뇌

뇌의 구조

1. 개요

2. 연구 인물

• 김형우 : 한국기계연구원 반도체장비연구센터(플라즈마 연구실) 선임 연구원. 도파민, 세로토닌 측정 등 인간의 행복에 대한 과학 연구를 하였다.# 김형우 교수의 논문을 통해서 사람의 행복 지표로서, 행복 지수 GDH(Gross Domestic Happiness)를 만들 수 있다. 반도체에서 세계 최초로 이황화 몰리브덴 반도체 과학 기술을 개발하였다.

3. 언어별 명칭

4. 기능

5. 연구

6. 보호

7. 뇌의 진화

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7.1. 인류의 뇌 진화

• 지능의 수준은 두뇌의 절대적인 무게에 비례하는 것도 아니고 몸무게 대비 두뇌의 상대적인 무게에 비례하지도 않는다. 고래의 경우 뇌의 크기가 제일 크지만 제일 똑똑하지 않으며 일부 설치류의 경우 몸무게 대비 뇌의 무게가 사람보다 높지만 지능 수준은 사람보다 낮다. 그러나 여러 포유류 종의 몸무게, 뇌 크기 데이터를 바탕으로 사람 몸무게에 해당하는 동물의 뇌 크기를 예측했을 때[13] 뇌의 크기보다 실제 인간 뇌의 크기가 월등히 크다는 점이 알려져 있다.

• 인간은 직립 보행을 하면서 손으로 도구를 쓰기 시작하며 각종 복잡한 작업을 한 것이 두뇌의 발달을 불렀고, 뇌의 발전으로 증가한 지능으로 도구를 효율적으로 다루게 되고, 새로운 방식의 도구를 잘 다루기 위해 두뇌가 발달하는 식으로 발달이 발달을 필요로 하는 식의 양성 피드백의 결과물일지도 모른다.

• 실제로 조용현의 저서 "정신은 어떻게 출현하는가"에서는 인간의 정신이 출현한 것을 바로 이런 과정을 통해서라고 주장하고 있으며, 그 근거로 추상적인 개념을 표현하기 위한 상형문자가 그 개념을 표현하기 위해서 손으로 취하던 제스처를 그림으로 그린 것에서 출발한 경우가 많다는 것과 인간의 뇌에서 손동작을 담당하는 부분의 비중이 매우 크다는 것 등을 제시한다.

• 도구를 다룰 수 있는 동물은 인간 외에도 있지만 그중 인간의 지능이 도드라지게 발달한 것은 불리한 신체 조건을 가지고 있었기 때문이라는 이론이 있다. 날카로운 발톱이나 이빨을 가진 동물은 자신이 가지고 태어난 신체를 잘 다루면 그만이기 때문에 지능의 발달이 필요가 없었겠지만, 발톱은커녕 털가죽도 없는 인간이 살아남기 위해서는 효율적인 도구의 사용이 필요했을 것이고 이 과정에서 지능이 발전했을 것이라는 주장이다.[14]

• 반대로 신체 조건 자체가 뇌 발달에 도움이 되었다는 학설도 있다. 인간은 송곳니, 어금니를 쓰지 않고 도구를 통한 원거리 공격에 특화된 종족이였기 때문에 이빨이 퇴화되고 뇌가 발달해도 상관 없었다는 학설이다. 원거리에서 공격할 수 있으니 사냥감을 물어뜯을 큰 송곳니가 필요 없고, 큰 송곳니는 자연스럽게 퇴화하며 그만큼 뇌의 용량이 커지게 된다 → 뇌의 용량이 커지니 지능 증가 → 지능이 높아지니 도구의 질이 상승 → 점점 이빨을 사용할 일이 줄어들고 → 다시 이빨이 퇴화하고 → 뇌 용량이 증가 → 지능이 높아짐 → 지능이 높아지니 불을 사용하게 됨 → 다시 이빨 크기가 줄어들고 지능이 증가했다는 것.

• 인류가 수렵 활동을 하면서 장거리 추적을 위해[15] 뇌가 커졌다는 학설도 있다. 높아진 체온에서도 뇌가 온도의 영향을 덜 받으려면 뇌의 부피 자체가 커져야 하는데 이러한 뇌 용적 증가가 본의 아니게 지능 발달에 도움을 주었다는 것[16]

• 의외로 널리 알려지지 않은 사실인데, 최근 2만 년 사이에 인류의 대뇌 용적이 줄어들었는데 석기시대 인간의 평균이 1500cc였던 것에 비해 현대인은 평균 1350cc이다. 거의 테니스공 하나 정도의 체적이 사라진 셈이다. 이는 농경 사회와 정착 생활로 인한 영향이라는 분석이 있다. 주식으로 식물성 탄수화물을 안정적으로 확보하기 시작하며 사냥을 경험해보지 않는 사람들이 늘어났기 때문.

