모든 신경 세포는 전기적인 흥분성을 띄나요?
활동전위
활동 전위 (action potential, 活動電位)는 근육·신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 세포막의 일시적인 전위변화를 가리키며 동작전위(動作電位)라고도 한다. 세포막에 존재하는 나트륨·칼륨 등의 여러 이온 펌프의 활동에 의해 세포 안팎의 이온 조성은 차이가 있는데, 이러한 이온 조성차로 세포막 안쪽이 60∼90 mV의 음전위(정지전위)를 나타낸다. 신경·근육 등의 흥분성 세포가 흥분하면 세포막 안팎의 극성(極性)이 바뀌어 세포내가 30∼40 mV의 양전위로 전위된다. 이 전위변화는 몇 밀리초(ms) 정도의 빠른 시간 안에 회복되므로 스파이크 전위(spike potential)라고도 하며, 회복기에 보이는 느린 변화인 후전위(after potential)와 구별된다. 이 전위변화에 따라 국소전류가 발생하여 1∼100m/s의 속도로 흥분이 전달된다. 이 전위변화를 율리우스 베른슈타인(Julius Bernstein)이 탈분극현상으로 설명하였다.
전기공해
60Hz의 전자기파에 의해 T 림프구와 활동이 감소함을 보였고 T 림프구에서 채널을 통한 칼슘 이동이 3.9배 증가한 바 있다. 또한 1987년 Adey 박사는 저주파의 전자기장도 세포간의 신호전달을 담당하는 세포막의 수용기에 영향을 미치고 이러한 잘못된 신호가 세포의 잘못된 단백질 발현을 유발할 수 있다는 사실을 발견하였습니다. 즉, 세포막 표면에는 호르몬 및 신경전달체의 결합에 예민한 극성의 단백질 분자가 존재하는데 잘못된 신호전달이 단백질 발현에서 오류를 발생하게 하는 것이다. 이런 잘못된 단백질 발현이 암세포의 원인이 되는 것이다. 결론은 이런 미미한 전자기장도 생체의 중요한 과정에 영향을 주기에 경각심을 잃지 않아야 되겠다. 활동전위
막 전위가 올라감에 따라 나트륨 이온 채널이 열려 세포 내로 나트륨 이온이 들어온다. 칼륨 이온 채널이 그 뒤를 이어 열려 칼륨 이온이 세포 바깥으로 빠져나간다. 나트륨 이온의 유입은 양전하를 띤 양이온의 농도를 증가시켜 휴지 전위보다 높은 전위 상태인 탈분극을 유발한다. 활동전위가 최고에 달했을 때 나트륨 채널은 닫히고 칼륨 채널은 계속해서 열려있어 칼륨이 세포 밖으로 나간다. 칼륨 이온의 유출로 막 전위가 감소하고 세포는 과분극된다. 이 지점에서는 칼륨 흐름이 나트륨 보다 많아 전위는 약간 상승하고 정상적인 휴지 전위(대개 -70 mV)에 도달한다.[1][2][3] 휴지 전위보다 15 mV 높은 역치 전위를 지나 더 상승하면 나트륨 흐름이 더 우세하다. 그 결과 양성 피드백으로 나트륨 흐름은 나트륨 채널을 더 많이 활성화한다. 따라서 세포는 발화하여 활동 전위를 만든다.[1][4][5][note 1] 세포의 활동전위가 발생하는 빈도를 발화율</b>이라 한다. 신경 세포체
신경 세포체는 뉴런의 한 부분으로, 핵을 포함한 부분이다. 뉴런에 영양을 공급하고 유지시키는 일을 한다. 세포체(Cell Body)는 Soma라고도 한다. 보통의 체세포와 같이 핵과 미토콘드리아, 세포막이 있다. 신경 세포체는 뉴런에 따라 그 종류와 크기가 매우 다양하다. 활동전위
활동전위는 자극이 Vm을 증가시켜 충분히 강한 탈분극이 있을 때 축삭 언덕에서 시작한다.[27] 세포에 나트륨 양이온이 유입되면 탈분극이 일어난다. 나트륨 양이온은 화학적 시냅스, 감각 뉴런, 박동조율기 전위 등 다양한 곳에서 온다. 미각 기관
신맛의 신호는 산성 물질 (수용액 내의 H 이온)을 감지한다. 신맛에 관련해서는 세 가지의 수용체 단백질이 있다. 첫 번째는 수소 이온을 세포 내로 들여보내는 간단한 이온 채널이다. 이 채널 역시 짠맛을 느낄 때 쓰이는 ENaC이다 (이는 짠맛과 신맛 수용체 간에 어떤 관계가 있으며, 신맛이 있을 때 짠맛을 덜 느끼는 이유를 설명할 수 있다). 또 H 의존성 채널도 존재한다. 첫째로 K을 세포 밖으로 보내는 칼륨 채널이 있다. H 이온은 이 채널을 차단해 칼륨 이온을 세포 안에 가둔다 (이 수용체는 ENaC/Deg 족의 MDEG1로 분류된다). 세 번째 단백질은 Na 이온을 안으로 받아들이는 채널이 있다. 이온의 유입으로 인한 전압 변화는 Ca 채널을 열게 한다. 이 수용체들은 같이 작용하여 세포의 탈분극과 신경전달물질 방출을 야기한다.
쓴맛을 느끼게 되는 물질은 화학적으로 매우 다양할 수 있다. 기본적으로 쓴맛은 퀴닌과 같은 긴 체인의 질소 포함 유기물이나 알칼로이드로 유발되게 된다. 쓴맛을 지닌 물질은 보통 위험한 물질로 분류되는 만큼, 쓴맛의 감각은 생존에 중요하다. 쓴 화합물들은 G 단백질 연관 수용체 (G protein-coupl receptor, GPCR)라는 맛세포의 세포막의 구조물을 통해 작용한다. 최근, T2R's라는 쓴맛에만 반응하는 것으로 보이는 새로운 GPCR 그룹이 발견되기도 하였다. 쓴맛이 GPCR을 활성화하면, 옆에 붙어있던 G 단백질인 거스트듀신 (gustducin)을 분비한다. 거스트듀신은 세 개의 서브유닛으로 이루어져있으며, GPCR에 의해 활성화되면 두 조각으로 나뉘어 근처에 있던 포스포디에스테라제 (PDE , phosphodiesterase)를 활성화시키고, 이는 세포 내 2차 메신저로 작용할 물질을 다시 활성화시키게 된다. 이 2차 메신저는 칼륨 이온 채널을 닫고, 소포체 (endoplasmic reticulum)에 있던 칼슘 이온을 방출시켜 탈분극을 일으킨다. 이런 일련의 과정은 결국 신경전달물질의 분비로 이어진다.  전기근육자극요법
루이지 갈바니(1791)가 최초로 전류가 근육을 활성화시킬 수 있다는 증거를 제시했다. 19~20세기 동안 학자들은 근육이 움직일 수 있는 정확한 전기적 수치를 연구하고 기록하였다.[8][9] 그리고 전기적 자극으로부터 유도되는 생체 기능은 근육에 장기간의 변화를 가져온다는 사실을 발견하였다. [10][11] 60년대 소련에서는 운동선수들의 훈련에 EMS를 도입하였으며[12] 70년대에는 서양의 학술지들과 함께 여러 학회에서 이 연구에 대한 정보를 공유하였다. 하지만 EMS가 구현되는 원리에 대한 이해의 어려움 때문인지 결과에 대한 의견이 분분했다.[13] 최근 의학생리학 연구[14][15]는 전기적 신호가 근육, 혈관[16][17][18], 신경세포[19]들의 적응을 돕는 원리에 집중을 하고 있다. 척수
앞회색질 기둥의 신경세포들은 안쪽,중심,가쪽의 3개로 구분된다. 중심군과 가쪽군은 목분절과 허리엉치분절에만 존재한다. 안쪽군은 대부분의척수분절에 존재하며, 몸통근육을 지배한다.
뒤회색질기둥의 세포군은 아교질(substantia gelatinosa), 고유핵(nucleusproprius), 가슴핵(dorsal nucleus, Clark;s column), 내장들신경핵으로구분한다.
회백질 중에서 앞쪽에 있는 부분은 전주(前柱)라고 하며, 가로무늬근을 지배하는 운동 신경 세포가 있다. 이 세포에는 추체로나 추체 외로를 통해 전해져온 명령이 모두 들어오며, 이 세포의 돌기는 도중에서 다른 신경과 연락하지 않고 직접 가로무늬근까지 도달한다. 회백질 중에서 뒤쪽 부분은 후주(後柱)라고 하는데, 피부 등에서 온 지각 신경의 축색 돌기가 들어와 일부는 이곳에 있는 신경 세포나 전주 세포로 끝나지만 다른 것은 그대로 뇌쪽으로 올라가 연수의 핵에 도달한다.전주와 후주 중간 부분에는 망양체가 있는데, 전주에 가까운 부분에는 교감 신경 세포 집단이 있어 측주(側柱)라고 부르기도 한다. 측주 돌기는 전근(前根) 속에 섞여 척수에서 나와 교감 신경절 또는 기타 신경절에 도달한다. 또 요팽대 부분에서 약간 아래쪽의 회백질에는 골반내장을 지배하는 부교감 신경 세포가 존재한다. 그 밖의 회백질에는 같은 높이의 다른 장소 사이를 연락하는내(內)세포나 돌기를 아래위로 오가며 다른 높이 사이를 연락하는 색(索)세포 등이 있어 복잡한 연락망을 형성하고 있다. 이들 세포는 반사 운동과 특히 밀접한 관계를 갖고 있다. 척수의 백질을 달리는 신경 섬유는 상행성(구심성)인 것과 하행성(원심성)인 것으로 크게 나눌 수 있는데, 이들은 어디서 왔는지, 어디로 가는지에 따라 각기 다발을 지어 백질 속의 정해진 장소를 오간다.(그림4-1) 감각 신경성 난청
감각 신경성 난청()은 난청, 청각 장애의 일종으로, 주 병인은 내이나 감각기관(달팽이관 및 관련 구조), 청신경(뇌신경 VIII), 또는 신경 부위에서 발생한다. SNHL은 보고된 난청 중 약 90%를 차지한다. 감각 신경성 난청은 일반적으로 영구적이며 그 정도가 여러 가지로 나뉠 수 있다.(mild, moderate, severe, profound, total) 장기강화
장기강화(長期強化, LTP: Long-term potentiation) 또는 장기증강(長期增強)은 신경과학의 분야에서 신경세포를 동시에 자극하는 것에 의하여 두 신경세포의 신호전달이 지속적으로 향상되는 현상을 말한다. 신경세포는 시냅스 결합을 통하여 신호전달을 하며, 기억은 이 시냅스에 축적되어 있다고 여겨지며, 장기강화는 학습과 기억의 주요 세포학적 메커니즘의 하나로 여겨지고 있다. 예를 들면, 장기강화와 장기기억은 모두, 빠르게 그 기작이 시작되고, 새로운 단백질 합성에 의존하며, 연합성(Associativity)을 지니고, 몇 개월에 걸쳐 지속 가능하다. 장기강화는 모든 동물에게서 나타나는 비교적 단순한 고전적 조건화에서부터, 사람에게 보이는 복잡한 고등 인지까지, 다양한 종류의 학습을 설명하는 표상일 가능성이 있다. 생체전기
