지난 시간 복습을 하면, 적혈구는 미토콘드리아가 없는 인체 유일한 세포로 원핵세포로 다시 돌아간 세포이다. 산소운반에 특화되어 헤모글로빈이 2억8천개가 들어 있다. 혈액 1cc당 적혈구 500만개, 혈소판 30만개, 백혈구 8천개이다. 백혈구가 5천개 미만이면 면역력이 떨어진다.

뇌는 시간당 4g의 글루코스를 사용하고, 적혈구는 시간당 2g을 사용한다. 글루코스(C₆H₁₂O₆)의 분자량은 “(12ⅹ6)+(1ⅹ12)+(16ⅹ6)=180”이다. 그래서 아보가드로수를 모으면 180g이 된다. 1cal=4J, Watt=J/sec, Glucose 1g=4kcal의 열량을 낸다. 뇌는 집중 시 글루코스 10g/hour를 사용하므로, 전력으로 바꾸면 (10ⅹ4,000ⅹ4)/3600=약44w가 된다. 형광등은 55w, LED등은 25w를 소모한다. 몸 전체가 하루 2000Kcal를 소비한다면 (2,000,000ⅹ4)/(3600ⅹ24)=약93w가 된다. 즉 뇌가 집중할 때는 몸 전체 전력의 절반을 소모한다.

산소의 대기압은 760mmHgⅹ0.21=150mmHg이다. 백혈구 수명은 6시간, 적혈구는 100일이다. 박자세는 숫자를 기억하는 단체이다. “태양이 크다”에는 정보가 없다. 태양 반지름이 지구의 약100배이다. 태양의 밀도는 물의 1.4배, 지구는 5,5배이므로, 태양질량은 지구질량의 30만배이다.

오늘 전달하는 정보는 브레인의 50%이다. 놔간(brain stem)은 불과 브레인 뒤쪽의 5cm밖에 안되는 영역인데, 모든 진화의 흔적이 남아있다. 여기를 건드리면 바로 죽는다. 대뇌피질은 뇌간의 100배 크기이다. 뇌의 1% 영역으로 감각이 대뇌피질로 올라가고, 운동이 대뇌피질에서 내려오는 관문이다.

상구(SC, superior colliculus)의 단면에서부터 척수(spinal cord) 단면까지의 그림이다.

상구단면 가운데 구멍에서 척수단면 가운데 구멍까지 연결되는 수로(aqueduct)가 있다. 상구의 수로구멍을 중뇌수도관(celebral aqueduct)이라고 하는데, 그 주위를 중뇌수도관주변회색질(PAG, periaqueductal gray)이라고 한다.

상구단면에서 앞쪽으로 양쪽에 흑질(substantia nigra)의 망상부위(reticular, SNr)와 치밀부위(compact, SNc)가 있고, 가운데엔, 배쪽피개부(VTA, ventral tegmental area)가 있다. 흑질치밀부위와 배쪽피개부는 도파민 분비핵이다. 흑질에서 앞쪽으로 운동성 6개 신경로가 지나가는 섬유다발이 있는데, 전두뇌교로(frontopontine pathway), 피질연수로(corticobulba pathway), 피질척수로(corticospinal pathway), 후두뇌교로(occipitopontine pathway), 측두뇌교로(parietopontine pathway), 두정뇌교로(temporopontine pathway)이다. 그 위로 섬유다발이 대뇌를 받쳐주고 있는 다리와도 같다.

상구단면에서 중뇌수도관주변회색질 양 옆에는 적색핵(Red nucleus)이 있다. 또한 E-W핵(Edinger–Westphal nucleus)과 3번 동안신경이 있다. 뒤쪽에는 외측슬상핵(LGN, lateral geniculate nucleus)과 신경다발이 X자로 교차하는 적색교차로(ruburo decussation)가 있다.

