해부학의 이해 심화 (뇌 1탄)

1. 뇌의 관하여


뇌 또는 골은 신경 세포가 하나의 큰 덩어리를 이루고 있으면서 동물의 중추 신경계를 관장하는 기관을 말한다. 뇌는 본능적인 생명 활동에 있어서 중요한 역할을 담당하는데, 여러 기관의 거의 모든 정보가 일단 뇌에 모이고, 뇌에서 여러 기관으로 활동이나 조정 명령을 내린다. 또한 고등 척추동물의 뇌는 학습의 중추이다. 대부분의 척추동물, 특히 유두 동물의 뇌는 머리에 위치하며 머리뼈로 보호된다.

인간의 경우 성인의 뇌 무게는 약 1,400g~1,600g 정도이며 이는 1000억 개 정도의 뉴런을 포함한다. 가로 15cm, 너비 15cm, 깊이 20cm로 평균 1350cc 정도의 부피를 가진다.

뇌는 대부분의 움직임, 행동을 관장하고, 신체의 항상성을 유지한다. 즉 심장의 박동, 혈압, 혈액 내의 농도, 체온 등을 일정하게 유지한다. 뇌는 인지, 감정, 기억, 학습 등을 담당한다.


2. 중추신경계

대부분의 경우 신경 세포는 집단으로 존재하며, 신경섬유는 다발을 지어 분포하기 때문에 신경세포와 신경섬유는 맨눈으로도 구별할 수 있는 경우가 많다. 신경 세포체가 모여 있는 부분은 회백질, 섬유가 많은 부분은 백질이라고 한다. 뇌에서는 회백질이 백질을 에워싸고 있는데, 척수에서는 백질이 회백질을 감싸고 있다.
뇌와 척수는 연합 뉴런으로 이루어져 자극의 처리와 가공을 담당하므로 중추신경계로 분류한다. 뇌와 척수의 주체를 이루는 것은 신경 세포인데, 그 밖에도 신경 세포의 주변에서 보조, 지탱의 역할을 하는 신경교세포가 있다. 뇌에 혈관은 존재하지만 없다.


3. 진화

뉴런을 생성한 최초의 동물은 자포동물이지만 자포동물의 신경계는 균일하게 퍼져 있는 산만 신경계이므로 뇌로 볼 수 없다.
운동성을 갖게 되며 두화가 일어나기 시작한 편형동물은 신경세포체를 2개의 신경학의 형태로 신경세포체가 머리 부분에 밀집되는 방향으로 진화하였다.
원시적인 조절 중추로서의 뇌는 편형동물에서 최초로 진화한 것으로 보인다.

이후 환형동물에 이르러 신경학으로부터 신경절이 체절마다 한 쌍씩 형성되어 각 체절을 담당하게 됨으로써 중추신경계가 더욱 발달하게 되었다. 특히 환형동물의 체절 신경계는 가로 섬유와 세로 섬유가 마치 사다리와 같이 연결되어 있어 사다리 신경계라고 불리는데 그중 가장 앞에 존재하는 신경절이 가장 잘 발달하여 있어 뇌를 이룬다.

척추동물의 두뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피 증가가 특징적이다. 원시 어류의 경우 척추 앞부분에 약간 부풀어 오르는 돌기 모양의 뇌를 갖는다. 그보다 조금 더 발달한 어류는 원시 어류에 비해 약간 큰 1~2g 정도의 돌기를 갖게 되었다. 이 돌기가 고등 동물의 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당한다.
현대 어류에 이르러서는 뇌 면적의 대부분을 차지하는 큰 중뇌와 작은 전뇌를 가지게 되었다. 현대 양서류와 파충류는 어류와는 달리 발달한 전뇌와 작은 중뇌를 갖는다.