활동전위는 동물의 여러 기관에서 발견되고 있을 뿐만 아니라 식물에서도 변형체나 과실, 신경초, 조류의 단일세포 예를 들면 나이텔라 등에서 정지전위나 활동전위가 관찰되고 있다. 활동전위
19세기 과학자들은 신경 다발에서 일어나는 전기 신호 전파를 연구하고 신경 조직이 서로 연결된 관으로 된 망(reticulum)이 아니라 세포로 이루어져 있다는 것을 증명하였다.[53] 카를로 마테우치()가 갈바니의 뒤를 이어 세포막 안팎으로 전압이 형성되어 있으며 직류 전류를 생산할 수 있다는 것을 증명하였다. 마테우치의 작업은 독일의 생리학자인 에밀 뒤 부아레몽(Emil du Bois-Reymond)에게 영감을 주었고, 그는 1848년 활동전위를 발견한다. 활동전위의 전도 속도는 1850년 뒤 부아레몽의 친구인 헤르만 폰 헬름홀츠가 처음 측정하였다. 신경조직이 개개의 세포로 형성되어 있다는 것을 증명하기 위하여 스페인 의사 산티아고 라몬 이 카할은 카밀로 골지가 발명한 염색법을 이용하여 뉴런의 수많은 형태를 밝혔다. 골지와 라몬 이 카할은 그 공로로 1906년 노벨 생리학상을 수상하였다.[lower-greek 4] 그들의 연구는 19세기 신경해부학 분야의 오랜 논쟁을 종식시켰다. 특히 골지는 신경계가 신경망으로 구성되어 있다고 주장하였다. 활동전위
활동전위는 세포막에 있는 특별한 전압 개폐 이온 채널에 의해 일어난다. 전압 개폐 이온 채널은 막에 박혀있는 단백질 집단으로 세 가지 특성을 지닌다. 전기적 연접
반응은 항상 원래의 것과 똑같은 반응을 가진다. 예를 들어서 시냅스 전 뉴런의 세포막에서 탈분극은 시냅스 후 뉴런의 세포막을 항상 탈분극 시키고, 과분극의 경우도 똑같다. 나이브 만능성 줄기세포
생쥐의 발생과정을 보면 수정 후 약 3일에 배반포 (blastocyst)가 형성되고, 이 배반포 내의 내세포괴 (Inner cell mass, ICM)는 배반엽 상층 (epiblast)을 포함하고 있다. 착상 전 배반포의 배반엽 상층 (epiblast)으로부터 유도된 것이 ‘배아줄기세포’이며 ‘naive 만능성 상태’에 해당된다는 것이 후에 밝혀졌다. 그 후 약 2일이 지나면 착상이 유도되고, 배반포 내의 내세포괴는 하배엽 (hypoblast)과 배반엽 상층의 두 layer로 분리된다. 착상 후 배반엽 상층으로부터 유도된 줄기세포는 배반엽 상층 줄기세포 (epiblast-derived stem cell, EpiSC)라 명명되는데 이는 배아줄기세포와 마찬가지로 만능성이며 3배엽을 형성할 수 있는 능력을 가졌지만, 세포적, 분자적 특성에서 다소 차이가 있는 것으로 밝혀졌다. 활동전위
식물과 진균류[lower-alpha 35] 세포 중에도 전기적으로 흥분하는 세포가 있다. 식물세포가 동물세포와 근본적으로 다른 점은 양전하를 띠는 나트륨 이온을 흡수하는 것이 아니라 염소 이온을 방출하여 탈분극을 일으킨다는 것이다.[lower-alpha 36][lower-alpha 37][lower-alpha 38] 염소 이온이 방출된 이후에는 동물의 활동전위와 마찬가지로 양전하를 띠는 칼륨 이온이 방출된다. 종합하면, 동물의 활동전위는 들어오는 나트륨과 나가는 칼륨이 서로를 삼투적으로 상쇄하여 중립적(neutral)이지만, 식물의 활동전위는 염(KCl)이 삼투적으로 손실되는 현상을 가리킨다. 식물세포에서 일어나는 전기와 삼투 관계의 상호작용은[lower-alpha 39] 염분 농도가 변화하는 환경에서 식물과 동물의 공통 단세포 조상에서 일어났던 전기적 흥분의 삼투적 기능을 나타낸다. 현재의 빠른 신호 전달은 비교적 최근에 후생동물 세포가 좀 더 안정적인 삼투 환경에서 얻은 것으로 간주한다.[48] 미모사(mimosa pudica) 같은 특정 관다발식물에서 활동전위가 하는 신호 기능은 후생동물의 흥분성 세포와는 독립적으로 진화하였을 것이다. 활동전위
막 일부에서 활동전위가 일어나면 다시 발화하기 전에 막이 회복되는 시간이 필요하다(불응기). 분자 수준에서 절대적 불응기는 전압 활성 나트륨 채널이 차단형에서 회복되어 닫힌형(불활성형)으로 돌아오는데 드는 시간에 해당한다.[30] 뉴런에는 다양한 전압 활성 칼륨 채널이 존재한다. 몇몇은 빨리 차단형으로 전이되고, 몇몇은 천천히 차단형으로 전이되거나 아예 전이되지 않는다. 이런 다양성으로 인하여 칼륨 채널 일부가 탈분극이 진행되면서 차단형이 되어도 항상 막이 재분극될 수 있는 칼륨 이온 흐름이 존재한다. 반면에 뉴런에 있는 모든 전압 활성 나트륨 채널은 강한 탈분극이 일어나고 수 ms 이내에 차단형으로 전이된다. 나트륨 채널 상당수가 불활성형으로 돌아오기 전에는 다시 탈분극할 수 없다. 절대적 불응기는 발화 빈도를 제한하지만[37] 축삭을 따라 활동전위가 한 방향으로만 전달되게 한다.[35] 본래 활동전위에서 이온 흐름은 양방향으로 전파된다.[38] 그러나 이미 발화되지 않은 축삭만이 활동전위에 반응할 수 있고, 갓 발화한 부분은 활동전위가 확실하게 그 범위를 벗어나서 그 부분을 다시 자극할 수 없을 때까지 반응하지 않는다. 활동전위가 축삭 언덕에서 축삭 말단의 시냅스 단추(synaptic knob, 종말단추)로 전파되는 순방향성 전도(orthodromic conduction)가 일반적이며, 반대 방향으로 전파되는 역방향성 전도(antidromic conduction)는 매우 드물다.[39] 실험실에서 인위적으로 축삭 가운데 지점을 자극하면 축삭의 양쪽 반이 모두 발화하지 않은 상태이므로 활동전위는 양방향으로 생성되어 하나는 축삭 언덕으로, 다른 하나는 시냅스 단추를 향하여 진행한다. 줄기세포
만능성(Pluripotency) - 태아나 성체의 모든 세포로 가는 분화능을 말하며, 초기 수정란세포가 분열하면서 여러 장기로 분화되기 전 단계의 세포로써 이러한 세포는 심장, 췌장, 간, 피부, 신경 등등 다양한 장기로 분화가 가능하다. 근육
근육에 자극을 가하면 먼저 근섬유 막에 흥분이 생긴다. 즉, 운동 신경의 말단이 근섬유와 접하는 부위를 '신경근 접합부'라고 하고, 특히 이 부위의 근섬유막을 '운동 종판'이라고 하는데, 근육에 자극을 가하면 운동 뉴런의 말단에서 아세틸콜린이 분비되어 운동 종판의 이온에 대한 투과성이 증가되므로 활동 전류가 발생한다. 척추동물의 가로무늬근에서는 흥분이 근섬유막에서 근원 섬유로 전해져 근육의 수축이 일어난다. 근육의 흥분과 수축의 기작은 최근에 와서야 해명되고 있다. 헉슬리 등은 도마뱀이나 개구리 등의 근원 섬유를 둘러싼 내부 원형질의 망상 구조가 흥분과 수축의 과정에 중요한 역할을 하고 있다고 말하고 있다. 신경가소성
성인의 두뇌는 고정되거나 불변인 신경 회로를 지닌 견고한 전달이 아니다. 훈련에 의한 신경 회전의 피질과 부피질의 재연결에 대한 많은 예가 존재한다. 성인 포유류 뇌 세포의 탄생에 대한 많은 증거가 있으며, 이러한 변화는 높은 나이에서도 존재한다. 신경발생에 대한 증거는 주로 해마와 후각구에 제한되지만, 최근 연구는 소뇌를 포함한 다른 뇌 부분도 관련될 수 있을 것이라는 결과를 찾아내었다.  공격성
공격성은 외부자극으로부터 오지만 매우 독특한 내부적 특징을 갖는다. 여러 가지 기술과 실험을 통해서 과학자들은 공격성과 몸의 여러 부분과의 관계를 발견할 수 있었다.
많은 연구자들은 공격성을 설명하기 위해 뇌에 초점을 맞춘다. 포유류에서 공격성에 해당되는 영역은 편도체, 시상하부, 대상피질, 해마, ceptal nuclei, 그리고 PAG(Periaqueductal grey) 가 있다.
동물의 의사를 판단하는 것은 어렵기 때문에 신경 과학 연구에서는 공격성을 어떤 사물이나 동물이 상해를 입을 정도의 행동이라고 정의 한다.
많은 동물에서 공격성은 페로몬에 의해 조절된다. 쥐에서 Mups(Major urinary proteins)는 수컷의 선천적인 공격행동을 증진시킨다고 설명되어 왔다. Mups는 쥐와 생쥐에서 특정 감각 리셉터를 통해 페로몬을 감지할 수 있다고 알려진 코의 하위기관인 서골비 기관(Vomeronasal organ, VNO)에 있는 후각감각신경을 활성화 시킨다. 신경 세포
가지돌기 (dendrite)는 수많은 가지로 뻗어나가 있으며, 주로 신경세포가 신호를 받아들이는 부분이다. 여러방향으로 뻗어나와있어 많은 다른 자극들을 수용 할 수 있다. 활동전위
감각 뉴런의 외부 신호는 압력, 온도, 빛, 소리이다. 외부 신호는 이온 채널을 여닫아 이온에 대한 막의 투과성과 막 전위를 변화시킨다.[16] 전압 변화는 흥분성(탈분극) 혹은 억제성(과분극)으로, 두 전위의 합에 따라 축삭 언덕을 탈분극시켜 활동전위를 일으킨다. 이렇게 활동전위를 일으키는 감각 뉴런의 예로 사람의 후각 수용기(후각)와 마이스너 소체(촉각)가 있다. 모든 감각 뉴런이 외부 신호를 활동전위로 전환하는 것은 아니다.[17] 외부 신호를 받으면 신경전달물질을 방출하거나 연속적인 차등 전위를 통하여 다음 뉴런에 전달하고, 그 뉴런이 활동전위를 생성한다. 사람의 귀에 있는 털세포는 소리 신호가 오면 기계 개폐 이온 채널을 여닫아서 신경전달물질을 방출한다. 사람의 망막에 있는 빛수용기 세포와 그 다음 층을 이루는 두극세포, 수평세포는 활동전위를 생성하지 않는다. 아마크린 세포 일부와 망막 신경절세포가 있는 제3층에서는 활동전위를 생성하고, 전위가 시신경으로 이동한다. 생체전기
생물체 내에서 발생하는 미세한 전기를 말한다. 모든 전기에너지는 전위와 전류를 띄고 있다.
생체전기도 마찬가지다.
생체전기는 여러 생물학적 과정으로 생겨나는 미세한 에너지이다.
1786년경 이탈리아 볼로냐대 교수였던 루이지 갈바니(Luigi Galvani, 1737~1798)의 개구리 근육 흥분 실험이 대표적인 실험이다.
