뇌. 뇌신경, 977107 김동현

인간 사고. 행동조절 "지령실"

한 축구선수가 운동장에서 뛰고 있다. 공격이다. 우리편 선수가 알맞게 센터링을 한다. 문전으로 공이 날아온다. 헤딩을 해야겠다.뛰어라. 머리를 갖다대라. 뻥! 그물이 출렁인다. 성공이다. 이 기쁨, 환호 주먹을 쥐고 높이 뛰어 오른다.

글로 써놓고 보면 장황하지만 순식간에 일어나는 일이다. 눈으로 보고 판단해 달리고 뛰면서 머리를 갖다대고 또 눈으로 보고 판단, 드디어 뛰어 오르면서 환호.

정보를 받아들이고 분석하고 근육에 명령을 내려서 달리고 뛰게 하는 이모든 일을 맡아보는 곳이 뇌다. 거기다가 뛰어오르며 환하작약하는 정서에 관한 일, 운동장을 뛸 때 소비되는 에너지를 충당하기위해 심장을 더 빨리 뛰게 하거나 헤딩을 할 때 저절로 눈을 감게 하는 무의식적인 자율에 관한 일까지 조절하는 센터가 이 뇌에 있다.

「사람은 곧 그 사람의 뇌다」란 말도 그래서 일리 있다 하겠다.

인간의 뇌에는 정보를 받아들이고 판단하는 신경세포 사이의 연결회로는 우주에 있는 원자수만큼 많다.

크기에 비해 인체에서 에너지를 소비하는 비율이 가장 높은 곳도 바로 뇌이다.

뇌의 무게는 인체 체중의 약 2%에 불과한 1천3백-1천4백g정도이면서 심장에서 나가는 피의 15%를 소비하고(1분당 750cc)안정시 들여마시는 산소의 20-25%를 쓴다.

만약 혈액 공급이 15초 정도만 차단되어도 의식불명이 되고 4분간 중단하면 뇌세포는 복원할 수 없을 정도로 손상을 받는다.

갑자기 심장마비가 와서 응급처치로 심장맛사지를 할 때 4분이내에 소생시켜야 후유증 없이 회복할 수 있는 것도 이 때문이다.

뇌로 혈액을 공급하는 동맥은 크게 네가지가 있는데 상호 연락이 치밀하여 한 개나 두 개의 동맥이 막히더라도 다른 동맥에 의해 혈액공급을 받도록 되어 있다.

여자의 뇌는 나자보다 150-200g 정도 가볍다. 사람에 있어서 뇌의 무게와 지능은 비례하지 않는다.

뇌는 두부처럼 말랑말랑하다. 상처받기 쉬워서 여러 가지 보호장치가 있다. 자궁내의 태아가 양수에 의해 보호를 받듯 뇌는 뇌척수액에 떠 있어서 충격으로부터 보호를 받는다.

밖으로는 경막, 지주막, 연막이라는 세 개의 막이 뇌를 싸고 가장 바깥은 두개골에 의해 튼튼하게 보호를 받고 있다.

뇌는 질서없이 구성된 것이 아니다. 수백만년에 걸쳐 새로운 구조물들이 만들어져서 차곡차곡 포개져 형성된 오래된 집과 같다.

진화상에 새로운 전기가 있을 때마다 새로운 조직이 진화 발전하여 새로운 기능을 획득해 왔다.















Brain Facts

인간이 직립하면서 골반이 두꺼워겼고 두꺼워진 골반은 산도를 좁히게 되었다. 산도는 좁아졌는데도 불구하고 뇌와 머리는 더 크게 성장하게 되었다. 이러한 상황을 타개하기 위한 대책이 없었다면 인간은 멸망했을 것이다.

인간은 조기출산으로 이 문제를 해결했다. 출생시 침팬지의 뇌는 성숙한 침팬지 뇌의 40-50%에 이르나 사람은 25%에 불과하다.

인간의 뇌는 태어나서 모체 밖에서 주로 성장하게 되었다.

역사적으로 볼 때 뇌는 다른 어떤 인체의 장기보다 더 빨리 진화되었다.