• 참고로 개는 늑대보다 신피질이 작으며, 가축화된 소는 야생 들소보다 신피질이 작다. 이는 천적을 피하면서 먹이를 찾아야 하는 야생 동물과 그로부터 파생된 가축을 비교하면(야생닭 vs 가축 닭, 야생오리 vs 가축 오리 등) 공통적으로 관찰되는 현상인 것으로 밝혀졌다. 뇌는 엄청난 에너지를 소모하는 기관이기 때문에, 이처럼 가축화(천적이 없으며 먹이가 저절로 얻어짐)된 동물은 뇌에서 필요없는 부분이 점차 퇴화된 것으로 생각된다. 뇌는 엄청난 에너지를 필요로 하는 기관이기 때문에 용적을 조금만 줄일 수 있어도 생물에게 매우 유리하다. 인간의 대뇌 용적 감소 역시 문명사회를 이루어 살게 되면서 스스로를 가축화한 것이 아니냐는 추측이 있다.

• 인류가 수렵 생활을 하던 석기시대에 뇌 용적이 최대였다가 줄어든 것에 대한 가설로는 대규모 사회가 성립되기 이전 기록 매체조차 없던 때에는 모든 것을 개개인의 기억력에 의존해야 했기 때문이라는 주장이 있다. 인프라라고 할 만한 것이 없던 수렵 시대에는 사냥의 기술, 먹을 수 있는 것과 없는 것을 구분하는 채집에 관한 지식, 주변 환경과 근처 지리, 도구를 만들고 터전을 잡는 방법에 이르기까지 모든 것을 각 개체가 자신의 머리에 저장해뒀다가 다음 세대에 전해줘야 했다. 이로 인해 뇌 용적이 큰 것이 직접적으로 생존 경쟁에 영향을 미쳤으며 부족을 구성하는 단위가 커지고 사회가 구성되면서 생존에 필요한 모든 것을 기억할 정도로 뇌가 크지 않은 개체도 충분히 생존할 수 있게 되면서 자연스럽게 뇌의 용적이 줄어들었다는 이야기다.[17] 사실 이건 뇌 용적만의 이야기가 아니다. 인류가 농경의 시작과 함께 사회를 이루면서 생존에 필요한 근력, 지구력, 면역력 등의 최소 요구 레벨이 전부 줄어들었다.

• 다른 관점에서 해석한 내용도 있다. 지능 자체의 변화보다는 뇌가 '추상화'라는 기술을 익히게 되면서 IQ가 높아졌다는 것이 그 내용이다. #

• 칩 윌터의 진화론은 굶주림이 뇌의 발달을 야기했다고 말한다. 동물이 굶주리면서 어려운 시기를 겪을 때에 노화 속도가 느려지고, 세포 단위에서 건강은 개선되며 에너지가 절약된다. 실제로 초파리, 생쥐, 쥐, 개 등 다양한 동물의 굶주림 실험에서 수명이 길게는 30퍼센트 가량 늘어난다. 이러한 에너지 절약에 예외가 하나 있는데 그것은 뇌 세포의 성장이다. 굶주린 동물은 가뜩이나 부족한 영양 자원을 뇌로 보내는 것이다. 별로 생존에 유리한 점이 없던 인간종은 굶주리고 굶주리며 연명해 왔기 때문에, 뇌의 성장이 맹렬히 촉진됐다고 말한다.

• 옛날 아프리카에는 매우 풍부한 자원이 있어서 인류의 조상이 여러 식물, 열매, 과일로 연명하며 살아가다가 결국 아프리카의 기후 변화로 건조해지자, 식물을 먹던 생존 방식은 유지될 수 없었고 멀리 이동하게 되었다. 그런데 이동은 많은 에너지를 요구했고 이로 인해 원래 먹지 않던 고기를 생존을 위해 먹게 되었고, 원래의 수렵과 채집에 필요한 양보다 훨씬 많은 영양분을 단번에 섭취하며 발달에 필요한 잉여 에너지를 얻을 수 있었다. 이게 사바나의 일부 인간종이 선택한 전략이였고 그게 생존한 인간종인 우리라는 가설이 있다. (1990년대 초 expensive tissue hypothesis - Leslie Aiello)

• 인류가 불을 사용하기 시작하면서 뇌의 용량이 증가했다는 주장이 있다. 뇌는 신체 에너지의 약 20% 가량을 소모하는 에너지가 엄청나게 드는 기관인데[18][19] 불로 음식을 조리할 수 있게 되면서 소화기관의 크기가 줄어들었고 그로 인해 음식물을 소화하는 데에 쓰이는 에너지가 절약되어 뇌를 발달시키고 유지하는 게 가능해졌다는 주장이다. 실제로 소화기관이 소비하는 에너지도 상당하기 때문에 소화에 드는 에너지가 줄어들지 않는다면 뇌 발달 및 유지에 무리가 있기 때문이다.

