수의운동의 신경 제어
근육의 활동을 이야기할 때, 실제로는 신경근의 활동으로 이해해야 한다. 근육은 신경지배를 받아 활동하기 때문이다. 수의적 운동 모두 신경계와 근육계가 함께 작용하는 결과로 나타나며, 근육의 수축은 신경계 자극의 결과로 발생된 것이다. 궁극적으로 근섬유들은 적절한 자극을 받았을 때 근수축을 일으키는 운동 신경인 뉴런에 의해 신경지배된다. 뉴런들은 각각 다발로 무리 지어 있는데, 중추신경계(CNS)에서의 다발은 경로로 불리고 말초신경계(PNS)에서의 다발은 신경으로 불린다. 자극들이 근육 활동을 어떻게 일으키는지 이해하기 위해서는 각 신경계의 복잡성을 생각해야한다. 각각의 구성요소와 개요를 알아보도록 하겠다.
1. 중추신경계(뇌와 척수; CNS, Central Nervous System)
중추신경계는 다양한 수준과 정도가 있는데, 5단계의 제어로 나누어진다. 제어에 있어서 가장 일반적이고 위치상 높은 곳에서부터 낮은 곳까지의 순서대로 나열해 보면 이 수준들은 다음과 같다.
- 대뇌피질(대뇌겉질, Cerebral cortex) : 가장 상위에 위치한 제어 수준인 대뇌피질은 수의운동을 수행하기 위해 특정한 근육의 활동이 아닌 종합적인 근육 활동을 제어한다. 신체로부터의 감각 자극을 인식하며 사고할 수 있는 능력이 있어 운동을 자발적으로 조절할 수 있다.
- 기저핵(바닥핵, Basal ganglia) : 대뇌피질의 다음 수준인 기저핵은 대뇌의 피질보다 깊은 백질 속에 위치한다. 계속 반복되는 형태의 학습되는 움직임을 제어하고 자세나 평형을 유지하는 기능과 관련이 있다.
- 소뇌(Cerebellum) : 소뇌는 감각 자극의 통합센터이며 빠르고 복잡한 근육 활동을 조절하는데 핵심적인 역할을 맡는다. 동시다발로 일어나는 운동을 조절하거나 움직임 중에 다음 동작을 빠르게 예감해 관련된 피드백을 제공한다. 소뇌는 동작의 정확성을 보조하기 위해 근육 활동의 강도나 타이밍을 제어한다.
- 뇌줄기(Brain stem) : 뇌줄기는 원하는 신경근 활동의 억제와 흥분을 통해 중앙신경계 활동을 통합해 주는 역할을 하며, 깨어있는 상태나 각성을 유지하는 기능을 한다.
- 척수(Spinal cord) : 척수는 중추신경계와 신체의 나머지 모든 신경들을 포함하는 말초신경계 사이의 경로이다. 척수는 복합적이거나 단순한 다양한 척수 반사뿐만 아니라 대뇌피질과 기저핵의 활동을 통합한다.
2. 말초신경계(PNS, Peripheral Nervous System)
말초신경계는 뇌에 연결되어 있는 12쌍의 뇌신경과 척수에 연결되어 있는 31쌍의 척수신경으로 이루어져 있다. 뇌신경과 척수신경은 모두 직접적으로 골격근을 조절하는 작용을 한다. 말초신경계는 기능적으로 감각(구심성) 부분과 운동(원심성) 부분의 두 가지로 나누어진다.
- 감각신경계(구심성신경, Afferent nerves system) : 감각신경은 피부, 근육과 건, 내부기관, 혈액과 림프관, 특별한 감각 기관(시각, 미각, 청각, 후각, 촉각)과 같은 신체의 말초 부위의 수용체(Receptor)로부터 얻어진 자극을 중추신경계에 전달한다.
- 운동신경계(원심성신경, Efferent nerves system) : 운동신경은 자극을 신체의 말초 부위로 전달한다. 감각신경계로부터 정보가 입력이 되면 중추신경계는 반응을 어떻게 해야 할지 결정하게 되는 것이다.
- 자율신경계(Autonomic nerves system) : 자율신경은 말초신경계의 운동 부분 중 하나로 흔히 여겨지고 신체의 불수의적인 내적 기능(호흡, 심박수, 혈액 공급, 혈압 등)을 조절하는 역할을 한다. 자율신경계는 주요한 두 가지 부분이 있는데, 방위반응계(Fight or flight system)라고도 불리며 위험한 상황에 처했을 때 신체 상태를 준비하고 각각의 기능을 유지하고 지지해 줘 신체의 곳곳에 강력한 자극을 생성하는 교감신경계(Sympathetic nervous system)와 에너지 보존과 같은 과정을 수행해 몸의 살림(House keeping)을 담당하는 부교감신경계(Parasympathetic nervous system)가 이에 해당한다. 두 신경계는 서로 상반되는 기능을 하지만 두 신경계는 항상 함께 기능을 한다.
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