4백만년 전의 뇌용적은 400cc인데 이만큼 진화하는 데도 수억년이 걸렸다. 그러나 그때부터 지금의 뇌 용적으로 진화하는 데는 수백만년이 걸렸을 뿐이다.

인간의 뇌는 모든 포유동물 가운데 신체크기와 비교했을 때 가장 크다. 동물중에서 고래의 뇌가 가장 커서 「푸른큰고래」의 뇌는 6천8백g이다. 아시아 코끼리의 뇌는 약 5천g, 돌고래가 2천3백50g이다.

체중과 비교해보면 사람의 뇌 1g은 몸의 50g을 지배하는데 비해 고래는 1g당 체중 5kg을 지배해서 사람보다 100배나 큰 부담을 뇌세포에 주게 된다.

인간의 뇌세포 하나는 다른 동물보다 훨씬 능률적이고 치밀하게 일을 할 수 있게 되어 있다.

뇌를 크게 나누어 대뇌 소뇌 뇌간으로 나누는데 세 부분이 동시에 생긴 것은 아니다.

가장 먼저 생긴 것이 뇌간이다. 따라서 가장 안쪽에 자리잡고 있다. 인간이 말하고 생각하는 능력을 갖기 휠씬 이전, 다른 생물체와 마찬가지로 단순히 생명을 지닌 생물체로만 있을 때에 생긴 것이다.

5억년 보다 더 전에 척수가 위로 확대팽창하여 진화했다고 보는데 파충류의 뇌와 흡사하여 「파충류의 뇌」라고도 부른다.

무게는 약 200g, 일찍이 생명을 유지하는 일을 주된 임무로 맡고 있으며 가장 아래 쪽의 연수에는 호흡과 심장운동을 조절하는 생명중추가 있다.

연수는 목뒤의 머리 아래쪽에 있다.

뇌간은 이밖에도 혈관의 수축과 이완, 구토, 하품, 기침, 재채기, 딸꾹질 등의 반사작용도 책임지고 있다.

연수위에 있는 뇌교는 정보를 전달해주거나 두 개의 소뇌사이 정보를 이어주는 역할을 하고 그외 외부의 정보에 대해 우리 의식이 깨어있도록 유지해주는 기능도 한다.

대뇌나 소뇌의 손상이 있어도 사람은 죽지 않으나 뇌간의 손상은 곧 죽음을 초래한다. 뇌출혈이 있을 때도 대뇌나 소뇌의 출혈은 바로 사망을 초래하지 않으나 이 부위의 출혈은 죽음을 면키 어렵다.

대뇌나 소뇌의 기능은 마비되었으나 뇌간의 기능은 살아있어서 호흡과 심장박동이 유지되는 경우를 「식물인간」이라하고 반대로 뇌간의 기능이 마비되었을 때 인공호흡기 들으로 겨우 생명을 유지하면서 호흡기를 제거하면 곧 죽게될 경우를 「뇌사」라 한다.

소뇌는 뇌 전체 무게의 약 10%로서 뇌간의 뒤쪽에 좌우 한쌍이 붙어있다.

크기는 대뇌반구의 10분의 1에 불과하나 주름과 주름의 깊이로 인해 면적은 대뇌의 40%에 이른다.

몸의 평형을 유지하는 중추이며 위치, 공간운돌을 조절하는 운동중추가 있다.조건반사와 감각기관의 활동도 조정한다.

물론 간단한 학습방법을 기억하는 기능도 포함하고 있다.

동물에게서 소뇌를 제거하면 동작을 연결시킬 때 심한 장애를 보인다.

지난 1백만년 사이에 소뇌의 크기는 세배이상 불어났다. 뇌는 진화할수록 기능이 다양해지고 중요하게 되었다는 것을 알 수 있다.

생체기능 조정.통제 "신비의 집합체"

대뇌는 가장 늦게 진화하여 탄생한 뇌다. 그러면서도 가장 커서 뇌 전체 무게의 80%를 차지한다.

대뇌 중에서도 약 2,3억년 전에 먼저 진화하여 안쪽에 자리잡고 있는 부위를 변연계라고 한다.

지구상에 포유동물이 나타났을 때 진화하기 시작했고 포유동물에서 가장 발달해 있기 때문에 「포유동물 뇌」라고도 한다.

