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뇌의 구조와 기능 절차탁마 切磋琢磨

[ 2015-06-17 04:07:59 ]

관리자

http://cafe.daum.net/dongbusa/ceKQ/124 신아리랑
https://www.youtube.com/watch?v=8bNbA79zbCc&feature=player_detailpage 청산에 살리라
https://www.youtube.com/watch?v=oTRjHB9XulQ&feature=player_detailpage 옛노래
https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=eWIxclVd1_s 향수
https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=k1gbWRhTV34 이게사실인가?
瞻彼淇奧 기수(淇水)라 저 물구비 綠竹兮 푸른 대 우거졌네
有匪君子 어여쁘신 우리님은 如切如磋 뼈와 상아 다듬은 듯
如琢如磨 구슬과 돌 갈고 간 듯 瑟兮兮 엄하고 너그럽고
赫兮喧兮 환하고 의젓한 분 有匪君子 어여쁘신 우리 임을
終不可兮 끝내 잊지 못하겠네
－《시경(詩經) · 위풍(衛風) 〈기오(淇奧)》
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뇌의 구조와 기능

우리의 뇌는 대뇌, 소뇌, 뇌간(뇌줄기)으로 구성되어 있다.
우리 인간의 모든 행동은 뇌 기능에 의해 조절된다고 본다. 인간의 마음 또한 이러한 대뇌 기능의 한 범주라는 것이다.
즉, 뇌의 행동은 단순히 걷기, 숨쉬기 등과 같은 운동 행태 뿐만아니라, 느낌, 학습, 사고 등과 같은 고도의 정서기능과 인지 기능을 수행한다.

이처럼, 뇌가 인간의 행동을 지배한다고 생각한 것은 그리 오래된 개념이 아니다.

인간의 뇌세포는 임신 7개월째에 접어들면 100-150억개가 생기며 이것으로 분열에 의한 증가는 끝난다. 그리고 이것은 그대로 20세 경까지는 변화하지 않는다.

그러다가 20대를 기점으로 하루에 약 10만개씩의 뇌세포가 그냥 죽습니다. 그냥 죽는 뇌세포 수가 1년에 무려 3,650만개가 되지만 사고와 기억을 관장하는 대뇌피질의 세포는 어림계산으로 약 140억개 정도나 되므로 문제가 되지 않는다.

그러나 그 줄어든 양만큼 뇌의 성능이 떨어지는 것은 아니다.

머리가 좋은 것은 세포수가 아니라 신경 세포들을 서로 잇고 있는 연락망이 얼마나 발달해 있는가에 달려 있기 때문이다. 이 연락망은 많이 사용할수록 그리고 똑같이 사용한다면 젊을수록 그 발달이 활발하다.

그리고 열과 뇌세포의 죽음에 대해 몸에 심한 열이 나면 혈관의 이완으로 뇌에 산소와 영양공급이 줄어들어 뇌세포에 영향을 미치게 된다. 따라서 열이 날 때 이마에 찬 수건을 올려 열을 식혀주는 것이 좋다.
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소뇌는 근육의 위치수용체로부터 끊임없는 신호를 전달받아 근육의 긴장도를 항상 일정하게 하며, 전정기관과 함께 우리 몸의 균형을 잡게 해주고, 운동을 시작하게 하며, 시작된 운동의 연속적인 활동을 부드럽게 이어주는 역할을 한다.

뇌간은 중뇌, 교뇌, 연수로 구성되며, 12쌍의 뇌신경중 10쌍이 기시하고, 우리 몸의 생명을 관장하는 심혈관중추와 호흡중추가 내재되어 있어 생명유지에 필수적인 기관이다. 대뇌는 대뇌피질과 회백질, 기저핵과 시상으로 나뉜다.

기저핵은 소뇌와 함께 운동을 연속적으로 하게 하고, 근 긴장도를 유지시켜 주는 기능을 하며, 이 부위에 장애가 있을 때 파킨슨씨병과 같은 질환이 나타날 수 있다.

시상은 외부로부터 들어오는 모든 감각신호의 중간역이 되며, 감각신호(후각은 제외)은 시상에서 일차처리된 후 에 대뇌 피질의 각 각의 중추, 즉 두정엽에 있는 체감각 중추, 후두엽에 있는 시각 중추, 측두엽에 있는 청각 중추로 들어가서 최종적으로 인간이 느끼게 된다.

