시냅스는 다음 뉴런에 “발화해라” 또는 “참아라” 두 종류의 쪽지를 보낸다. 흥분성 신호는 막전위를 발화 문턱 쪽으로 올리고, 억제성 신호는 문턱에서 멀어지게 내린다. 뉴런은 두 신호를 합친 결과로 발화 빈도를 정한다. 억제가 있어서 신경계는 신호를 더하기만 하지 않고 빼기도 한다. 뒤에 나올 대비 강조가 이 빼기에서 나온다.
예시로 보기
막전위는 휴지 전위에서 두 방향으로 움직일 수 있다.
| 흥분성 (Excitatory) | 억제성 (Inhibitory) | |
|---|---|---|
| 막전위 변화 | −70 mV에서 위로(0 쪽으로) 올라간다: 탈분극(depolarization) | −70 mV에서 아래로 내려간다: 과분극(hyperpolarization) |
| 발화 문턱과의 관계 | 문턱에 가까워진다 | 문턱에서 멀어진다 |
| 결과 | 발화가 쉬워진다 | 발화가 어려워진다 |
흥분성 시냅스(E)와 억제성 시냅스(I)를 함께 받는 뉴런이 있다. 두 입력의 비율을 (a) 흥분이 훨씬 셈부터 (e) 억제가 훨씬 셈까지 다섯 단계로 바꾼다. 자극을 켜면 (a)에서는 발화가 크게 늘고, 아래로 갈수록 줄다가, (e)에서는 자극이 있는 동안 발화가 멈춘다.
정의
뉴런은 흥분성 입력의 합과 억제성 입력의 합을 모두 받는다. 막전위가 발화 문턱을 넘으면 활동 전위가 생긴다. 흥분이 우세할수록 발화율이 오르고, 억제가 우세할수록 자발 발화보다도 내려간다.
flowchart LR
E["흥분성 시냅스들"] -- "막전위를 올린다" --> M["막전위"]
I["억제성 시냅스들"] -- "막전위를 내린다" --> M
M --> T{"발화 문턱을 넘었나"}
T -- "넘음" --> F["활동 전위 발화"]
T -- "못 넘음" --> N["발화 없음"]
두 종류의 입력이 막전위 하나에서 만난다. 문턱 판정은 그 다음 한 번만 한다. 그래서 같은 흥분이 와도 억제가 함께 오면 발화가 줄어든다.
발화율을 식 하나로 줄이면 이렇게 쓸 수 있다1.
\[r = \max\bigl(0,\ r_0 + g\,(x_{+} - x_{-})\bigr)\]\(r_0\)는 자발 발화율, \(x_{+}\)와 \(x_{-}\)는 흥분성·억제성 입력의 합, \(g > 0\)은 민감도다. 억제가 아무리 커도 발화율은 0 밑으로 내려가지 않는다. (e)에서 발화가 멈추는 것이 바로 이 바닥이다.
자주 하는 오해
틀렸다. 둘 다 “서로 반대로 미는 한 쌍”이라서 같은 것처럼 보인다. 하지만 미는 대상이 다르다. 흥분성·억제성은 뉴런 하나의 막전위를 시냅스 입력이 올리느냐 내리느냐의 구분이다. 교감·부교감은 자율신경계의 두 갈래다. 심장 박동, 소화 같은 기관의 활동을 서로 반대로 조절한다. 확인 방법: 심장을 예로 들면 교감 신경은 박동을 빠르게, 부교감 신경은 느리게 한다. 이때 반대로 움직이는 것은 기관의 활동이지 한 뉴런의 막전위가 아니다2.
연결
- 선수: 뉴런과 신호 전달, 발화율 부호화
- 흥분은 양수 가중치, 억제는 음수 가중치가 된다: 뉴런의 연산 모형
- 억제가 공간적으로 배치되면: 뉴런의 수렴의 회로 3, 중심-주변 길항, 측면 억제
확인 문제
C1 흥분성 입력과 억제성 입력이 막전위를 각각 어느 쪽으로 움직이는지, 이름(탈분극·과분극)과 발화 문턱과의 관계까지 쓰라.
답: 흥분성은 막전위를 올린다(탈분극). 문턱에 가까워져 발화가 쉬워진다. 억제성은 막전위를 내린다(과분극). 문턱에서 멀어져 발화가 어려워진다.
C2 흥분성·억제성 시냅스를 함께 받는 뉴런이 있다. 흥분이 훨씬 셀 때, 둘이 비슷할 때, 억제가 훨씬 셀 때 자극을 켜면 발화율이 각각 어떻게 되는가?
답: 흥분이 훨씬 셀 때: 크게 늘어난다. 비슷할 때: 자발 발화 근처에서 크게 변하지 않는다. 억제가 훨씬 셀 때: 자발 발화보다 줄고, 충분히 세면 자극이 있는 동안 멈춘다.
이유: 발화율은 흥분과 억제의 차이로 정해지고, 0 밑으로는 내려가지 않는다.
C3 “흥분성·억제성 시냅스”와 “교감·부교감 신경”은 같은 것인가? 각각 무엇을 가리키는지 쓰라.
답: 다르다. 흥분성·억제성은 뉴런 하나에 들어오는 시냅스 입력이 발화를 돕는지 막는지의 구분이다. 교감·부교감은 자율신경계의 두 갈래로, 기관(심장, 소화기 등)의 활동을 서로 반대로 조절한다.
흔한 오답: “같다”고 쓴다. 둘 다 반대로 작용하는 한 쌍이라 헷갈리지만, 미는 대상이 막전위와 기관의 활동으로 다르다.