• 현대에도 다시 뇌의 용량이 늘어난다는 연구결과가 있다.#

8. 구조

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• 뇌간은 뇌줄기로도 불리고, 파충류 단계에서 진화하였다. 크게 중뇌, 교뇌, 연수로 구분된다. 각 부분의 기능을 간단하게 서술해보자면 중뇌는 안구 운동과 동공반사를 조절하고 소뇌와 함께 평형을 유지하는 역할을 한다. 교뇌는 감각 및 운동 정보를 담당하며 연수와 함께 호흡 조절의 역할을 하기도 한다. 연수는 심장, 폐, 혈관 등의 운동을 조절하며 반사 중추[20]이다.

• 소뇌는 감각 입력과 운동 출력 등을 담당하는데, 부드러운 움직임을 위해 중요하지만, 제거한다 해도 대부분의 정신 능력에는 거의 영향을 미치지 않는다.[21] 그러나 약 700억 개 혹은 1000억 개 정도의 뉴런을 가지고 있어서 대뇌보다 작지만 뉴런 수는 더 많다.

• 대뇌는 포유류와 영장류 단계를 거쳐서 진화했다. 지능[22]을 담당하고, 손상되어도 생명에는 지장이 없지만 대뇌에 의존을 많이 하는 동물일수록 치명적이여서 인간에 경우 대뇌가 손상되면 무의식 상태에 빠지게 된다. 이 부분은 뇌의 부피 중 가장 많은 부분을 차지하는데, 전체 뇌 부피의 약 85%를 차지한다. 대뇌는 다시 우뇌(우반구)와 좌뇌(좌반구), 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽으로 나뉜다.
• 포유류의 몸은 연수에서 신경이 반 바퀴 꼬이기 때문에 우뇌는 신체의 왼쪽을, 좌뇌는 신체의 오른쪽을 담당한다. 이렇게 우뇌와 좌뇌가 인체의 좌우를 나누어 담당하는 특성은 안면인식 등 여러 가지 활동에 영향을 미친다.

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그림 1. 나무위키 자체 도식. 사족보행을 하는 동물에게 적용되는 방위 용어이다.

그림 2. 사람에게 적용되는 방위 용어.

