신경세포설

신경계는 각각의 독립적인 신경세포들로 구성되었다는 이론으로, 스페인의 신경과학자인 산티아고 라몬 이 카할(Santiago Ramón y Cajal)이 1800년대 후반에 최초로 제시하였다.

신경세포설은 신경계가 어떻게 구성되어 있는가에 대해 역사적으로 대립했던 두 가지 이론 중 하나이다. 이탈리아의 신경과학자 카밀로 골지(Camillo Golgi)는 신경계가 혈관 또는 그물망처럼 끊어지지 않고 이어져있는 구조라는 신경그물설(Reticular theory)을 주장한 반면, 카할은 신경계는 독립적인 신경세포들로 구성되어 있으며, 신경세포들은 서로 정보는 주고 받으나 물리적으로 연속되어 이어져 있지는 않다는 신경세포설을 주장하였다.

목차

이탈리아의 신경과학자 카밀로 골지는 1873년 뇌 조직을 크롬산 은(Silver chromate) 용액에 담그는 방법으로 뇌 조직 속 신경세포의 형태를 관찰할 수 있는 골지 염색법(Golgi stain)을 개발하였다. 골지 염색법은 기존에 뇌 조직 관찰 기법의 약점을 보완하였다. 구체적으로, 뇌 조직은 수많은 신경세포로 채워져 있으므로, 이들이 모두 다 염색된다면 개별 신경세포의 형태를 구분하여 이해하기 어렵다. 특이하게도 골지 염색법을 사용하면, 모든 신경세포 중 매우 적은 비율의 신경세포만 무작위적으로 염색되는 반면, 염색된 개별의 신경세포는 전체 구조가 뚜렷이 드러나는 특징이 있었다. 따라서 신경과학자들은 골지 염색법을 활용하여 비로서 신경세포의 복잡한 형태적 특성 즉, 신경세포체(Cell body, Soma)와 세포체로부터 길게 뻗어 나온 돌기(Neurite)로 이루어진 형태를 온전히 이해할 수 있게 되었다. 

그림 1. 카밀로 골지(1843-1926). (출처: Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Camillo_Golgi#/media/File:Camillo_Golgi.jpg).

신경계의 구조에 대한 연구 공로를 인정받아 골지는 카할과 함께 1906년도 노벨 생리의학상을 수상한다. 하지만, 두 신경과학자는 신경계의 구조에 있어서 서로 상반된 이론을 주장하였는데, 골지는 신경계가 혈관 또는 그물망처럼 끊어지지 않고 이어져있는 구조라는 신경그물설의 주장에 앞장섰다.

스페인의 신경과학자 카할은 1888년 골지 염색법을 익히고, 그 이후 25년 이상 꾸준히 골지 염색법을 활용하여 다양한 뇌 영역의 신경망 구조에 대해 연구를 진행한다. 이러한 연구를 통해 카할은 그 전까지 정설로 여겨지던 신경그물설에 반대되는 신경세포설을 주장하게 된다. 신경세포설의 핵심은, 신경계가 독립적인 신경세포들로 구성되어 있으며, 이들 신경세포는 서로 정보를 주고 받으나 물리적으로 연속되어 이어져 있지는 않는다는 것이다.

그림 2. 산티아고 라몬 이 카할(1852-1934). (출처: Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Santiago_Ram%C3%B3n_y_Cajal#/media/File:Cajal-Restored.jpg).

그림 3. 카할이 그린 소뇌(Cerebellum) 신경세포. 골지 염색법을 통해 관찰한 신경세포의 형태를 그렸다. (출처: Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Golgi%27s_method#/media/File:Purkinje_cell_by_Cajal.png).

카할이 신경세포설을 주장한 이후에 많은 실험적 증거들이 이를 뒷받침하였으나, 신경세포설이 확실하게 검증된 것은 1950년대에 전자현미경을 통해 시냅스(Synapse)의 구조가 밝혀지고 나서이다. 시냅스는 신경세포와 신경세포가 서로 정보를 주고받는 지점으로, 이 곳에서 신경세포들은 서로 완전히 붙어 있지 않고, 시냅스전(Presynapse)과 시냅스후(Postsynapse)가 약 20~50 nm 정도 길이의 시냅스틈(Synaptic cleft)을 두고 물리적으로 분리되어 있다. 따라서 이러한 시냅스틈의 존재는 신경세포설이 옳다는 결정적인 증거가 되었다. 카할은 신경세포설 등의 개념을 제시한 공로로 '신경과학의 아버지'로 불리기도 한다.

골지 염색법(Golgi stain), 시냅스(Synapse), 시냅스전(Presynapse), 시냅스틈(Synaptic cleft), 시냅스후(Postsynapse), 신경그물설(Reticular theory)

1. Neuroscience : exploring the brain (Bear, Connors, Paradiso저, 4판, Wolters Kluwer).