상구 밑에는 하구(IC, inferior colliculus)가 있고, 하구상완(brachium of IC)의 아래에 부완핵(PB, parabrachial nucleus)이 있다. 하구 가운데에는 신경이 X자로 교차하는 상소뇌각 교차(decussation of superior cerebellar peduncle)가 있다. 하구 아래에 4번 도드레(Trochlear) 신경이 있고, 소뇌각 양 옆에 5번 3차신경(Trigeminal)이 있다.

소뇌각(cerebellar peduncles)은 상, 중, 하-소뇌각(ICP, MCP, SCP, superior, middle, and inferior cerebellar peduncles)으로 나뉘어진다.  

소뇌각 아래쪽에 6번(갓돌림, abducence), 7번(얼굴, Facial), 8번(속귀, acoustic), 9번(혀인두, glossopharyngeal), 10번(미주, vagus) 신경이 있고, 7번, 9번, 10번 신경 중 감각성분이 모아지는 부위가 고립로핵(NTS, nucleus tractus solitarii)이다. 9번 혀인두신경과 10번 미주신경은 신경절(ganglion)을 형성하는데, 위쪽을 상신경절(superior ganglion) 아랫쪽을 하신경절(inferior ganglion)이라고 한다. 9번의 하신경절은 추체신경절(petrosal ganglion)과 연결되고, 10번의 하신경절은 결절신경절(nodose ganglion)과 연결된다.

7번 얼굴신경의 운동성분은 6번 갓돌림신경을 돌아나간다. 도중에 상침분비핵(superior salivatory nucleus)이 들어가고 눈물(lacrimal)과 sublingual(혀밑), submandibular(턱밑) 샘과 연결된다. 9번 혀인두신경 운동성분에는 하침분비핵(inferior salivatory nucleus)이 들어가고 10번 미주신경과 연결된다. 10번 미주신경의 운동성분에 의문핵(ambiguus)이 연결되어 인두(pharyngeal), 상후두(superior laryngeal), 반회후두(recurrent laryngeal) 신경으로 연결된다. 의문핵에는 등쪽운동미주(DMV, dorsal motor vagus) 신경핵이 연결되어 있다. 의문핵은 또한 11번 부속신경(accessary nerve)가 연결된다. 부속신경은 경추 1~5번까지의 신경과 연결된다.

의문핵은 경추 1-5번의 전각이다. 즉 척수의 위쪽 연장인 것이다. 척수 끝의 운동성에서 발음이 나온다. 브레인은 0번 척수이다. 곤충 브레인은 신경절(gangalion)이라고 부른다. 척추 첫번째 뼈 앞이 두개골이다. 척추 마지막 마디가 불거진 것이다. 의문핵이 명확하다. 완벽한 운동성이다. 등쪽운동미주신경(DMV)은 운동성인데 왜 등쪽에 있는가? 등쪽은 감각, 배쪽은 운동신경이 분포하는데, 마치 석류가 터져서 배쪽이 등쪽으로 뒤집어진 현상으로 이해하면 된다.

척수의 단면은 배쪽으로 전각(anterior horn), 등쪽으로 후각(posterior horn)이라고 하고, 가운데 양측에 중간외측핵(IML, Intermediolateral nucleus)이 있다. 또한 전각 쪽에는 알파운동신경세포(alpha motor neurons)가 있다.

신경정보전달의 하이라키(Hierarchy)를 볼 수 있는 그림이다. 무슨 공부를 하든지 전체에서 어떤 부분을 건드리고 있는지 감 잡아야 한다. 시각, 청각보다 더 중요한 이야기이다.

가장 밑에 중요한 핵이 고립로핵(NTS)이다. 고립로핵으로는 10번 미주신경, 7번 얼굴신경, 9번 혀인두신경의 맛(Taste) 감각이 올라오고, 혈액모니터링, 음식의 독, 구토를 관장하는 AP(area postrema)의 정보가 올라온다.

