신경과학에 대하여-1 (신경과학이란?)

이 블로그에서는 신경과학에 대한 전문적인 이야기를 다뤄 보려고 합니다. 우선 첫 번째로 신경과학의 개념과 신경과학의 역사에 대해 알아보도록 하겠습니다.

신경과학이란?

신경과학이란?

신경과학이란 뇌뿐만 아니라 전체 신경 시스템을 연구하는 학문입니다. 이 분야는 우리가 주변 환경을 인식하고 경험하는 방식 및 사회적 상호작용에 대한 이해를 중점적으로 다룹니다. 신경과학은 현대 과학의 가장 흥미로운 분야 중 하나로 꼽히며, 그 범위는 광범위하고 다양합니다. 이 분야는 뇌와 신경 시스템의 복잡한 기능과 구조를 이해하려는 것으로만 그치지 않고, 그것이 인지, 감각, 운동 등과 어떻게 상호작용하는지를 이해하고자 합니다. 이를 위해 신경과학자들은 분자 수준에서부터 전체 뇌 구조까지 다양한 척도에서 연구를 수행합니다. 최근의 뇌 영상 기술의 발전은 이전에는 상상할 수 없었던 정밀한 분석과 실험을 가능케 했습니다. 이러한 기술의 발전은 뇌의 작동 메커니즘을 보다 깊이 있게 이해하고, 질병의 원인을 발견하고, 치료법을 개발하는 등의 실용적인 응용 분야에 큰 영향을 미치고 있습니다. 뿐만 아니라, 인공 신경망과 기계 학습 알고리즘 등의 발전은 뇌 연구에 새로운 시각을 제공하고 있습니다. 이러한 기술들은 우리의 뇌가 정보를 처리하고 의사 결정을 내리는 방식을 모방하는 데 도움이 될 수 있습니다. 따라서, 신경과학은 우리가 인간의 본성과 뇌의 기능에 대해 더 많이 이해하고, 이해를 바탕으로 새로운 기술과 치료법을 개발할 수 있게 해주는 흥미로운 분야입니다.

 

신경과학의 역사

신경계 연구의 역사는 고대 이집트로 거슬러 올라갑니다. 이 시기에는 두통을 완화하거나 정신 질환을 치료하거나 두개골 내압을 낮추기 위해 두부 절개술(두개골에 구멍을 내는 외과술)이 시행되었습니다. 이러한 두부 절개술의 증거는 신석기시대의 지층에서도 발견되며 전 세계적으로 널리 퍼져 있었습니다. 기원전 18세기의 필사본에 따르면, 이집트인은 뇌 손상에 대한 지식을 가지고 있었습니다. 초기에는 뇌를 단순히 '두개골을 채우는 무언가'로만 여겼으며, 중왕국 시대에 이르러서는 미라를 만들면서 뇌를 제거하는 것이 관례가 되었습니다. 이 시기에는 인지 기능이 심장에서 이루어진다고 믿었습니다. 헤로도토스는 미라화의 첫 단계가 "구부러진 철 조각으로 콧구멍을 통해 뇌를 끄집어내고 머리뼈의 빈 공간을 약품으로 헹궈 씻는 것"이라고 기록했습니다.

고대 그리스 의사들은 심장을 의식의 원천으로 보는 관점을 받아들였습니다. 히포크라테스 시대까지 이러한 관점은 계승되었는데, 히포크라테스는 뇌가 감각과 연관된다는 것뿐만 아니라 지능과도 관련이 있다고 믿었습니다. 플라톤은 또한 영혼의 이성적인 부분이 뇌에 위치한다고 생각했습니다. 그러나 플라톤의 제자인 아리스토텔레스는 심장이 지능의 중심이며, 뇌는 심장에서 나오는 열의 양을 조절하는 기능을 한다고 믿었습니다. 이 관점은 고대 로마의 의사이자 히포크라테스의 신봉자였던 의학자 갈레노스 시대까지 이어졌습니다. 갈레노스는 환자들이 뇌에 지속적인 손상을 입으면 정신적인 능력을 상실한다는 사실을 관찰하였습니다.

 

중세 이슬람 세계에서는 아불카시스(Abulcasis), 이븐 루시드, 이븐 주르, 그리고 마이모니데스와 같은 의학자들이 활동하며 뇌와 관련된 의학적 문제에 대한 문헌을 남겼습니다. 르네상스 시대에는 유럽에서 베살리우스(1514-1564)와 르네 데카르트(1596-1650)가 신경과학에 기여했습니다. 특히, 르네 데카르트는 심장 활동과 생명 활동에 필수적인 기계적 운동이 모두 뇌에서 조절된다고 보았는데, 이러한 주장은 그가 저술한 『인체의 구조에 관하여』에서 확인할 수 있습니다.

 

현미경의 발명과 함께 카밀로 골지가 1890년대에 은 염색법을 개발하면서 뇌 연구는 더욱 정교해졌습니다. 이 방법은 크롬산 은 염을 활용하여 개별 뉴런의 복잡한 구조를 드러내었습니다. 이러한 기술을 이용하여 산티아고 라몬 이 카할은 '뇌의 기능적 단위는 뉴런이다'를 주장하는 뉴런주의를 제안했습니다. 이와 함께 골지와 라몬 이 카할은 뇌의 다양한 영역을 관찰하고 묘사하여 1906년 노벨 생리학·의학상을 받았습니다.

 

루이지 갈바니는 1700년대 말에 근육과 뉴런이 전기적으로 흥분한다는 선구적인 연구를 했으나, 실제로 뉴런이 흥분하여 인접한 뉴런에 영향을 미치는 것은 19세기말에 이르러서야 에밀 뒤 부아 레몽, 요하네스 페터 뮐러, 헤르만 폰 헬름홀츠 등에 의해 증명되었습니다.

 

폴 브로카는 뇌 손상을 입은 환자들을 연구하여 특정 뇌 영역의 손상이 특정 기능의 손실과 연결된다고 제안했습니다. 이는 프란츠 요제프 갈의 이론과 부합되어 각광을 받았습니다. 또한, 존 헐링스 잭슨은 간질 환자를 연구하여 뇌의 특정 부분이 특정 기능을 담당한다는 '기능의 국소화' 이론을 제안했습니다. 이에 칼 베르니케는 언어 이해와 발화와 관련하여 특정 뇌 구조 이론을 더욱 발전시켰습니다.

 

1952년에는 앨런 로이드 호지킨과 앤드루 헉슬리가 오징어의 거대 축삭에서 활동전위가 발화되고 전달되는 과정을 설명하는 수학적 모델을 제안했습니다. 이후 피츠휴와 나그모가 모델을 간소화하고, 베르나르트 캐츠가 시냅스를 모델링하여 신경전달을 이해하는데 기여했습니다. 1981년에는 모리스와 레카가 두 모델을 결합하여 모리스-레카 모델을 만들었습니다. 이후 J.L. 힌드마쉬와 R.M. 로즈가 신경전달 모델을 확장하는 연구를 진행하였습니다.

 

이렇게 신경과학의 개념과 신경과학의 역사에 대해 알아봤습니다. 다음 포스팅은 현대의 뇌과학을 알아보도록 하겠습니다.