조류와 설치류의 경우 전뇌가 더 커졌지만 부드럽다. 반면에 인간의 대뇌는 깊은 홈과 접힌 주름이 있다. 또한 후뇌에서 동작의 조정이나 균형감각을 담당하는 소뇌의 발달도 두드러졌다. 석기 기술의 중요한 변화는 바로 뇌의 크기가 증대할 때마다 일어난 것으로 추측된다. 하지만 최초의 증대만큼 큰 폭의 증대는 없었다. 크기나 조직과 같은 뇌 구조의 중대한 변화가 약 250만 년 전에 일어났다는 것은 확실하다.

절지동물에서는 흉부에 체절 군이 집중하여 흉부 신경절을 형성하여 제2의 뇌 역할을 한다. 곤충과 같은 고등 절지동물은 특정 기관과 기능이 연관됨에 따라 좀 더 복잡한 행동을 가능하게 되어 사회성을 형성한다.

문어의 경우 무척추동물 중에서 가장 정교한 두뇌를 보인다. 척삭동물에 이르러서는 신경섬유가 뇌뿐만이 아니라 등 쪽에 모여 하나의 척수라는 관상 구조를 이루는데 척삭동물에서 뇌와 척수를 구분하기는 힘들다.


4. 대사

중추신경계는 타 기관과는 차별화된 대사를 갖고 있다. 뇌는 뉴런에서의 이온교환과 신경전달물질의 수송을 위해 필요한 아데노신삼인산을 만들기 위해서 포도당과 산소가 필요하다. 산소와 포도당 중 하나라도 부족해질 경우 뇌에 치명적인 손상이 가해질 수 있다. 뇌는 신체의 소비 산소량 중 약 20% 가까이 소비하는 중요 장기이다.

뇌의 뇌혈관 장벽은 산소를 자유롭게 통과시키지만 뇌는 산소를 매우 많이 필요로 하기 때문에 심장으로부터 압출되는 혈액의 15% 정도를 요구한다. 이에 반해 뉴런에서 사용할 수 있는 에너지원으로는 포도당이 결핍된 상황에서 사용하는 지방 대사산물인 케톤체를 제외하고는 포도당이 유일하기 때문에 뉴런은 포도당 결핍에도 매우 민감하다. 또한 포도당은 뉴런이 직접적으로 뇌혈관으로부터 공급받을 수도 있으나 별아교세포로 불리는 뇌혈관 장벽에 위치하는 특화된 세포와의 커플링을 통해 세포막 수송체가 필요하기도 한다.

뇌신경은 뇌로부터 나와서 뇌와 가슴 부분의 근육이나 감각 기관을 직접 연결해 주는 말초신경으로 12쌍이 존재한다. 이들은 앞쪽에서부터 제1 뇌신경부터 제12 뇌신경이 배열되어 있으며 그 기능에 따라 고유 이름을 가지고 있다.



번호/이름/유형/기원/기능
1번 후각신경 감각성 코로부터의 냄새 정보
2번 시신경 감각성 눈으로부터의 시각 정보
3번 동안신경 운동성 중뇌 눈의 움직임, 동공 수축, 수정체 모양
4번 활차신경 운동성 중뇌 눈의 움직임
5번 삼차신경 혼합성 교외 얼굴과 입으로부터의 감각 정보, 씹는 운동을 위한 운동 신호
6번 외전신경 운동성 교외 눈의 움직임
7번 안면신경 혼합성 교외 미각 눈물샘과 침샘, 표정을 위한 원심성 신경 신호
8번 청신경 감각성 청각과 평형감각
9번 설인신경 혼합성 연수 구강 내 감각, 혈관 내의 압력수용체와 화학수용체로부터의 감각 삼키기, 귀밑 침샘 분비를 위한 원심성 신경
10번 미주신경 혼합성 연수 많은 내장 기관, 근육, 샘의 감각과 원심성 신경
11번 부신경 운동성 입속의 근육, 목과 어깨의 일부 근육 부분
12번 설하신경 운동성 연수 혀 근육