시상하부와 변연계 기능

시상하부와 변연계는 편도체와 해마체를 통해 전달되는 대뇌 피질부터의 하행성 정보와 척수와 뇌간으로부터 오는 상행성 정보를 통합한다. 시상하부는 이같이 통합된 정보를 이용해 각 개인과 종족의 생존에 적합하도록 내장 기능을 조정한다. 예를 들어 신경 내분비를 통해 생식기를 조절함으로써 종족 보존을 기능하게 한다. 위장의 기능과 먹고 마시는 것이 조화되도록 해서 각 개인의 생존을 가능하게 한다. 신진대사, 말초 혈관 수축, 땀 분비를 통해 체온이 좁은 범위 내에서 일정하게 유지되게 한다. 시상하부와 변연계는 분노, 격분, 평온, 두려움, 사회적 유혹과 같은 감정적인 표현 등에 영향을 미치는데 그중 일부는 생존을 위해 필요하다. 이런 여러 가지가 조절되기 위해서는 내분비계와 체성 운동계가 자율신경계와 유기적으로 통합 및 조절되어야 한다. 시상하부는 두 가지 기전을 통해서 내분비를 조절한다. 뇌하수체 후엽의 맥관을 통해서 전신 순환으로 신경 내분비 물질을 직접 분비한다. 뇌하수체 전엽의 혈액을 유출 시키는 문맥으로 분비 호르몬을 분비하는 간접적인 방법을 택하기도 한다. 반대로 자율신경계는 망상체로 투사하는 신경 경로와 시상 하부로부터 시작되는 내측 전 뇌 속을 통해 뇌 신경핵과 척수 내 부교 감과 교감 신경원까지 연결되는 신령로를 통해 조절된다. 혈관을 통해서든지 신경계를 통해서 시상하부로 자극이 들어온다. 체온, 혈액 내 물과 염분 농도, 순환하는 호르몬 농도, 혈중 포당 농도처럼 혈액을 통해 전달되는 정보는 변연계와 뇌간으로부터 전달되는 신경을 통한 정보만큼 시상하부의 활동에 중요하다. 방실 핵 안에 들어 있는 세포들은 펩티드 호르몬인 옥시토신과 바소프레신을 생산하여 시상하부 뇌하수체 경로로 전달하는데 뇌하수체 후엽에서 축색 말단으로부터 전신 순환으로 직접 분비된다. 옥시토신과 바소프레신은 시상하부 핵의 신경세포체 안에서 호르몬 전구물질 형태로 생산된다. 신경원들의 축삭을 통해 전달되는 동안 대사 작용을 거쳐 옥시토신과 바소프레신이 생산된다. 호르몬들과 뉴로 피신은 뇌하수체 후엽에 있는 바소프레신이 생산된다. 호르몬들과 뉴로 피신은 뇌하수체 후엽에 있는 축삭 말단에서 분비된다. 바소프레신은 신장에서 물의 재흡수를 증가시키고 옥시토신은 자궁을 수축시키고 젖이 나오게 한다. 시상하부에 있는 세포들은 뇌하수체 전엽도 조절하지만 다른 기전에 의한다. 궁상 핵 내에 위치한 세포들과 시상하부의 뇌실 주변부는 펩타이드를 분비하는 호르몬을 생산하는데 이들은 신경 말단으로 전달되고 내측 융기의 모세혈관과 뇌하수체 경으로 분비된다. 이 모세혈관들은 매우 짧은 문정맥을 통해서 뇌하수체 전엽의 세포들로 분비 호르몬을 전달한다. 시상하부에서 생성되는 물질 중 일부는 호르몬 분비를 억제한다. 뇌하수체 전엽에 있는 세포 중 일부는 분비 호르몬의 자극에 의해 갑상샘 자극 호르몬, 난포 자극 호르몬, 황체 형성 호르몬, 성장 호르몬, 부신 피질 자극 호르몬, 유즙 호르몬을 분비한다. 이들 물질들을 자극 호르몬이라고 부르는데 목표기관을 자극하는 효과를 갖고 있기 때문이다. 그에 대한 반응으로 많은 표적 세포들은 시상하부와 뇌하수체를 음성 되먹이기로 하는 호르몬을 생산한다. 이런 기전은 성장 호르몬과 유즙 호르몬의 경우에는 해당하지 않는데 호르몬들은 시상 하부로부터 분비되는 자극과 억제 물질에 의해 균형적으로 조절되기 때문이다. 예를 들어 유즙 호르몬은 유즙 분비 호르몬에 대한 반응으로 생산 및 분비 된다. 그것의 분비는 시상하부 신경원으로부터 뇌하수체문맥 계로 분비되는 도파민에 의해서 억제된다. 유사하게 성장 호르몬의 분비는 성자 억제 세포의 억제 기능에 의해서 부분적으로 조절되어 진다. 전 시신경 영역, 전측 시상하부, 복 내측 핵과 궁상 핵에 있는 신경원들은 성선 조절과 남성과 여성의 성적 행동을 담당한다. 이들 뇌 부위의 해부학적, 생리학적 분화는 순환하는 성선 자극 호르몬에 대한 반응으로 출생 전에 이루어지는데 사춘기 이후의 여성에서는 성선 자극 분비 호르몬이 주기적으로 분비되도록 하며 또는 남성에서는 비주기적으로 분비되도록 한다. 인체에서 궁상 핵 신경원들과 뇌실 주위에 있는 신경원들은 축삭을 통해 누두에 있는 문맥의 모세혈관으로 분비함으로써 시상하부 뇌하수체 성선 조절을 가능하게 한다. 모든 동물 실험에서 내측 전 시신경 영역, 전측 시상하부, 복 내측 핵의 신경원들은 성적 행동에 영향을 미치는 것이 밝혀졌다. 그러나 성적 행동을 조정하는 바깥쪽으로 연결되는 시상하부의 경로는 잘 알려지지 않았다. 분명한 것은 시상하부가 부교감 신경절의 신경원과 교감신경 절전 신경원을 조절해서 성적 반사에 관여한다는 것이다. 성적 행동을 조절하는 시신경 전 영역과 시상하부로 들어오는 신경 정보는 편도체와 뇌간에서부터 온 것이다. 게다가 혈관을 통해 들어오는 성선 자극 호르몬인 에스트로젠과 프로게스테론 또는 테스토르테론은 뇌에 되먹이기 작용을 제공한다. 생식 기능을 조절하는 모든 변연계 즉 편도체, 뇌실 주위, 시상하부, 뇌간에 있는 신경세포에는 많은 에스트로젠, 프로게스테론, 테스토스테론 수용체가 있다. 태아가 발생하는 동안 이들 부분의 성적 스테로이드에 의해 남성과 여성 뇌는 조직학과 기능적인 차이가 나타나게 된다. 전 시신경 영역과 전 시상하부 영역은 체온 조절을 위해 중요하다. 이들 영역의 손상은 자율 반사와 체성 운동 또는 온도 조절하는 행동 반응을 상실하게 한다. 이들 뇌 영역으로 가는 혈액을 차게 하든지 또는 따뜻하게 하면 37도로 체온을 유지하기 위한 보상적 반응들이 생긴다. 전 시신경 영역과 전 시상 하부 영역에 있는 신경원들이 이들 조절 기능을 직접 담당하는 것으로 보인다.