 도쿄도 의학종합연구소 정신행동의학연구분야장, 의학 박사

하야시 류스케 林 隆介 / 일본 독립행정법인 산업기술종합연구소 시스템뇌과학연구그룹 주임 연구원, 공학 박사

하야시(다카기) 아키코 林(高木)朗子 / 일본 군마(群馬) 대학 생체조절연구소 교수, M.D., Ph.D.

후지타 세쓰야 藤田晳也 / 일본 루이 파스퇴르 의학연구센터 소장, 교토 부립의과대학 명예 교수, 의학 박사

프롤로그

마음과 뇌의 탐구



마음의 탐구 / 뇌의 구조 / 뉴런(신경 세포)의 구조 / 시냅스(연접) / 뉴런의 네트워크



제1장 기억

기억을 만드는 해마 / 기억의 신경 회로 / 시냅스의 가소성 / 장기 기억 / 기억의 소자 '스파인' / 장소의 기억 / 의미 기억 / 기억의 상기 / 기억력의 증강 / 감정과 기억력 / 훈련과 뇌의 크기



** 도네가와 스스무 박사 인터뷰



제2장 의식

의식과 관계있는 대뇌 피질 / 수면과 의식 / 식물 상태와 의식 / 무의식과 의식 / 의사 결정 / 자유 의지 / 의식의 근원 / 양안(兩眼) 시야 투쟁 / 로봇과 의식 / 의식 연구의 미래 ①~②



** 빌라야누르 S. 라마찬드란 박사 인터뷰



제3장 감정

감정을 만드는 편도체 / 감정과 표정 / 편도체의 기능 / 보상 회로 / 감정의 신경 회로 / 감정의 말초 기원설 / 감정의 기원과 역할



제4장 운동

운동에 관여하는 부위 / 민첩한 움직임 / 운동의 지령 / 운동의 시작과 정지 / 운동의 미세 조정 / 운동의 학습



** 가와토 미쓰오 박사 인터뷰



제5장 뇌세포의 네트워크

뇌의 모든 회로를 규명 ①~② / 뇌의 신경 세포 / 아스트로사이트 / 올리고덴드로사이트 / 시냅스(연접)의 구조 / 억제하는 시냅스



** 오카노 히데유키 박사·미야와키 아쓰시 박사 인터

** 코리 바그먼 박사 인터뷰



제6장 뇌의 진화와 성장

척추동물의 신경의 기원 / 척추동물의 뇌의 기원 / 포유류의 뇌 / 뇌화(腦化) 지수 / 사람 뇌의 대형화 ①~② / 뇌의 발생 / 뇌의 발달 / 신경 회로의 변화



** 이케가야 유지 박사 인터뷰



제7장 뇌의 질병

우울증 ①~② / 외상 후 스트레스 장애 ①~② / 의존증 ①~② / 수면 장애 ①~②

치매 ①~②



** 루돌프 탄지 박사 인터뷰

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