깨어있으라(γρηγορέω)
  [뇌간(brainstem) 망상 활성계(reticular activating system, RAS)의 somatic level arousal을 중심으로] 제자들의 자는 것을 보시고 베드로에게 말씀하시되 "시몬아 자느냐 네가 한시 동안도 깨어 있을 수 없더냐" (막 14:37) "그런즉 깨어 있으라 너희는 그 날과 그 시를 알지 못하느니라(마 25:13)" 예수께서는 우리에게 깨어있으라(γρηγορέω)고 말씀하신다. 마가복음 14:37의 예수께서 기도하시는 동안 잠들었던 베드로에게 깨어 있으라 말씀하신 것은 육적수준각성(somatic level arousal)을 말한 것이고, 마태복음 25:13의 그 날과 시를 모르니 깨어 있으라 말씀하신 것은 영적수준각성( Spiritual level arousal)을 말씀하신 것이다. 여기서 우리가 주의 깊게 봐야할 것은 육적수준의 각성 없이는 영적수준의 각성을 할 수 없다는 점이다. 그래서 예수께서 깨어 기도하라 말씀하신다. 여기서는 몸 특히 뇌에서 일어나는 육적수준의 각성시스템에 대해 알아 보고자 한다. 깨어있기가 가능하려면 뇌에서 전두엽을 포함한 대뇌피질 전 영역이 각성되어 의식이 깨어나야만 한다. 여기서는 특히 뇌에서 어떤 과정을 거쳐 '현재에 깨어 있음'과 '집중'이 가능하도록 하는지 살펴보고자 한다. 뇌의 각성시스템은 감각수용으로 으로 부터 시작된다. 1. 구심성 감각수용 구심성 감각신호는 외부의 감각자극이 중추신경계로 향하는 감각 신호로서 역치 이상 즉 감각 수용기가 수용 가능한 자극의 크기일 때 감각수용기(sensory reseptor) 가 반응한다. 감각 수용기는 자기에게 맞는 적합 자극만을 수용하고 감각 신호를 전달할 수 있다. 감각수용기로는 • 기계적 수용기(mechanoreceptor) • 온도 수용기(thermoreceptor) • 광 수용기(photoreceptor) • 화학수용기 (chemoreceptor) • 통각수용기(nociceptor) 등이 있다. 이와 같은 수용기에서 감각신호를 적합자극(adequate stimulus)으로 수용하면 자극요소를 전기로 바꾸는 자극변환(stimulus transduction)을 하여 수용기전위(reseptor potential)를 만든다. 관련 감각정보를 중추신경계(CNS central nervous system) 로 보내기 위해 감각수용기 전위를 다시 활동전위 패턴으로 바꾸어 1차감각을 암호화(coding) 한다. 자극의 형태, 강도, 지속시간, 발생장소 등과 같은 정보들은 흥분성 세포의 발포패턴으로 암호화된다. 이 암호화는 말초신경계의 각 뉴런에서 시작한다. 2. 구심성 감각신호의 전달 암호화된 활동성 전위는 3개 또는 그 이상의 뉴런들과 끝과 끝끼리 시냅스를 통해 일렬로 연결된 구심성 감각뉴런인 감각경로(sensory pathway)를 따라 중추신경계로 들어간 후 연합뉴런과 시냅스를 형성한다. 암호화된 감각정보는 감각중개기인 시상으로 모여 각성에 필요한 감각정보가 사상하부의 시상하핵( Subthalamic nucleus, STN )을 활성화 한다. 3.시상하핵(Subthalamic nucleus,STN)각성기능 시상(thalamus)은 감각정보의 중개역할을 하면서 특히 새로운 감각정보나 시각을 통해 들어 오는 광자 활동전위를 구심성 신경섬유(Afferents to the hypothalamus)를 통해 시상하부(hypothalamus)에 전달한다. 