학습이나 기억 활동을 통해 특정 시냅스에서 신경전달물질이 지속적이고 강력하게(높은 빈도로) 분비되면 이 신호가 바로 '스위치'가 되어, 신호를 받는 수상돌기 쪽에서 기능적, 구조적 변화를 포함한 연쇄 반응을 일으킵니다.
1. AMPA 수용체는 왜, 어떻게 증가하는가? (기능적 강화)
AMPA 수용체의 증가는 늘어난 신경전달물질을 더 효과적으로 받아내기 위한 수상돌기 쪽의 '능동적인 대응'입니다.
- 1단계 (스위치 작동): 강력하고 빈번한 신호(글루탐산 분비)가 도착하면, 시냅스 막에 있는 NMDA 수용체라는 특수 장치가 활성화되어 다량의 칼슘(Ca2+)을 세포 안으로 받아들입니다. 이 칼슘이 바로 리모델링 프로그램을 작동시키는 '시작 신호'입니다.
- 2단계 (AMPA 수용체 동원): 유입된 칼슘은 세포 내 신호 전달 체계를 통해 "이 시냅스는 매우 중요하니 수신 감도를 높여라!"라는 명령을 내립니다. 이 명령에 따라 수상돌기 내부에 보관되어 있던 여분의 AMPA 수용체들이 활성화된 시냅스의 표면으로 이동하여 배치됩니다.
- 3단계 (효율 증대): 이제 같은 양의 신경전달물질이 와도 더 많은 AMPA 수용체가 동시에 반응하므로, 수상돌기는 훨씬 더 강력한 신호를 생성할 수 있습니다.
2. 수상돌기는 왜, 어떻게 두꺼워지는가? (구조적 강화)
수상돌기가 두꺼워진다는 것은, 더 정확히 말해 '수상돌기 가시(Dendritic Spine)의 머리 부분이 커지는 것'을 의미합니다. 수상돌기 전체가 굵어지는 것이 아니라, 신호가 오가는 특정 시냅스가 위치한 '가시'의 구조가 변하는 것입니다.
- 1단계 (기능 강화에 따른 요구): 늘어난 AMPA 수용체를 안정적으로 배치하고, 효율적인 신호 처리를 위해서는 더 넓고 튼튼한 공간이 필요합니다. 기능적 강화(AMPA 수용체 증가)가 구조적 강화를 유도하는 셈입니다.
- 2단계 (세포 골격의 재구성): AMPA 수용체 증가를 유발했던 칼슘 신호는 동시에 세포의 뼈대를 이루는 세포 골격(Cytoskeleton) 단백질(예: 액틴)을 재구성하라는 명령도 내립니다.
- 3단계 (물리적 확장): 이 명령에 따라 단백질들이 움직여 수상돌기 가시의 내부를 채우고 확장시킵니다. 그 결과 가시의 머리(Spine Head)가 물리적으로 더 커지고, 시냅스후 밀도(PSD)라는 지지 구조물도 더 튼튼해집니다.
- 4단계 (안정성 확보): 이렇게 커지고 튼튼해진 구조는 늘어난 AMPA 수용체들이 제자리에 안정적으로 머물도록 붙잡아두는 역할을 합니다.
요약
강력/빈번한 신호 자극 (많은 신경전달물질 분비) → [스위치] NMDA 수용체 활성화 및 칼슘 유입 → 기능적, 구조적 변화
- [기능 변화] AMPA 수용체 개수 증가 및 성능 향상
- [구조 변화] 늘어난 수용체를 지지하기 위한 수상돌기 가시 머리의 비대
- ⇒ 결과: 시냅스 연결 강도(효율)의 장기적인 증가
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