뇌는 수십억 개의 신경 세포와 이들 간의 내부 교신에 의존하는데, 이러한 기능은 신비로우면서도 놀랍습니다. 모든 생각, 믿음, 기억, 행동 및 기분이 모두 뇌 안에서 발생합니다. 뇌는 사고 및 지능과 관계된 부위이며, 신체 전체를 제어하는 센터입니다. 뇌는 움직임, 만지기, 냄새 맡기, 맛보기, 듣기 및 보기 기능을 조정합니다. 이를 통해 인간은 단어를 형성하고, 말을 하고 의사소통하며, 숫자를 이해하고 다루며, 음악을 작곡하고 인식하며, 기하학적 형태를 인식하고 이해하며, 사전에 계획을 세우며, 심지어 상상 및 공상을 할 수도 있게 됩니다.
뇌는 장기, 신체 표면, 눈, 귀, 코, 입으로부터 발생하는 모든 자극을 검토합니다. 그런 뒤, 몸의 자세, 사지 움직임, 내부 장기 기능의 속도를 판단하여 자극에 반응합니다. 뇌는 감정, 의식 및 각성 수준도 결정할 수 있습니다.
뇌 살펴보기
뇌는 대뇌, 뇌간, 소뇌로 구성되어 있습니다. 대뇌의 각 절반(반구)은 뇌엽으로 나눠져 있습니다. |
뇌를 덮고 있는 조직
두개골 내에서 뇌는 뇌척수막이라는 3겹의 조직으로 싸여 있습니다. |
지금까지 그 어떤 컴퓨터도 인간의 뇌 기능에 근접한 기능을 보여주지 못했습니다. 하지만 이러한 정교함에는 대가가 따릅니다. 뇌는 지속적으로 영양 공급을 받아야 합니다. 그렇기 때문에 막대한 양의 혈액과 산소가 끊임없이 필요한데, 이는 심장에서 나오는 혈액의 약 25% 정도입니다. 뇌의 전반적인 에너지 소비량은 시간이 지남에도 많이 변하지는 않지만, 뇌의 특정 영역은 활성도가 증가한 기간 동안에는 더 많은 에너지를 사용합니다(예: 새로운 언어 학습을 시도하거나 아이스 스케이트 등의 새로운 것을 배우려 할 때). 뇌에 혈액 공급이 약 10초만 차단되어도 의식을 잃을 수 있습니다.
혈액 내 혈당(포도당) 수치가 비정상적으로 낮거나 산소가 부족할 경우, 뇌에 에너지가 부족해지고, 결국 4분 내에 뇌에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 하지만 뇌는 이러한 문제를 방지하기 위해 몇 가지 메커니즘으로 방어하고 있습니다. 예를 들어 뇌로 들어오는 혈액이 줄어들면 뇌는 즉시 심장에 신호를 보내 더 빠르고 강력하게 뛰도록 하여 더 많은 혈액을 내보내게 합니다. 혈액 내 혈당 수치가 지나치게 낮아지면 뇌는 부신에 신호를 보내 에피네프린(아드레날린)을 방출하여 간에 저장된 당분을 방출하도록 자극합니다.
알고 계십니까?
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혈액-뇌 장벽 또한 뇌를 보호합니다. 이는 뇌 혈관 내막을 형성하는 세포로 구성됩니다. 이들 세포는 일부 물질이 뇌에 도달하여 다른 물질을 차단할 수 있게 해줍니다. 신체의 대부분과는 달리 뇌에서는 독소 및 감염에 의해 유발되는 손상으로부터 보호하기 위해 모세혈관 벽을 형성하는 세포가 단단히 밀봉되어 있기 때문에 혈액-뇌 장벽이 필요합니다. (신체 내에서 가장 작은 혈관인 모세혈관에서 혈액과 조직 사이의 영양분과 산소 교환이 이루어집니다.) 혈액-뇌 장벽은 뇌에 들어갈 수 있는 물질, 페니실린, 다양한 화학요법 약물, 일부 독성 물질을 조절하며, 대부분의 단백질은 뇌로 통과할 수 없습니다. 한편, 알코올, 카페인 및 니코틴과 같은 물질은 뇌로 통과해 들어갈 수 있습니다. 항우울제와 같은 특정 약물은 이 장벽을 통과할 수 있도록 설계되었습니다. 당분, 아미노산과 같이 뇌에 필요한 일부 물질은 이 장벽을 손쉽게 통과할 수 없습니다. 하지만 혈액-뇌 장벽에는 전달계가 있어 뇌에서 필요로 하는 물질을 장벽 너머 뇌 조직으로 운반합니다. 특정 감염 또는 종양 환자에서 발생할 수 있는 것처럼 뇌에 염증이 생기는 경우, 혈액-뇌 장벽에 균열이 생기게(투과가 가능하게) 됩니다. 혈액-뇌 장벽이 투과 가능해지는 경우, 정상적으로는 뇌로 들어갈 수 없는 일부 물질(예: 특정 항생제)이 뇌를 통과할 수 있습니다.