이 자극에 의해 시상하핵(Subthalamic nucleus,STN)에서는 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트(glutamate) 를 분비하여 시상하부에서 각성물질인 오렉신(orexin) 또는 하이포크레틴(hyphocretins)를 생성하는 작은 세포들을 활성화 시켜 생성 분비 하도록 한다. 그리고 오렉신 또는 하이포크레틴을 내측전뇌속 (MFB medial geniculate nucleus)의 핵들로 보내는 신경섬유도 활성화 시켜 LDT-PPT와 LC 그리고 Rn, VTA에 지속적으로 전달하게 된다. 4. 내측전뇌속 (MFB medial geniculate nucleus)의 핵들 작용 사상하부핵과 연결된 뉴런들로부터 오렉신(orexin , hyphocretins)이 LDT-PPT 세포와 LC세포 그리고 Rn세포, VTA세포를 자극해 활성화 시키면 외측등쪽피개(LDT, laterodorsal tegmental)세포와 대뇌각교뇌피개핵(PPT, pedunculopontine)세포에서는 아세틸콜린(Ach) 생성하여 시상(Thalamus)을 통과하여 대뇌피질 전체로 분사한다. 같은 방법에 의해 청반핵(LC Locus coeruleus)에서 노르에피네피린(NE, norepinephrine)을 생성하고, 솔기핵(봉선핵(縫線核 Raphe nuclei)에서는 세로토닌(serotonin, 5-Hydroxytryptamine (5-HT))을 생성하여 각 핵에서 나온 20cm이상의 뉴런들이 대뇌피질 전 영역에 퍼져 거의 1초에 한번씩 NE와 5HT를 분사해 각성시켜 활성화한다. 자극을 받은 복측피개영역(VTA·Ventral Tegmental Area)의 세포에서는 도파민(Dopamine)을 생성하여 보상경로를 따라 전전두엽으로 보내어지고 전전두엽의 A10도파민 신경섬유 말단에서 도파민을 분사하여 전전두엽을 활성화시킨다. 5. 대뇌피질의 각성(cortical arousal) LDT-PPT와 청반핵 그리고 솔기핵은 20cm가 넘는 길이의 뉴런 축삭으로 대뇌피질 전영역과 연결되어 각각의 각성물질을 분사해 대뇌피질 전 영역을 각성시켜 의식수준을 높힌다. 1) 아세틸콜린(Ach) 분사 LDT와 PPT에서 시상으로 연결된 뉴런이 시상으로 전달하면 시상에서 대뇌피질 전 영역에 걸쳐 연결된 뉴런에서 아세틸콜린(Ach)이 분사되어 대뇌 피질 제2, 3층과 5층의 피라미드 세포를 흥분시킨다. 이로 인해 제4층의 약한 감각 입력은 거르고 제2, 3층과 5층 흥분성 소회로에 도달하는 입력은 증폭시킨다. 그 결과 아세틸콜린이 각 층에 미치는 영향은 피질 정보처리 과정에서 신호 잡음을 개선할 수 있다. 그리고 아세틸콜린(Ach)이 피질에서 하는 역할로 가장 잘 밝혀진 것 중 하나가 감각 자극에 대한 반응으로 주의를 증가시키는 것이다. 시각, 청각, 몸감각 자극이 주어지면 아세틸콜린의 위상성 증가로 인하여 각 감각에 대응하는 일차 감각 피질에 있는 뉴런의 발화율이 높아진다. 전전두엽의 감각에 대한 주의력이 극대화 된다. 2) 노르에피네피린( NE) 분사 청반핵으로 부터 대뇌피질에 연결된 뉴런으로 부터 노르에피네피린( NE)이 분사되면 외부로부터의 스트레스 자극과 신체 내부 변화에 반응하여 격렬하게 흥분하고 대뇌피질을 강화시켜 각성수준을 올린다. 