인간의 뇌 구조와 기능

 

척추동물의 뇌와 척수는 척삭 동물에서 공통적으로 나타나는 등 쪽의 속이 빈 신경다발로부터 유래합니다. 인간의 뇌의 구조와 주요 기능을 살펴보기에 앞서서 척추동물의 뇌가 어떻게 진화되었는지 살펴보고, 인간의 뇌에 대하여 보다 자세히 알아보겠습니다. 

 

척추동물의 뇌는 어떻게 진화되었을까?

척추동물의 뇌는 척수의 앞쪽 끝이 부풀어 오른 속이 빈 세 부위로부터 진화되었습니다. 이 세 부위를 앞뇌, 중간뇌, 뒤뇌라 하며 지금까지도 모든 척추동물의 배발생 초기 중에 나타납니다. 척추동물의 뇌가 진화함에 따라 이 세 부위에서 세 가지 주요한 방향으로 변화가 이루어졌습니다. 첫째, 뇌의 상대적 크기는 일정한 진화 계통을 따라 증가하였습니다. 조류와 포유류는 어류나 양서류, 파충류보다 몸 크기에 비해 상대적으로 더 큰 뇌를 가지고 있습니다. 둘째, 뇌의 진화는 앞뇌와 뒤뇌가 다시 세분화되는 방향으로 이루어졌습니다. 이에 대한 증거는 배발생 과정을 거치는 척추동물의 뇌에서 볼 수 있습니다. 앞뇌와 뒤뇌는 점차 세분화되어 특수한 기능을 갖게 되었습니다. 사람의 뇌는 3개월 된 태아에서 이미 뚜렷하게 세분화됩니다. 셋째, 뇌의 진화는 앞뇌의 통합력이 증가하는 방향으로 이루어졌습니다. 척추동물의 가장 복잡한 행동의 진화는 앞뇌의 주요 부위인 대뇌의 진화와 일치합니다. 조류와 포유류의 대뇌는 다른 척추동물의 대뇌보다 뇌의 다른 부분에 비해 상대적으로 더 큽니다. 이 큰 대뇌는 조류와 포유류의 매우 복잡한 행동과 직접적으로 관련이 있습니다. 

 

포유류 중에서 돌고래와 영장류는 다른 어떤 척추동물보다도 더 크고 복잡한 대뇌겉질을 가지고 있습니다. 돌고래는 소리를 상호 통신 수단으로 이용하며, 메아리 소리를 이용하여 먹이의 위치를 알아냅니다. 돌고래의 대뇌겉질 대부분은 오직 소리세계에 대한 정보만을 처리할 수 있도록 되어 있습니다. 이와는 달리 사람의 뇌는 시각적 환경에 적응되어 있으며, 체구에 비해 가장 큰 표면적을 갖고 있습니다. 

 

인간의 뇌 구조와 주요 기능

사람의 뇌는 약 천억 개의 복잡하게 조직된 뉴런과 이보다 더 많은 수의 지지세포로 이루어진 구조로, 가장 복잡한 컴퓨터보다도 더욱 복잡합니다. 인간의 뇌는 최초의 상태로부터도 상당히 진화가 되어 왔습니다. 우선 하위 뇌중추를 보면 뒤뇌에 해당하는 연수와 교뇌 그리고 중간뇌가 뇌간이라는 기능적 단위를 이룹니다. 고위 뇌부위로 들어가거나 나오는 정보를 전달하는 모든 감각 뉴런과 운동뉴런은 뇌간을 지나갑니다. 따라서 뇌간은 감각여과기로써 고위 뇌중추에 도달하는 정보를 선택합니다. 또한 수면과 각성을 조절하며 걷기와 같은 운동이 조화롭게 이루어지도록 합니다. 

 

뒤뇌의 일부인 소뇌는 주로 몸의 운동을 계획하는 중추로 운동반응을 학습하고 기억하는데 관여합니다. 소뇌는 근육에 있는 감각 수용기로부터 정보를 받습니다. 동시에 신체의 운동에 필요한 변화를 결정하는 대뇌로부터 여러 신호를 받기도 합니다. 소뇌는 이 모든 입력을 평가하여 아주 짧은 시간 내에 조화가 이루어진 운동에 대한 계획을 대뇌로 다시 보냅니다. 

 

가장 복잡한 통합중추는 앞뇌로부터 유래한 시상, 시상하부 및 대뇌입니다. 시상은 대뇌겉질로 정보를 전달하는 뉴런의 신경세포체 대부분을 포함합니다. 시상은 먼저 자료를 종류별로 분류합니다. 또한 시상은 신호를 억제하기도 하고 촉진하기도 합니다. 따라서 시상은 감각기관이나 뇌의 다른 부분으로부터 대뇌로 들어가는 정보를 조절합니다. 시상하부는 뇌하수체를 조절하며 많은 호르몬의 분비를 조절합니다. 또한 시상하부는 체온과 혈압, 공복, 갈증, 방어 반응 등을 조절하며 분노나 즐거움과 같은 감정을 경험할 수 있게 합니다. 시상하부의 일부는 생체시계로 그 기능을 나타냅니다. 생체시계는 눈으로부터 시각입력을 받아들여 수면과 공복주기 등의 하루의 생체리듬을 유지하게 합니다. 

 

대뇌는 뇌에서 가장 크고 복잡한 부위로 외쪽, 오른쪽 각각의 대뇌 반구로 이루어져 있습니다. 뇌량이라고 하는 굵은 신경섬유대는 좌우 대뇌 반구를 서로 연결시켜 함께 정보를 처리할 수 있게 합니다. 뇌량 아래에는 뉴런 신경세포체의 작은 무리인 대뇌 바닥핵이 있는데 운동조절에 중요합니다. 대뇌 바닥핵이 손상되면 반응이 없고 움직일 수 없게 됩니다. 파킨슨 병의 경우 대뇌 바닥핵의 퇴화가 일어납니다.