뇌는 체온, 혈압, 내장기관의 할동 등 몸이 환경에 반응하고 건강을 유지하도록 도와줍니다. 또한, 생각, 기억, 판단, 마음, 학습 등이 기능합니다. 이러한 소개한 모든 것이 가능하게 만들어주는 인간의 뇌는 어떤 것인지 구조와 기능을 알아보겠습니다.

1. 외막

  • 뇌 무게 약 1.4킬로그램
  • 두피(Scalp)
  • 두개골(Cranium)
  • 대뇌피질(Cerebral cortex)

2. 뇌막(Meninges)

1) 특징

  • 머리뼈 외에 뇌를 감싸는 세 개의 막입니다.
  • 거미막과 연질막 사이에 맑고 투명한 뇌척수액이 감싸며 뇌실을 통해 흐릅니다.
  • 뇌를 외부로부터 보호하고 그 형체를 유지하게 도와줍니다.
  • 뇌로 들어오는 혈관과 정맥 등을 보호합니다.
  • 뇌척수액이 순환할 수 있는 공간을 제공합니다.

2) 구조

  • 경질막(dura mater, 경수막) : 가장 바깥쪽 막이며, 질기며 섬유질입니다.
    – 뇌막과 뇌척수막이라는 두 층이 있습니다.
    – 경막 사이로 혈관들이 지나갑니다.
    – 상시상 정맥동과 횡정맥동은 심장하고 바로 연결되어 심장의 압력을 바로 뇌로 전달
    – 위시상정맥굴과 아래시상정맥굴은 막을 통해 뇌가 움직이지 않게 역할
  • 지주막(Arachnoid, 거미막) : 가운데 막이며, 얇은 거미집 같이 그물 망상의 조직입니다.
    – 막 아래 뇌척수액이 흐르는 공간을 만들어 줍니다.
    – 작은 모세혈관들이 지나가는 곳으로 뇌의 직접적으로 혈액이 접촉하지 못하게 합니다.
  • 연질막(pia mater, 연수막) : 가장 안쪽 막이며, 뇌 표면의 굴곡에 딱 들어맞는 부드럽고 셈세한 막입니다.

3. 뇌척수액

  • 윤활제 및 충격 흡수제 역할을 합니다.
  • 액체 속의 이온이 뇌로 영엉분을 들어오게 하고 노폐물을 보내는 대사의 역할을 합니다.
  • 혈액을 통해 운반된 노폐물에 오염되지 않도록 뇌를 보호합니다.

4. 피질과 백질

  • 대뇌와 소뇌를 구성합니다.
  • 대뇌피질(겉질, 회색질)은 뇌 바깥쪽 회색 부분을 말하며, 신경세포들이 모여있는 곳입니다. 두깨가 약 0.3센터미터이며, 주름이 이랑과 고량으로 이루어져 있습니다. 반구의 깊숙한 안쪽에는 바닥핵(겉질과 시상을 연결하며, 운동 조절에 관여)이 있습니다.
  • 백질(속질, 백색질)은 뇌 안쪽 하얀 부분을 말하며, 신경세포둘이 지나가는 회로들이 모여있는 곳입니다.

5. 뇌실계

뇌척수액을 생산하는 곳을 말하며, 뇌실막세포망인 맥락얼기(choroid plexus)에서 생산됩니다.