이러한 신호들은 또한 일부는 변연계로도 전달이 되어 감각에 수반되어 일차적 감정을 동반하여 느끼게 된다.

그러나, 후각은 시상은 거치지 않고 곧 바로 내측두엽에 위치한 Rhinencephalon (rhino- 코, 후각을 의미)으로 입력된다.

우리 몸을 움직이는 운동신호는 반대로 대뇌피질의 운동중추에서 시작되어, 척수를 거쳐 말초신경을 통해 근육으로 전달되어 근육이 수축을 함으로써 일어난다.

이 운동신경의 경로는 중간에서 상기한 기저핵과 소뇌로 부터의 조절신호를 받게 된다.

뇌와 인간의 행동

중복성이라는 개념은 이렇다. 어떤 일을 하는 데 필요한 뉴런들이 실제로 있는 뉴런들의 50퍼센트라고 하자. 만일 50퍼센트의 뉴런이 죽는다면, 효율성이 떨어지거나, '고장'나거나 실수할 확률은 높아지지만 나머지 50퍼센트는 제대로 기능할 수 있을 것이다.

즉, 사람이 갖 고 있는 뉴런 수는 실제로 필요한 것보다 많다는 것이 중복성의 개념이다.

더 나아가 노인들의 뇌세포 중 죽지 않고 살아남은 것들의 수상돌기는 계속 자라서, 그 수 상돌기들이 뇌 전체 뉴런 간의 상호작용을 향상시킬 수 있다. 이것이 '뇌의 발달'에서도 언 급했던 가소성의 개념이다.

뉴런들이 계속 죽어 가더라도 남은 뉴런들은 더욱 왕성하게 활 동하고 다른 뉴런들과의 새로운 연결을 계속 만들어내기 때문에 남은 뉴런들만으로도 많은 일을 할 수가 있다.

이렇게 뉴런들이 가지치기를 하여 서로 얽혀 있고, 마치 두 손의 손가락 을 깍지낀 것처럼 새로운 연결을 이뤄내기 때문에 뉴런들의 엉킴은 아름다운 페르시아 융단 보다도 더욱 복잡하고 휘황찬란하며 기이한 무늬를 만들어낸다.

이렇게 퇴화하고 남은 뉴런 들끼리 새로운 연결을 형성하는 데도 뉴런이 일해야 하고, 뉴런의 활동에는 에너지가 필요 하다. 그렇기 때문에 건강한 노인의 뇌 혈류량, 산소 소비량, 포도당 대사량은 젊은이와 마 찬가지로 변함이 없다.

노화한 뇌에서는 뉴런의 성장과 발달이 그 퇴화와 죽음을 보충한다. 이렇듯 뇌는 주어진 상황에서 최선을 다하기 때문에 노인들은 보통 기대 이상으로 많은 일을 할 수가 있다.
뉴욕에 있는 알베르트아인슈타인의과대학 병리학과의 피터데이비스 박사는 늙어서도 지적 능력이 남아 있는 것과 뇌 상대 사이에는 상관 관계가 있다고 생각한다.

"저는 90세가 넘은 정상적인 노인의 뇌와 20세의 뇌를 구별할 수 없다는 실험 결과를 가지 고 꽤 고민했습니다. 즉, 90세 이상의 뇌도 전혀 이상이 없는 구조가 완벽한 뇌였습니다..... 저는 나이가 뇌에 미치는 독자적인 영향, 즉 나이만이 뇌에 미칠 수 있는 효과에 대한 증거 는 충분치 않다고 생각합니다."

이 말은 바로 건강한 사람이 정상적인 노화 과정을 거치면서 겪는 뇌의 변화는, 뉴런의 상실이나 다른 뇌의 퇴화과정들만큼 뇌 기능에 유의미한 변화를 주는 파괴적인 것이 아니라 는 뜻이다.

즉, 정상적인 노화과정과 함께 나타나는 뇌의 변화는 뉴런의 상실 또는 다른 퇴 화 과정들만큼 뇌 기능에 치명적인 변화를 가져오지 않는다는 것이다. 이 부분은 앞으로 더 많이 연구되어야 할 것이다.