체온, 혈압, 심박동, 혈당과 같은 자율기능의 조절과 공포, 분노, 쾌락과 같은 본능적 정서에 관여한다.(이로인해 생긴 기쁨과 슬픔 등의 고등정서는 대뇌 전두엽이 관여한다.)

공포나 분노를 느낄 때 혈압과 심장박동이 증가하고 땀이 나고 털이 곤두서기도 하는데 이 일을 조절하는 중추가 있는 곳이다.

사람에 있어서 바이오리듬을 조절하는 중추이며 그 외 먹는 일과 성행위에도 관여한다.

이곳이 손상을 입으면 포만감이 없어져 말리지 않으면 무한정 먹게되고 성행위에도 관여한다.

실험적으로 원숭이의 이 부위에 손상을 가하면 원숭이는 인형을 붙잡고 성행위를 하는 시늉을 하기도 한다.

변연계에서도 가장 중요한 곳은 시상하부이다. 시상하부는 콩알만한 크기에 무게가 4g 에 불과한 조직이지만 자율신경의 중추가 모여있어서 바로 생명과 직결되 는곳이다.

수분대사와 수면 그리고 위산분비를 조절한다. 또 전기 및 화학적 메시지를 통해서 인체에서 가장 중요한 호르몬 생성기관인 뇌하수체를 다스린다.

변연계의 양쪽 옆에는 기저핵이 있는데 이 부위는 소뇌처럼 운동을 조절하고 특히 운동을 시작할 때 엔진을 점화하는 역할을 담당한다.

축구선수가 달릴 때 일일이 생각하지 않아도 다리가 움직이는 것은 이곳이 작동하기 때문이다.

이곳의 병변으로 나타나는 대표적 질환이 바로 파킨슨병이다.

기저핵이 어떤 원인으로 손상을 입게되면 도파민의 분비가 감소하는데 이로인해 운동부전과 경직, 경련이 전형적인 증상으로 나타난다.

<나비처럼 날아 벌처럼 쏘는 권투>를 구사, 한때 세계 복싱계를 주름잡았던 무하마드 알리도 이 병으로 고생하고 있는데 최근 우리 나라에서도 증가하는 추세에 있다.

뇌의 가장바깥 쪽이 흔히 그림에서 보듯 호두처럼 주름이 잡혀있는 대뇌피질이다. 좁은 두개골 안에 많은 양의 신경세포를 담기 위해 주름이 잡혀있다. 두께는 약 2-5mm. 주름을 펴놓으면 신문지 한 장 정도에 1백억 에서 2백억의 신경세포가 있다.

좌우로 나누어진 반구체인데 각각 인체의 반대쪽 반을 지배한다. 왼쪽 뇌는 오른쪽 몸으로 부터 정보를 받아 그쪽에 명령을 내린다.

신경섬유는 뇌교에서 교차해 반대쪽을 지배하는데 왜 굳이 가로 질러가며 반대쪽을 지배하도록 진화했는가는 아직 풀리지 않는 수수께끼다.

사람의 95% 정도에서 왼쪽 대뇌가 오른쪽보다 크다. 이는 오른손잡이가 왼손잡이보다 그만큼 많다는 증거가 된다.

왼쪽 대뇌는 오른쪽보다 언어와 논리성에 강하며 오른쪽 대뇌는 공간입체능력과 감성에서 왼쪽보다 뛰어나다.

그러나 이러한 차이점이 사실을 너무 단순화하여 두 반구가 서로 독립하여 다른 뇌인 것처럼 생각하는 것은 잘못이다.

언어와 같은 복잡한 행위는 양쪽 대뇌 모두에서 관장하고 있다. 태어날 때 왼쪽이 손상을 받으면 오른쪽 대뇌가 언어기능을 담당한다. 다른 점보다 같은 점이 더 많으며 상호 협력한다. 반구는 뇌량을 통해서 서로 연결되어 있다.

대뇌피질은 약2억년 전에 생겼으며 약1백만년 전에서 4백만년전 사이에 갑작스럽게 밖으로 확장 발전되었다.