요약하자면 개구리의 뒷다리 근육이 전기 때문에 수축된다는 내용이다. 그 후 근육 흥분 시에 전위차가 나타나는 것을 증명하였고, 20세기에 들어서는 진공관 증폭기를 전자오실로그래프나 브라운관오실로스코프와 조합하여 전기생리학에 널리 사용하게 되어 빠른 전위변동도 정확히 묘사할 수 있게 되었다. 생체에서 전기발생은 여러 조직이나 기관에서 볼 수 있지만 전기발생과 기능과의 관계가 밀접한 것은 흥분성세포, 특히 신경이다. 전압 개폐 나트륨 통로
전압 개폐 나트륨 통로는 세포막에 존재하면서 막 전위에 따라 열리고 닫히면서 나트륨을 통과시키는 막 단백질이다. 신경세포와 근육세포등 흥분성세포의 막에 주로 존재하면서 활동전위를 발생시킨다. 근전도 검사
근전도검사(, EMG)는 골격근에서 발생하는 전기적인 신호를 측정하고 기록하는 기술이다. EMG는 근전도검사기(electromyograph)라는 장치를 통해 측정한다. 근전도검사기는 근육 세포가 전기적으로 혹은 신경적으로 활성화될 때 발생하는 전기적인 포텐셜을 감지한다. 이 신호는 의학적인 비정상 혹은 활성 정도 등의 측정이나 인간 혹은 동물의 행동에 대한 바이오메카닉스 분석에 활용될 수 있다. 오보카타 하루코
오보카타 하루코는 외부의 자극으로 체세포를 초기화하여 모든 세포로 분화할 수 있는 다능성을 지닌 자극 야기성 다기능성 획득세포(Stimulus-Triggered Acquisition of Pluripotency cells, STAP)를 만드는 방법을 세계 최초로 개발했다고 발표했다. 과거 수백 년의 생물세포학 역사를 우롱하는 논문이라는 이유로 2013년 봄 네이처에 논문을 투고했다가 한차례 퇴짜를 맞았으나 오보카타 연구원은 "STAP세포는 반드시 사람에게 도움이 될 기술"이라는 신념하에 방대한 데이터를 보완해 다시 도전, 2014년 영국 네이처 권두논문으로 실렸다. 연구진이 쥐 실험을 통해 입증한 STAP 세포는 유전자 조작 없이 외부 자극만으로 줄기세포로 유도된다는 점에서, 지금까지의 생명과학 상식을 뒤집는 혁신적인 성과로 기대를 모았었다. 특히 STAP 세포는 그동안 획기적인 발견으로 평가받았던 유도만능줄기세포(iPS)에 비해 간단히, 효율적으로, 짧은 시간에 만들 수 있는 데다 유전자를 손상시키지 않기 때문에 암 발생 우려도 적을 것으로 기대를 모으기도 했다. 과거 비슷한 연구로 노벨상을 수상한 야마나카 신야(山中伸彌) 교토(京都)대 교수가 2006년 개발한 iPS는 유전자를 세포 안에 주입해 만들기 때문에 암 발생 위험이 높다는 점이 단점이었다. 지금까지 개발된 또 다른 만능세포인 배아 줄기세포(ES세포)는 수정란을 사용하기 때문에 윤리적인 문제가 지적돼 왔다. 유도만능줄기세포
24개의 유전자 중 체세포에 만능성을 유도하는 중요한 요인들을 알아내기 위해, 24개의 유전자 중 하나씩을 없애가면서 생쥐 피부 섬유아세포에 유전자를 유도한다. 24개의 유전자 중에서 하나의 유전자가 없어지는 영향으로 유도만능줄기세포가 되어 콜로니가 형성되는 정도가 변하는 것을 측정하는 과정을 통하여, 생쥐 피부섬유아세포를 만능성을 지닌 줄기세포로 바꾸는 데 충분한 네 개의 전사인사(Oct3/4, Sox2, c-Myc, Klf4)를 찾았다. 이로써 야마나카 교수는 네 개의 전사인자를 사용하여 유도만능줄기세포를 만드는 데 성공하였다. 유도만능줄기세포는 배아줄기세포와 비슷한 성질을 나타낸다는 것을 볼 수 있다. 배아줄기세포와 유도만능줄기세포는 형태, 발현되는 유전자(RT-PCR, DNA마이크로어레이를 통해 비교), DNA메틸화(바이설파이트 게놈서열분석을 통해 비교)패턴이 비슷하다. 유도만능줄기세포
생쥐의 섬유아세포가 유도만능줄기세포로 진행되는 과정은 유전자들이 순차적으로 활성화되는 일련의 단계를 거친다.
이 중 AP 는 네 가지 유전자(Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc)를 세포 내에 발현시킨 뒤 3일부터 발현되기 시작하고, SSEA1 은 9일부터, 그리고 Oct4 와 Nanog는 16일부터 발현되기 시작해 유도만능줄기세포로 변화되게 된다. 따라서 12-16일간 동안은 4가지 유전자의 계속적인 발현이 있어야 완전한 유도만능줄기세포를 형성할 수 있다.
SOX2 유전자는 만능성을 유지하는데 결정적 역할을 한다. SOX2는 '윈트 신호(Wnt Signaling)'를 억제하는 또 다른 유전자 'DKK1'의 발현을 좌우함으로써 결과적으로 성체줄기세포의 '다분화능(multipotent)'을 유지할 뿐 아니라 특정 세포로의 분화 과정도 조절한다. 이 같은 'SOX2-DKK1-윈트신호' 체계에 따른 SOX2 유전자의 작용 원리는 성체줄기세포뿐 아니라 배아줄기세포나 유도만능 줄기세포에서도 같다. 이독성
이독성(耳毒性, ototoxicity)은 독소에 의한 귀, 특히 달팽이관이나 청신경, 전정기관 등의 손상을 말한다. 이는 통상 약제에 의해 유발된다. 내이 신경에 독성을 갖는 약제로는 아미노글리코사이드계 젠타마이신과 같은 항생제, 푸로세미드와 같은 루우프이뇨제, 시스플라틴과 같은 백금을 기본으로 한 화학 요법 물질 등이 있다. 멜록시캄과 같은 비스테로이드성 항염증약(nonsteroidal anti-inflammatory drug, NSAIDS)도 이독성이 있다고 밝혀졌다. 이독성은 감각신경성청력손실이나 평형 이상, 또는 두 가지 모두를 야기할 수 있다. 양쪽 모두 회복이 가능하고 일시적일 수 있으나, 되돌릴 수 없고 영구적일 수도 있다. 근육
신경의 자극이 없어도 자동적으로 수축·이완을 반복한다. 또 수축하고 있을 때, 다른 수축을 일으키는 자극에도 반응하지 않는다. 따라서 골격근에서 볼 수 있는 강직이 일어나지 않는다. 그렇기 때문에 심장에 분포하는 모든 신경을 절단해도 심장의 수축 활동에는 아무런 지장이 없다. 다만 필요에 따라 템포를 빠르게 하거나 늦게 하는 조절은 안 된다. 이는 심장을 주기적으로 수축시켜 혈액을 동맥으로 보내기 위한 중요한 특성이다. 심리철학
유형동일론에 대한 한 가지 반박은 다수실현가능성(multiply realizability)이다. 다수실현가능성은 같은 심적 속성이라도 여러 가지의 물리적 속성으로 실현될 수 있다는 뜻이다. 만약 "고통은 신경세포 C의 자극과 같다"라고 한다면, 고통을 느끼는 모든 동물은 신경세포 C가 있어야만 한다. 그렇지만 생물종에 따라 두뇌의 구조가 다르기 때문에 유형동일론은 서로 다른 종의 동물에 대해 같은 종류의 심적 속성을 부여하기가 어렵게 된다. 시각 기관
망막은 옵신 (opsin)이라고 하는 단백질 분자가 들어있는 수많은 빛수용체 세포 (photoreceptor cell)들로 구성되어있다. 사람의 경우, 옵신은 막대세포 (rod cell, 옛 용어: 간상 세포)와 원뿔세포 (cone cell, 옛 용어: 원추 세포) 두 종류가 있다. (세 번째 타입인 멜라놉신 (melanopsin)은 몇몇 망막 신경절 세포에 존재하나, 시각이 아닌 생체 리듬에 관여한다) 옵신은 광자를 흡수하여 세포에게 신호 전달을 하며, 그 결과 빛수용체 세포의 과분극 (hyperpolarization)이 일어난다. 놀라운 가설
"그대, 그대의 기쁨과 그대의 슬픔, 그대의 기억과 그대의 야망, 그대의 주체성과 자유의지는 사실 신경세포와 그 관련 분자들의 거대한 집합체의 행태에 지나지 않는다"는 크릭의 메시지는 생리학적 접근을 둘러싼 논쟁을 불러일으켰다. 신경 세포
활동전위는 축삭기시구에서 만들어진 탈분극에 의해 항상 같은(~20mV) 전위를 지니게 되며, 일반적인 반응전위보다 큰 크기를 지니게 된다. 활동전위의 빈도는 수상돌기에서의 자극의 세기에 비례하는 것이 일반적이며(Tonic) 특정 세포의 경우 자극의 세기와는 관련없이 특정 빈도의 활동 전위를 갖기도 한다(Phasic) 신경줄기세포
신경줄기세포는 중추신경계의 발달에 있어 신경세포 (neuron), 성상세포 (astrocyte), 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 등 다양한 세포를 만들어내는데 중요한 역할을 한다. 많은 연구자들은 다양한 동물 모델을 이용하여 뇌졸중, 다발성 경화증, 파킨슨병 등에서 보이는 신경줄기세포의 기능에 대하여 연구하고 있다. 이러한 연구의 결과는 향후 인간의 신경 질환의 치료에 적용될 것이다. Sanjay Magavi와 Jeffrey Macklis의 연구에 의해 신경줄기세포의 이동 및 죽거나 손상된 신경 세포의 교체가 이루어진다는 것이 밝혀졌다. Magavi는 대뇌 피질에 레이저를 이용하여 손상을 입힌 후 부뇌실 구역의 신경전구세포가 신경모세포의 이동에 중요한 물질인 doublecortin을 발현하고, 손상된 지역으로 이동 후 성숙한 신경세포에서 발현하는 NeuN을 발현하는 신경 세포로 분화되는 것을 확인하였다. 또한 Masato Nakafuku는 뇌졸중에 걸린 쥐에서 해마 (hippocampus)에 존재하는 신경줄기세포의 역할을 처음으로 밝혔다. 이 결과는 뇌졸중 후 성체의 뇌에서 신경줄기세포가 해마의 신경 세포로 재생되는 것을 입증한 것이다. 2004년 Evan Y. Snyder는 뇌종양이 발생했을 때 신경줄기세포의 이동을 밝혔고, Jaime Imitola는 뇌에 손상을 입었을 때 신경줄기세포의 반응에 대한 메카니즘을 처음으로 밝혔다. 그들은 SDF-1a와 같이 뇌의 손상동안 분비되는 케모카인 ()에 의해 신경줄기세포가 인간과 쥐에서 손상 부위로 직접적으로 이동한다는 것을 보였다. 이후 신경줄기세포와 관련된 다양한 메커니즘이 발견되었다. 오렉신
