신경과학이란(2)

척추동물의 신경계는 중추신경계와 말초신경계 두 부류로 나뉜다. 신경계는 체내에서 가장 복잡한 시스템이고, 대부분의 복잡성은 뇌에 있다. 사람의 유전자는 약 2만 개에서 2만 5천 개로 추정하고 있는데 그중 대부분이 뇌에서 특이하게 나타난다. 시냅스의 연결 구조는 평생 계속해서 변화하며(신경 가소성), 그 결과 기능도 변화한다. 인간의 뇌는 천억 개의 뉴런과 백조 개의 시냅스로 이루어져 있다. 서로 구별할 수 있는 하위 구조가 수천 개는 되고, 시냅스 네트워크는 이제 막 밝혀지기 시작하였다. 따라서 신경계의 복잡성을 이해하는 것은 엄청난 과제이다. 또한 신경의 진화과정에 대해서는 많은 부분이 연구되어 있으며, 현재의 복잡성을 형성하는 진화의 속도 연구 역시 많이 진행되고 있다.

세포 신경과학에서는 뉴런이 세포 신호를 생리학적, 전기화학적으로 처리하는 방법을 다룬다. 뉴런의 신경돌기(가지돌기와 축삭)와 신경세포체(perikaryon)가 신호를 처리하는 과정, 정보를 전달하기 위하여 사용되는 신경전달물질과 전기 신호에 대해 연구한다.
신경계는 분자와 세포 수준에서부터 신경계 전체와 인지 수준까지 연구 대상이다. 분자 신경과학 분야에서는 분자생물학과 유전학에서 사용하는 실험 기술들을 사용하여 어떠한 시작으로 뉴런이 분자적 신호를 만들고 반응하는지, 그리고 어떻게 축삭이 복잡한 연결을 형성하는지 등에 대한 답을 찾는다. 뉴런의 발생, 유전적 변화가 생물학적 기능에 미치는 영향, 뉴런의 형태학과 생리학적 특성 또한 분자 신경과학의 주요 연구 주제이다.
기타 주요 신경과학 분야에는 신경계의 발생을 다루는 신경발생학이 있다. 신경발생학의 주요 연구 주제는 신경계를 특정 영역에만 국한하고 패턴을 만들어내는 방법, 신경줄기세포, 뉴런과 신경교세포의 분화, 신경 발생 과정 중 뉴런의 이동, 축삭과 가지돌기의 발생, 성장인자와 상호작용, 시냅스 형성 등이다. 신경발생학은 진화 생물학과 유전학과의 결합으로 신경의 진화과정과 발생의 각 과정에서 발현되는 유전인자에 관한 연구들이 활발히 이루어지고 있다.

신경학, 정신의학, 신경외과, 정신외과, 마취학, 신경병리학, 신경방사선학, 임상 신경생리학, 중독 의학은 신경계와 관련된 의학적 문제를 다루는 학문이자 임상에서 진단 및 치료에 관련된 학과이다. 마취학은 통증의 지각과 의식을 약리적으로 차단하는 데 초점을 맞춘다. 정신의학은 기분장애, 행동장애, 인지장애, 지각장애에 주력한다. 신경학에서는 근 위축성 측색 경화증과 뇌졸중과 같은 중추신경계와 말초신경계의 질환을 다룬다. 신경병리학에서는 현미경을 통한 형태학과 식별할 수 있는 화학적 변화에 중점을 두고 중추신경계와 말초신경계 및 근육 질환의 발병 원인과 기작을 찾고, 그것을 분류한다. 신경외과와 정신외과는 신경계 질환을 주로 외과술로 치료하는 학과이다. 신경과학의 기초 연구의 영향으로 위에서 서술한 분야는 경계가 모호해지고 있다. 또한 뇌 영상을 통해 정신 질환을 객관적이고 생물학적으로 해석하여 신속하게 진단을 내리고 정확한 경과를 알 수 있게 되었다.

감정 신경과학은 감정과 관련된 신경 메커니즘에 대한 연구이며 보통 동물 모델에 대한 실험으로 진행된다.
세포 신경과학은 형태 및 생리학적 특성을 포함하는 세포 수준의 뉴런에 대한 연구이다. 가장 기본이 되는 학문이며, 이는 신경 유전학과 전기 생리학에 가장 큰 영향을 주게 되었다.
인지 신경과학은 심리작용의 신경 기질에 초점을 맞춰 진행되는 인지 메커니즘에 관한 연구이다.
계산 신경과학은 이론 신경과학 또는 수학 신경과학은 신경과학의 한 갈래로서, 뇌에 대한 수학적 모델, 이론적인 분석, 추상화 등을 통해 발달신경과학, 신경해부학, 신경생리학, 인지과학에 걸쳐진 신경계의 원리를 이해한다. 신경계를 구성하는 구조의 정보 처리 특성에 대한 뇌의 작동에 대해 연구하는 학문이다. 계산 신경과학은 또한 컴퓨터 시뮬레이터와 이론적 모델의 활용을 통해 신경계의 작동에 대해 연구할 수 있다.
임상 신경과학은 뇌와 중추 신경계의 질병과 장애의 근간이 되는 기본 메커니즘에 대한 과학적 연구에 중점을 둔 신경과학의 한 분야이다. 그것은 그러한 장애를 개념화하고 진단하는 새로운 방법을 개발하고 궁극적으로 새로운 치료법을 개발하는 것을 추구한다. 신경학과 정신의학과 같은 의료 전문 분야로 구성되며 언어 병리학과 같은 연합된 건강 전문의도 포함한다. 신경학은 신경 시스템의 장애에 대해 연구하는 의학 전공이다. 정신의학은 다양한 정서, 행동, 인지 및 지각장애를 포함하는 뇌의 장애에 대해 연구하는 의학 전공이다.
신경 유전학은 신경과학의 한 분야로, 신경세포의 단위인 뉴런과 이의 집합체들의 유전적 특성을 다루는 학문이다. 신경유전학은 진화유전학과 세포생물학에 기반하여, 신경세포의 활동과 발생, 진화에 영향을 주는 유전자들에 관한 연구를 진행한다. 신경 세포의 발생 혹은 진화에 따른 발달을 연구하는 학문으로서, 최근 주목받고 있는 유전학과 진화학과 결합한 학문이다. 신경 발생 생물학과도 큰 연관이 있으며, 통합된 형태로 연구되는 경우도 많다.
행동 신경과학은 행동 신경과학(Behavioral neuroscience) 또는 생물심리학(biological psychology 또는 biopsychology)은 생물학적인 배경을 가지고 심리학의 주제에 접근하는 분야를 일반적으로 일컫는 말이다. 사람과 사람이 아닌 동물들에 대한 유전적, 생리학적, 그리고 행동의 발전 메커니즘에 대한 연구에 생물학적 원리를 적용하는 학문이다.
이처럼 신경과학은 감정신경과학, 행동 신경과학, 세포 신경과학, 신경유전학, 임상 신경과학, 인지신경과학, 계산신경과학이 주요 분야이다.
현대의 신경과학 학문과 연구 활동은 실험의 주제와 범위의 크기에 따라 밑의 표와 같은 주요 분야들로 크게 나눌 수 있다. 하지만 개개인의 신경과학자들은 보통 여러 가지 분야에 걸쳐있는 질문에 대한 연구를 진행한다.