그러면, 뇌에 대한 개념에 대한 간략한 역사적 고찰을 해 보자.

18세기가 되기까지, 신경조직은 Galen의 학설에 근거하여 일종의 샘 기능(glandular function)을 하는 곳으로 인식되었다.

즉, 신경은 뇌와 척수에서 분비되는 물질이 신체 말단부위까지 전달되는 관이라고 생각하였다. 19세기말엽에 들어서면서 신경계에 대한 조직학이 발달하면서 좀 더 정확한 지식이 쌓이기 시작하였다.

골지(Golgi)는 은(silver) 침착 염색법을 이용하여 신경세포가 몸통(body)과 두 개의 커다란 돌기, 축삭(axon)과 수상돌기(dendrite),로 이루어졌다는 것을 밝혔다.

카잘(Cajal)은 이 염색법을 이용하여 뇌가 단순히 하나의 덩어리가 아니라, 각 각의 신경세포의 그물망임을 알아냈다.

이러한 개념은 신경계가 개개의 신호전달소자인 신경세포(neuron)로 구성되어졌고, 이 뉴런들이 서로 접합부에서 신호를 전달한다는 neuron doctrine의 밑바탕이 되었다.

신경생리학의 발달은 18세기말엽 갈바니(Galvani)가 근육세포에서 전기현상을 발견하면서 급속도로 발달하기 시작하였으며, 이로 말미암아 신경세포 기능의 현대적 연구의 초석이 되었다.

19세기 중엽에 신경세포의 전기활동은 한 세포의 말단에서 다음 세포로의 정보를 전달하는 신호임이 발견되었다.

정신(mind)에 대한 서구의 의식은 고전적인 그리스 철학자들에 의해 형성되기 시작하였으며, 데카르트, 흄, 존 록 등에 의해 좀더 정립되었다. 인간의 행동에 대한 과학적인 접근은 19세기 후반에 이르러서야 시작되었다.

19세기초 해부학, 생리학, 발생학 등의 통합이 이루어지면서 행동에 관한 연구가 골상학자(phrenologist, 두개골이 형태로 뇌의 기능과 상태를 평가)들로부터 시작되었다.

Franz Joseph Gall은 뇌가 하나의 기관이 아니라 적어도 35개의 부위로 구성되어 있고, 각 부위는 특정한 정신 활동을 담당한다고 생각하였다. Gall은 인간의 대부분의 추상적 정신활동 - 관대함, 사랑, 증오, 희망- 이 모두 대뇌피질의 특정한 부위에서 일어난다고 생각하였다.

더 나아가, 근육과 마찬가지로 각 정신활동의 중추는 사용함으로서 더 발달되고 크기가 커지게 되고, 이 부위가 두개골로 돌출된다고 하였다. 이러한 개념위에 골상학이 발달되었으며, 두개골과 대뇌피질의 외형으로 사람의 성격을 정리하려고 노력하였다. (anatomical personology)

비슷한 시기에 Pierre Flourens는 실험동물의 뇌의 특정 부위를 제거함으로써 뇌의 기능을 연구하였다. 이 실험에서 그는, 뇌의 어느 한 부위를 제거하여도 뇌의 고위 기능이 손상되는 것을 발견하고는, 정신 활동은 뇌의 특정 부위에 국한된 것이 아니라, 뇌 전체에 놓여 있다고 주장하였다.

이러한 관점을 aggregate field view라고 하며, 19세기 중반까지 유행하였으나 영국의 신경과 의사인 Hughling Jackson의 관찰에 의해 심각하게 도전을 받게 되었다. 그는 부분간질환자에서 경련의 시작의 신체의 한 부분에서부터 시작되는 것을 보고 운동이나 감각 활동들이 대뇌피질의 각 각 다른 부위에 위치해 있다고 생각했다.

이러한 개념은 Wernicke나 Cajal에 의해 더 연구되어 뇌는 개개의 신경세포(뉴런)라는 신호단위로 구성되어 있으며, 뉴런들이 일정하게 모여 하나의 기능적 집단을 형성하고, 다른 기능적 집단들과 상호 유기적인 관계를 갖게 된다.