오렉신(orexin) 또는 하이포크레틴(hyphocretins)은 쥐(rat)의 뇌에서 두 그룹의 연구자들에 의해 동시에 발견된 흥분성 신경펩티트(neuropeptide) 호르몬(hormone)에서 이름 붙여졌다. 오렉신-A와 -B (또는 하이포크레틴-1또는 -2)의 50% 동일 염기서열을 가진 두 종류의 펩티드는 하나의 전구 단백질로부터 분열되어 만들어진다. 오렉신-A/하이포크레틴-1은 33개의 아미노산으로 되어 있고 두개의 내적 연결 다이설파이드 결합으로 되어있는 반면에 오렉신-B/하이포크레틴-2는 선형의 28개 아미노산 펩티드로 되어 있다. 연구자들은 오렉신-A/하이포크레틴-1이 오렉신-B/하이포크레틴-1보다 생물학적으로 더 중요할 것이라고 주장한다. 이 펩티드들은 옆측이나 뒤측 시상하부(lateral and posterior hypothalamus)에 있는 매우 작은 규모의 세포들에서 발생되지만, 뇌의 전체로 투사(projection)된다. 오렉신 펩티드는 G단백질공역수용체(G-protein coupled receptor)인 오렉신 수용체1(OX1, 하이포크레틴 수용체1)와 오렉신 수용체2(OX2, 하이포크레틴 수용체2) 두 개 수용체에 붙는다. 오렉신-A는 수용체1과 2 모두에 대략 비슷한 친연성(affinity)로 붙는데, 오렉신-B는 주로 오렉신 수용체2에 붙으며 5배 적게 오렉신 수용체1에 붙는다. 오렉신/하이포크레틴은 강하게 보존되는 펩티드이고, 모든 포유류 분류에서 발견된다. 신경 아교 세포
신경 아교 세포(神經阿膠細胞, neuroglia, glial cell, glia) 또는 신경교세포 또는 교세포 또는 아교세포는 뇌 속에 가장 많이 분포되어 있는 세포이다. 신경 아교 세포의 크기는 신경 세포의 1/10 정도이나 수적으로는 약 10배정도로 수천억 개가 될 것으로 추정된다. 이 세포들은 그 자체로는 신경충격을 생성시키지 못하지만 신경원들이 고유의 기능을 수행하는 데 도움을 주며, 뇌 조직이 손상되었을 때 이를 회복시키는 데도 매우 중요한 기능을 한다. 이 밖에도 이 세포들은 신경세포에 영양물질의 공급, 신경전달이 이루어지도록 하는 세포외액의 조절, 슈반 세포에서처럼 보다 효과적인 신호전달을 위한 세포절연, 신경 세포의 면역작용 등의 다양한 역할을 한다. 신경교세포도 형태에 따라서 희소 돌기 아교 세포(oligodendroglia), 별 아교 세포(astrocyte), 미세 아교 세포(microglia) 및 방사 신경교세포(radial glia)로 나뉜다. 놀라운 가설
크릭의 놀라운 가설은 사람의 정신활동은 신경세포, 신경아교질세포, 그리고 이것들을 구성하고 영향을 미치는 원자와 이온과 분자의 행태에 전적으로 달려 있다고 설명한다. 20세기의 과학적 뇌 연구는 의식과 자유의지와 영혼이 과학적 탐구 대상임을 인정하게 만든다고 크릭은 말한다.  간상세포
척추동물에서 광수용체 세포의 활성은 세포의 과분극 상태에서 일어난다. 컴컴한 곳에서 세포가 자극되지 않았을 때, 간상세포와 원추세포는 탈분극되어 있고 자발적으로 신경전달물질을 내보내고 있다. 이 신경전달물질은 두극세포를 과분극시킨다. 두극세포는 광수용세포와 신경절 세포 사이에 존재하며, 광수용세포의 신호를 신경절 세포로 전달해주는 역할을 한다. 두극세포가 과분극됨에 따라서 두극세포와 신경절 세포 사이의 시냅스에는 신경전달물질이 나오지 않게 되고, 시냅스 활성도 일어나지 않게 된다. 격자 세포
격자 세포는 신경세포의 종류로서 자유롭게 움직이는 동물이 작은 지역을 돌아 다닐 때 반응하는데 그 반응은 주기적인 크기와 배열에서 대체로 동물이 움직이는 지역과 동일한 양상을 보인다. 이러한 반응의 패턴을 보이는 세포들은 뇌의dMEC의 모든 층에서 발견되었지만 층별로 각기 다른 점을 보인다. 층(ii)에 존재하는 가장 큰 밀도의 순수한 격자세포는 동물이 격자 지역에서 움직이는 방향과 관계없이 동등하게 반응한다.더 깊은 층에 있는 격자 세포는 연접한 격자의 세포와 섞이고 방향성을 보이기도 한다. 서로 근접하게 놓인 격자 세포는 일반적으로 같은 격자 공간과 방향성을 보이는데 그들의 격자점은 명백히 무질서한 갈라짐을 보인다. 하지만 분리된 전극으로 기록된 세포들은 종종 다른 격자 공간을 보이기도 한다. 전정 기관
구형낭(球形囊)과 난형낭(卵形囊)이라는 두 개의 막성 주머니가 있는데, 전자는 측벽에, 후자는 하상에 감각 세포를 중심으로 하는 독특한 구조를 갖고 있다. 감각 세포는 긴 소모를 가진 젤라틴 상태의 물질 속에 가득 차 있으며, 그 위에는 칼슘염과 단백질로 된 자갈 모양 또는 모래 모양의 이석(耳石)이 있다. 머리의 자세가 바뀌면 이석은 중력 방향으로 끌리기 때문에 젤라틴 상태의 물질을 그 방향으로 끌어당겨 이것이 감각 세포의 소모를 움직여 세포를 자극하고, 흥분을 일으킨다. 이 흥분이 세포와 결합되어 있는 지각 신경(전정 신경)에 전해져 중계없이 능뇌까지 전해진다. 감각 세포에는 이 밖에 원심성 신경의 말단이 결합되어 있다. 따라서 이 신경에 의해 감각 세포의 흥분은 강해지거나 약해지거나 한다. 나이브 만능성 줄기세포
생쥐 배아줄기세포의 두 가지 만능성 상태가 밝혀짐에 따라 이를 바탕으로 인간 배아줄기세포의 만능성에 대한 관심이 고조되었다. 따라서 인공적으로 primed 상태의 인간 배아줄기세포를 naive 상태의 인간 배아줄기세포로 전환 (conversion)시키는 연구가 진행되었으며 이를 통해 인간 배아줄기세포주의 제한성을 극복하고 naive 상태를 통한 초기 발생단계 연구에 대한 관심이 커지게 되었다. 미토콘드리아
미토콘드리아에는 여러 가지 모양의 것이 있다는 사실이 전자 현미경의 연구로 알려져 있으나, 광학 현미경에서는 아주 작은 과립으로밖에 보이지 않는다. 하나의 세포 내에 존재하는 미토콘드리아의 수는 세포에 따라 다르지만, 보통 많은 수가 존재한다. 전자 현미경에 의한 관찰에 따르면, 미토콘드리아는 바깥쪽을 둘러싸는 막질 부분과 내부로 이루어져 있다. 막 부분은 외막과 내막의 이중막으로 되어 있는데, 내막의 일부는 안쪽으로 돌출하여 여러 겹으로 접혀 있다. 이렇게 접혀 있는 내막의 구조를 ‘크리스테(cristae)’라고 한다. 미토콘드리아에는 TCA회로나 전자 전달계에 관여하는 모든 효소가 들어 있다. 따라서, 미토콘드리아는 세포내 호흡에 의해 유기물의 화학에너지를 ATP로 바꾸는 중요한 기관이다.[4] 신경과학
척추동물의 신경계는 중추신경계와 말초신경계 두 부류로 나뉜다. 신경계는 체내에서 가장 복잡한 시스템이고, 대부분의 복잡성은 뇌에 있다. 인간의 뇌는 천억 개의 뉴런과 백조 개의 시냅스로 이루어져 있다. 서로 구별할 수 있는 하위 구조가 수천 개는 되고, 시냅스 네트워크는 이제 막 밝혀지기 시작하였다. 사람의 유전자는 약 2만 개에서 2만 5천 개로 추정하고 있는데 그 중 대부분이 뇌에서 특이적으로 발현된다. 시냅스의 연결 구조는 일생 동안 계속해서 변화하며(신경가소성), 그 결과 기능도 변화한다. 따라서 신경계의 복잡성을 이해하는 것은 엄청난 과제이다. 또한 신경의 진화과정에 대해서는 많은 부분이 연구되어 있으며, 현재의 복잡성을 형성하는 진화의 속도 연구 역시 많이 진행되고 있다. 근육계통
신경세포에서 온 자극 하나는 Ca을 방출시켜서 근육을 짧게 한 번 수축시키는데, 이를 근육 연축()이라 한다. 활동전위가 짧은 간격으로 근육을 자극하거나 신경근육이음부에 이상이 생기면 수축이 연장되면서 강축()이라는 최대 수축 상태가 된다. 신경근육이음부가 기능을 잃으면 마비를 일으킨다. 세로토닌
세로토닌 신경은 뇌줄기(brainstem) 가운데 솔기핵(raphe nucleus)이라는 곳에 위치하며 그 수는 수만 개 정도이다. 이는 뇌 전체 신경세포(약 150억 개)에 비해 아주 적은 수이지만 세로토닌은 뇌 전체에 광범위한 영향을 미친다. 하나의 세로토닌이 수많은 신경을 상대로 하는 모습은 오케스트라의 지휘자가 지휘봉을 휘두르며 곡 전체 분위기를 형성하는 것과 비슷하다. 구체적으로 세로토닌은 의식수준이나 건강상태 등에 영향을 미친다. DISC1
DISC1은 뇌의 성장의 결정적 시기에 가장 높게 발현된다. 특히 신경전구세포가 발견되는 대뇌피질의 embryonic ventricular and subventricular zone에서 발견된다. 이 위치는 DISC1이 배아와 성체뇌신경생성에 중요한 조절인자임을 알 수 있으며 신경세포의 증식과 분화를 조절한다고 볼 수 있다. 신경전구세포의 순환에서 단백질의 농도은 뉴런으로 분화되는 신경전구세포와 신경전구세포로 남는 것의 여부에 영향을 미친다. 발달과정동안 해마에서 유전자발현프로필이 가장 높게 나타난다. DISC1은 뇌에 뉴런의 통합의 속도를 조절하며 새로운 뉴런의 위치를 조정한다. 시냅스에서 DISC1의 위치가 발견된 것으로 볼 때 DISC1은 시냅스 후부위의 밀도에서 큰 역할을 하고 있는 것으로 볼 수 있으나 어떠한 역할을 하는 지는 구체적으로 나와있지 않다.
