신경 세포와 자극의 전달 — 뜨거운 것에 닿으면 왜 손이 먼저 움직일까

뜨거운 냄비에 손이 닿으면 손이 저절로 움츠러듭니다. "뜨겁다" 는 느낌은 그 뒤에 옵니다. 손을 떼야겠다고 마음먹은 적이 없는데 몸이 먼저 움직인 것입니다. 이 순서를 이해하려면 신경 세포가 자극을 어떤 길로 전달하는지 알아야 합니다.

신경 세포, 뉴런의 구조

신경계를 이루는 세포를 뉴런이라고 합니다. 뉴런은 세 부분으로 되어 있습니다. 핵이 있는 신경 세포체, 나뭇가지처럼 여러 갈래로 뻗은 가지 돌기, 한 줄로 길게 뻗은 축삭 돌기입니다.

가지 돌기는 다른 뉴런이나 감각 기관에서 오는 자극을 받아들입니다. 축삭 돌기는 그 자극을 다음 뉴런이나 기관으로 내보냅니다. 그래서 자극은 뉴런 안에서 가지 돌기 → 신경 세포체 → 축삭 돌기의 방향으로 전달됩니다. 신경 세포체는 핵과 세포질이 모여 있어 뉴런의 생명 활동을 맡습니다.

보통의 세포와 달리 뉴런이 이렇게 길쭉하게 생긴 것은 멀리 떨어진 곳까지 신호를 보내야 하기 때문입니다. 축삭 돌기 가운데에는 척수에서 발끝까지 이어지는 것도 있습니다.

세 가지 뉴런 — 감각, 연합, 운동

뉴런은 하는 일에 따라 셋으로 나눕니다.

• 감각 뉴런: 눈·귀·피부 같은 감각 기관에서 받아들인 자극을 연합 뉴런으로 전달합니다.
• 연합 뉴런: 뇌와 척수, 곧 중추 신경계를 이룹니다. 전달받은 자극을 판단하고 알맞은 명령을 내립니다.
• 운동 뉴런: 연합 뉴런의 명령을 근육 같은 반응 기관으로 전달합니다.

공이 날아오는 것을 보고 손을 뻗어 잡는 경우를 따라가 봅니다. 눈이 받아들인 자극은 감각 뉴런을 거쳐 대뇌의 연합 뉴런에 전달됩니다. 대뇌가 "잡아라" 하고 판단하면 이 명령이 운동 뉴런을 따라 팔의 근육으로 가고, 근육이 움직입니다. 이렇게 대뇌의 판단을 거쳐 일어나는 반응을 의식적 반응이라고 합니다.

손이 먼저 움직이는 이유 — 무조건 반사

뜨거운 것에 닿았을 때는 길이 다릅니다. 피부의 자극이 감각 뉴런을 따라 척수로 들어오면, 척수의 연합 뉴런이 곧바로 운동 뉴런에 명령을 내립니다. 자극이 대뇌까지 올라갔다 내려오지 않습니다. 이처럼 대뇌의 판단을 거치지 않고 일어나는 반응을 무조건 반사라고 합니다.

무조건 반사는 거치는 길이 짧아서 의식적 반응보다 빠릅니다. 위험한 자극에서 몸을 재빨리 떼어 내 몸을 보호합니다. 한편 척수로 들어온 자극은 대뇌로도 전달됩니다. 이 신호가 대뇌에 닿았을 때 비로소 뜨겁다고 느낍니다. 손은 이미 움직인 뒤입니다.

무조건 반사의 중추는 척수만이 아닙니다. 무릎 반사와 뜨거운 것에서 손을 떼는 반사의 중추는 척수이고, 재채기·기침·침 분비의 중추는 연수이며, 밝기에 따라 동공의 크기가 달라지는 동공 반사의 중추는 중간뇌입니다.

시험에서는 이렇게 나옵니다

• 뉴런에서 자극을 받아들이는 부분. 가지 돌기. 다른 뉴런으로 내보내는 부분은 축삭 돌기.
• 자극의 전달 방향. 감각 뉴런 → 연합 뉴런 → 운동 뉴런. 거꾸로는 가지 않습니다.
• 중추 신경계를 이루는 뉴런. 연합 뉴런.
• 의식적 반응의 경로. 자극 → 감각 기관 → 감각 신경 → 대뇌 → 운동 신경 → 반응 기관 → 반응.
• 뜨거운 것에 닿았을 때의 경로. 자극 → 감각 기관 → 감각 신경 → 척수 → 운동 신경 → 반응 기관 → 반응.
• 반응의 빠르기. 무조건 반사가 의식적 반응보다 빠름.
• 반응과 중추 짝짓기. 무릎 반사는 척수, 재채기·침 분비는 연수, 동공 반사는 중간뇌.

자주 헷갈리는 것

• "뜨겁다고 느껴서 손을 뗀다" — 순서가 반대입니다. 손을 떼라는 명령은 척수에서 나오고, 뜨겁다는 느낌은 신호가 대뇌에 닿은 뒤에 생깁니다.
• "무조건 반사에는 연합 뉴런이 없다" — 척수와 연수, 중간뇌도 중추 신경계이고 연합 뉴런으로 이루어져 있습니다. 거치지 않는 것은 대뇌입니다.
• "날아오는 공을 재빨리 피하는 것도 무조건 반사다" — 빠르다고 반사가 아닙니다. 공을 보고 판단해서 피했다면 대뇌를 거친 의식적 반응입니다.

정리합니다. 뉴런은 신경 세포체, 가지 돌기, 축삭 돌기로 이루어지고, 자극은 감각 뉴런에서 연합 뉴런을 거쳐 운동 뉴런으로 전달됩니다. 뜨거운 것에 닿았을 때는 척수가 대뇌 대신 명령을 내리므로 느끼기 전에 손이 먼저 움직입니다. 이 무조건 반사는 길이 짧아 빠르고, 그래서 몸을 보호합니다.