  • 측뇌실 – 대뇌 반구에 있는 물방이 두 측이 있습니다.
  • 제3뇌실 – 시상의 안쪽, 시상하부의 위쪽, 뇌량의 아래에 존재하는 뇌실중 하나입니다. 맥락얼기가 있어 뇌척수액을 생산한다. 제3뇌실의 앞은 종판, 전교련, 뇌궁각과 맞닿아 있고, 뒷부분은 수강, 수강삼각, 수강교련, 송과체, 후교련이 맞닿아 있습니다. 제3뇌실의 아래는 시상하부의 뇌하수체 루두부, 회백융기, 유두체, 시교차, 뇌하수체, 후유공질이 위치하고 있습니다. 제3뇌실의 뇌궁각과 그 외측의 시상이 서로 만나 구멍을 만드는데 이것이 측뇌실 전각과 통하는 먼로공이다. 먼로공을 통해 측뇌실과 연결된다. 중뇌의 중뇌수도를 통해 제4뇌실과 연결됩니다.
  • 제4뇌실 – 뇌실중 하나로 제4뇌실(Fourth ventricle)은 숨뇌(연수)와 교의 배측면과 상소뇌각과 하소뇌각 사이의 상, 하수범이 제4뇌실을 구성한다. 연수와 교는 제4뇌실의 바닥을 구성하는데 능형와가 이곳에 존재한다.그리고 소뇌는 제4뇌실의 지붕을 구성한다. 하수범에는 맥락총이 존재하는데 여기서 뇌척수액(CSF, cerebrospinal fluid)을 생산한다. 참고로, 제4뇌실이 주요 생산 주체는 아니며 다른 모든 뇌실들에서도 뇌척수액이 생산된다. 제 4뇌실에는 2가지 구멍이 있는데 뇌실의 외측에 루시카공이 존재하며 뇌실하부에 마장디공이 존재한다. 이 구멍을 통해 제4뇌실에서 생산된 뇌척수액이 뇌지주막하의 공간으로 유입된다. 제4뇌실은 제3뇌실과 중뇌를 관통하는 중뇌수도를 통하여 연결되고 아래로는 척수의 중심관과 연결된다.

6. 신경계

1) 신경세포(뉴런)

  • 신경세포 : 다른 신경세포와의 상호작용을 통해 정보를 운반합니다.
    1) 구조
    (1) 세포체
    – 신경세포는 원형질막으로 덮여 있습니다.
    – 세포핵은 핵막이 이중막으로 싸여 있으며, 그 안에는 세포질(젤라틴 같은 액체)과 구멍(핵공)이 군데군데 있습니다.
    – 세포핵 안에는 유전물질인 염색체를 통해 단백질 합성과 세포 성장 및 분화하는 과정을 통제합니다.
    (2) 축삭(축삭둔덕, 시작조각)
    – 세포체로부터 뻗어나온 굵은 밧줄 같은 돌기입니다.
    – 세포체나 가지돌기에서 나온 자극을 축삭의 이음부인 시냅스에서 화학적 신경전달물질을 분비하여 다른 신경세포로 전달합니다.
    – 보통 절연시키는 말이집으로 감싸여 있는 축삭을 말이집신경섬유라고 말합니다.
    – 말이집이 중추신경계에서는 희소돌기아교세포에서 생기며, 말초신경계는 신경집세포에서 만듭니다.
    – 미엘린이 감긴 사이사이에 축삭이 드러난 부분을 랑비에마디라고 하며, 신경자극의 전달에 역할을 합니다.
    (3) 가지돌기
    – 신경세포에서 말이집이 없는 가지들이며, 대부분 축삭보다 길이가 짧습니다.
    – 표면에는 가지돌기가시가 있으며 잔류의 변화를 검출합니다.
    – 주로 다른 신경세포로부터 신경전달물질을 받습니다.
    2) 종류
    (1) 운동신경세포(뭇극신경세포)
    – 세포체에서 하나의 축삭돌기와 서너 개의 가지돌기가 뻗어나온 세포를 말합니다.
    – 중추신경계에서 근육이나 샘으로 정보를 보냅니다.
    (2) 감각신경세포(양극신경세포)
    – 세포체에서 두 개의 축삭돌기가 뻗어나와 있습니다.
    – 감각수용체(피부, 귀, 코, 입)에서 중추신경계로 정보를 보냅니다.
    (3) 사이신경세포(홑극신경세포)
    – 하나의 가지돌기에서 축삭돌기가 두 개를 가지고 있습니다.
    – 한 축삭은 피부나 근육 쪽으로 뻗고, 다른 하나는 척수 쪽으로 뻗습니다.
  • 신경아교세포
    (1) 구조와 기능
    – 신경세포를 둘러싸여 있으며, 축삭이 없습니다.
    – 한 종류의 돌기만 있으며, 시냅스를 형성하지 않고 평생 분열 능력을 유지합니다.
    – 생화학 환경 조절, 신경세포 구조적 지탱, 손상된 중추신경계 수선, 뇌 관련 화학물질 공급합니다.
    (2) 종류
    – 별아교세포 : 섬유별아교세포는 중추신경계의 백색질, 원형질아교세포는 회색질에서 발견됩니다. 원형질아교세포는 모세혈관과도 접합니다.
    – 희소돌기아교세포 : 중추신경계의 백색질에서 신경섬유 사이에 줄지어 배열되어 있으며, 회색질에서는 신경세포의 세포체 가까이에 위치합니다.
    – 미세아교세포 : 거무스름한 세포질과 세포핵을 지니며, 손상된 신경세포인지 아니면 별도의 살아있는 세포인지를 불확실합니다.