뇌 활동은 정보를 처리 및 저장하는 신경 세포(뉴런)에서 발생한 전기 충격의 결과입니다. 이 충격은 뇌 안에 있는 신경 섬유를 따라 전달됩니다. 어떤 종류의 뇌 활동이 얼마나 발생하고, 뇌의 어디에서 활동이 시작되는지는 개인의 의식 수준 및 개인이 하는 특정 활동에 따라 달라집니다.
뇌에는 3가지 주요 부분이 있습니다.
대뇌
뇌간
소뇌
각 부분에는 특정 기능을 하는 다양한 작은 영역이 있습니다.
대뇌
뇌의 가장 큰 부분인 대뇌는 다음을 포함하고 있습니다.
대뇌 겉질: 이 대단히 복잡한 조직층은 대뇌의 바깥쪽 표면을 형성합니다. 대뇌 겉질은 두께가 약 1/8인치(2~4밀리미터)인 얇은 층의 회색질로 이루어져 있습니다. 성인의 대뇌 겉질에는 신경계에 있는 대부분의 신경 세포가 포함되어 있습니다.
백색질: 백색질은 주로 겉질 내 신경 세포를 서로 연결하고 뇌와 척수의 다른 부분과 연결하는 신경 섬유(축삭)로 이루어져 있습니다. 신경 세포 섬유를 위한 말이집을 만드는 지지 세포(희소돌기아교세포) 또한 포함되어 있습니다. 백색질은 겉질 아래에 위치합니다.
겉질하 구조: 이름에서 알 수 있듯이, 이 구조 역시 겉질 아래에 위치합니다. 여기에는 기저핵, 시상, 시상하부, 해마, 편도 및 후각 연결 부위(후각 신호 전달을 돕는 구조) 등 변연계, 그리고 관련 구조가 포함됩니다.
대뇌는 좌측 및 우측 대뇌 반구로 나누어져 있습니다. 이 반구는 뇌의 중앙을 통해 백색질의 다리(뇌량이라 부름)를 형성하는 신경 섬유로 연결되어 있습니다. 각 반구는 추가로 다음과 같이 여러 개의 뇌엽으로 나뉩니다.
전두엽
두정엽
후두엽
측두엽
각 엽에는 특정 기능이 있는데, 대부분의 활동에 있어 양측 반구의 각기 다른 엽의 몇 개 영역이 함께 기능해야 합니다.
전두엽에는 다음과 같은 기능이 있습니다.
관심 있는 개체를 바라보는 것, 거리를 건너고, 소변을 통해 방광을 비우는 등의 다양한 자발적 행위 시작
글쓰기, 악기 연주, 신발끈 매기 등 학습한 운동 기능 제어
말하기, 사고, 집중, 문제 해결, 판단, 미래 계획 수립 등의 복잡한 지적 활동 제어
얼굴 표정 및 손과 팔의 움직임 제어
기분과 감정에 따라 표정과 제스처 조화
전두엽의 특정 영역은 보통 신체 반대편의 특정 움직임을 제어합니다. 대부분의 경우, 좌측 전두엽은 언어 사용과 관련된 기능 대부분을 제어합니다.
두정엽에는 다음과 같은 기능이 있습니다.
신체 다른 곳에서 온 감각 정보 해석
신체 및 사지의 자세 제어
형태, 질감 및 무게의 인상을 일반적인 지각으로 결합
인접한 측두엽과 마찬가지로 수학적 기술 및 언어 이해에 영향
사람이 공간 내에서 방향(자신의 위치를 앎)을 알 수 있고, 방향 감각을 유지(자신이 가는 방향을 앎)할 수 있게 해주는 공간 기억 저장
신체 부분의 위치를 알도록 도와주는 정보 처리
후두엽에는 다음과 같은 기능이 있습니다.
시각 처리 및 해석과 물건의 형태 확인
인간의 시각적 기억 형성을 가능하게 함
인접한 두정엽에서 제공하는 공간 정보를 통해 시각 해석
측두엽에는 다음과 같은 기능이 있습니다.
기억 및 감정 생성
당면한 상황을 최근 및 장기 기억으로 처리
장기 기억 저장 및 불러오기
소리 및 이미지를 이해하여 다른 사람과 개체를 인지하고 들은 것과 말하는 것의 통합을 가능하게 함
겉질하 구조에는 다음과 같은 신경 세포의 큰 집합체가 포함되어 있습니다.
