신경과학이란 무엇인가

'신경과학'이란 무엇인지, 그 역사는 어떻게 흘러와서 미래에는 어떤 연구가 필요한지 알아보도록 하겠습니다.

신경과학이란

신경과학의 역사와 미래

1. 신경과학이란?

신경과학(Neuroscience)은 신경계(뇌, 척수, 말초신경계), 그 기능과 장애에 관한 과학적 연구입니다.

생리학, 해부학, 분자생물학, 발달생물학, 세포과학, 심리학, 물리학, 컴퓨터과학, 화학 및 수학 모형화를 결합하여 뉴런(neuron)과 글리아(glia) 및 신경회로의 기본적이고 출현적인 특성을 이해하는 다분야 과학입니다.

신경과학의 범위는 시간이 지남에 따라 넓어지며, 다른 척도로 신경계를 연구하는 데 사용되는 다양한 접근 방식이 포함되어 있습니다. 신경과학자들이 사용하는 기술은 개별 뉴런의 분자 및 세포 연구에서 뇌 내 감각, 운동 및 인지 작업의 이미지 처리까지 확대되고 있습니다.

2. 고대사람들이 바라본 신경과학

신경계에 대한 가장 초기 연구는 고대 이집트로 거슬러 올라갑니다. 머리 손상이나 정신장애를 치료하거나 뇌압 압박을 완화하기 위해 두개골에 구멍을 내거나 긁어내는 수술인 트레퍼네이션(Trepanation)은 신석기 시대에 처음 기록되었습니다. 기원전 1700년의 필사본은 이집트인들이 뇌 손상 증상에 대해 어느 정도의 지식을 가지고 있었다는 것을 보여줍니다.
뇌의 기능에 관한 가장 초기 견해들은 일종의 '두개골 채우기'가 있습니다. 이집트에서는 중세 후기 이후 미라화에 준비하기 위해 뇌를 제거했습니다. 당시에는 심장이 지성의 중추라고 믿었습니다. 헤로도토스(Herodotus)에 따르면, 미라화의 첫 단계는 '굽은 쇳조각을 가지고 콧구멍에서 뇌를 빼내 한 부분을 제거하고 두개골은 약물로 씻어내 나머지를 제거하는 것'이었습니다
심장이 의식의 근원이라는 견해는 그리스인 의사 히포크라테스 시대까지 이의를 제기하지 않았습니다. 히포크라테스는 뇌가 감각에 관여하고 있을 뿐만 아니라 대부분의 전문적인 기관(예를 들어 눈, 귀, 혀)이 뇌 근처의 머리 부분에 위치하고 있기 때문에 지성의 자리라고 믿었습니다. 플라톤은 또한 뇌가 영혼의 이성적인 부분의 자리라고 추측했습니다. 그러나 아리스토텔레스는 심장이 지성의 중심이며 뇌가 심장으로부터의 열의 양을 조절한다고 믿었습니다. 이 견해는 히포크라테스의 추종자이자 로마 검투사의 의사인 로마인 의사 갈렌이 그의 환자가 뇌에 손상을 입었을 때 정신 능력을 잃었다는 것을 깨달을 때까지 일반적으로 받아들여졌습니다.

3. 다양한 학자들과 신경과학의 발전

1700년대 후반 루이지 갈바니(Luigi Galvani)의 선구적인 연구는 근육과 뉴런의 전기적 흥분성을 연구하기 위한 단계를 설정했습니다.

1843년 에밀 뒤 부아 레이먼드(Emil du Bois-Reymond)는 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)의 속도를 측정하는 신경 신호의 전기적 특성을 보여주었고, 1875년 리처드 카톤(Richard Caton)은 토끼와 원숭이의 대뇌 반구에서 전기 현상을 발견했습니다.

아돌프 벡(Adolf Beck)은 1890년에 토끼와 개의 뇌의 자발적인 전기적 활동에 관한 비슷한 관찰 결과를 발표했습니다. 뇌에 대한 연구는 1890년대 후반 카밀로 골지(Camillo Golgi)에 의한 현미경의 발명과 염색법의 개발을 거쳐 보다 정교해졌습니다. 이 절차에서는 개별 뉴런의 복잡한 구조를 밝히기 위해 크론산염을 사용했습니다. 그의 기술은 산티아고 라몬 이 카잘(Santiago Ramón y Cajal)에 의해 사용됐고, 뇌의 기능 단위가 뉴런이라는 가설인 뉴런 교리의 형성으로 이어졌습니다. 카밀로 골지(Camillo Golgi)와 산티아고 라몬 이 카잘(Santiago Ramón y Cajal)은 1906년에 뇌 전체 뉴런의 광범위한 관찰, 기술, 분류로 노벨 생리학 또는 의학상을 수상했습니다. 이 연구와 병행하여 1815년 장 피에르 플로렌스(Jean Pierre Flourens)는 살아있는 동물의 뇌의 국소 병변을 유도하여 운동성, 감수성 및 행동에 미치는 영향을 관찰했습니다.

1836년 마크 닥스(Marc Dax)와 1865년 폴 브로카(Paul Broca)에 의한 뇌 손상 환자와의 연구에서는 뇌의 특정 부위가 특정 기능을 담당하고 있음을 시사하고 있습니다. 당시 이러한 발견은 언어가 국소화되고 특정 심리적 기능이 대뇌 피질의 특정 영역에 국소화된다는 프란츠 조셉 골의 이론(Franz Joseph Gall's theory)을 뒷받침하는 것으로 여겨졌습니다.

칼 베르니케(Carl Wernicke)는 언어 이해와 생산에서 특정 뇌 구조의 전문화 이론을 더욱 발전시켰습니다. 신경 이미지 처리 기술에 의한 현대 연구에서는 특정 작업의 실행에 있어 피질이 다른 영역이 활성화되고 있음을 지속해서 보여주기 위해 여전히 이 시대의 브로드만 대뇌 세포 건축학 맵을 사용하여 해부학적 정의를 하고 있습니다.
와일더 펜필드(Wilder Penfield)는 뇌전증을 치료하는 과정에서 뇌에서 다양한 기능(운동, 감각, 기억, 시각)의 위치에 대한 지도를 제작했습니다.

4. 현대의 신경과학과 미래

20세기 후반에는 주로 분자생물학, 전기생리학, 전산신경과학의 발전으로 인해 신경계에 대한 과학적 연구가 많이 증가했습니다. 이를 통해 신경과학자들은 신경계의 다양한 측면, 즉 신경계의 구조, 작동 방식, 발달 방식, 오작동 방식, 변화 방식 등을 연구할 수 있습니다.
시간이 지남에 따라 뇌 연구는 철학적, 실험적, 이론적 단계를 거쳐 왔으며, 앞으로 신경 이식 및 뇌 시뮬레이션에 대한 연구가 중요해질 것으로 예상됩니다.