DISC1의 엑손 9번에서 13번까지의 부위가 11번 염색체로 이동하는 돌연변이를 균형전위(balanced chromosomal tranlocation)라고 하며, 그 결과로 생성되는 불완전한 단백질은 정상적으로 상호작용해야 하는 다른 유전자들과 결합하지 못하고 신경세포 가지돌기의 발달 등에 장애를 일으키는 것으로 관찰되었다. 결국 DISC1은 광범위한 뇌 부위에 발현하여 다양한 유전자들과 상호작용하면서 뇌신경의 발달과 다중적인 연결에 관여하는 것으로 볼 수 있다. 활동전위
휴지기에 있는 뉴런의 세포외액에는 나트륨과 염소 이온 농도가 높고, 세포내액에는 칼륨 이온 농도가 높다. 막 안팎의 이온 농도 기울기와 막에 있는 칼륨 누출 채널은 칼륨 이온이 세포 밖으로 빠져나가게 하여 휴지 전위 EK는 약 –75 mV를 유지한다.[28] 막이 탈분극되면 나트륨과 칼륨 채널이 모두 열려 나트륨은 축삭 안으로, 칼륨은 바깥으로 이동한다. 탈분극 정도가 작으면(예: Vm가 -70 mV에서 -60 mV로 증가), 바깥으로 나가는 칼륨이 안으로 들어오는 나트륨보다 많아 막이 다시 정상적인 휴지 전위(-70 mV 근처)로 돌아온다(재분극).[1][2][3] 탈분극이 충분히 크면 안으로 들어오는 나트륨이 바깥으로 나가는 칼륨보다 많아 양성 피드백이 일어난다. 즉, 안으로 들어오는 이온이 많을수록 Vm가 더욱 증가하고, 그 결과 안으로 들어오는 이온이 더 많아진다.[1][4] 충분히 강한 탈분극(Vm 증가)은 전압 민감성 나트륨 채널을 열고, 나트륨 이온의 투과성이 높아지면 Vm은 나트륨 평형 전압인 ENa≈ +55 mV에 근접한다. 전압이 증가하면 나트륨 채널을 더 많이 열어 Vm이 ENa에 가까워지도록 더 밀어붙이고, 모든 나트륨 채널이 열릴 때까지 계속된다.[1][2][9][10] Vm과 나트륨 투과성이 가파르게 증가하는 이 시기가 활동전위의 상승기에 해당한다.[1][2][9][10] 신경 세포
일반적으로 수상돌기=>신경세포체=>축삭돌기=>시넵스말단으로 이어지는 방향의 전달을 선행(Anterograde)라 부르며, 반대방향을 역행(Retrograde)라고 부른다. 이 방향성은 신경세포체를 염색하기 위한 방법인 형광물질 추적에도 사용되며, 광견병 바이러스를 이용한 역행추적은 실험에서 종종 이용되기도 한다.[1] 활동전위
활동전위를 갖는 세포로는 식물 세포, 근육 세포, 심장의 일부 특수한 세포(심장 활동전위가 일어나는 세포) 등이 있지만, 주요 흥분성 세포는 뉴런이다. 뉴런은 가장 간단한 활동전위 기작을 가진다. 신경계통
대부분의 무척추동물과 모든 척추동물의 감각수용기와 운동반응기는 신경계의 방식으로 연결되어 있다. 이러한 동물의 신경계는 뉴런과 지지세포로 이루어져 있다. 감각수용기와 연결된 뉴런을 감각 뉴런이라 하고 운동반응기와 연결된 뉴런을 운동 뉴런이라 한다. 감각 뉴런과 운동 뉴런은 뇌와 척수에 있는 연합 뉴런에 연결되어 있다. 연합 뉴런은 감각 뉴런을 통해 전달된 감각을 파악하고 운동뉴런을 통해 몸을 움직이게 한다. 연합 뉴런이 있는 뇌와 척수를 합해 중추신경계라 한다. 척추동물의 중추신경계는 뉴런이라 불리는 특수한 세포로 된 신경망을 사용하여 신체의 다양한 활동을 통합하고 조절한다. 거울 신경 세포
인간의 뇌를 연구할 때 하나의 신경세포만을 따로 떼어 내어 연구한다는 것은 일부에 한정되지 아니하고 전체에 걸쳐 가능하지 않아서 과학자들은 인간이 거울신경세포가 있다고 확신할 수 없으나 기능성 자기공명영상장치(fMRI, functional magnetic resonance imaging)를 이용한 뇌 이미지 실험의 결과는, 인간이 어떤 행동을 하거나 다른 사람이 어떤 행동을 하는 것을 볼 때 인간 뇌의 대뇌피질 전두엽 아래쪽과 두정엽 위쪽에서 활발한 반응이 나타난다는 점을 보여 준 실험 결과는 뇌의 특정 영역이 거울신경세포를 담는다는 점을 시사하고 이런 결과에 기초해 과학자들은 그 영역들을 인간의 거울신경세포로 규정했지만 최근 연구는 인간의 '거울신경 영역'에서 온 신호를 기능성 자기공명영상장치(fMRI)가 측정한 결과로 볼 때 그것이 반드시 진짜 거울신경세포가 발생하게 하는 신호와 같은 것은 아니라는 점을 보여 준다.(개별 신경세포가 자신과 다른 신경세포를 대상으로 하여 같이 반응하는 식의 신호가 아니라는 것이다.). 이런 이유 때문에, 과학자들이 인간을 연구하는 때는 "거울신경세포"보다 "거울신경 체계"(mirror neuron system)에 초점을 맞춘다. 신경줄기세포
성체의 신경줄기세포는 1990년대 초에 쥐의 선조체 (striatum)에서 처음으로 분리, 획득되었다. "in vitro" 배양을 할 때 신경줄기세포는 다분화능의 신경세포구 (neurosphere)를 형성한다. 신경세포구는 자기 재생산이 가능하고, 신경 세포 (neuron), 성상교세포 (astrocyte), 희소돌기아교세포 (oligodendrocyte) 등으로 분화될 수 있다.  신경과학
분자생물학, 진화생물학, 전기생리학, 생물정보학의 발전에 힘입어, 신경계 연구는 1950년대 이후에 급증하였다. 신경과학자들은 신경계의 구조와 발생 과정, 어떻게 신경계가 작동하는지, 혹은 어떻게 잘못 작동하는지, 어떻게 바뀔 수 있는지 등 모든 측면을 다룰 수 있게 되었다. 예를 들면 단일 뉴런에서 일어나는 복잡한 과정은 다음과 같다. 뉴런은 소통에 특화된 세포로, 시냅스라는 특수한 연결을 통해 전기적·전기화학적 신호를 다른 세포에게 전달한다. 많은 뉴런은 축삭이라는 가늘고 긴 원형질 다발을 몸 멀리까지 뻗어 전기 신호를 빠르게 전달한다. 전기 신호는 축삭이 닿아있는 다른 뉴런이나 근육 또는 분비선의 활성에 영향을 미친다. 신경계는 이렇게 서로 연결된 뉴런의 집합이다. 또한 뇌의 진화과정이 밝혀지면서, 신경계 연구의 모델이 될 수 있는 생명체들이 발견되었고 연구되었다. 신경줄기세포
표피성장인자(Epidermal growth factor, EGF)와 섬유아세포성장촉진인자(fibroblast growth factor, FGF)는 "in vitro"에서 신경전구세포 (NPC)와 신경줄기세포 (NSC)의 성장촉진인자 (mitogen)이다. 신경줄기세포에서 비롯된 성체의 뇌에서 일어나는 신경 발생은 이러한 성장촉진인자에 의한 것이라고 생각되며, 성체의 뇌에 존재하는 신경줄기세포의 기원 및 발생에 대해서는 아직 완전하게 밝혀지지 않았다. 활동전위
동물의 신체 조직을 이루는 세포는 세포막 안팎으로 막 전위를 유지한다. 전기적 극성을 유지하는 것은 막에 박혀있는 이온 펌프와 이온 채널이다. 뉴런의 부분별로 막에 있는 이온 채널이 달라 가지돌기, 축삭, 세포체가 각각 전기적 특성이 다르다. 뉴런 어떤 부분의 막은 흥분성(활동전위를 생성할 수 있음)이고 어떤 부분은 그렇지 않다. 축삭 언덕(시작 마디, 축삭과 세포체가 만나는 부분) 뒤부터 흥분성 부위라는 연구 결과가 있으나, 대부분의 사례에서는 세포체와 축삭 또한 흥분성이다. 활동전위
활동전위는 일반적으로 시냅스전 뉴런에서 온 흥분성 시냅스후 전위에 의해서 시작된다.[11] 신경전달물질 분자는 시냅스전 뉴런에서 방출되어 시냅스후 세포의 수용체에 결합하고, 그 결과 다양한 이온 채널이 열린다. 이온 채널이 열리면 세포막 투과성이 국소적으로 변화하고 따라서 막 전위가 변한다. 신경전달물질이 수용체에 결합하여 전압을 증가시키면(막이 탈분극) 시냅스는 흥분한다. 반대로 전압을 감소시키면(막이 과분극) 시냅스는 억제된다. 전압의 변화는 케이블 방정식(cable equation, #케이블 이론)이 설명하는 바와 같이 수동적으로 인접한 막 영역으로 전파된다. 전압 자극은 시냅스와의 거리 및 신경전달물질이 결합하는 시간에 따라 지수적으로 감소한다. 대개는 흥분성 전압의 일부만 축삭 언덕에 닿고 막을 탈분극시켜 드물게 새로운 활동전위를 일으킨다. 가장 일반적으로는 여러 시냅스에서 온 흥분성 전위가 거의 동시에 함께 작용하여 새로운 활동전위를 일으키고, 억제성 시냅스후 전위는 반대작용을 하여 활동전위가 생성되는 것을 방해한다. 신경가소성
Norman Doidge는 신경가소성의 표현을 긍정적인 행동 결과, 그리고 부정적인 행동 결과로의 적응으로 분리하였다. 예를 들어 만약 유기체가 뇌졸중 후에 정상 수준으로 회복 가능하다면, 이 적응력은 ‘긍정적인 가소성’으로 고려될 것이다. 과도한 레벨의 뉴런 성장이 경련 또는 마비를 가져오거나, 또는 상처로의 과도한 신경전달물질 방출이 신경세포를 파괴할 수 있는 것은 ‘부정적인 가소성’으로 고려될 수 있다. 더불어 약물 중독과 집착적인이고 강박적인 질환은 시냅스의 재회신이 부적응적이기 때문에 부정적인 가소성으로 간주된다. 도덕
1996년 발견된 이래로 거울신경세포에 대한 연구가 진행되었다. 이 연구는 거울신경세포가 감정이입(공감)을 느끼는 데 중요한 역할을 하는 것 같다고 주장했다. 사회 신경과학자인 장 디케티(Jean Decety)는, 인식 능력과 또다른 생물이 경험하는 것을 대신해서 경험할 수 있는 능력이 사회적 행동의 진화와 궁극적으로는 도덕에서 좀 더 진전된 상태로 나아가는 발걸음을 걸을 수 있는 비결이라고 생각했다. 동감이나 감정이입(empathy)을 느끼지 못하는 것이, 정신병의 특징으로 정의 되는 것 중 하나다. 이것은 디케티의 견해를 지지하는 근거가 될 수 있다. 후각 기관
이 후각 감각 세포들은 두극신경세포인 후각 상피 내의 후각 감각 신경으로 이어져있으며, 이들은 감각 세포가 받아들인 신호를 뉴런의 전기적 신호로 바꾸어준다. 신호는 말초 신경계인 후각 신경을 따라 전달된다. 이 신경은 중추 신경계인 후각 망울 (olfactory bulb)에서 끝이 난다. 중추신경계통
해면동물을 제외한 모든 동물은 신경계를 가지고 있지만, 편형동물부터 활발한 움직임을 필요로 하게 되어 두화가 일어나게되며 신경세포들이 개체의 앞쪽으로 집중되어 뇌와 신경삭을 이루게 되었다. 나이브 만능성 줄기세포
2010년 Rudolf Jaenisch (Whitehead 연구소, 미국)박사 연구팀은 LIF/Stat3, bFGF와 TGFβ/Activin signaling 조절과 함께 유전자 조작 즉, 만능성 인자인 Klf4, Klf2, Nanog, c-Myc의 발현을 통해 primed 상태 줄기세포로부터 naive 만능성 줄기세포를 획득하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 2009년에는 화합물과 유전자 조작을 통해 배반포 (blastocyst), primed 상태의 인간 배아줄기세포 그리고 체세포 (somatic cell)의 재프로그래밍 (reprogramming) 을 통해 naive 만능성 줄기세포가 확립되었다.