기저핵(움직임을 조화시키고 매끄럽게 해 줍니다)
시상(일반적으로 감각 메시지를 뇌의 최고 수준(대뇌 겉질)까지 조직화하여 통증, 촉각 및 온도와 같은 감각에 대한 인지를 제공합니다)
시상하부(수면 및 각성 조절, 체온 유지, 식욕 및 갈증 조절, 인접한 뇌하수체에서의 호르몬 활성 조절과 같은 신체 자동 기능의 일부를 조정함)
또 다른 겉질하 구조인 변연계는 대뇌 내부 깊숙이 위치한 구조와 신경 섬유로 이루어져 있습니다. 시상하부, 편도, 시상, 유두체, 해마는 변연계의 일부입니다. 이 시스템은 시상하부를 전두엽과 측두엽의 다른 부분과 연결해 줍니다. 변연계는 감정 표현 및 경험, 동기부여, 기억 및 학습 뿐만 아니라 신체 자동 기능의 일부를 제어합니다. 변연계는 (공포, 분노, 즐거움, 슬픔 등의) 감정을 생산하여 사람들이 신체적 및 심리적 혼란 상태를 소통하고, 이를 견딜 수 있는 방식으로 행동하게 합니다. 해마는 기억 형성 및 회상에도 관여하며 변연계를 통한 연결은 기억이 형성될 때 경험했던 감정과 기억을 연결하는 데 도움을 줍니다. 변연계를 통해 종종 감정이 고조된 기억을 그렇지 않은 기억보다 쉽게 기억해낼 수 있습니다. 또한 변연계는 사지의 의도적인 운동을 제어하는 기저핵과 같은 뇌의 다른 부위들에도 신호를 전달합니다.
뇌간
뇌간은 척수와 대뇌를 연결합니다. 뇌간 상부 깊숙이 위치한 신경 세포 및 신경 섬유계(망상활성계라고 함)가 포함되어 있습니다. 이 계는 의식 및 각성 수준을 제어합니다. 또한 눈, 얼굴, 그리고 씹고 삼키는 행동을 포함한 턱과 혀의 움직임을 조절하는 많은 신경 센터 집합이 포함되어 있습니다.
뇌간 역시 호흡, 혈압, 심박동 등과 같은 중요한 신체 기능을 자동으로 규제하며, 자세 및 균형 조절을 도와줍니다. 뇌간 전체가 심각하게 손상된 경우, 의식을 잃고 이러한 자동적인 신체 기능이 중단됩니다. 이러한 뇌사로 인해 곧 사망하게 됩니다. 그러나 뇌간이 다치지 않고 남아있는 경우, 신체는 대뇌가 심각하게 손상되어 인지, 사고 및 운동이 불가능한 경우에도 생명을 유지할 수 있습니다.
소뇌
소뇌는 뇌간 바로 위에 있는 대뇌 아래에 있으며, 신체 움직임을 조절합니다. 소뇌는 대뇌 겉질과 기저핵으로부터 받은 사지 위치 정보를 사용하여 사지가 부드럽고 정확하게 움직이도록 합니다. 근긴장과 자세를 끊임없이 조절하여 이를 행합니다.
소뇌는 내이에 있는 균형 기관(반고리뼈관)과 연결되어 있는 안뜰핵이라 불리는 뇌간의 한 영역과 상호작용합니다. 이러한 구조가 함께 상호작용함으로써 균형 감각을 제공하여 똑바로 걸을 수 있게 합니다.
소뇌는 경험한 움직임에 대한 기억을 저장하여 발레 무용수의 피루엣과 같이 고도로 조화를 이룬 움직임을 빠르고 균형을 유지한 상태로 할 수 있게 합니다. 소뇌는 주의력, 언어 및 감정 등의 사고 기능에 기여합니다.
뇌척수막
뇌와 척수는 이들을 보호하는 3겹의 조직(뇌척수막)으로 덮여 있습니다.
얇은 연질막은 가장 안쪽 층이며 뇌와 척수에 부착되어 있습니다.
연약하고 거미줄같이 생긴 지주막이 중간층입니다.
가죽 같은 경질막은 가장 바깥쪽에 있는 가장 단단한 외층입니다.
지주막과 연질막 사이의 공간(지주막하강)은 뇌척수액의 경로로 뇌와 척수를 보호하는 데 도움을 줍니다.
뇌척수액은 갑자기 부딪치거나 가벼운 부상을 당했을 때 완충에 도움을 주며 뇌의 노폐물을 제거하는 데도 도움을 줍니다. 뇌척수액은 뇌실이라 불리는 뇌 내 공간 망을 채우고 있습니다. 뇌척수액은 뇌실 내막을 구성하는 특수한 세포에 의해 형성되며, 혈관의 바깥을 따라 뇌 안으로 들어가서 뇌척수막 사이의 뇌 표면을 따라 흐릅니다. 이 체액은 지지 세포(아교세포)에 의해 흡수되어 뇌 전체로 퍼져 뇌 안의 내부 공간(뇌실 4개)을 채웁니다. 뇌척수액은 결국 뇌를 떠나 신체 혈관으로 이동합니다. 뇌척수액이 뇌를 통해 흐르면서 버려지는 단백질과 기타 노폐물을 뇌 조직에서 제거합니다. 이 제거 과정은 주로 수면 중에 발생하며, 이로 인해 수면의 중요성이 강조됩니다.
뇌와 뇌척수막은 두개골이라는 단단한 뼈 보호체에 담겨 있습니다. 척수는 뇌간의 하부에서 뇌와 연결됩니다.