즉, 아주 단순한 정신활동은 대뇌피질의 국한된 지역에 위치하게 되고, 좀 더 복잡한 활동들은 이러한 기능적 집단사이의 연결에 의해서 가능하게 된다. 이런 개념을 celluar connectionism이라고 하며, 위 두가지 상반된 견해의 통합되고 상호보완적인 개념이기도 하다.

1861년 Broca는 언어를 알아는 듣지만, 말하지 못하는 환자(운동성 실어증)에서 그 환자의 부검상 병변이 좌측 전두엽의 후반부에 위치해 있는 것을 보고하였으며, 이 후 8명의 다른 환자들에서도 모두 같은 부위에서 병변이 있는 것을 발견하였다.

이 후 그는 "우리는 좌반구로 말을 한다" 라는 유명한 말을 남겼다고 한다. 1876년 Wernicke는 운동성 실어증과는 반대로, 말을 하지는 못하지만 알아는 듣는 환자를 보고하면서 이를 감각성 실어증이라고 명명하였다.

그는 언어기능이 이해하는 기능과 말하는 기능이 대뇌 피질의 서로 다른 지역에 위치하면서 상호 연결에 의해 온전히 말을 이해하고 알아들을 수 있게 된다고 하였다.

말을 듣거나 보면 우선 청각이나 시각중추로 간 다음 언어의 이해중추(Wernicke's area)로 전달되어 이해를 한 다음, 운동중추(Broca's area)로 전달이 되어 말을 하게 되는 순차적인 과정 (serial processing)에 의한다고 하였다.

20세기 초에 Brodmann 등은 뇌 세포의 특징적인 구조와 배열(cytoarchitecture)에 따라 대뇌 피질을 각기 다른 52개의 기능적인 지역으로 나누어 지도를 완성하였다. cytoarchitecture에 따라, 특징적인 뇌 기능이 나타난다고 제안하였다.

1950년대 초에 신경외과 의사인 Wilder Penfield는 부분간질 환자의 뇌 수술시 각성상태에서 작은 전극으로 대뇌피질 표면을 자극하여 다른 부위마다 각 기 다른 반응을 보인다는 것을 직접 눈으로 확인하였으며, 이로서 그 때 까지도 논란이 있었던 aggregate field view는 완전히 자리를 잃게 되었다.

최근까지 뇌 기능의 연구는 주로 환자들을 대상으로 한 임상적인 연구에 의존하여 왔다. 그러나, 컴퓨터와 물리학의 발달로 인하여 신경계 영상술이 발달하여, 정상인에서도 여러 가지 뇌 기능을 검사할 수 있게 되었다.

Posner 등은 언어기능이 단순히 순차적인 과정에 의해서 이해되고 말하는 것외에도 동시에 여러 중추가 작용을 하게 된다고 하여 언어는 순차적이면서 병렬적 처리(parallel processing)의한다고 하였다.

그들은 PET을 이용하여, 단어를 들을 때는 Wernicke area가 활성화 되지만, 단어를 듣거나 말하지 않고 단순히 볼 때는 이 부위가 활성화되지 않는 것을 발견하였다. (하지만 피검자는 단어의 뜻은 이해를 한다) 이것은 후두엽으로 부터의 시각적인 정보가 Wernicke area를 거쳐서 해독이 되어 Broca area로 전달이 되는 것이 아니라, 직접 Broca area로 전달됨을 의미한다.

즉, 언어는 들어오는 일차적인 감각의 종류에 따라, 시각적 또는 청각적, 서로 독립적인 언어 처리 경로가 있음을 의미하며, 우리가 단어를 보면서 읽거나 말할 때는 이런 서로 다른 경로들이 동시에 활성화 되는 것이라고 결론내릴 수 있다.

　

대뇌 피질의 영역들과 기능의 조직화

많은 대뇌 피질의 영역들이 감각정보를 처리하거나 운동 조절에 중요한 피질의 외부 출력들을 종합한다. 이런 영역들은 일차, 이차, 삼차영역으로 나뉘게 된다.

일차영역이란 외부로의 감각정보나 또는 일차적인 운동정보를 처리하는 곳으로 다른 하위 조직이나 말단부로 단지 몇 개의 접합부만 거치게 된다.