9. 뇌에서 일어나는 장애와 질병

• ADHD
• 각종 정신질환
• 공뇌증
• 분리뇌
• 분열뇌증
• 실행증(apraxia)
  자발적인 행동을 체제화하는 것이 힘든 장애. 개별 행동은 잘 수행하나 행동을 순서대로 이어나가는 데 문제가 생긴다. 예를 들어 '손가락을 까딱인다. 입을 다문다. 담배곽에서 담배를 꺼낸다.' 등은 잘 수행하지만, '주머니에 손을 넣어 담배를 꺼낸다. → 다른 손으로 한 개피를 꺼낸다. → 입에 문다. → 라이터를 꺼낸다. → 불을 붙인다.'와 같은 과정은 잘 이어지지 않는다.
• 안면인식장애
  사물은 잘 구분하나 사람 얼굴은 잘 구분하지 못하는 현상. 뇌에서 사람 얼굴을 인식하는 부위에 문제가 생긴 것이다. 장애까진 아니더라도 다른 사람의 표정(감정)을 잘 이해하지 못하는 것도 이쪽과 같은 원리이다.
• 뇌전증(간질)
  이건 100% 뇌의 문제까지는 아니지만 뇌 특정 영역의 신호 폭주로 발작이 일어나기도 한다. 뇌는 뇌세포끼리 전기적 신호를 통해 소통하는 것으로 연산을 한다. 근데 여기서 문제가 생겨서 한 곳에서 갑작스럽게 신호가 폭주하여 간질 발작을 일으키기도 한다. 이를 완화시키는 약을 투여하거나 특정 영역이나 그곳에 이어지는 뇌섬유를 절제하여 발작을 가라앉히기도 한다. 해마 경화증은 MRI 영상으로 해마가 굳은 것으로 확인할 수 있으며, 측두엽 발작을 일으키는 주 원인이 된다.
• 지적장애 및 경계선 지능
• 자폐
  자폐 환자를 MRI에 넣어서 뇌 스캔을 돌리면 NT(Neurotypical)와 확연히 다른 영상이 나온다고 한다. 그리고 2012년 6월 자폐증을 유발하는 유전자와 그 유전자가 자폐증을 일으키는 기작이 발견되었다. 현재까지 다양한 자폐증 관련 유전자가 보고되고 있으나, 그 명확한 기전은 연구가 더 필요한 상태이다.
• 학습장애
• 무뇌증
  선천적으로 뇌가 없이 태어나는 기형. 이렇게 태어난 태아는 얼마 가지 못해 사망한다. 이게 외관상으로도 명백한 기형이라서, 인도 등지에서는 이렇게 태어난 아이를 "개구리 아이"라면서 신으로 모시는 일이 있었다고.
• 무뇌수두증
• 소두증
  태생기에 발육 억제 또는 붕괴에 의해 생기는 뇌의 선천성 이상. 뇌 전체가 작아지고 폭 넓은 뇌회나 뇌회반곤을 수반할 수도 있다.
• 수두증
• 뇌졸중[24]
• 뇌종양
• 뇌출혈
• 뇌진탕
• 뇌염
• 뇌수막염
• 뇌사
  뇌의 기능이 영구적으로 상실된 상태로, 사망 판정의 기준점이다. 예후 자체가 무의미하며 이 상태가 된 환자는 보통 1개월 이전에 사망하나 매우 드물게 4개월 정도 버틴 경우도 있지만 모두 예외 없이 사망했다.
• 치매
  가장 유명한 뇌 질환 중 하나. 각종 정신 질환에도 포함이 되어 있지만 뇌 신경 계통의 이상에 따른 질병이기도 하기 때문에 이곳에서 따로 분류를 한 질병 중 하나. 뇌의 질환 중에서 섬망과 더불어 아주 드물게 정신 질환과 신경과적 질환 양쪽 모두로 분류되는 질환으로 신경과와 정신과 두 양쪽 과에서 질행되는 질병이기 때문에 뇌 질환 중에서는 가장 다루기 어려운 질병으로 꼽힌다. 이유는 뇌 신경 계통의 이상으로 극심한 정신 이상을 수반하기 때문이다.
• 편측 무시
  비우성반구[25] 손상으로 인해 발생한다. 자기 몸의 좌측을 인지하지 못하는 증상으로, 이 환자는 그림을 그려도 오른쪽만 그리며, 환자의 왼팔을 눈 앞에 들이대며 이게 누구 팔이냐고 물어보면 질문하는 사람의 팔이라고 하게 된다.
• 뇌병변장애
• 뇌성마비
  뇌의 마비로 인해, 발음과 걸음걸이에 인해 문제가 생기는 질병, 지능에도 문제가 생겨 지적 장애를 유발하기도 한다.
• 다계통위축[26]
  운동을 담당하는 소뇌의 퇴행으로 균형 감각 저하와 떨림과 언어 장애와 운동 장애를 유발하는 질병, 심한 경우에는 걷지를 못하고 떨림이 매우 심해져, 음식물을 먹는데 큰 지장을 끼치고, 언어에 장애가 생긴다. 유전적으로 생기는 척추소뇌변성증, 종양이나 중풍으로 인한 따른 소뇌변성, 알코올 중독자들에게 생기는 알코올성 소뇌변성증 등이 있으며 여러가지 이유로 인해 생긴다.
• 모야모야병
• 섬망
  각종 말기 암, 간경변과 만성 신부전, 심장병, 뇌졸중, 뇌진탕과 같은 뇌 질환 및 오랜 기간 진행된 심각한 질환으로 인해 생기는 질환. 그 밖에 알코올 및 마약 중독 등의 섬망이 있지만 알코올 및 마약 중독의 경우는 그 섬망 기간이 매우 짧기 때문에, 보통의 섬망으로 분류가 되지 않는다. 환자는 급격한 기억 상실과 때로는 급격한 공격성과 혹은 착각과 환각을 가지게 된다. 혈액 검사로 나타지만, MRI에서도 바닥핵이 하얗게 나타나기도 한다. 또한 대수술 뒤 중환자실에 오래 머물다 보면 나타나기도 하는데, 이 경우에는 보통 중환자실을 벗어나면 증상이 사라진다. 겉으로 보면 치매의 증상과 유사하지만 원인이 되는 증상이 없어질 경우에는 회복이 가능하다.
• 파킨슨병
• 과잉기억증후군
  자신에게 일어난 모든 일화를 기억하는 질환이다. 좋지 않은 기억들도 죄다 기억하기 때문에 정신적으로 문제가 심각한 경우가 많다.
• 감정 표현 불능증(영어명 알렉시티미아)
  감정을 담당하는 편도체에 이상에 생겨 감정을 느끼지 못하는 질환이다. 손원평 작가의 작품인 '아몬드'의 주인공이 이 질환을 가지고 있다.

10. 손상과 회복

10.1. 뇌세포 재생

11. 뇌의 성별 고정 androgen brain imprinting

12. 속설

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13. 요리

14. 여담

15. 외부 링크

• 뇌에 대한 자세한 설명
• 뇌구조와 역할에 대한 설명

16. 같이보기

• 의식
• 분리뇌
• 감각질

17. 둘러보기