최근에는 유전자 조작없이 다양한 배양 조건을 이용한 인간 naive 만능성 줄기세포 및 유도만능줄기세포의 확립이 보고가 되었다
. 위의 연구에서 primed 상태의 줄기세포 또는 체세포로부터 naive 만능성 줄기세포를 유도하기 위하여 2i (MEK inhibitor, GSK3 inhibitor)+LIF 조합뿐만 아니라 5i (MEK inhibitor, GSK3 inhibitor, ROCK inhibitor, BRAF inhibitor, SRC inhibitor)/Activin/LIF의 조합 등 추가적인 화합물 및 성장인자들을 포함하는 다양한 배양 조건을 제시하였다. 빛 재채기 반사
광반사 중추에서 코샘에 이르는 신경 결합을 가진 고양이의 비율은 10%이하로 추정된다. 근육이나 신경 등은 모든 사람에게 공통적 존재하지만, 일부 신경은 사람마다 빠져 있는 것도 있고 반대로 더 존재하는 것도 있다. 진화학적으로 오래된 동물에 존재하던 근육이나 신경이 사람에 일정 비율로 출현하는 일도 있다 (절반 이하로만 출현하는 경우를 변이(variation)라고 한다.). 빛 재채기 반사 신경도 변이의 하나가 아닐까 생각된다. 가지돌기
가지돌기또는 수상돌기는 신경세포(뉴런)에서 뻗어나온 나뭇가지 모양의 짧은 돌기이다. 가지돌기는 다른 신경세포에서 보내는 전기화학 신호를 받아들여 신경세포체에 전달하는 역할을 한다. 이런 뉴런의 전기 신호는 시냅스를 통해 가지돌기의 말단으로 전달된다. 이때 가지돌기는 활동전위보다 강한 신호만 신경세포체로 전달한다. 최근의 연구결과 가지돌기도 활동 전위 이상의 자극이 주어졌을 때 신경 전달 물질을 방출할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.(이전엔 축삭돌기만 신경 전달 물질을 방출하는 것으로 알려졌었다.) 대상포진
수두·대상포진 바이러스는 아무런 증상 없이[1] 신경 세포 안에, 혹은 드문 확률로 척추신경절이나 뇌신경, 자율 신경계 신경절의 위성 세포 안에 숨어있게 될 수 있다.[2] 수두에 감염된 지 수년, 혹은 수십년 뒤에 이 바이러스는 세포막을 깨고 나와 신경 섬유를 따라 이동해 해당 신경에 근접한 피부에 바이러스성 감염을 일으킨다. 이 바이러스는 감염된 신경 부분에 속한 한 개 이상의 신경절에서부터 나와 같은 피부신경절(하나의 척수신경과 연결된 피부 부위) 내에서 확산되며 통증을 동반한 뾰루지를 유발한다.[3] [4] 보통 뾰루지는 2~4주 후에 낫게 되지만, 일부는 수개월 또는 수년동안 신경통을 호소하는 경우도 있으며, 이를 대상포진 후 신경통(PHN)이라고 한다. 이 바이러스가 어떻게 몸 안에 숨어있게 되는지, 그리고 어떻게 다시 발생하는지에 대해서는 정확히 알려지지 않은 상태이다.[2] 활동전위
동물 신경계의 전기 활성은 1791년에서 1797년 사이 루이지 갈바니가 개구리를 해부하면서 처음으로 관찰하였다.[lower-alpha 51] 갈바니의 관찰 결과는 알레산드로 볼타를 자극하였고, 그는 최초의 전지인 볼타 전지를 개발하였다. 볼타는 전기뱀장어 같은 동물의 전기와 직류 전압에서 생리학적 반응을 연구하였다.[lower-alpha 52] 자극 야기성 다기능성 획득세포
2014년 1월 30일, 영국 네이처지에, STAP 세포 논문이 게재되었다. 일본 이화학연구소 오보카타 하루코 연구팀이 약산성 용액에 담그기만 하면 신체의 여러 조직이 되는 만능세포인 STAP 세포를 만드는 쥐 실험에 성공했다고 발표했다. 미국 브리검 여성병원과 일본 이화학연구소(Riken) 공동 연구팀의 논문 2편으로, 오보카타 하루코가 제1 저자이고 미국의 찰스 바칸티 박사가 교신 저자(책임 저자)였다. 미국 하버드 대학 연구팀과 공동 논문이었다는 보도도 있다. 불응기
불응기는 한 신경원의 흥분빈도의 최고치를 결정하는 데 중요하다. 만약 어떤 한 신경원의 절대불응기가 0.001초라고 한다면, 어떤 자극도 이 신경원에 초당 1,000번 이상 활동전위를 야기시킬 수 없다. 만약 가하는 자극이 더 미약하면 상대불응기 때문에 신경충격 발사빈도는 더욱 낮아질 수 있다. 불응기가 나타나는 시간 간격은 신경원에 따라 차이가 있기 때문에 연구자들은 뇌가 어떻게 행동을 통제하는가를 알아보기 위해 이를 이용한다. 예컨대 어떤 행동을 지배하는 신경원의 불응기가 이 행동과 유사한 다른 행동을 지배하는 신경원의 불응기와 똑같다는 사실을 발견되었다면, 이 두 행동은 동일한 신경원에 의해 통제받을 것으로 예상할 수 있을것이다. 이와는 달리 두 개의 연관된 행동들의 불응기가 서로 다르다면, 이 두 행동들은 각기 상이한 신경원에 의해 지배되는 것으로 생각할 수 있을 것이다. 감마 아미노낙산
신경세포 중 일부는 GABA를 만드는데, 이런 신경을 GABA성 신경이라 부른다. GABA는 성장한 척추동물의 수용기와 결합해 신경 활성을 억제하는 작용을 한다. 곤충의 경우 GABA는 포유류와 반대로 시냅스와 근육세포 중간에서 근육활동을 조정하며, 전체 분비선의 자극에도 영향을 미친다. 활동전위
대부분의 세포에서 전압은 일정한 편이지만 전기적으로 활동적인 세포는 전압이 변화한다. 전압은 특정한 경우에 매우 빠르게 오르락내리락하고, 그 형태는 정형화된 양식을 따른다. 이 변화 주기를 활동전위라 한다. 활동전위가 지속되는 시간은 넓은 범위에 걸쳐 변화하여 결과적으로 아날로그 신호에 속한다. 동물의 뇌세포에서 변화는 ms 단위로 일어난다. 기타 세포에서 변화 주기는 수 초에 걸쳐 일어날 수 있다. 전기적 연접
전기적 연접은 시냅스 전 세포와 시냅스 후 세포 사이의 간극연접으로 이루어진 기계적 전기적 연결이다. 간극연접에서, 두 세포는 약 3.5nm정도 떨어져 있으며 이것은 화학적 시냅스에서 두 세포간의 거리인 20~40nm보다 더 짧은 길이이다. 한 개체에서 전기적 시냅스와 화학적 시냅스는 공존한다. 화학적 시냅스와 비교했을 때, 전기적 시냅스는 뉴런 자극을 더 빠르게 전달하지만 화학적 시냅스와는 달리 신호가 커지지 않는다(시냅스 후 세포의 신호는 원래 신호보다 항상 더 작다). 전기적 시냅스는 방어 반사 같은 빠른 반응을 요구하는 신경계에서 종종 나타난다. 전기적 시냅스의 가장 중요한 특징은 대부분 양방향성이라는 것이다. 즉, 그들은 신호를 양쪽으로 보낼 수 있다. 하지만, 몇몇 간극연접은 한 쪽 방향으로의 전달만 허용한다. 근육
단일 근섬유가 한쪽은 흥분성, 또 한쪽은 억제성인 두 종류의 신경과 연결되어 있다. 억제성 신경에 의해 근섬유가 자극을 받았을 때는, 흥분성 신경으로부터 자극이 전달되어도 근육 섬유의 수축은 일어나지 않는다. 게의 집게발에는 폐협근과 개협근이라는 두 종류의 근육이 있어서, 폐협근이 자극을 받으면 동시에 개협근이 억제되는 아주 편리한 구조로 되어 있다. 또, 집게발의 근육은 한 쌍의 억제성 신경과 두 쌍의 흥분성 신경에 의해 지배되고 있다. 흥분성 신경은 양쪽이 구별되어 근육과 연결되어 있다. 신경가소성
신경가소성이 어떻게 기능하는가에 대한 기본적인 원리 중 하나는 시냅스의 가지치기와 관련 되어있다. 뇌 안의 개별 연결은 그것이 어떻게 사용 되는지 여하에 따라서 일정하게 제거되고, 다시 생성된다. 이 개념은 “함께 흥분하는 뉴런은 함께 연결되고, 따로 흥분하는 뉴런은 따로 연결된다.” 라는 구절을 통해 살펴 볼 수 있다. 만약 자극을 동시에 자주 생성하는 두 개의 뉴런이 근처에 존재한다면, 그것들의 피질지도는 하나가 될 수도 있다. 이를 반대 방향으로 적용하면, 불규칙하게 동시적인 자극을 생성하는 뉴런들은 다른 모양의 지도들을 구성할 것이다. 자극 야기성 다기능성 획득세포
자극 야기성 다기능성 획득세포(, )는 영어 이름의 머리 글자를 따 STAP 세포(STAP cells)라고도 하는데, 유전적 조작이나 외부로부터의 단백질 주입 등이 없이, 외부로부터의 자극을 통해 분화 다능성(pluripotency)를 갖게 된 세포를 말한다. 이는 기존 생명과학 상식을 뒤집는 혁신적인 성과로 기대를 모았지만 일본 이화학연구소는 STAP 논문 조작·날조를 인정하고 논문을 철회하면서 헛소동으로 마무리 되었다. 신경 세포
신경 세포(神經細胞, neuron) 또는 뉴런</b>은 신경계를 구성하는 세포이다. 신경세포는 나트륨 통로, 칼륨 통로등의 이온 통로를 발현하여 다른 세포와는 달리 전기적인 방법으로 신호를 전달할 수 있다. 또한 인접한 신경세포와 시냅스라는 구조를 통해 신호를 주고 받음으로써 다양한 정보를 받아들이고, 저장하는 기능을 한다. 인간의 두뇌에는 대뇌피질에만 약 100억개의 신경세포가 존재하는 것으로 추산되고 있다. 신경계에는 뉴런보다 많은 숫자의 신경 아교 세포가 존재한다. 유도만능줄기세포
먼저, 야마나카 교수는 난모세포에 체세포 핵이식을 했을 때 또는 체세포와 배아줄기세포를 융합시켰을 때 세포에 만능성이 유도된다는 것에 기초하여, 배아줄기세포 안에서 만능성을 유지하게 하는데 중요한 역할을 하는 유전자들은 분명 체세포에 만능성을 유도하는 데에 중요한 역할을 할 것이라는 가설을 세웠다. 그리고 배아줄기세포 안에서 만능성을 유지하게 하는데 중요한 역할을 하는 여러 가지 유전자들 중 24개의 유전자(Ecat1, Dpp5(Esg1), Fbx015, Nanog, ERas, Dnmt3l, Ecat8, Gdf3, Sox15, Dppa4, Dppa2, Fthl17, Sall4, Oct4, Sox2, Rex1, Utf1, Tcl1, Dppa3, Klf4, b-cat, cMyc, Stat3, Grb2)를, 체세포에 만능성을 유도할 것이라고 생각되는 후보로 선별하였다. 전기생리학
전기생리학(電氣生理學, Electrophysiology)은 세포의 전기적 활동을 연구하는 학문이다. 연구방법으로는 주로 패치클램프(patch clamp)가 사용된다. 최근에는 칼슘이나 세포내 신호전달물질의 활성도를 전기적 활동과 병행해서 관찰하려 하고 있다. 감각신경
