뇌신경공학(Neural Engineering) ppt-2.1, 2.2 정리

순차적 키워드 정리

1. 신경공학 (Neural Engineering)
   • 신경계와 정보 전달 (Nervous system & information transmission)
     - 신경 신호 (Neural signal)
     신경 신호(Neural signal)은 뇌와 신경계에서 정보를 전달하는데 사용되는 전기적 신호이다.
     
     (1) 뉴런(Neuron)의 신경 세포막(cell membrane) 이온의 이동을 차단하고 있는데 주로 막 밖(Extracellular)에는 Na+, 안(Intracellular)에는 K+ 로 이온 펌프(Ioin pump)로 인해 Na+는 밖으로 K+는 안으로 이동하며 평소에는 일정한 전위차(Membrain potential -70mV)를 가진다.
     
     (2) 외부에서 자극이 발생하면 약간의 Na+채널이 열리면서 Na+이온이 세포막 안으로 들어오게 되면서 내부 전위가 양의 방향으로 전환[탈분극](de-polarization)한다.
     
     (3) 만약 자극에 의한 탈분극(de-polarization)으로 전위가 임계치(threshold)에 도달하면 Action potantioal이 발생하며 더 많은 Na+채널이 열리면서 전위가 40mV정도 까지 상승하게 된다.
     
     (4) 재분극(Repolarization), 전위가 최고점에 도달하면 Na+채널이 닫히고 K+채널이 열리게 된다. 이로 인해 K+이온이 내부(Intracellular)에서 외부(Extracellular)로 이동하며 전위가 감소하게 된다.
     
     (5) 초과 분극(After-hyperpolarization): Action potantial이 끝난 후, K+채널이 빠르게 닫히지 못해서 내부(intarcellular)의 전위가 Membrain potential보다 약간 더 낮아지는 현상

정리:

ioin pump에 의해 평형 상태 Resting Membrain potential	자극시 탈분극 de-polaration	임계치 threshold 를 넘으면 Action potantial	재분극 Repolarization	초과 분극 (After-hyperpolarization)
K+는 내부 Na+는 외부로	Na+이온 내부로 유입	Na+이온이 내부로 많이 유입	Na+ 채널이 점점 닫히면서 K+채널이 열리며 K+이온 유출	K+채널이 느리게 닫히는 현상
전위 -70mV	전위 약간 상승	전위 많이 상승 40mV	전위 감소 -70mV	전위가 평형 상태를 깨고 더욱 감소 -80mV

Resting membrane potential & Action potential

1. 신경계의 구성 요소 (Components of the nervous system)
   • 흥분성 세포 (Excitable cells) > 센서와 비슷
     - 활동 전위 (Action potential) > 펄스 신호와 비슷
     
     
   • 신경 교세포 (Neuroglial cells) > 전원, 서포터와 비슷
     - 흥분성 세포 서포팅 (Supporting excitable cells) > 전원 공급, 메모리 청소, 틀 지(支)지
     
     
   • 신경 세포막 (Neural cell membrane)
     - 이온 채널 (Ion channels) > 스위치
2. 신경 전도 (Nerve conduction)
   • 무릎 반사 (Knee jerk)

Stretch(자극)	Muscle spindle(근육 수용체) - receptor	Myelin(신경전달 가속화) - Axon	Synapse(신경 세포 사이 연결부)
Trigger zone(Action potantial)발생 영역	Axon(신경전달 가속화)	Synapse(신경 세포 사이 연결부)	Muscle

무릎 반사 과정

1. 시냅스 (Synapse)
   • 시냅틱 통합 (Synaptic integration) > 통신 과정
     - 흥분성 포스트시냅틱 전위 (Excitatory Post-Synaptic Potentials, EPSP) > 패킷 수신 후 논리 1
     - 억제성 포스트시냅틱 전위 (Inhibitory Post-Synaptic Potentials, IPSP) > 패킷 수신 후 논리 0
         - EPSP, IPSP 동시 가능 (수신 패킷이 여러개일때 합산 결과로 논리 결정)
   • 신경전달 물질 (Neurotransmitters) > 패킷

시냅스 사이의 전달 과정

뉴런에서 발생한 Action potential 축삭 말단에 도착 -> 송신단 Ca2+채널 오픈 
-> 송신단에 Ca2+유입 & 신경 전달 물질Transmitter 방출 -> 수신단의 포스트(post) 시냅틱 막에 도달
-> 수신단의 수용체와 결합 -> 수신단의 뉴런에서 전위 변화 발생 -> EPSP(흥분)이 많으면 Action potential발생,
IPSP가 많으면 평형상태 유지

 

Nervous system(신경계)

- central nervous system(중추 신경계)

- peripheral nercous system(말초 신경계)

  * 신체, 자율 신경계 시스템

ex) 뇌(brain), 척수(spinal cord)

1. Spinal cord(척수): 척수는 뇌와 몸통 사이의 정보를 전달해주는 역할을 한다. ex) 감각 신호를 뇌로 전달하고 운동 명령을 해당 근육으로 전달. 혹은 척수 반사

2. Brainstem(뇌간): 뇌간은 뇌와 척수를 연결하는 역활을 한다.  - Medulla Oblongata(연수) : 호흡, 심박, 혈압 조정  - Pons(폰) : 대뇌 및 소뇌의 movement에 대한 정보 전달  - Midbrain : 눈의 움직임과 같은 많은 감각 및 운동 기능 제어

3. Diencephalon(간뇌) :  - Thalamus(시상): 대뇌로 가는 길에 들어오는 (감각) 정보를 처리  - Hypothalamus(시상 하부): 자율 시스템(내분비, 신체온도, 음식 섭취, 수분 균형)등 생리 기능, 분비선 조절[항상성 조절]

4. Cerebellum(소뇌): 소뇌는 운동(힘, 균형, 움직임) 조절 기능 담당

5. Cerebrum(대뇌):  - Cerebral cortex(뇌피질): 사고, 기억, 감각 정보 처리  - Limbic system(림빅계): 감정, 학습, 기억 기능 수행

 

뇌피질(Cerebral cortex)

Frontal lobe(전두엽)	- 의사결정, 추론 - 성격, 자아, 감정 - 근육 움직임 조절
Parietal Lobe(두개골엽)	- 감각정보 처리(터치, 온도, 통증)
Temporal Lobe(측두엽)	- 청각 정보 처리 - 기억, 학습 - 언어 이해
Occipital Lobe(정수리엽)	- 시각 정보 처리