균형을 잡을 수 있도록 조정해 주는 중추 기관은 뇌간(腦幹)이라고 하는 뇌의 기저부에 있습니다. 건강할 때에는 눈과 근육과 전정계로부터 헤아릴 수 없이 많은 자극을 받기 때문에 우리는 균형을 유지할 수 있습니다.
눈은 외부 환경에 대한 감각 정보를 끊임없이 뇌간에 전달합니다. 고유 수용기(受容器)라고 하는 근육 속의 감각 수용기들도 우리가 걷거나 만지고 있는 표면의 형태에 대한 정보를 뇌로 보냅니다. 그런데 전정계는 일종의 내부 안내 기관의 역할을 하며, 우리의 몸이 지구 및 지구의 중력과 관련하여 공간상 어디쯤 있는지를 뇌에 알려 줍니다.
전정계는 균형과 관련된 일을 하는 다섯 가지 기관 즉 세 개의 반고리관과 두 개의 낭(囊)으로 이루어져 있습니다. 반고리관의 이름은 각각 전(前)반고리관, 외측(수평)반고리관, 후(後)반고리관입니다. 두 개의 낭은 통낭(通囊)과 소낭(小囊)이라고 합니다.
반고리관들은 평면 상태로 놓여 서로 직각을 이루고 있는데, 마치 방의 두 벽과 바닥이 모퉁이에서 만나는 것처럼 되어 있습니다. 이 관들은 내이의 미로(迷路)를 이루는 통로로서, 측두골(側頭骨)이라고 하는 단단한 머리뼈 속에 숨겨져 있습니다. 이 골(骨)미로 안쪽에 막(膜)미로라고 하는 또 하나의 미로가 있습니다. 각각의 막(膜)반고리관 끝에 부풀어 오른 것처럼 보이는 것이 있는데, 팽대부(膨大部)라고 합니다. 막미로 안쪽에는 내(内)림프라고 하는 특수 액체가 있습니다. 그리고 막 바깥쪽에는 외(外)림프라고 하는, 화학 성분이 다른 또 하나의 액체가 있습니다.
팽대부라고 하는 관의 이 불룩한 부분에는 다발을 이루고 있는 특수한 유모(有毛) 세포들이 있는데, 이 유모 세포들은 와우정(蝸牛頂)이라고 하는 젤라틴으로 된 덩어리에 박혀 있습니다. 머리를 어느 방향으로든 움직일 경우, 내림프액이 관 자체보다 다소 늦게 움직이므로 내림프액 때문에 와우정과 거기에 있는 털 다발들이 휘게 됩니다. 털 다발들의 움직임은 유모 세포의 전기적 특성에 변화를 일으키고, 뒤이어 신경 세포를 통하여 뇌에 정보가 전달됩니다. 정보는 소위 구심성 신경이라고 하는 것을 따라 이 개개의 유모 세포로부터 뇌로 전달되기도 하지만, 다시 원심성 신경을 통하여 뇌로부터 각각의 유모 세포로 전달되어, 필요할 때 유모 세포에 보정(補整)하는 정보를 제공하기도 합니다.
반고리관들은, 우리가 머리를 앞뒤로 기울이거나, 이편저편으로 기대거나, 좌우로 회전시킬 때와 같이 머리가 어느 방향으로인가 각을 이루는 운동을 하거나 회전 운동을 할 때 이러한 움직임을 감지합니다.
한편, 통낭과 소낭은 직선 가속도 운동을 감지해 냅니다. 따라서 이 낭들을 중력 감지기라고도 합니다. 이 낭들에도 평형반(平衡斑)이라고 하는 곳에 유모 세포들이 있습니다. 예를 들면, 우리가 엘리베이터를 타고 올라갈 경우, 소낭이 뇌에 정보를 보내면 뇌는 우리에게 위쪽으로 가속하고 있다는 느낌을 전해 줄 것입니다. 통낭은 자동차를 몰다가 갑자기 가속할 때 반응을 보이는 주감지기입니다. 이 낭이 뇌에 정보를 보내면, 우리는 앞으로나 뒤로 쏠리고 있다는 느낌을 받게 됩니다. 그러면 뇌는 이 정보를 다른 자극들과 결합시켜, 외견상 우리의 움직임에 대한 반응으로 눈과 팔다리를 어떻게 움직일 것인지와 같은 결정을 내립니다. 이 작용은 우리가 몸의 위치와 방향을 정하는 데 도움이 됩니다.
심지어 연구에 종사하는 과학자들까지도 그 설계에 감명을 받지 않을 수가 없습니다. 생물학 및 생리학 교수인 A. J. 허드스페스는 「사이언티픽 아메리칸」지에 이렇게 썼습니다. “그러나 연구하면 할수록 이 축약된 생체 기관의 감도와 복잡성에 대해 외경심만 더해질 뿐이다.”
The coordinating center for your balance is found at the base of your brain called the brain stem. When you are healthy, you keep your balance because innumerable impulses are received from your eyes, your muscles, and your vestibular system.
Your eyes provide the brain stem with continuous sensory input about your external surroundings. Sensory receptors in your muscles, called proprioceptors, funnel information to your brain about the type of surface you are walking on or touching. But it’s your vestibular system that acts as an internal guidance system that tells your brain where your body is in space relative to the earth and its force of gravity.
The vestibular system is made up of five parts that deal with balance: three semicircular canals and two sacs. The semicircular canals are named the superior canal, the horizontal (lateral) canal, and the inferior (posterior) canal. The two sacs are called the utricle and the saccule.
The semicircular canals lie in planes at right angles to each other, like the walls and floor meeting at the corner of a room. The canals are passageways making up a labyrinth hidden in the hard bone of the skull called the temporal bone. Inside this bony maze is another labyrinth, called the membranous labyrinth. At the end of each membranous semicircular duct, there is what would look like a bulge, which is called the ampulla. On the inside of the membranous labyrinth is a special fluid called endolymph. And on the outside of the membrane, there is another fluid of yet a different chemical composition, called perilymph.
This swollen portion of the duct called the ampulla contains special hair cells in the form of bundles that are embedded into a gelatinous mass called the cupula. When you move your head in any direction, the endolymphatic fluid lags somewhat behind the movement of the canals themselves; and therefore the fluid bends the cupula and the hair bundles that it contains. The movement of the hair bundles causes changes in the electrical properties of the hair cell, and this in turn conveys messages to your brain via nerve cells. Messages travel not only from these individual hair cells to the brain down what are called afferent nerves but also back from the brain to each hair cell through efferent nerves to give the hair cell compensating information when this is necessary.
The semicircular canals detect angular or rotational movement of your head in any direction, such as tilting it forward or backward, laying it to one side or the other, or rotating it to the left or the right.
The utricle and the saccule, on the other hand, detect linear acceleration; they are therefore called the gravity sensors. They too contain hair cells in what is called the macula. The saccule would, for instance, send information to your brain that would give you the sensation of accelerating upward when you rise in an elevator. The utricle is the main detector that responds when you’re riding in a car and suddenly accelerate. It sends information to your brain to give you the sensation of being thrust forward or backward. Your brain then combines this information with other impulses to make decisions, such as how to move your eyes and limbs to respond to your apparent motion. It helps you to keep your orientation.
Even research scientists cannot help but be impressed by its design. A. J. Hudspeth, professor of biology and physiology, wrote in the magazine Scientific American: “Further work, however, can only reinforce a sense of wonder at the sensitivity and complexity of this miniaturized piece of biological apparatus.”
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