2층은 중뇌수도관주변회색질(PAG)이다. 이곳은 공포, 불안, 싸움과 도주, 자동조정을 관장한다.

3층은 편도체(amygdala), 시상하부(Hypothalamus), 시상(thalamus)이다. 시상하부는 핵이 10개로 편도체, 시상과 같은 레벨이다. 편도체는 감정을 인식한다. 시상하부는 배고픔을 인식한다. 시상은 몸과 고통을 인식하고 수면과 각성의 주기를 조절한다.

가장 위가 대뇌피질(Cerebral cortex)이다.

고립로핵에서 출력은 2층의 중뇌수도관주변회색질(PAG), 3층의 편도체(Amy), 시상하부(Hyp), 시상(TH)이다. 중뇌수도관주변회색질에서는 시상하부로 출력되고, 1번 후각신경(olf)은 편도체로 들어가고, 시각(V)과 청각(A)은 시상으로 들어간다. 부완핵(PB)은 편도체, 시상하부, 시상 모두에 들어가고, 고립로핵에서도 부완핵으로 들어간다. 편도체, 시상하부, 시상으로 온 감각은 모두 대뇌피질로 올라간다. 부완핵(PB)은 위장벽 횡압의 메인이다. 술이 목을 넘어갈 때 팽팽함도 부완핵에서 감지된다.

시각과 청각은 대뇌로 가면 중요해지지만 수많은 자극 중 하나일 뿐이다. 고립로핵은 미주신경의 감각파트이고, 의문핵은 미주신경의 운동파트이다. 이 두개만 정확히 알면 감각 전체에서 시각과 청각의 위치를 안다.   

감각과 운동이라는 말을 쓰면 헷갈린다. 그래서 감각 대신에 수입신호(afferent signal), 운동 대신에 수출신호(efferent signal)라는 말을 쓰면 더 포괄적 용어가 된다. 수입은 대뇌로 올라가는 정보이다. 수출은 척수로 내려오는 정보이다.

위로 올라갈수록 정보가 많이 모인다. 그래서 중뇌수도관주변회색질(PAG)이 뭘 하는지 알면 브레인 감을 잡는다. PAG는 통증조절중추이다. 물리적 통증보다 더 중요한 것이 정서적 스트레스. 나아가 사회적스트레스이다. 동물은 정서적 스트레스가 없다. 거의 인간만이 가지고 있다. 인간만이 스스로를 괴롭힐 수 있고 자살도 가능하다.

청각(Audotory)은 청각피질로, 시각(Vision)은 시각피질로, 후각(olfactory)은 편도체로, 정서적 스트레스는 중간전전두엽(mPFC)으로 들어온다. 이 모든 신호는 PAG의 배외측(dorso-lateral)으로 들어간다. 물리적스트레스는 뇌간을 통해 하부 PAG로 들어간다.

배외측 PAG에서는 시상하부의 MD핵, 부완핵(PB), 쐐기모양핵(cuneiform nucleus)으로 들어간다. 부완핵(PB)에서는 MD핵으로 들어가고, 쐐기모양핵(CnF)에서는 MD핵과 연수(medulla)로 들어간다. MD핵에서도 연수(medulla)로 들어간다. 또한 하부PAG에서도 연수로 들어간다. 연수에서는 교감(sympathetic)과 호흡(respiratory)을 조절한다. 그래서 스트레스 받으면 호흡으로 한숨 쉬거나, 교감으로 도망간다.

호흡의 종합적인 그림이다.

비강(nasal cavity), 구강(oral cavitry), 인두(pharyngeal), 후두(laryngeal), 기관지(trachea), 허파꽈리(alveolus)에서 교뇌(pontine)의 호흡조정중추(Pneumotaxic center)와 교뇌 아래의 지속흡식중추(Apneustic center)로 들어간다. 또한 연수(medulla)의 등쪽과 배쪽의 호흡핵(dorsal (DRN) and ventral (VRN) medullary respiratory nuclei)으로 들어간다. 호흡조정중추에서는 지속흡식중추로 들어가고, 지속흡식중추에서는 연수의 DRN과 VRN으로 들어간다. DRN은 고립로핵과 연결되고 흡식을 관장한다. VRN은 흡식과 호식을 관장한다.

