[생물 임용 노트]감각계- 6) 시각 : 광수용기

망막의 구조

망막의 구조

• 광수용체는 간상세포와 원추세포로 구성되며, 4가지 종류의 신경세포가 존재한다.
• 빛은 신경 세포층을 통과하여 광수용체에 도달하고 자극은 양극세포를 거쳐 신경절 세포로 전달되어 시신경으로 전달된다.
• 수평세포는 광수용체 여럿과 무축삭 세포는 신경절 세포 여럿과 시냅스를 이룬다.

시각의 성립(간상세포 중심)

간상세포와 원추 세포

• 간상세포
  • 광색소로 로돕신(rhodopsin)을 가지고 있다.
  • 파장을 구별하지 못한다.
  • 색 구분을 할 수 없다.
  • 약한 빛을 수용하고 명암과 물체의 형태를 구별한다.
  • 역치가 낮고 해상도가 낮다.
• 원추세포
  • 간상세포보다 작고 광색소로 요돕신(iodopsin)을 갖는다.
  • 4종류의 원추세포는 각각 파장에 특이적으로 구별 가능하다.
  • 색 구분이 가능하다.
  • 강한 빛을 수용하고 정밀한 시각과 색 시각을 제공한다.
  • 역치가 높고 해상도가 높다.

시각의 자극 수용 기본 기작

기본적인 자극 수용 기작은 로돕신 내의 레티날(retinal)의 이성질화에 의한 분해 반응이다.

• 로돕신은 옵신(opsin) 단백질과 비타민A 유도체인 레티날의 결합 형태이다.
• 빛에 의해 cis형인 레티날이 trans형으로 이성질화 되어 떨어지면서 분해된다.
• 분해 반응이 세포막을 탈분극 시켜 이온 투과성이 변화하여 신경절 세포로 신경 자극이 전달된다.

광색소 신호 전달과 시각의 성립

망막에서 활동전위를 형성하는 뉴런은 신경절 세포이다. 광수용체, 양극세포, 수평 세포는 차등 전위를 생성하여 탈분극이나 과분극된다.

• 빛이 약한 경우 : 고농도의 cGMP → Na⁺ 채널이 열림 → 막의 탈분극 → 시냅스 말단 Ca²⁺ 채널 열림 → 억제성 신경 전달물질(Glu) 분비 증가 → 쌍극세포 억제 → 신경절 세포의 활동전위 억제
• 빛이 강한 경우 : 광색소 활성 → 트랜스듀신(G_α 활성) → PDE 활성(cGMP 분해) → cGMP 농도 감소 → Na⁺ 채널 닫힘 → 막의 과분극 → 억제성 신경 전달물질(Glu) 분비 감소 → 쌍극세포 억제 풀림 → 신경절 세포의 활동전위 발생
  최종 시각의 전달 장소는 중추 신경계의 후두엽이다.

시각의 순응

• 암순응 : 시각의 역치가 점점 감소하여 망막이 빛에 대해 민감해지는 것을 말한다.
  • 로돕신이 암조건에서 최적의 기능을 발휘하기 위해 양을 축적하는 것이다.
  • 간상세포는 2~30분정도 걸린다. 중, 후기 암순응이라고 한다.
  • 원추세포는 10분정도 걸린다. 초기 암순응이라고 한다.

시각의 순응 그래프

• 광적응 : 강한 빛에서 광색소 파괴 후 민감도가 떨어지게 하여 대조율을 높이는 것을 말한다.

원추세포와 색감각

• 망막의 중앙부인 황반 근처에 많이 분포되어 있고, 강한 빛을 수용하며 물체의 형태와 색을 구별한다.
• 원추세포는 서로 다른 옵신 단백질을 갖는 3종류의 세포로 구성된다.
  • 청색 - 최대 흡수 파장 420nm
  • 녹색 - 최대 흡수 파장 530nm
  • 적색 - 최대 흡수 파장 560nm
• 뇌는 3종류의 원추세포에서 오는 신호 강도를 비교하여 여러 색을 인지한다.
• 적색, 녹색 원추세포는 X염색체 위에 있는 유전자에 의해, 청색 원추세포는 7번 염색체 위에 있는 유전자에 의해 결정된다.

시각의 선명도와 민감도

• 원추 세포와 신경절 세포의 연결비는 1:1이다. 따라서 빛의 민감도가 낮고, 주간에 해상도가 높으며, 중심부 빛에 민감하다.
• 간상세포와 신경절 세포의 연결비는 200:1이다. 따라서 빛의 민감도가 높고, 야간에 해상도가 낮으며, 주변부 빛에 민감하다.

시각의 선명도와 민감도

간상세포와 원추세포 비교

	간상 세포	원추 세포
분포	망막 주변부	망막 중심부
시각 제공	회색 명암	색 시각
자극 환경	약한 빛, 빛이 거의 없는 환경	강한 빛
해상도	색 구분 못함, 저해상도	정밀한 고해상도 색 시각
신경과의 연결	수백개의 간상세포가 몇 개의 양극세포로 연결 후 신경절과 시냅스	원추세포, 양극세포, 신경절 세포의 연결이 1:1로 이루어진다.
수용기 전위 파생 특징	1. 수렴이 풍부하게 일어나서 약한 빛에서도 수용기 전위를 생성한다. 2. 민감도가 높도 정교함이 낮다.	1. 1개의 원추 세포로도 충분히 강한 수용기 전위를 생성하는 것이 가능하다. 2. 민감도가 낮고, 정교함이 높다.