감각 신경(Sensory neuron) 들은 신경의 일종으로, 특정 유형의 자극을 전기 신호로 변환해 전달하는 역할을 한다. 이러한 변환의 과정이라는 "감각전달"이라고 하며 한다. 감각신경의 신경 세포체는 척수에 위치하는 등지 신경절에 존재한다. 전기적 연접
세포들이 직접적으로 그물모양으로 연결되어 있다는 모델은 20세기 초의 신경계의 구조에 대한 초기 가설중의 하나였다. 이 그물가설은 지금 널리 받아들여지고 있는 뉴런의 각각 세포가 화학적으로 시냅스를 통해서 신호를 전달한다는 뉴런신조와 어긋나는 것으로 생각된다. 이 두 모델은 1906년 노벨 생리의학상 수상식에서 상이 두 명의 과학자에게 돌아가면서 극명하게 대조를 이루게 된다. 카밀로 골지(Camillo Golgi)는 그물 가설을 주장하였고, 산티아고 래이먼 카할(Santiago Ramón y Cajal)은 현대 신경과학의 아버지라 불리며 뉴런신조의 거장이었다. 골지는 신경계의 그물 모델에 대한 증거를 설명하면서 노벨 상 강연을 하였다. 그리고 카할은 강연대를 지켜보면서 그의 강연에서 골지의 결과를 반박했다. 하지만, 화학적 시냅스와 전기적 시냅스가 동시에 존재한다는 현대적인 이해는 두 모델 모두 생리학적으로 매우 의미가 있다는 것을 나타낸다. 노벨 위원회에서 상을 공동수여 한 것은 뛰어난 선견지명을 가졌다고 할 수 있다. 20세기 초의 10년간 뉴런간의 정보 전달이 화학적인지 전기적인지 엄청난 토론이 있었다가 오토 루이(Otto Loewi)가 뉴런과 심장간의 화학적 신호전달을 증명함으로써 화학적 시냅스가 오직 답이라고 생각하게 된다. 따라서, 전기적 신호전달의 발견은 엄청난 충격이었다. 전기적 시냅스는 1950년대 후반에 가재의 탈출과 관련된 거대 뉴런에서 처음으로 증명되었다. 후에 척추동물에서도 발견되었다. 활동전위
정상적인 골격근 세포에서 활동전위는 신경의 활동전위와 유사하다.[47] 활동전위는 세포막(근세포막, sarcolemma)이 탈분극하면서 생성되어 전압 민감성 나트륨 채널을 연다. 나트륨 채널이 차단형으로 전환되면 막은 세포 밖으로 유출되는 칼륨 이온에 의해서 재분극된다. 휴지 전위는 약 -90 mV로, 일반적인 뉴런보다 더 낮다. 근육 활동전위는 2 - 4 ms간 지속되고 절대적 불응기는 1 - 3 ms이며, 근육 내 전도 속도는 5 m/s 정도이다. 활동전위는 칼슘 이온을 방출하여 트로포마이오신을 이동시키고 근육이 수축하도록 한다. 신경근육 이음부에 뉴런의 활동전위가 도달하면 근육 활동전위가 발생한다. 신경근육 이음부는 흔히 신경독소의 표적이 된다.[lower-alpha 31] 몸감각 기관
말초 부위에서, 몸감각 기관은 촉각을 받아들이는 기계수용체나 통각을 받아들이는 통각수용체 (nociceptor) 등을 통해 다양한 자극을 받아들인다. 이후 감각 정보 (촉각, 통각, 온각, 냉각 등등)는 구심성 신경 (afferent neuron)을 통해 중추신경계로 전달된다. 구심성 신경은 여러 종류가 있어 크기, 구조, 특성이 제각각이다. 일반적으로는 받아들이는 감각의 종류에 따라 신경이 다르게 존재한다. 예를 들어, 고통을 받아들이는 신경의 경우 가느다란 무수 신경 (unmyelinated neuron)으로 천천히 감각을 전달하며, 촉각은 굵은 유수 신경 (mylienated neuron)으로 빠르게 감각을 전달한다. 통증
신경적 고통은 신경계의 손상이나 기능장애로 인한 것으로, 크게는 말초신경계의 이상과 중추신경계의 이상으로 나뉜다. 신경적 고통은 하나의 병인이나 특정 부위의 손상만으로는 설명되지 않으며, 지속적으로 발생하는 감각장애나 역치이하의 유해하지 않은 자극에도 통증을 느끼는 이질통(allodynia)과 같은 것을 말한다. 신경통은 오랜 시간동안 계속해서 지속되거나 전기 충격과 같이 간헐적으로 발생하기도 한다. 감각적 고통은 쑤시거나 아리는 느낌을 주는 반면, 신경통 환자들은 그 고통을 가려움, 저림, 무감각, 타는 듯한 느낌, 동통, 바늘로 찌르는 느낌으로 표현한다. 인구의 7% ~ 8%의 사람들이 이러한 고통을 호소하고 있으며 이중 5%는 매우 심각한 고통을 겪는 것으로 보고되어 있다. 특히 암 환자들의 경우 종양이 말초신경계를 압박하거나 화학요법, 방사선 치료, 수술의 부작용으로 이러한 고통을 겪는 경우가 많다. 신경과학
현미경이 발견되고 카밀로 골지()가 1890년대에 은 염색법을 개발한 이래로 뇌 연구는 좀 더 정교해졌다. 은 염색법은 크롬산 은()염을 이용하여 개별 뉴런의 복잡한 구조를 드러내었다. 산티아고 라몬 이 카할()은 이 기술을 이용하여 '뇌의 기능적 단위는 뉴런이다'를 골자로 한 뉴런주의()를 주장하였다. 골지와 라몬 이 카할은 뇌 곳곳의 뉴런을 관찰하고, 묘사하고, 분류한 공로로 1906년 노벨 생리학·의학상을 수상하였다. 루이지 갈바니()는 1700년대 말에 근육과 뉴런이 전기적으로 흥분한다는 선구적인 연구를 했으나 에밀 뒤 부아 레몽(Emil du Bois-Reymond), 요하네스 페터 뮐러(), 헤르만 폰 헬름홀츠() 등은 19세기 말에 이르러서야 뉴런이 흥분하여 인접한 뉴런의 전기적 상태에 영향을 미친다는 것을 증명하였다. 신경가소성
Merzenich와 DT Blake(2002)는 체성 감각과 청각 체계에서의 가소성의 진화를 연구하는데에 피질 이식을 이용하였다. 두 체계는 모두 행동적인 대목에서 유사한 변화를 보여준다. 자극이 인지적으로 보강과 연계되어 있을 때, 그것의 피질 표현은 강화되고 확대 된다. 어떠한 새로운 감각 동작 행동이 습득되었을 때, 피질 표현이 하루 또는 이틀 사이에 두세배로 증가하였고, 이 변화는 몇 주안에 완료 되었다. 이러한 통제 연구는 이 변화가 감각적 경험에 의해서만 발생된 것이 아니고, 감각 경험에 대한 학습을 요구함을 보여준다. 그리고 전형적인 조절 안에서의 보상, 효과적인 고통의 경감과 관련 된 자극일 때에 변화가 최고로 강하게 발생한다. 나이브 만능성 줄기세포
일반적으로, 줄기세포는 확립 방법 및 근원 (source)에 따라 분류할 수 있는데, 배아 (embryos)로부터 확립된 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESC)와 성체의 조직으로부터 분리된 성체줄기세포(adult stem cells), 그리고 체세포 리프로그래밍 과정을 통해 인공적으로 확립된 유도줄기세포 (induced stem cells) 등으로 나눌 수 있다. 또한 분화 능력에 따라 한 종류의 세포로 분화할 수 있는 단분화능 (Unipotency), 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 다분화능 (Multipotency), 그리고 모든 조직세포로 분화할 수 있는 만능성 (Pluripotency) 줄기세포 등으로 나눌 수 있다.
그 중 대표적인 만능성 줄기세포에는 배아줄기세포(embryonic stem cells, ESC)와 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)가 있으며 이는 미분화 상태를 유지하면서 무한대로 자가 증식할 수 있는 능력과 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 분화능력을 가지고 있기 때문에 재생 의학적 활용에 있어 그 가치가 높이 인정되고 있다.
1981년 Martin John Evans와 Matthew Kaufman (캠브리지 대학교, 영국)박사 연구팀에 의해 생쥐 배아줄기세포 (mouse embryonic stem cell, mESC)가 확립되었으며, 1998년 James Thomson (위스콘신 대학교, 미국)박사 연구팀에 의해 인간 배아줄기세포 (human embryonic stem cell, hESC)가 확립되었다. 2006년에는 세계 최초로 Shinya Yamanaka (교토 대학교, 일본)박사 연구팀에 의해서 유도만능줄기세포(Induced Pluripotent Stem Cell, iPSC)가 확립되었으며 이 유도만능줄기세포가 배아줄기세포의 문제점인 난자 사용의 윤리적 문제 등을 해결하는 최고의 대안으로 떠오름에 따라 만능성 줄기세포 연구의 중요성에 대한 인식이 고조되었다.
2007년 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포와는 다른 종류의 만능성 줄기세포도 확립이 되었다. I. Gabrielle M. Brons (캠브리지 대학교, 영국)박사 연구팀에 의해 생쥐로부터 인간 배아줄기세포와 형태학, 분자적 특징이 유사한 생쥐 배반엽 상층 줄기세포 (Epiblast stem cell, EpiSC)가 확립되면서 각각 다른 특징을 가지는 만능성 줄기세포의 특성을 이해하고 이를 제어하기 위한 연구가 전개되었다. 최근 이러한 연구를 배경으로 생쥐와 인간의 배아줄기세포를 발생학적으로 서로 다른 만능성 상태 즉, ‘naive 및 primed 만능성 상태’로 설명하는 개념이 나타나게 되었다.
Naive와 primed 만능성의 차이를 이해하기 위해서 먼저 생쥐의 초기 발생과정을 살펴볼 필요가 있다. 신경줄기세포
세포의 죽음은 신경퇴행성 질병 및 극심한 중추신경계 질병에서 나타나는 특징이다. 세포의 감소는 중추신경계의 손상된 세포의 교체나 치료를 위한 재생능력의 부재에 의해 일어난다. 이러한 문제를 극복하기 위한 한 가지 방법은 재생산이 가능한 신경줄기세포를 이용한 세포 대체 치료이다. 신경줄기세포는 "in vitro"에서 신경줄기세포와 신경전구세포로 이루어진 신경세포구의 형태로 배양가능하다. 신경세포구의 배양에서 EGF와 FGF와 같은 성장촉진인자를 제거하면 신경세포구는 뇌의 손상된 부위에 이식할 수 있는 신경 세포, 성상교세포, 희돌기아교세포로 분화된다. 이러한 치료적 접근법은 파킨슨병, 헌팅턴 무도병, 다발성 경화증 등의 질병에서 이미 시행되었다. 신경줄기세포나 신경전구세포는 신경세포보호 (neuroprotection)과 면역제어 (immunomodulation)의 기본적인 특징을 통해 신경계 치료를 야기한다. 