경동맥체(carotid body)와 경동맥동(carotid sinus) 그리고 대동맥체(aorta body)에서도 DRN으로 들어간다. 답답하다는 정보는 공기의 흐름이 아니다. 산소농도가 떨어질 때 등인데, 이것을 실시간으로 모니터링하는 것은 혈액과 관련된다. 구체적으로 혈장에 녹아든다. 혈액에 이산화탄소 농도가 산소보다 더 중요하다. 하품은 이산화탄소 빼주는 날숨이다. 조깅을 하거나 높은 산에 가면 그때 호흡은 헉헉댄다. 그래서 산소가 많이 필요해 많이 들이킬 것 같은데 그렇지 않다. 내쉬는 숨이 바뀌고 들숨은 거의 바뀌지 않는다. 내쉬는 숨이 5배이상 빨라진다. 혈중 이산화탄소가 높아지면 반사작용으로 하품이 일어난다. 산소가 부족할 때는 반사작용이 없다. 머리가 띵한 것도 이산화탄소 배출이 안되기 때문이다. 이산화탄소 농도가 높으면 죽는다. 이산화탄소 배출이 핵심이다. 그럼 이산화탄소 농도를 어떻게 아는가? 피 속에 센서가 있다. 경동맥체(carotid body)와 경동맥동(carotid sinus) 그리고 대동맥체(aorta body)이다.

DRN, VRN에서는 척수의 후각(posterior horn)과 전각(anterior horn)으로 보내고, 후각에서는 전각으로, 전각에서는 갈비뼈의 늑간근(intercostal muscle)으로 보내서 가슴호흡을 조절하고, 늑간근에서는 다시 후각으로 보내면서 루프를 돈다. 또한 DRN, VRN에서 경추 3, 4, 5번의 전각으로 보내면, 횡경막신경(phrenic nerve)으로 가서 횡경막을 조절한다. 호흡은 갈비뼈에서 30%, 횡경막에서 70%이루어진다.

여기까지는 포유동물의 기본이고, 스트레스 받을 때의 인간팩터를 집어 넣으면 대뇌피질(cortex), 시상하부(hypothalamus), 뇌간(Brain stem)이 관여하여 호흡조정중추, 지속흡식중추, DRN과 VRN으로 입력된다.

의문핵(ambiguous n.)에서 성대를 조절하는 것을 그려본다.

의문핵 상부에서 윤상갑상(cricothyroid) 신경은 상후두(superior laryngeal)에서 갑상연골(thyroid cartilage)과 연결된다. 의문핵 중앙에서 외전(abductor) 신경은 피열연골(arytenoid)의 외전근과 연결된다. 의문핵 하부의 내전(adductor) 신경은 피열연골의 내전근과 연결된다. 외전신경과 내전신경을 합쳐서 반회후두신경(recurrent laryngeal n.)이라고 하는데, 바로 인간이 언어를 할 수 있게 해주는 신경이다. 성대주름(vocal fold)은 초당 200회 음절을 잘라낼 수 있다. 그래서 “내 말 알아듣겠어요?” 하는 빠른 말도 음절구분이 가능하여 알아 들을 수 있다.

인간으로서 첫 운동이 ‘발음’이다. 발음을 만들어 주는 핵이 ‘의문핵’이다. 의문핵이 곧 배쪽미주(Ventral vagus)이다. 다미주이론(polyvagal theory)으로 발음을 통해 사회참여까지 간다. 의문핵은 나중에 진화되어 온 것이다. 먼저 진화한 것은 등쪽운동미주(DMV)로 부동(不動)이다. 다음은 교감(sympathetic)으로 가동(可動)이다. 다음으로 출현한 것이 의문핵의 사회참여이다. 의문핵이 DMV의 부동을 억제하면서 사회성이 가능해진다.

