뇌 구조와 기능

 인간의 뇌(Brain)를 상·하 단면으로 구분한다면, 대뇌피질은 최고 상층부의 신피질과 하층부의 변연계 그리고 뇌간으로 구성된 구피질로 나눌 수 있다. 신피질은 지적 중추로 의지나 판단, 지·감각 및 인지적 정보에 대해서 통합적으로 처리하는 영역이다. 구피질은 생명 중추로서 감정이나 본능의 영역을 담당한다. 구피질의 기능이 앞서게 되면 감정이나 욕망에 기초한 행동을 선택할 가능성이 높아지고, 신피질의 기능이 우세하게 되면 인지적 판단이나 도덕적 선택이 우세하게 된다. 위험을 피하고 안전을 향상시키기 위해서는 신피질이 우세한 것이 유리하다고 생각할 수 있겠지만, 사랑하는 사람들과 다정한 감정적 교류를 나누거나 휴식을 효과적으로 취하면서 피로를 회복하기 위해서는 구피질의 활동도 중요하다. 중뇌는 연수와 뇌교 그리고 뇌간으로 구성되어 있고, 척수는 뇌간을 통해 뇌에 연결된다. 

 

 연수도 신경계의 다른 부위와 마찬가지로 백질과 회질로 이루어져 있다. 백질은 척수와 뇌를 연결하는 상행로이고, 회질은 하행로를 이루고 있는데 대부분이 신경핵으로 구성되어 있기 때문에 회색으로 보인다. 연수의 신경핵들은 호흡, 혈압 등과 같은 기본적인 생명유지 기능을 제어하는 데 관여하고 있다. 

 연수와 중뇌 사이에는 뇌교(pons)가 있다. 뇌교 뒤편에는 좌·우 소뇌가 있다. 소뇌는 피부, 근육, 관절들로부터 신체 자세에 관한 감각 정보를 전달받는다. 귓속의 평형기관은 소뇌에 중력 방향과 신체운동 속도에 대한 정보를 전달한다. 소뇌는 전달되는 정보들을 종합하여 운동신경계 움직임을 조절하고 동작을 부드럽고 매끄럽게 만든다. 교향악단의 지휘자가 없으면 악기들의 소리가 조화를 이룰 수 없는 것과 같이 수많은 신체 운동 근육조직들과 신경들의 지휘자가 바로 소뇌라고 보면 된다. 

 

 중뇌(midbrain)는 뇌간 영역 중에서도 가장 상층부에 위치하면서 척수 반사들을 종합하여 일련의 복합적인 움직임을 만들어 내는 뉴런들로 이루어져 있다. 중뇌 뒤쪽에는 상구와 하구라고 부리는 좌·우 한 쌍 씩 총 4개의 콩알 크기의 언덕이 있는데, 중앙선을 기준으로 대칭적으로 솟아 있다. 

  시각과 청각 자극이 자신의 몸을 기준으로 발생 위치를 파악하고, 파악된 방향으로 눈동자를 돌리거나 목을 움직여 시선을 향하게 하는 것은 상구와 하구가 만들어 낸 반사 행동이다. 좀 더 구체적으로 자극에 시선을 향하기 위해서는 현재의 시선에서 자극에 이르는 궤적이 계산되어야 한다. 이러한 궤적을 통해 적절한 시선과 자세를 만들어야 하는데, 안구와 목의 각 근육을 정확한 시간에 일사불란하게 제어하는 작용을 하는 것이 바로 상구와 하구이다. 

 

시상(thalamus)은 뇌간과 대뇌 사이에 있기 때문에 뇌 전체로 보았을 때는 가장 중앙에 위치하고 있다. 뇌 중앙이라는 해부학적 위치에 걸맞게 시상은 뇌 각 부위에 정보를 분배하는 역할을 수행한다. 시상은 여러 종류의 신경핵으로 이루어져 있는데, 후각을 제외한 모든 감각이 시상을 거쳐 대뇌로 전달된다. 각기 다른 감각들은 시상의 각기 다른 신경핵을 거친다. 선택적 주의집중은 바로 시상의 작동에 의해서 이루어지는 것이다. 시상은 감각이 대뇌로 전달되는 과정을 조절함으로써 선택되지 않는 감각을 무시하게 하고, 특정 감각 처리를 우선시하거나 더 많이 주의하도록 한다. 

