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우선 본격적인 토의에 앞서서, 신경과학을 학습하는 데 있어서 중요하게 생각해 볼 가치인 Scientific Rigor와 Scientific Integrity에 대해 의견을 나누어 보았다. 개인적으로 특정 가설을 증명하기 위해 철저하고 엄격한 실험을 거치는 Scientific Rigor가 이루어져야만, 보다 완전하고 실용적인 결론에 도달하게 되는 Scientific Integrity로 이루어질 수 있다고 생각한다. 만약 두 가지 가치가 모두 존중되지 않는다면, 근거 없는 이론 및 허위 주장으로 지배되는 반지성주의 사회가 초래되지 않을까 우려된다. 신경과학 수업을 통해 교과서 내용에 대해 질문과 토론을 하는 Scientific Rigor를 거치면, 보다 신경과학에 대한 완전히 이해하며 Scientific Integrity를 이룰 수 있지 않을까 희망을 가져 본다.
Chapter 3는 인간의 resting potential을 중심으로 다루었다. 정상적인 신경 활동이 이루어지는 인간의 resting potential은 약-65mV인데, 우리 조는 이 값이 안정적으로 유지되지 않으면 질병으로 이어질 수 있을지가 궁금했다. 이에 따라 질문을 3가지로 구분해 보았는데, (1) resting potential의 불안정성에 영향을 주는 요인은 무엇일지, (2) 이러한 불안정성이 미치는 역기능은 무엇이 있을지, (3) 치료 방법이 무엇이 있을지를 중심으로 찾아보았다.
우선 resting potential의 불안정성의 원인은, 크게 질병 요인과 연령 요인 2가지로 나눌 수 있다. 질병 요인의 대표적인 예시로, 뇌전증 환자의 ion channels 및 pumps에는 기능적 이상이 발생해 resting potential이 안정적으로 유지될 수 없다고 한다(Sumadewi et al, 2023).  파킨슨병 환자 역시 도파민의 감소로 인해 ion channel이 정상적으로 기능을 수행하지 못하면서, resting potential의 불안정성을 겪게 된다(Ross et al., 2020). 또한 연령 요인의 경우 발달 초기 및 노년 단계에 특히 취약성을 띄는데, 발달 초기엔 신경계가 구성되며 ion channel과 pump가 합성되는 과정에서 필연적으로 resting potential의 불안정성이 나타난다고 한다. 또한 노인들은 노화로 인해 ion channel의 기능 수행 능력이 낮아지며 불안정성을 겪을 수 있다.
Resting potential이 안정적으로 유지되지 못하면 다양한 역기능이 발생하는데, 이는 -65mV보다 높아지는지 낮아지는지에 따라 달라진다. 보통 높거나 낮게 유지되기보다는 계속 진동하는 경우가 많아, 역기능적 증상은 상황에 따라 변화할 수 있다. 우선 resting potential이 -65mV보다 높은 경우, neuron의 흥분성이 증가해 신경 활동이 과도하게 유발된다. 특히 muscle cells는 뇌의 neuron과 다르게, resting potential을 유지해 주는 blood-brain barrier의 보호를 받지 못하며, astrocytes 역시 존재하지 않아 spatial buffering 역시 이루어지지 않기에 이에 더욱 취약하다. 이에 따라 흥분성의 증가는 근육 경련이나 발작 등 증상으로 이어질 수 있다. 실제로 수면 발작 환자들 대상으로 진행한 Amzica & Steriade(2000)의 연구에 의하면, 수면 중 근육 경련과 발작이 발생했을 때 resting potential이 일시적으로 높게 나타났다고 한다. 반대로 resting potential이 -65mV보다 낮은 경우, 전반적인 neuron의 신호 전달 속도가 지연된다. Neuron은 action potential에 도달하기 위해 큰 자극이 필요한데, resting potential이 낮은 만큼 기준값에 도달하는 데에 시간이 더 오래 소요된다. 이에 따라 신경계의 반응 속도가 느려지며, 원활한 정보 전달 기능이 방해받게 된다.
이러한 역기능을 방지하기 위해, resting potential이 불안정한 환자를 대상으로 다양한 개입을 시도할 수 있다. 첫째, 약물 치료를 통해 불안정한 resting potential을 조절할 수 있다. 대표적으로 카르밤제핀 등 항뇌전증 약물은 sodium channel을 차단하여 과도하게 흥분되는 neuron의 활동을 억제한다. 이는 resting potential이 너무 높아졌을 때의 근육 발작 등을 조절하는 데 도움이 된다. 둘째, 자기장을 이용해 특정 뇌 부위에 전류를 흘려보내 인위적으로 resting potential을 조절하는 TMS(transcranial magnetic stimulation)를 이용할 수 있다. 셋째, 다른 모든 방법들이 효과가 없다면 직접적으로 수술을 거쳐 뇌에 전극을 삽입해 자극을 주는 뇌심부자극술을 이용할 수 있다. 타 방법에 비해 보다 위험한 결과로 이어질 수 있으므로, 최후의 수단으로 생각해야 한다.
본 토의를 통해, 인간의 정신질병을 파악할 때는 그 원인이 되는 신경과학적 지식을 철저히 이해해야 한다는 점을 알 수 있었다. 특히 기존엔 파킨슨병을 그저 ‘도파민의 이상으로 발생’하며, ‘근육 장애’를 일으키는 병으로 생각해 왔다. 원인과 결과를 잇는 신경과학적 연결고리를 간과한 체, 겉으로 드러나는 부분에만 집중한 것이다. 하지만 본 토의를 통해, 도파민의 부족으로 인해 resting potential이 정상적으로 유지되지 못하고, 일시적으로 neuron이 흥분될 때마다 근육 장애가 발생한다는 중간 과정을 충분히 이해할 수 있게 되었다. 앞으로도 인간의 행동을 연구할 때 겉으로 보이는 부분에만 집중하지 말고, 중간 과정을 고민해 보고 탐구하는 자세를 가져야겠다고 다짐할 수 있었다. 또한 resting potential이 안정적으로 유지되지 않을 때 역기능이 근육 증상만 있을지, 아니면 다른 증상도 있을지 궁금하단 생각이 들었다. 신경세포의 흥분 상태와 억제 상태가 지속해서 반복되는 만큼, 정신장애 중 양극성 장애와도 연결되는 부분이 있지 않을까 추측해 본다. 다음 장에서 보다 action potential을 비롯한 다양한 개념에 대해 학습하면서, 신경계 기능의 이상이 이러한 기분장애와도 연결될 수 있을지 보다 고찰해 보려고 한다.