달팽이관으로 들어온 소리 신호는 어떻게 감지되어 뇌로 전달될까요??

이번에는 코르티기관에서 소리 신호를 신경 신호로 바꾸는 과정에 대해 알아보도록 하겠습니다.

코르티 기관에는 내유모세포(inner hair cell)와 외유모세포(outer hair cell)의 두 종류의 청각 수용기가 기저막(basilar membrane)에 있습니다. 유모세포들은 섬모(cilia)를 가지고 있습니다. 사람의 달팽이관에는 약 3500개의 내유모세포와 약12000개의 외유모세포가 있습니다. 유모세포들은 양극성 뉴런(bipolar neuron)의 수상돌기와 시냅스를 이루고 있고, 양극성 뉴런은 유모세포에서 받은 청각 정보를 뇌로 보냅니다.

청각경로2

음파는 기저막과 덮개막(tectorial membrane)을 상하로 진동시킵니다. 이런 진동은 유모세포의 섬모를 휘게 만듭니다. 외유모세포의 섬모 끝은 덮개막과 닿아있어서 섬모가 휘게 됩니다. 외유모세포와 다르게, 내유모세포의 섬모 끝은 덮개막과 닿아있지 않습니다. 대신 기저막과 덮개막의 상대적인 움직임이 달팽이관 내부의 액체를 흐르게 만들고, 내유모세포의 섬모를 휘게 만드는 것입니다.

섬모 안에는 액틴 필라멘트(actin filament)가 미오신 필라멘트(myosin filament)에 둘러싸인 구조가 있습니다. 이런 단백질 구조가 섬모를 뻣뻣하게 만들어 줍니다. 유모세포에서 인접한 섬모끼리 ‘tip-link’라고 하는 섬유로 이어져 있습니다. 각각의 tip-link는 한 섬모의 끝과 인접한 섬모의 옆면을 잇는데, 이런 연결 지점을 insertional plaque라고 부릅니다. 전자 현미경으로 보면 까맣게 보입니다. 청각의 수용기전위(receptor potential)가 바로 이 insertion plaque에서 시작됩니다.

intertional plaque

보통, tip-link는 약간 팽팽한 상태를 유지하고 있습니다. 만약 섬모들이 긴 섬모 쪽으로 움직이면 각 섬모를 연결하는 섬유는 더 팽팽해지고, 섬모들이 짧은 섬모 쪽으로 움직이면 섬유들은 느슨해집니다.

tiplink

청각 유모세포들은 칼륨(K+)이 풍부한 액체에 담겨 있습니다. 그리고, 각각의 insertion plaque에는 TRPA1이라는  양이온 채널이 있습니다. 섬모가 굽어있지 않을 때 섬모의 TRPA1 이 열릴 확률은 약 10%정도라고 합니다. 이는 약간의 칼륨이온(K+)과 칼슘이온(Ca2+)이 섬모 안으로 확산할 수 있다는 것이지요.
그렇다면, 소리 자극에 의해 섬모가 굽어지면 어떤 일이 일어날까요??
섬모 다발이 긴 섬모 쪽으로 굽으면 팽팽해진 tip link 가 이온 채널을 열어줍니다. 따라서 섬모로 들어가는 양이온의 양이 많아지고, 탈분극(depolarization)이 일어나는 것입니다. 이는 신경전달물질의 분비량을 증가시킵니다.
반면에 짧은 섬모 쪽으로 섬모 다발이 굽으면 tip link는 느슨해지고, 이온 채널은 닫힙니다. 섬모 안으로 양이온이 더 이상 들어가지 않고 세포막은  과분극(hyperpolarization) 됩니다. 결국 신경전달물질의 분비량이 감소합니다.

이렇게 분비된 신경전달물질은 양극성 뉴런(bipolar cell)으로 전해집니다. ==★

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