집으로 치자면 부엌과 화장실만 있다가 생존문제가 해결되자 증축한 서재나 음악실과 문화시설 같은 것이다. 이때쯤부터 인간은 언어와 예술 등에서 심볼을 만들어 사용할 수 있었다.

대뇌피질은 전두엽과 두정엽 후두엽 측두엽의 네 부위로 나뉘어져 있다. 전두엽은 가장 넓은 부위로 계획을 세우거나 의사결정을 하고 목적 지향적 행동을 주관하는 곳이다. 다른 동물과 인간을 구분하여 사람을 호모 사피엔스라 함은 이 대뇌전두엽의 기능이 있기 때문이다.

이곳이 손상을 받게되면 계획을 세우고 복잡한 행동이나 창조적 활동을 할 수 없게 된다.

또 이곳에는 본능적 정서에 의해 2차적으로 발생하는 기쁨과 슬픔 등의 고등정서가 생기는 중추가 있기 때문에 전두엽에 손상이 있으면 이런 감정이 없어져 사람이 무표정해지고 멍청해진다.

다른 영장류에게도 공포 쾌감 등이 1차적 정서는 있으나 슬픔이나 동정심 즐거움 등 2차적 감정이 없는 것은 전두엽의 발달이 미미하기 때문이다.

두정엽은 정해진 부위에서 인체의 해당기관에 운동명령을 내리는 운동중추가 있는 곳이다.

운동기관의 크기가 크다고 해서 두정엽의 중추가 비례해서 큰 것은 아니다. 손의 운동과 혀 후두 입술등 발성에 관한 운동중추의 면적은 넓고 허리와 하지 운동을 조정하는 중추는 비교적 좁다.

말을 통해서 의사소통을 하고, 손으로 물건을 만들고 사용하는 것이 인간 특유의 창조적 활동임은 뇌의 이 중추가 다른 영장류에 비해 넓다는 것으로 증명된다 하겠다.

그외 두정엽은 외부로부터 오는 정보를 조합한다. 문자를 단어로 조합하여 의미나 생각을 만드는 곳이기도 한데 이 부위가 손상되면 무인식증이 발생한다.

측두엽에는 우표 크기만한 청각중추가 있다. 그외 인지 및 기억 기능의 일부를 담당한다. 이 부위가 손상을 받으면 환각이나 기억 장애가 나타난다. 특히 좌측 측두엽에 병변이 있으면 실어증이 나타나기도 하고 오른쪽 측두엽이 손상을 입으면 그림 그리는 일과 같은 공간입체작업 수행에 지장을 받는다.

측두엽을 전기적으로 자극할 때 어떤 사람은 동시에 두 장소에 있는 것 같은 환각에 빠져 그 사람의 의식속에 과거의 기억과 현재가 동시에 존재하는 것 같은 느낌을 받는 수가 있다.

후두엽에는 시각중추가 있어서 눈으로부터 들어온 정보는 여기서 모양과 위치, 움직임등이 분석된다.

이 시각 피질에 장애가 있으면 눈의 다른 부위에 이상이 없더라도 눈 뜬 장님이 된다.

뇌는 아직 온통 수수께끼 투성이다.

현재 뇌에 대해서 알고 있는 지식의 90%는 최근 15년 동안에 발견된 것들이다. 그만큼 의문투성이다. 미지의 세계를 개척하고자 하는 탐험가에게는 아주 매력 있는 정글이요 오지인 셈이다.

미국에서는 조지 부시가 대통령이었을 때 행정부와 의회가 90년대를 [뇌의 시대]로 선언했고 지금도 본격적인 탐험활동에 나서고 있다. 뇌 질환은 물론 사람의 감정이나 기억력을 마음대로 조정할 수 있는 날도 그렇게 멀지만은 않을 것이란 전망이다.

패기있는 사람들이 도전장을 던져볼만한 분야가 아닐 수 없다.

'시냅스'통해 몸속 곳곳 정보전달

왜 소아마비 환자는 아픔이나 뜨거움 등은 느끼면서 몸을 움직이지는 못하는 것일까. 나병환자는 몸을 움직이는 데는 지장이 없으면서 뜨거운 것은 모른다. 왜 그럴까.