2) 충추신경계

  • 뇌신경 – 후각신경, 시각신경, 눈돌림신경, 도르래신경, 삼차신경, 갓돌림신경, 얼굴신경, 속귀신경, 혀인두신경, 미주신경, 더부신경, 혀밑신경
  • 척추신경 – 목신경, 가슴신경, 허리신경, 엉치신경, 꼬리신경

7. 구조

1) 대뇌 : 뇌에서 가장 크고 가장 발달된 부위로 행동과 생각 같은 복잡한 기능이 일어나는 곳이며, 좌우로 대칭 구조를 이루고 있습니다. 이를 각각 좌반구(창의력 등)와 우반구(논리와 공간 등)라고 합니다.

  • 전두엽(이마엽) : 1차 운동영역, 언어(브로카영역), 계획, 문제해결 등 인지 능력을 담당
  • 두정엽(마루엽) : 1차 채성운동영역, 촉감, 압력, 공간, 크기와 모양 판단 같은 감각을 담당
  • 측두엽(관자엽) : 1차 청각 영역, 시각 기억과 구어 기억, 냄새를 담당
    – 갈고리이랑 : 1차 후각 영역
  • 후두엽(뒤통수엽) : 시각 수용, 행태아 색깔의 인지를 담당
    – 새발톱고량 : 1차 시각 영역
  • 뇌섬엽 : 이마엽과 마루엽을 관자엽에서 때어내야만 보여지는 곳이며 미각, 내장의 감각 및 운동 기능에 관여합니다.
  • 가장자리엽 : 대뇌반구의 중간 가장자리에 위치하며 불수의 운동과 수의 운동에 관여합니다.
  • 뇌실계 : 대뇌반구 백색질 안 깊숙이 뇌척수액이 차 있는 공간들을 말합니다. 뇌척수액의 70%는 측뇌실의 맥락얼기에서 분비되어 제3뇌실과 제4뇌실로 이어져 거미막밑공간으로 흘러나오게 합니다.
  • 바닥핵(기저핵) : 대뇌반구의 깊숙한 곳에 회색의 커다란 신경세포 덩이리를 말합니다. 가장 오래된 편도인 원시줄무늬체, 창백핵(렌즈핵)은 옛줄무늬체, 꼬리핵(미상핵)과 조가비핵은 새줄무늬체라고 합니다.

2) 간뇌(사이뇌) : 대뇌 아래와 뇌줄기 위에 있으며, 시상상부, 시상, 시상하부, 시상밑부, 안쪽 및 가쪽 핵 무리, 제3뇌실, 뇌하수체, 해마, 편도체로 이루어져 있습니다. 감각입력과 신호 중계, 중추신경계와 내분비계 상호작용 등의 역할을 담당합니다.

  • 변연계 : 대뇌 아래, 소뇌 앞쪽에 위치하며, 정서와 기억, 신체 기능을 담당합니다.
    – 투명 중격(septum pellucidum) : 뇌량과 뇌궁 사이에 위치합니다. 얇고 거의 투명한 백색질과 회색질의 두 층으로 구성됩니다. 기능으로는 보상, 학습 및 기억, 사회적 행동 및 기억에 관여할 것으로 보인다고 동물 실험에서 보고되고 있습니다.
    – 뇌궁(뇌활, fornix) : 해마에서 유두체와 사이막핵(septal nuclei)으로 신호를 전달해주는 C자 모양의 축삭돌기 다발입니다.  기능으로는 인지, 기억(일화적 기억), 감정에 관여합니다.
    – 유두체(유선체, mammillary body) : 뇌활의 앞쪽 끝에 있으며 인지기억(recognition memory)과 관련이 있습니다.
  • 시상상부 : 중심은 송과체(솔방울샘)으로 제3뇌실 뒤쪽에 위치합니다. 멜라토닌과 효소들을 합성합니다.
  • 시상 : 냄새를 제외한 감각 및 운동 신호를 3차신경(연수, 척수, 얼굴의 감각)에서 받아 배쪽바닥복합층인 감각 중계핵을 통해 대뇌피질의 1, 2차 감각 영역으로 보냅니다.
  • 시상하부 : 성욕, 쾌락, 고통, 배고픔, 목마름, 혈압, 체온을 담당합니다.
  • 시상밑부 : 시상밑부핵으로 시상하부의 뒤쪽에서 양옆으로 놓인 렌즈 모양의 구조이며 신경섬유를 통해 창백핵과 연결되어 있습니다. 손상되면 편무도병(hemiballismus)가 발생합니다.
  • 뇌하수체 : 혈액으로 호르몬 분비, 대사, 성장, 발달 과정 조절, 내분비샘의 기능 조절을 합니다.