활동하는 동안 우리의 의식을 명료하게 해주는 역할, 외부의 자극에 대한 감정적인 대응을 적절하게 조절 할 수 있게 해주는 일과 각성된 의식을 유지시키는 기능을 한다. 3) 세로토닌(serotonin, 5-Hydroxytryptamine (5-HT))분사 솔기핵으로 부터 대뇌 피질로 연결된 뉴런으로 부터 세로토닌(serotonin, 5-Hydroxytryptamine (5-HT))이 분사 되면 대뇌피질의 조용한 각성이 일어나는데 조용한 각성은 스트레스 자극에는 전혀 반응을 보이지 않고 마치 좌선할 때의 각성상태와 같은 조용한 각성이다. 그리고 Ach와 NE의 각성작용을 조절해 평상심을 유지하게 한다. 각성된 후 일초에 한번 정도의 임펄스를 규칙적으로 내 보내서 각성상태를 유지하게 한다. 4) 도파민의 분비 VTA의 도파민 신경세포는 측좌핵, 해마, 전전두피질 등과 연결된 대표적인 보상회로(Reward Circuit) 를 구성하고 있다. 보상회로는 행동을 반복하도록 동기를 부여하는 시스템이다. 각성되어 새로운 행동을 하면 VTA에서 즉시 도파민이 생성되어 보상회로를 통해 전두엽으로 전달된다. 도파민은 인간을 흥분시켜 인간이 살아갈 의욕과 흥미를 부여하는 신경 전달 물질 중 하나이다. 인간이 무언가를 하겠다고 결심하거나 하고 싶다는 의욕을 느끼게 해주는 게 이 도파민이며, 인간이 일을 해내어 얻는 성취감이나 도취감 또한 도파민이 없다면 세상에 존재하지 않을 감정이며 도파민이 없으면 성취감 따윈 없다. 도파민은 이러한 의욕을 샘솟게 해주는 신경 전달 물질이기 때문에, 분비되면 될수록 쾌락을 느끼며, 두뇌 활동이 증가하며 학습 속도, 정확도, 인내, 끈기, 작업 속도 등에 영향을 준다. 각성상태가 유지되면 도파민이 증가하여 각성의 지속력을 향상시킨다. 전전두엽은 보상의 가치를 판단하고, 앞으로 그 행동을 계속할 것인지 판단한다. 전전두엽의 A10 도파민 신경섬유 말단에는 분비를 억제하는 자가수용체가 없다. 따라서 일단 몰입의 보상 회로가 작동되면 도파민이 무한 유입되어 극한의 몰입상태를 유지할 수 있다. 이상의 각성과정은 신체의 항상성 유지를 위해 시교차 상핵(SCN)의 생체시계가 빛에 의해 자동적으로 작동되어 수면-각성 주기에 따라 수면상태에서 각성상태로 전환되어지는 과정을 나타낸다. 그런데 여기에서는 자율신경에 의한 자동적인 각성이 아니라 특별한 자극과 주의 환기에 의해 위와 같이 Ach와 NE 그리고 5-HT라는 각성물질에 의해 대뇌가 각성되고 도파민이 전전두엽을 활성화 시키면 운동, 감각, 감정, 언어, 기억 및 판단 등 고등 정신 기능이 깨어 고양되는 일련의 각성과정을 살피고자 한 것이다. 이러한 의도된 각성과정에 따라 대뇌피질 전체가 각성될 때 전전두엽의 도파민 항진 작용에 의해 의식수준이 상승하고 더욱 몰입도가 높아지며 유지된다. 신경각성 물질(Ach, NE, 5HT)의 조절정도는 유전적으로 결정되지만 훈련에 의해 변화한다. 이렇게 의식수준이 상승하고 몰입도가 높아져야 각성상태가 유지되어 '현재에 깨어 있음'과 '집중'의 지속이 가능해 진다. '현재에 깨어 있음'과 '집중'의 지속과 반복에 의해 각성물질들의 상호작용에 의해 항상성이 유지되고 기억뉴런이 활성화되어 '깨어 있음의 루틴'이 작업기억으로 보존되고 시간이 흐름에 따라 장기기억으로 공고화 되어 새로운 형태의 각성회로가 형성되고 확립되어진다. 2021. 2. 6 |
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