 

 시상하부(hypothalamus)는 시상 아래에 위치하면서 신체 내부 환경을 조절한다. 생명 현상은 수천 개의 화학 물질이 상호작용하는 과정으로 이루어져 있다. 노화나 병균에 대항하기 위한 화학적 환경을 시상하부가 조절한다. 구체적으로 시상하부와 연결된 신경계와 뇌하수체를 통한 내분비계 활동을 통제하고 조절함으로써 이루어진다. 

시상하부가 신경계와 뇌하수체를 거쳐 수행하는 조절기능을 스트레스 상태를 예로 들어보면 다음과 같다. 스트레스는 상처와 질병으로 인해 발생되는 정서에서부터 단순히 덥거나 추운 것에 이르기까지 광범위한 상황을 포함하고 있다. 과로, 시간 압력이나 직업 상실, 유독 물질에 노출되거나 수면 부족, 좌절감이나 신체적 질병, 지속적인 긴장 상태나 흥분, 이혼이나 성적 부진 등 일상생활의 거의 모든 사건은 스트레스를 일으킨다. 

 

 번연계(limbic system)는 뇌 중앙선 부근에 있는 해마, 편도체, 중격 등으로 구성되어 있다. 주름진 대뇌를 걷어 냈을 때 가장자리에 위치하는 구조물들이 바로 변연계이다. 변연(llimbic)이란 가장자리를 뜻하는 라틴어에서 유래한다. 변연계의 기능은 주로 정서와 기억에 관련한 것들이다. 

뇌의 표면에는 많은 주름이 있다. 목 뒷부분에 위치한 더 섬세한 주름을 가진 소뇌를 제외하고는 뇌간 위에 붙어 있는 전체가 대뇌피질이다. 대뇌피질은 포유류의 진화 과정에서 가장 발달된 뇌 구조이다. 인간과 다른 동물과의 차이는 주로 대뇌피질에 의해 발생한다. 

 

 대뇌피질은 구조적으로는 거의 동일하지만 부위에 따라 담당하는 기능이 다르다. 뇌 특정 부위가 손상되었을 때 관찰되는 정신기능과 행동 장애를 통해서 그리고 뇌 특정 부위를 인위적으로 자극하였을 때 관찰되는 행동을 통해서 피질 각 부위는 서로 구별되는 정신 기능과 행동을 담당하고 있음을 알게 되었다. 

피질은 크게 네 부위로 나뉘는데, 머리 뒷부분의 후두엽은 시각 기능을 담당한다. 앞부분의 전두엽은 이성적 사고를 담당하여 계획적이거나 의지적인 행동을 만든다. 귀 쪽의 측두엽은 청각을 처리하며 언어를 이해하도록 하는 기능을 주로 수행한다. 그리고 머리 위쪽 두정엽은 신체의 감각과 운동을 연결해 주는 부분이다. 피질을 인위적으로 전기 자극하면 자극된 부위에 따라 특정한 정신 기능을 인위적으로 일으킬 수 있다. 사고나 종양 혹은 출혈 등의 이유로 피질이 손상되면 손상된 부위에 따라 특정 정신 기능이 훼손된다. 예를 들어, 좌측 시각 피질이 손상되면 우측 시야를 볼 수 없게 된다. 좌측 운동 피질 가운데 팔을 움직이는 부위가 손상되면 오른팔이 마비된다. 이처럼 특정 정신 기능이 각기 다른 피질 부위와 연결되어 있다는 것을 바로 대뇌피질 기능의 '국재화(localization)'라 부른다. 

 

뇌전증(epilepsy)은 그 정도에 따라 여러 형태가 있는데 대개 일정한 부위에 있는 뉴런 집단이 일시적 활동을 시작하고 이것이 다른 부위로 전도·확산되면서 발생한다. 심한 경우 운동 영역에 확산되어 뉴런들이 일시적으로 활동하게 되면 길항작용을 하는 근육들이 동시에 수축되어 근육 경직이 일어날 수 있다.