3) 뇌간(뇌줄기) : 뇌의 아래쪽에 위치하며, 뇌간, 뇌교, 연수가 포함됩니다. 심장 박동, 혈압, 호흡을 담당합니다.

  • 중뇌(중간뇌) : 시각계와 청각계, 눈 운동 통제(수정체 모양과 눈동자의 크기 조절), 자세 조절에 관여합니다.
    – 흑색질 : 그물부와 치밀부로 나눠지며, 치밀부는 멜라민이 들어 있는 세포는 도파민을 합상하며 꼬리핵이나 조가비핵으로 뻗어나가 해당 영역의 신경전달물질 출력에 영향을 줍니다.
    – 위소뇌다리(교차신경섬유): 중뇌의 아래 뒤쪽에서 중앙에 자리한 적색핵을 둘러싸고  대부분 시상핵으로 향하며 대뇌피질의 1차 운동과 접합니다.
    – 위둔덕과 아래둔덕 : 중뇌의 위쪽에 한 쌍의 둥근 팽창부가 천장처럼 덮고 있는 곳으로 위둔덕은 망막과 시각피질로부터 입력을 받으며, 다양한 시각 반사에 관여합니다. 아래둔덕은 청신경으로부터 입력을 받으며 시상의 청각 중계핵과 연결됩니다.
  • 그물활성계(RAS) : 사이뇌와 연수 사이에 있는 신경세포 무리로서 시상으로 뻗어 대뇌와 소통하는 경로들이며. 의식과 각성에 관여합니다.
  • 뇌교(다리뇌) : 소뇌와 대뇌 사이에 감각 정보를 전달, 각성과 호흡 기능 통제합니다. 대뇌피질의 신경세포에서 뻗아나온 신경섬유는 뇌교핵에서 끝나며, 뇌교핵에서는 소뇌의 반대편 반구로 신경섬유가 뻗어 있습니다.
  • 연수(숨뇌) : 호흡, 혈압, 심장 박동수 같은 불수의적 신체 기능을 담당합니다.
    – 피질척수교차 : 몸 반대편에 수의적 운동 기능을 일으키는 신호가 전달되는 지점입니다.
    – 안쪽섬유띠 : 시상의 감각 중계핵으로 뻗이 있습니다.

4) 소뇌 : 두 반구로 이루어져 있으며, 뇌와 근육 사이에 신경자극을 조정하여 팔다리 운동, 자세 잡기, 균형 유지 기능을 맡습니다.

  • 한 쌍의 반구와 중심선 부분으로 이루어져 있습니다.
  • 피질은 잎새처럼 생긴 작은 판들로 이루어져 있으며, 백질은 네 개의 깊은소뇌핵(치아핵, 둥근핵, 마개핵, 꼭지핵)으로 이루어져 있습니다.
  • 세 개의 신경섬유 다발(위소뇌교, 중간소뇌교, 아래소뇌교)을 통해 뇌간과 이어져 있습니다.
  • 발생학적 소뇌 분류 – 원시소뇌(평행계), 옛소뇌(소뇌앞엽, 근육긴장 조절), 새소뇌(소뇌뒤엽, 수의적 운동 기능 조율)

출처

  • 브리태니커 편찬위원회(2014). 뇌의 발견. 아고라
  • 정천기(2020). 인간 뇌의 이해. K-MOOC
  • 위키백과
  • https://neuroscientificallychallenged.com/
  • https://www.gimmyoung.com/Contents/StoryView?seq=891
  • https://www.healthline.com/health/neurons