이는 신경에 이상이 있기 때문이다. 소아마비는 몸을 움직이라는 뇌의 명령을 전달하는 운동신경에 이상이 있기 때문이고 나병은 감각을 뇌로 전달하는 감각신경에 이상이 있기 때문이다.

신경은 이와같이 정보를 뇌로 전달하고 뇌의 명령을 인체의 각 기관에 전달하는 통신망이다. 흔히 혈관을 도로에 비유하고 신경을 통신망에 비유하는 것은 이 까닭이다.

신경은 해부학적으로 분류하여 중추신경과 말초신경으로 나눈다.

뇌와 뇌에서 아래로 연결되어 척추에 들어있는 척수까지를 중추신경이라 하고 척수에서

좌우 한쌍으로 31쌍이 나와 몸 전체에 퍼져있는 척수신경과 뇌에서 바로 나와 주로 얼굴에 분포되어 있는 12쌍의 뇌신경을 합해 말초신경이라고 한다.

기능적인 측면으로 분류하여 감각신경과 운동신경으로 나눈다.















Brain Facts

감각신경은 외부로부터 오는 감각을 뇌로 전달하는 역할을 하는데 몸 표면의 감각을 전하는 체성감각계와 내장의 감각을 전하는 내장성감각계, 그리고 시각 청각 등을 전하는 특수감각계로 나뉘어진다.

운동신경은 뇌의 명령을 각 기관에 전달하는 역할을 하는데 근육을 움직이는 체성운동신경계와 본인의 의사와는 관계없이 자율적으로 움직이는 심장, 내장 등의 운동을 조절하는 자율신경계로 나눈다.

말초신경은 손상을 입었을 때 재생이 가능하나 중추신경은 완전히 파괴되면 재생이 불가능하다.

소아마비 환자가 감각은 있으나 운동을 할 수 없는 것은 바이러스가 선별적으로 운동신경만 파괴했기 때문이다. 그런데 이 병변이 중추신경인 척수에서 생기는 까닭에 병이 낫고 나서도 세포가 재생하지 않아 영원히 마비가 남게되는 것이다.

나병은 초기에 감각신경만 침범하기 때문에 운동은 할 수 있으나 감각이 없어져 다쳐도 아픈줄 모르고 뜨거운 곳에 닿아도 이를 느끼지 못하여 자주 화상을 입게 된다.

모든 외부의 감각은 일차적으로 감각 수용기를 통해 이루어지는데 감각수용기는 특수화한 신경조직으로 열과 빛 혹은 기계적 화학적 에너지를 신경의 흥분으로 바꾸어주는 조직이다.

감각에 따라 그 감각만 받아들이는 고유의 감각수용기가 따로 있다. 감각수용기를 흥분시키는 자극은 어떠한 형태이든 간에 관계없이 감각수용기 주위에 국소 전류를 발생시키며 이 전류가 신경섬유에 활동전압을 발생시킨다. 이 활동전압에 의해 정보는 초속 약 60 - 120m의 속도로 말초신경에서 척수를 거쳐 뇌로 상행한다.

뇌의 신경세포(뉴런)는 별 모양의 세포체에 정보를 전달하는 돌기를 갖고 있다. 한 개의 긴 축색돌기는 다른 세포로 정보를 보내는 역할을 하고 수많은 수상돌기는 다른 세포의 축색돌기와 연결되어 정보를 받아들이는 역할을 한다.


사람의 축색돌기의 길이는 약 1m 정도이고 수상돌기는 1mm 이하로 짧다. 한 세포의 축색돌기와 다른 세포의 수상돌기가 연결된 부위를 시냅스라 하는데 한 개의 세포는 수천개의 다른 세포와 시냅스로 연결되어 있다.

두 돌기는 맞붙어 있는 것이 아니고 그 사이에 1백만부의 2cm 정도의 시냅스공간이라는 간격이 있다.

시냅스에는 화학적 시냅스와 전기적 시냅스가 있는데 포유동물의 뇌에 있는 시냅스는 대부분 화학적 시냅스이다.

축색돌기의 말단에 많은 수의 조그마한 주머니가 있고 이 주머니속에 화학물질이 들어 있다.

