뉴런의 발견- Discovery of Neuron

뇌과학이 발전할 수 있었던 가장 큰 계기는 뉴런(Neuron)을 발견한 일일 것입니다. 뉴런은 뇌나 척수같은 모든 신경계의 기본이 되는 신경계의 단위세포입니다. 사람의 뇌에는 약 천억개(100,000,000,000개;;)나 되는 뉴런이 존재한다고 합니다. 이런 뉴런은 어떤 과정을 거쳐 발견되었을까요?

먼저 현미경으로 뉴런 관찰을 하기위해 뇌조직을 세포의 직경보다 두껍지 않게 절단해야 합니다. 그러나 젤 같은 뇌조직은 얇게 절단할 만큼 견고하지 않습니다. 그래서 뇌세포 연구에는 <뇌조직을 파괴하지 않으면서 조직을 견고하게 하는 방법>과 <매우 얇은 절편을 제작할 수 있는 장비>가 개발되고 나서야 가능했습니다.

뇌조직을 견고하게 만드는 일은 19c 초 부터 조직을 포름알데히드에 담금으로써(뇌조직이 견고해지고, 고정됩니다.) 해결되었습니다. 그리고 미세절단기(microtomb)이란 장비는 매우 얇은 절편을 만들 수 있게 해주었습니다.

하지만 이렇게 적출된 뇌는 현미경으로 볼 때 일정하고 크림 같은 색을 띈 모양일 뿐이었습니다. 뇌조직의 색조가 균일하기 때문에 개개의 세포를 구별할 수 없었습니다. 이 문제는 염색기술이 도입되면서 해결되었습니다.

니슬 염색법 – Nissl stain

니슬염색법- 염색된 뉴런


독일 신경학자 니슬(Franz Nissl)은 일종의 염기성 염료가 모든 세포의 핵과 뉴런 핵 주위의 덩어리를 염색할 수 있음을 보였습니다. 이 덩어리를 ‘니슬체’라고 합니다. 니슬 염색법을 이용하면 뉴런과 교세포(Glia, 뉴런 주변에서 뉴런의 활동을 돕는 세포)를 구별해 낼 수 있습니다. 그리고 뇌의 서로 다른 부위에 있는 뉴런의 배열, 또는 세포학적 구조(cytoarchitecture)를 연구할 수 있습니다. 세포학적 구조를 연구함으로써 뇌가 많은 종류의 특수화된 영역으로 구성되어 있음을 알 수 있었습니다.

골지 염색법 – Golgi stain

골지염색법 -염색된 뉴런

니슬 염색법으로 염색된 뉴런은 핵을 가진 원형질체 정도로 보입니다. 이보다 더 복잡한 뉴런의 구조는 골지 염색법으로 밝히게 됩니다. 위의 사진과 비교해보면 뉴런의 꼬리처럼 길게 뻗어나온 부분이 보이죠??
이탈리아의 골지(Camillo Golgi)는 뇌조직을 은크롬 용액에 담궈 일부 뉴런 전체가 어둡게 보이는 골지 염색법을 발명했습니다. 이는 니슬염색으로 나온 핵 주위 영역이 단지 뉴런의 일부임을 보여주는 것이었습니다. 골지 염색법으로 우리는 뉴런이 최소 2 부분으로 이루어져 있다는 것을 알 수 있습니다. 세포핵이 있는 중심부와 중심부에서 뻗어나간 수 많은 관으로 말이죠. 핵을 포함하는 부풀어 있는 부분은 세포체(cell body), 소마(soma), 핵주위부(perikaryon) 등으로 부릅니다. 여기서부터 뻗어나가는 가느다란 돌기들은 역할과 모양에 따라 축삭(axon)이나 수상돌기(dendrite)라고 부릅니다.
이렇게 염색법이 차지하는 비중이 큼을 나타내는 말이 있습니다. 바로
“The gain in the brain is mainly in the stain” 이란 말입니다.

카할의 그림 – Cajal’s Drawing

카할의 그림

스페인의 카할(Santiago Ramón y Cajal)은 골지 염색법을 이용하여 뇌의 여러 부위에 대한 신경망을 염색했으며 이를 그림으로 그려 출간하였습니다. 그리고 카할은 서로 다른 세포의 신경돌기들이 연속적이지 않고 접촉에 의해 교신할 것이라고 주장했습니다. 이 카할의 견해가 뉴런학설(Neuron Doctrine)입니다. 이는 골지가 주장한 ‘신경돌기들이 서로 이어져서 연속된 그물구조를 이룰 것이다’ 와 정반대되는 의견입니다. 결국 카할의 뉴런학설이 옳음이 밝혀졌고, 카할과 골지는 공동 노벨상을 수상했습니다. 그러나 그 둘은 죽을 때까지 라이벌로 지냈다고 합니다.

지금은 상식인 뉴런이 이런 많은 과정을 거쳐 발견된 것입니다. 뉴런이 발견됨으로써 뇌에 대한 탐사가 본격적으로 시작된 것이라고 봐도 되겠습니다.

 

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