가동은 교감(Sympathetic)이다. 에너지가 소모되며 혈관에서 공급해준다. 고립로핵(NTS)은 전적으로 감각인데, 미주신경의 감각이다. 피속의 이산화탄소, 산소농도 등의 감각이다. N(9), T(10), S(7) 즉, 9, 10, 7번 뇌신경 감각성분이 모인 핵이다.

경동맥체(carotid body), 경동맥동(carotid sinus), 심폐(cardiopulmonary)의 수용기가 고립로핵(NTS)으로 들어간다. 구강인후(oropharyngeal) 수용기는 5번 삼차신경, 전정기관(vestibular) 수용기는 8번 속귀신경, 골격근(skeletal muscle)과 피부(skin)의 수용기는 척수의 등쪽각(dorsal horn)으로 들어가서 각각 고립로핵과 문측복외측연수(RVLM, rostral ventrolateral medulla)로 간다. 고립로핵에서도 RLVM으로 들어간다. RLVM에서 출력은 4개인데, 심장과 신장혈관, 골격혈관, 피부혈관으로 들어가서 혈관사이즈를 바꾼다.

고립로핵으로 7개의 감각수용기가 들어간다. 골격근수용기는 근방추(muscle spindle)와 골지힘줄기관(GTO, golgi tendon organ)에서 감지한다.

요 까지는 동물이다. 인간은 여기에 하나가 더 들어가는데, 고차피질(higer cortex)이다. 고차피질신호가 NTS와 RVLM으로 들어가면서 동일한 자극에도 웃고 마는 사람이 있고, 화를 내는 사람이 있다.

고립로핵(NTS)으로 들어가는 7, 9, 10번 3개의 신경 그림이다.

7번은 맛이다. 고립로핵의 상부에 미각신경(gustatory n.)가 연접한다. 9번 맛의 핵은 7번과 같이 고립로핵 상부에 연접하고, 혈압은 고립로핵 중부에서 압력수용기(baroreceptor)와 연접하고, 호흡은 중부의 호흡수용기와 연접한다. 내장(CO₂, O₂, H⁺)은 하부의 교련핵(commissure n.)과 연접한다. 10번 미주신경 수입(afferent)의 혈압, 호흡, 내장도 마찬가지이다. 고립로핵을 이해하는 것이 브레인 30%를 아는 것이다.

고립로(solitary tract)의 실체를 그려보자.

심장에서 대동맥과 경동맥이 연결된다. 대동맥에는 10번 미주신경과 연결된 대동맥체(aorta body)가 있고, 경동맥에는 9번 설인신경과 연결된 경동맥체(carotid body)와 경동맥동(carotid sinus)이 있다.

대동맥에 접한 무수신경은 10번 미주신경의 하부신경절인 결절신경절(nodose ganglion)로 연결되고 고립로에 연결된다. 고립로에서의 시냅스는 신경세포 사이 또는 신경세포 내에서도 이루어지기에 훈련에 의해 반응정도가 조절이 가능함을 알 수 있다.

고립로에서 무수신경은 시상하부로 보내지거나 꼬리 복측부연수(CVLM, caudal ventrolateral medulla)로 보내진다. CLVM으로 간 신호는 문측복외측연수(RVLM, rostral ventrolateral medulla)를 억제한다. RLVM은 척수의 중간외측핵(IML, intermediolateral nucleus)을 자극하고 IML은 교감신경절(sympathetic ganglia)을 자극하여 심장을 자극한다.

대동맥에 접한 유수신경은 결절신경절과 고립로를 거쳐 의문핵(ambiguous n.)으로 가서 심장을 억제한다.

혈관사이즈가 분 단위로 바뀌는 것이 호흡이다.