정보가 시냅스를 통해 다른 세포로 전韉될 때 이 주머니가 터져서 1천분의 1초에서 2초내에 화학물질이 시냅스 공간으로 유리된다. 이 화학물질이 시냅스 공간을 가로질러 인접세포의 수상돌기의 세포막에 있는 수용체 분자에 붙어서 그 신경세포가 흥분하게 된다. 이 화학물질을 신경자극 전달물질이라고 한다.

현재까지 여러 가지 물질이 밝혀졌는데 처음에는 서너개 정도 있는 것으로 생각했으나 지금은 수백개가 있을 것으로 추정하고 있다.

아세틸콜린과 노에피네프린이 대표적 예이며 그외에 도파민계 세로토닌 히스타민 등의 아민화합물과 그루타민산 GABA 등의 아미노산, 엔돌핀 같은 펩타이드들이 신경자극전달물질의 역할을 하는 것으로 알려져 있고 이들은 그 고유의 신경계에서만 발견되는 것이다.

이 자극전달물질이 부족하면 신경기능이 떨어지고 분비가 촉진되면 신경의 자극 효과가 나타난다. 그외 이들 자극전달물질의 작용을 조절 또는 중개한다고 생각하는 일련의 화학물질이 또 존재한다고 보고 있다.

자극전달물질계에 이상이 있으면 뇌와 마음에 이상이 생길 수 있다는 것은 분명하다.

가장 좋은 예가 정신분열증이다. 세계인구의 약 1%가 정신분열증을 앓고 있는 것으로 보고되고 있는데 종족과 문화인생의 경험과는 무관하며 중요한 자극전달물질계의 하나인 도파민의 과잉으로 생긴다는 것이 가장 널리 인정받고 있는 최근의 학설이다.

자극전달물질에 대한 연구가 진일보하면 인간의 정서와 행동 그리고 성격까지 약품으로 조절, 개선할 수 있는 날이 머지않아 도래할 것이다.

뇌에서 전기적, 화학적 전달을 통해 서로 교환된 정보는 대뇌피질에서 연합되고 분석을 거친 후 운동신경을 통해 기관에 명령을 내린다.

모든 정보의 전달이 뇌에까지 가는 것은 아니다. 넘어질 때 순간적으로 손을 짚어 몸을 보호하고자 하는 반사적 행동은 뇌를 거치지 않고 바로 척수를 거쳐 운동신경에 명령을 내린다.

이때의 센터는 척수 자체에 있다.

희한하게도 뇌는 모든 정보를 수집하고 분석하는 센터이면서도 그 자체에는 감각신경이 없다. 두통은 뇌 자신의 통증이 아니고 뇌를 싸고 있는 막이나 혈관과 동행하는 신경에 의해 느껴지는 것이다.

뇌막만 잘 마취해 놓으면 뇌 수술 자체는 환자가 눈을 말똥말똥 뜬 상태에서 할 수 있다.

신경은 약간 노르스름한 기를 띈 흰색의 섬유이다.

별다른 이상 없이 마음으로 오는 병을 흔히 신경성질환이라고 하는데 이는 진짜 신경에 이상이 생기는 질환과 혼동할 우려가 있다.

마음의 병은 이제 심인성질환 등으로 고쳐 부르는 것이 좋겠다.

인간의 뇌에는 태어난 후에 새로운 신경세포가 생기지는 않는다. 그러나 새로운 시냅스 연결은 얼마든지 생기고 강화할 수도, 퇴화할 수도 있다.

큰 신경회로는 태어나기 전에 만들어지나 작고 세밀한 회로는 일생동안 발달한다. 새로운 경험이 새로운 시냅스 형성을 자극한다. 따라서 경험은 뇌의 모양을 일부 바꿀 수 있다.

30세를 넘으면 하루에 10만개에서 20만개의 뇌세포가 계속 죽어간다. 지능은 뇌세포의 수가 아니라 시냅스의 발달에 의한다고 한다. 그래서 머리는 쓸수록 좋아지는 법이다. 나쁘게 쓰기 시작하면 또 그 방면으로 더 발달하는 게 탈이긴 하지만.

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