우리의 행동은 우리가 가지고 있는 여러 생물학적 특성에 많은 영향을 받는다. 우리의 유전적 특성은 성격과 같은 심리적인 특성과 사회적 행동에 결정적인 영향을 미친다. 그래서 어떤 사람이 외향적이거나 내향적인 성격의 소유자가 될 것인지는 상당 부분 그가 타고난 유전적 요인에 의해 결정된다. 그래서 우리가 사람들의 정신적 과정과 행동을 이해하기 위해서는 그 기초를 이루고 있는 생물학적 특성을 이해할 필요가 있다.
뉴런
뉴런(neuron)은 신경계에서 정보를 처리하고 전달하는 역할을 한다. 뉴런은 세포체, 수상돌기, 책색으로 이루어져 있다. 세포체는 핵, 리보솜, 미토콘드리아 및 대부분의 세포에서 찾아볼 수 있는 기타 구조를 가지고 있다(Rao & Jacobson, 2006). 수상돌기는 메시지를 받아들이는 데 중요한 수용기 역할을 한다. 뉴런들 간의 신경전달물질은 시냅스(synapse)를 통해 전달되는데, 시냅스란 신호를 보내는 세포의 종말단추와 그 신호를 받아들이는 세포의 세포체나 수상돌기 막 사이의 연결부위이다(Shepherd, 1988). 시냅스에서의 교신은 종말단추에서 다른 세포의 막 쪽으로 나아가는 방향으로만 이루어진다. 축색은 길고 가는 관처럼 생겼으며 수초로 덮여 있는 경우도 있다. 축색은 세포체에서 종말단추로 정보를 전달한다. 수상돌기와 마찬가지로 축색과 그 가지들의 모양은 다양하다. 실제로 뉴런의 세 요소의 기본 형태는 수상돌기와 축색이 세포체에서 뻗어 나오는 양상에 따라 분류된다. 또한, 일반적으로 세포체 막에서 하나의 축색과 여러 개의 수상돌기가 뻗어 나오고 있지만, 양극성 뉴런의 경우 세포체의 양쪽 끝에서 하나의 축색과 하나의 수상돌기가 뻗어 나온다. 양극성 뉴런은 줄 감각뉴런으로, 그 수상돌기가 외부 환경에서 발생한 사건을 탐지하여 그 정보를 중추신경계로 전달한다.
뉴런 내 정보전달의 과정// 뉴런 내 정보전달은 뉴런의 축색 막을 사이에 두고 그 안쪽과 바깥쪽의 전위차가 발생함으로써 이루어진다(Katz, 1966). 이것은 세포막의 성질에 의한 것으로, 반투과성 막인 세포막은 전기를 띤 여러 이온들을 모두 다 통과시키지는 않는다.
시냅스 후 뉴런은 거의 동시에 다른 많은 뉴런으로부터 흥분과 억제를 받고 있다. 흥분의 전체량이 억제의 전체량보다 크면 활동전위를 일으키게 된다. 만약 억제의 합이 흥분의 합보다 크면 그 뉴런은 일시적으로 잠잠해진다. 대부분의 뉴런들은 자발적으로 보통 속도로 활동전위를 일으키고 있다. 흥분시키는 신경전달물질은 활동전위를 더 자주 일으키고, 억제시키는 신경전달물질은 활동전위를 덜 빈번하게 일으킨다.
신경전달물질
신경전달물질은 한 뉴런이 분비하는 화학물질로, 뉴런은 이것을 시냅스를 통해 다른 뉴런에 전달함으로써 그 뉴런에 영향을 준다(Bowen et al., 1976). 뉴런은 혈액 속에 있는 재료를 이용하여 자신의 신경전달물질을 합성해 낸다. 신경과학자들은 뇌에서 신경전달물질로 기능하고 있는 화학물질이 수십 가지라고 생각하며, 신경전달물질로 확인되거나 그럴 가능성이 있는 물질의 목록은 연구를 계속함에 따라 점점 더 길어지고 있다(Yamashita et al., 2005).
일반적으로 신경전달물질은 흥분성과 억제성 두 유형이 있어, 시냅스 후막에 감분극이나 과분극을 일으키는 효과가 있다. 즉, 뇌에서 이루어지는 대부분의 시냅스 전달은 흥분성 효과(글루타메이트: Glutamate)와 억제성 효과(GABA 혹은 글라이신: Glycine)를 가져온다. 대부분 국소적인 회로에서 나타나는 뉴런의 활동은 이 화학물질의 흥분성 효과와 억제성 효과의 최종 산물이고, 이것이 뇌 부위 간 정보의 전달과 그 강도를 결정한다. 뇌에 있는 뉴런 중에서 글루타메이트를 분비하는 종말단추로부터 흥분성 효과를 받지 않는 뉴런은 없고, GABA 또는 글라이신을 분비하는 종말단추로부터 억제성 효과를 받지 않는 뉴런은 없다. 물론 고통과 같은 자극을 탐지하는데 기여하는 뉴런은 예외적으로 작동하지만, 일반적으로 감각기관은 종말단추에서 글루타메이트를 분비하고 축색을 통해 뇌에 정보를 전달한다.
그렇다면 여러 다른 신경전달물질은 어떤 기능을 하는가? 일반적으로 신경전달물질은 정보를 전달하는 기능보다는 강도를 효과적으로 조절하는 역할과 관련이 깊다. 즉, 글루타메이트와 GABA를 제외한 나머지 신경전달물질은 특정 뇌 부위의 기능에 관여하는 뉴런을 활성화하거나 억제하는 역할을 한다. 예를 들어, 글루타메이트와 GABA를 분비하는 뉴런은 학습을 통해 기억된 정보를 전달하지만, 아세틸콜린은 대뇌피질을 활성화시켜 학습을 점진적으로 촉진한다.
노르에피네프린은 경계심을 증가시켜 신호를 탐지했을 때 즉각적으로 행동하려는 준비성을 증가시키고 히스타민은 심리적 각성을 증대한다. 세로토닌은 생물학적 범주에서 볼 때 종 특유의 행동을 억제하여 돌발적인 행동을 할 가능성을 낮춘다. 도파민은 뇌의 거의 모든 영역에서 일반적으로 수의적 운동을 활성화하지만, 어떤 운동을 일으킬 것인지를 구체화하지는 않는다. 일부 영역에서 도파민은 진행 중인 행동을 강화하고, 이후에 그러한 행동이 출현할 가능성을 높인다.