또 다른 치료법으로는 약물을 이용한 뇌내 신경줄기세포 및 신경전구세포의 활성을 야기하는 것이다. 활성화된 신경줄기세포 및 신경전구세포는 신경영양성 인자를 생산하는데 특정 약물을 처리함으로써 이러한 신경영양성 인자의 생성을 촉진하여 질병을 치료 또는 억제시킬 수 있다. 예를 들어 STAT3를 인산화시키거나 Hes3의 발현을 증가시키는 신호경로를 활성화시킴으로써 신경계 세포의 사멸이나 신경계 질병의 발달을 억제시킬 수 있다. 탐지 이론
이러한 탐지과제에서 정보처리의 두 가지 단계가 있다:
이 이론에 따르면 관찰하는 신호의 자극은 뇌에서의 신경활동을 발생시킨다. 따라서 신호가 없는 경우보다 신호가 있는경우에 평균적으로 뇌에 좀 더 많은 감각증거 또는 신경증거가 있게 된다. 만일 충분한 신경활동이 있어서 신경증거(formula_1)가 역치(Threshold)를 넘으면 관찰자는 '있음'으로 결정하고 만일 넘지 못한다면 '없음'으로 결정한다. 때로는 환경 속의 무작위 변동성과 관찰자 자신의 감각 채널과 뇌안의 신경 노이즈로부터 무작위 변동성이 나타나 그 결과로 신경증거(formula_1)가 역치를 넘을 수 있다. 보통 신호와 노이즈사이의 강도 차이가 작을수록 오류확률이 증가하는데 이는 무작위성으로 인한 신경증거(formula_1)의 변동량이 신호에 내재된 에너지의 양에 비해 상대적으로 증가하기 때문이다. 마이브리트 모세르
이전의 연구들을 통해 장소 세포, 격자 세포, head-direction cell이 서로 상호작용을 하여 자신의 위치를 인지한다는 사실이 밝혀졌다. 하지만 계산적 모델(computational model)은 이 세 종류의 세포들 이외에 경계를 인지하는 세포도 존재해야 한다는 것을 암시하고 있었다. 그래서 연구자들은 경계를 인지하는 세포인 경계 세포(border cell)을 찾기 위한 연구를 수행했고, 실제로 쥐의 MEC(medial entorhinal cortex) 부분에서 그 세포들을 찾아냈다. 경계 세포는 특정 공간의 경계에서만 전기 신호를 내며, 그 경계의 길이와 모양에는 무관한 전기 신호 양상을 보여준다. 신경가소성
신경가소성(Neuroplasticity)은 인간의 두뇌가 경험에 의해 변화되는 능력을 말한다. 즉 뇌가 성형적(plastic)이고 순응성이 있다(malleable)는 것이다. 이러한 두뇌의 특징은 꽤 현대에 와서야 발견되었다. 우리의 뇌는 경험에 대한 반응으로 자기 스스로를 (한계 내에서) 재설계할 수 있는 능력을 진화시켜 왔다 (Shatz 1992). 해부학적 뇌 구조의 가소성 덕분에 개개인의 활동에 적합하도록 뇌를 맞춤 설계를 하는 게 가능해졌다. 뇌는 신경세포(뉴런)와 신경교세포가 연결되어 구성된다. 학습은 신경세포 연결 길이의 변화, 연결의 추가 또는 제거, 그리고 새로운 신경세포의 형성을 통해 일어날 수 있는데, 가소성은 바로 이러한 학습과 관계가 있다. 기억 흔적
연접 반응의 증강에 의해 동시에 발화하는 세포군이 형성된다. 이를 신경 세포 접착체라 하며, 신경 회로 수준의 기억 흔적으로 생각된다. 이는 헵형 연접 가소성을 제창한 도널드 O. 헤브에 의해 제창됐다. 예전엔 어디까지나 가상의 물건이었지만 최근 광 유전학의 발달로 신경 세포 접착체를 구성하는 신경 세포의 활성을 조절하고 직접 관찰할 수 있어져, 연구가 진행하고 있다. 신경 세포
현대적인 의미의 신경세포는 골지의 은 염색법에 의해 관찰되기 시작했다. 산티아고 라몬 이 카할은 이 방법을 통해 여러 종류의 신경세포들을 관찰했으며, 이들이 하나의 조직망(network)를 보인다는 사실을 알아 내었다. 그는 이를 기초로 신경망이 사고의 근원을 이루리라 추론하였다. 여기에 대한 골지와의 의견 충돌은 둘의 노벨상 수상식에까지 이어진 것으로 유명하다. 신경독
신경독은 세포 막을 건너는 이온의 집중에 대한 신경세포 조절을 막거나, 시냅스를 건너는 신경세포 사이의 연락을 못하게 한다. 신경독 노출의 지역 병리학에서는 종종 신경세포 흥분독성이나 세포자살을 포함하며, 신경 아교 세포의 손상을 포함하기도 한다. 신경독 노출의 거시적인 징후로는 지적 장애과 같은 광범위한 중추신경계 손상, 지속적인 기억력 장애, 뇌전증, 치매 등이 포함될 수 있다. 추가적으로, 말초신경증이나 근육병증 같은 신경독 영향하의 말초신경계 손상이 흔하다. 신경독으로 인한 손상 완화에는 항산화물질과 항독소의 투여와 같은 여러 치료 방법이 도움이 된다. 뇌 심부 자극술
뇌 심부 자극계는 3개의 부분으로 구성된다: 자극 발생기(the implanted pulse generator, IPG), 전극선(lead), 연장선(extension)이다. 자극 발생기는 배터리로 된 전원작동이 되는 신경자극기로써 신경활동을 방해받는 뇌 부위에 전기자극을 전달한다. 전극선은 4개의 백금이리듐 전극으로 된 폴리우레탄 코일로 되어있으며 뇌의 세 부분의 영역 중 한 곳에 배치된다. 전극선은 연장선을 통해 자극 발생기와 연결된다. 전극선은 머리에서부터 귀 뒷부분으로 내려와 목 아래로 이어지며 쇄골 피하 또는 복부에 위치된다. 자극 발생기는 증상을 억제하거나 부작용을 조절하기 위해 의사, 간호사 또는 훈련된 기술자에 의해 보정될 수 있다. 뇌 심부 자극선은 증상에 따라 뇌의 위치 부위가 결정된다. 비파킨슨의 수전증의 경우 시상의 앞쪽 핵에 삽입된다. 파킨슨(경직, 진전, 무동증, 운동완서)와 같은 증상과 근육긴장이상은 담창핵이나 시상밑핵에 삽입된다. 3가지 구성성분은 외과적 수술로 신체에 삽입된다. 국소 마취로 진행하며 머리뼈에 드릴로 14mm의 구멍을 뚫고 적절한 위치에 삽입되었는지 확인할 수 있도록 전극을 삽입한다. 자극 발생기와 전극선은 전신마취하에 삽입된다. 뇌의 우반구는 왼쪽으로 신체 증상을 통제한다. 신경가소성
손상을 입은 뇌세포는 다시 재생되지 않음에도 불구하고, 마비되거나 약화된 사지의 운동기능은 회복기를 지나서 상실된 운동기능의 일부 또는 대부분이 회복되는데, 이러한 현상을 뇌의 신경가소성에 의한 운동기능회복이라 한다(Cohen & Hallett 2003). 불과 십 여 년 전까지만 해도 뇌신경학자들은 성장한 영장류의 대뇌피질 신경세포에서 광범위한 영역에서 기능적이고 구조적인 가소성에 의해 신경계의 변화가 가능하다는 것은 받아들이기 힘든 사실이었다(Nudo 2003, Moskowitz & Lo 2003). Levi Montalcini와 Angeletti(1968)가 최초로 성인의 뇌에서 신경 성장인자를 최초로 발견한 것을 시작으로 많은 논란과 연구를 촉발시켰으며, 현재 신경가소성을 뇌 신경계 외부의 활동성에 의해 이미 성장한 뇌신경계 내에서 신경 연결망과 시냅스의 변화로 받아들여지고 있다(Cramer 2000, Squire & Kandel 2000) Moop
전기의 생리적효과 몸감각 기관
모든 몸감각은 생리적인 수용체의 활성화로 시작된다. 이러한 몸감각 수용체는 보통 피부, 장기 또는 근육을 덮고 있다. 이 수용체들의 구조는 모든 경우에서 많은 유사점을 보이며, 그 예로 자유신경종말 (free nerve ending) 또는 캡슐에 싸여있는 신경 종말을 가진 점이 있다. 그것들은 움직임 (기계수용체), 압력 (기계수용체), 화학적 변화 (화학수용체) 또는 온도에 의해 활성화가 된다. 또다른 활성 요인으로는, 예를 들어 손가락이 표면을 스칠 때 일어나는 진동이 있다. 이렇게 해서 우리는 200 마이크로미터 이하의 굴곡이 있는 표면을 만져보고 부드럽다고 느낄 수 있다. 그런 표면을 만질 때 일어나는 진동은 대략 250 Hz 정도로, 이는 층판소체 (Pacinian corposucle)가 반응하는 최적의 주파수이다. 활성화가 되는 과정 역시 유사하다; 자극은 신경 종말에서 탈분극 (depolarization)을 일으키고 활동 전위 (action potential)가 나타난다. 이 활동 전위는 척수 등의 위치로 뉴런을 따라 전달된다. 루시즘
모든 색소 세포들이 같은 (multipotent)을 가진 전구세포에서 분화되므로, 모든 형태의 색소 결핍이 루시즘의 원인이다. 이는 루시즘과 곧잘 혼용되는 백색증과는 다른 점이다. 백색증은 멜라닌 생성 감소만이 그 원인이며 (melanocyte)는 그대로 존재한다. 그러므로 (xanthophores)와 같은 다른 종류의 색소 세포가 존재하는 종에서는 백색증 개체의 몸이 완전히 희지 않으며 곧잘 연한 노란빛을 띈다. 세포자살
모든 핵을 가진 동물 세포는 세포를 파괴하는 비활성 형태의 물질을 가지고 있다. 세포자살의 시작은 활성화 메커니즘에 의해 매우 엄격하게 통제된다. 왜냐하면 한번 세포사멸이 시작되면 비가역적으로 세포의 죽음으로 이어지기 때문이다. 따라서 세포자살이 필요할 때까지 이가 엄격하게 규제되는 것은 놀랄 일이 아니다. 두가지 제일 잘 밝혀진 활성화 메커니즘은 1.내부요인에 인한 세포자살(미토콘드리아성/intrinsic pathway), 2.외부요인에 인한 세포자살(extrinsic pathway)이다.  신경계통
가장 간단한 신경계는 자포동물의 것으로 서로 거미줄처럼 연결된 신경망을 통해 연결되어 있다. 자포동물의 신경계는 촉수가 받은 자극이 전체 뉴런에 전달되고 이에 따라 모든 촉수를 오므리는 반사를 일으킨다. 보다 정교한 신경계는 편형동물에서 발견된다. 편형 동물은 몸체의 위에서 아래로 두개의 신경 다발이 평행하게 지나가며 여기에서 말초신경계가 몸 전체로 퍼져 나간다. 두개의 신경은 몸 앞에서 만나 부풀어 올라 두 신경 다발을 연결하는 연합뉴런을 가지고 있다. 후속되는 진화는 모두 편형동물이 갖고 있는 신경계를 보다 정교하게 발전시킨 것이라 할 수 있다. 신경계의 진화에는 크게 다섯 가지의 흐름이 확인된다. 활동전위
신경전달은 전기적 시냅스 사이에서도 일어난다.[12] 세포 사이에 흐르는 자유로운 이온을 통하여 화합물이 관여하지 않고 빠른 전달이 가능하다. 흥분성 세포가 틈새이음을 통하여 직접 연결되어 있기 때문에 활동전위는 세포 사이에 양방향으로 직접 전달된다. 정류 시냅스(rectifying synapse)라는 일부 전기적 시냅스에서는 활동전위가 한 방향으로만 이동한다.[13] 전기적 시냅스는 화학적 시냅스보다 드물기는 하지만 사람의 뇌를 포함하여 신경계 전반에 존재한다.[14]