뇌의 구조와 기능 1

주변 조직

뇌와 머리뼈
뇌막과 머리뼈
뇌와 척수 표면에는 연막이라는 엷은 막이 밀착되어 있다. 그 바깥쪽에는 약간 떨어져 거미막이라는 엷은 막이 있으며, 그리고 그 바깥쪽을 튼튼한 결합 조직성 경막이 에워싸고 있다. 연막과 거미막 사이에는 뇌척수액이 있다. 이처럼 뇌와 척수는 세 겹의 막으로 둘러싸여 뼈 용기에 담겨 있다. 뇌의 용기는 뇌두개라고 하며, 부드러운 뇌의 모양에 맞추어 단단한 뼈 모양이 만들어진다. 뇌두개 안쪽의 골막은 일부를 제외하고는 경막과 유착하여 하나로 보인다. 경막이 뇌의 홈에 들어가는 부분은 삼각형의 공간을 만들었던 이곳에 정맥피가 흐른다. 이를 경막정맥동이라고 하며, 모이면 내경정맥이 되어 머리뼈 밖으로 나와 심장으로 돌아간다. 뇌두개는 8개의 뼈로 되어 있다. 앞머리뼈·2개의 두정골·2개의 측두골·후두골·접형골·사골이다. 이들 뼈 사이는 신생아 때는 상당히 떨어져 있으나 성장하면 접근한다. 그러나 완전히 유착하는 것이 아니라 중간에 결합 조직이 남아 있어 봉합이라고 한다. 성인이 된 이후 나이가 들어감에 따라 유착이 진행되고 나서 봉합이 어느 정도 골화되어 있는지를 보고 나이를 추정할 수 있다.

혈관
뇌로 혈액을 보내는 혈관은 두 개이다. 하나는 내경동맥, 또 하나는 추골동맥인데, 머리뼈에 들어가면 뇌 밑부분에서 합류하여 대동맥류를 형성한다. 이곳에서 대뇌로 가는 3개의 동맥, 소뇌·교 뇌로 가는 동맥 등이 나온다. 이들 동맥은 거미막 아래나 연막 속에서 가지가 가늘게 갈라져 뇌에 들어간다. 뇌에 들어간 가지는 종동맥이 되어 다른 가지와 연락이 안 되기 때문에 이 혈관이 절단되면 이 가지가 분포하는 구역에는 어디에서도 혈액이 공급되지 못해 조직은 사멸한다.
뇌로부터의 정맥은 경막정맥동에 모여 내경동맥을 통해 심장으로 돌아간다.
뇌의 조직은 산소 결핍에 대해 저항력이 약하여 산소가 공급되지 않으면 몇 분 내에 의식 불명이 되며, 시간이 지날수록 회복이 어려워진다.

뇌혈관 장벽
뇌에는 뇌척수액과 혈액 사이에서 높은 선택적 투과성을 갖고 있어 혈액 내의 신경전달물질의 조절이나 독소로부터의 뇌 보호 등 기능적 장벽의 역할을 하는 뇌혈관 장벽이 존재한다. 뇌 모세혈관의 내피세포는 성상교세포의 발 돌기로부터 분비되는 물질에 의해 밀착연접을 형성하여 세포 간 용질의 이동을 방해하여 고분자와 친수성 물질의 통과를 막는다. 이에 따라 수용성분 자가 뇌혈관 장벽을 통과하기 위해서는 특별한 채널이나 운반체단백질이 필요하다.

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

번호 이름 유형 기원 기능
1번 후 신경 - 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 교뇌 얼굴과 입으로부터의 감각 정보, 씹는 운동을 위한 운동 신호
6번 외전신경 - 운동성 교뇌 눈의 움직임
7번 안면신경 - 혼합성 교뇌 미각 눈물샘과 침샘, 표정을 위한 원심성 신경신호
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

 

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 별아교세포(Astrocyte)로 불리는 뇌혈관 장벽에 위치하는 특화된 세포와의 커플링(coupling)을 통해 세포막 수송체가 있어야 하기도 한다.

 

뇌의 기능

 

감정
감정은 사람이 오감이 아닌 다른 방식으로 느끼는 것으로 정의될 수 있으며 분노, 기쁨, 행복, 두려움, 슬픔 등이 있다. 실험적으로 편도체에 자극이 가해질 경우 두려움의 느낌이 들게 된다고 보고되어 있으며, 편도체가 파괴된 동물의 경우 유순해지고 성욕이 생기는 현상이 나타난다. 이 때문에 인간의 뇌에서의 감정의 중추는 대뇌변연계로 알려져 있다.
대뇌피질로 들어오는 감각 자극이 뇌에서 구성되어 인간은 지각과 인식을 하게 되는데, 이때 정보가 연합영역에서 통합된 후 변연계로 전달된다. 변연계에서 피질로의 피드백 작용을 통해 감정을 인식하게 되는 것으로 보인다.

 

학습
학습은 기억과 함께인지 기능에서 매우 중요한 역할을 하며 연습이나 경험의 결과로 생기는 비교적 지속적인 유기체의 행동 변화로 정의할 수 있다. 생명체 내에서의 학습에 대한 메커니즘은 완벽히 알려지지 않았지만, 뉴런 간의 네트워크가 조합과 조화를 반복하며 지식을 획득하고 체계화시킨다고 한다. 이에 대한 방법으로는 세 가지가 있다고 한다.
첫째는 인간이 태어나면서부터 타고나는, 유전적으로 결정되어 있는 선천적인 지식의 획득 방법으로 개체존속과 발달에 필요한 정보, 환경에 대한 본능적 반응 능력이 이에 속한다.
둘째는 뇌가 감각기관을 통해 환경을 경험하며 만들어가는 방법으로 출생 후부터 사춘기까지 출생 시 가지고 태어나는 미성숙한 뇌의 활발한 변화를 통해 신경 네트워크가 변하는 것이다. 이때 자주 사용하는 신경세포들은 신경회로의 결합이 활발하게 일어나지만 자주 사용하지 않는 신경세포는 점차 그 회로 결합이 적어지게 된다.
사춘기 이후에는 신경회로의 변화가 크게 일어나지 않게 되는데 이 때문에 이때 감각기관을 통해 들어온 정보를 변환하는 메커니즘을 익히지 못한 경우 성인이 된 후에는 해당 감각기관을 사용하지 못하게 되기도 한다. 예를 들어 어릴 적 시력을 상실하였다가 성인이 된 후 시력이 회복되어 눈과 뇌의 기능이 정상적이라 해도 이 사람은 평생을 시각장애인으로 살아가야 한다.
세 번째는 뇌 발달이 끝난 성인에게서 나타나는 학습 방법인데, 이 시기에는 새로운 신경세포 결합이 거의 일어나지 않아 신경 회로의 생성이나 소멸을 거쳐 학습이 이루어지지 않는다. 그 대신 기존에 존재하는 세포결합이 더 발달하는 형태로 학습이 되게 되어 지식이 더 정교하게 변화되어 간다.