뇌 전위

 

 

Emotion 과 뇌전위

 

Emotion이 일어날 때 Corpus Callosum, amygdala, hypothalmus 등이 관여하는 것으로 알려져 있다. 이런 것들은 최신 뇌 영상학의 발달로 인해 많은 부분 밝혀져왔다. 뇌 영상학에는 PET, fMRI 등이 있는데 이런 기법들의 단점은 공간적인 해상도는 높은 반면, 시간적인 해상도가 낮다는 단점을 가지고 있다. 우리의 emotion은 몇 초의 단위로 일어나는 것이 아니라 순식간에 일어나는 사건이므로 시간적 해상도가 낮은 방법들로는 설명할 수 없는 많은 부분이 존재하게 된다. 그래서 시간적 해상도가 높은 뇌전위를 이용하여 시간적인 정보와 그 전위의 발생 전류원을 찾아 공간적으로도 설명을 하려는 시도가 이루어지고 있다. 뇌전위 또는 뇌파는 머리 표면에서 발생하는 전기적 전위이며 이것의 근원은 흥분뉴런의 세포막을 투과해 지나가는 이온들에 의해 발생하는 전류이다.

이들 신경조직은 전도성 매질에 둘러 싸여 있기 때문에 뉴런에서 발생한 전류는 머리 표면에 까지 형성되어 옴의 법칙에 의해 전위가 나타난다.

 

뇌전위에서 forward problem은 이온성 전류가 어떻게 뇌전위 신호를 만드는가에 대한 것이고, inverse problem은 그 반대 즉, 뇌 전위의 근원을 탐색하는 것이다. 후자가 임상 뇌파 그리고 감성에서의 문제이다.

 

Generator of EEG

 

대뇌피질 Pyramidal cell의 EPSP와 IPSP가 그 주요 원천이다. 좀더 구체적으로는 대뇌피질의 피라미달 뉴런의 전류 쌍극자 층들이 뇌전위 발생의 주요 근원지이다. 쌍극자란 전류의 source와 sink가 서로 인접하여 있는 것을 지칭한다. 쌍극자의 한쪽 끝에서 Na+ , Ca+ 가 흡수되는 sink와 그 반대 편에서는 전류가 방사되는 source가 있다. 피라미달 뉴런 주변의 전기장은 쌍극자에 의한 분포를 따르게 되는데, 이는 그 세포의 모양이 한 방향으로 길게 생겼고 시냅스 접촉이 각각의 말단으로 분리되어 있기 때문이다.

 

체전도이론(Volume conduction theory)으로 세포 외 영역으로 흐르는 전류(발생기에서 멀리 떨어진 두피 등에서 측정되는 전류도 포함)를 기술한다. 체전도에 대해서 수학적으로 매우 복잡한 접근법이 있긴 하지만, 입체각 이론(Solid angle theory)이 좀 더 쉽고 직관적인 접근이 가능하여 피질의 발생기로부터 두피상에서 나타날 신호에 대한 정상적인 예측을 하기에는 유용하다.

 

입체각이론은 다음과 같이 요약할 수 있다.

 

“쌍극자 층에 의해 발생된 측정점에서의 전위는 발생기 자체의 전위와 측정점에서 보이는 쌍극자 층의 입체각에 비례한다.”

두피에서 측정되는 뇌전위는 활동전위가 아니라 시냅스 후 전위에 의해서 나타나는 것이다. 진폭은 활동전위가 더 크긴 하지만 시냅스 후 전위는 상대적으로 긴 시간 동안 출현하고 더 넓은 막 표면적을 지니고 있어서 시간적, 공간적인 중첩이 잘 나타난다. 이에 반해 활동전위는 상대적으로 작은 막 표면적을 지니고 있기 때문에 입체각이 매우 작게 된다. 또한 활동전위의 지속시간은 시냅스 후전위보다 10-30배 정도 짧기 때문에 시간적, 공간적 중첩이 되기 위해서는 밀리 초 이하의 수준에서 거의 완벽한 동기화(synchronization)가 되어야만 가능하다. 또한, 시간적 동기화와 Coherence는 주파수와 진폭의 관계를 설명하는데도 사용된다. 높은 주파수의 활동성은 낮은 주파수보다 진폭이 작다. 델타파는 1/4-1/2초정도의 지속시간을 보이고 있는데 비록 발생기가 동기화에서 10%-30%정도 어긋나도 동일한 시간동안 발생기면의 많은 부분이 상대적으로 동기화되어있기 때문에 큰 진폭을 나타내게 된다.

뇌전위 신호의 진폭, 모양, 주기등에 영향을 주는 요소로는

 

1) 발생기와 측정 전극간의 거리

2) 시냅스 후 전위의 주기

3) 동기화되어 발생하는 시냅스 후 전위의 개수

4) 피라미달 세포층의 해부학적인 방향 등이다.

 

 

 

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