등급전위 (Graded Potential)
쉽게 풀면
스위치를 누르면 무조건 100% 켜지는 전등과, 손잡이를 돌린 만큼만 밝아지는 조명 스위치(디머)를 생각해 보세요. 뉴런의 활동전위는 전등 스위치처럼 "전부 아니면 전무(all-or-none)"로 발생해서 크기가 항상 일정합니다. 반면 등급전위는 디머 스위치처럼 자극이 강할수록 전위 변화의 크기도 커지고, 약할수록 작아집니다. 또한 활동전위는 축삭을 따라 감쇠 없이 멀리까지 전달되지만, 등급전위는 발생한 지점에서 멀어질수록 신호가 점점 약해지다가 사라집니다. 수상돌기에서 받아들인 시냅스 신호나 감각수용기에서 만들어지는 초기 신호가 대표적인 등급전위이며, 이런 등급전위들이 세포체와 축삭둔덕에서 합쳐진 크기가 역치를 넘으면 그제야 활동전위가 발생합니다.
왜 중요한가
등급전위는 신경계가 자극의 세기 정보를 어떻게 아날로그 신호로 담아내고, 여러 입력을 어떻게 합산해 최종적으로 활동전위 발생 여부를 결정하는지를 설명하는 기본 단위입니다. 감각수용, 시냅스 통합, 신경 발달 연구 전반에서 등급전위의 크기와 시공간적 가중합 방식은 신경 신호처리의 세밀한 조절 기전을 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이 문장은 감각수용기가 만드는 신호가 활동전위처럼 일정한 크기가 아니라, 자극이 셀수록 커지는 등급전위이며, 여러 신호가 합쳐지는 과정을 거친다는 뜻입니다.
시냅스에서 발생한 신호가 활동전위와 달리 자극 세기에 비례해 크기가 달라지는 등급전위임을 전기생리학적으로 확인했다는 뜻이다.
시각 수용기 세포의 등급전위가 다른 감각수용기와 반대 방향으로 나타난다는 것을 보여주는 예이다.
조금 더 깊게 보면
등급전위는 여러 시냅스 입력이 시간적으로 겹칠 때 합쳐지는 시간적 가중합(temporal summation)과, 여러 위치의 입력이 동시에 더해지는 공간적 가중합(spatial summation)을 통해 세포체와 축삭둔덕에 도달하며, 이 합산된 전위가 역치를 넘어야 비로소 활동전위가 발생합니다. 등급전위는 거리가 멀어질수록 크기가 지수적으로 감쇠하는 수동적 확산(전기긴장성 전도, electrotonic conduction) 특성을 가지므로, 시냅스가 세포체에서 얼마나 떨어져 있는지도 최종 신호 크기에 영향을 미치는 요인으로 다뤄집니다.
주의할 점
등급전위는 활동전위와 반대되는 개념이 아니라, 활동전위가 발생하기 전 단계에서 신호를 만들어내는 재료에 가깝습니다. 흥분성 시냅스후전위(EPSP)와 억제성 시냅스후전위(IPSP)도 모두 등급전위의 한 종류이며, 자세한 발생 기전은 흥분성/억제성 시냅스후전위 항목을 참고하면 이해하기 쉽습니다.