일차운동영역은 사지와 몸통으로 투사되는 뉴런을 포함하는 precentral gyrus에 위치하며, 이 영역은 척수의 전각운동세포로 신호를 전달하여 사지나 몸통을 움직하는 곳이다.

일차감각영역은 감각의 종류(체감각, 시각, 청각)에 따라 각 각 일차영역이 다른곳에 위치하게 된다.

일차체감각영역은 두정엽의 postcentral gyrus, 일차 시각영역은 후두엽에, 일차 청각영역은 측두엽에 위치한다.

이런 일차영역을 둘러싸고 있으면서 보다 더 고차적인 (higher-order)정보를 처리하는 곳이 이차 그리고 삼차 감각, 운동영역이다. 이 영역들은 단일 감각의 복잡한 측면들을 처리하거나, 운동 기능과 연관된 정보를 처리한다.

일차, 이차, 그리고 삼차 영역의밖에 위치하면서 대뇌 피질의 가장 넓은 지역을 차지하고 있는 곳이 3개의 연합영역(association areas)이다. 이 영역들의 기능은 의도적인 행동에 대한 다양한 정보를 종합하는 곳으로 대뇌의 주요한 3가지 기능 - 지각(perception), 운동(movement), 동기(motivation)-에 중추적인 역할을 한다.

parietal-temporal-occipital association cortex는 세 개의 엽의 경계부위에 위치하여서 붙여진 이름으로, 체감각, 청각, 시각과 관계된 감각들을 고차적으로 종합하여 처리하는 곳이다. 즉, 우리가 책을 소리내어 읽는다고 가정하자. 그러면 우리는 보고, 이해하고, 말하고, 또 동시에 듣게된다.

이럴 때 단순히 보고것, 듣는 것 등등이 우선적으로 일차영역에서 수용되어 처리되지만 우리가 하나의 정보로 인식될려면 반드시 이런 일차정보들이 수집되고 종합되어야 할 것이다. 이런 역할을 하는 것이 바로 연합영역인 것이다. prefrontal association cortex는 전두엽의 앞쪽에 위치하며, 수의적인 운동을 계획하는 기능을 한다.

전극을 두피에 붙이고 유발전위검사를 하면서 피검자가 손가락을 움직일려고만 하는 생각을 반복할 때, 바로 이 연합영역부위에서 독특한 파가 형성되는데 이것을 readiedness potential(준비전위)라고 한다.

다른 연합영역으로 limbic association cortex가 있다. 이는 대뇌 반구의 전두엽, 두정엽, 그리고 측두엽의 안쪽 아래쪽에 위치하는데, 동기, 감정, 기억에 중추적인 역할을 하게 된다.

우리가 참혹한 전쟁영화(라이언 일병 구하기 같은...)를 보고난후에 단순히 그 영화의 줄거리뿐만 아니라 그 영화를 보면서 느꼈던 감정도 같이 느끼게 되는 것은 이 연합영역의 고차원적인 기능 때문이다.

모든 의식적인 운동은 운동계에 의해 조절이 되지만, 수의적인 운동을 유발시키는 것은 motivational (또는 limbic) system에 의해 조절된다.

motivational system은 체신경 운동계(somatic motor system)나 자율신경 운동계로 가는 출력을 조절하며, 조화를 이루도록 한다. 따라서, 야구선수가 공을 잡을려고 긴장을 하게 되면, 이와 수반하여 손에 땀이 나고, 근육의 긴장도도 증가하는 현상을 보인다.

뇌의 진화 단계를 살펴보면, 고등동물로 갈수록 대뇌에서 연합영역의 차지 하는 비율이 급격히 증가함을 알 수 있다. 즉, 영장류, 특히 인간이 고등적인 사고와 추론, 인지기능을 가능하게 하는 것이 바로 이런 연합영역 때문이라고 한다.

　

뇌는 디지털 컴퓨터가 아니다....

컴퓨터는 단일한 central clock같은 것에 의해 모든 일이 수행되지만 뇌는 연속적이며 평행하게 일을 처리한다. 또한 컴퓨터는 개개의 소프트웨어가 동등하게 작동하지만 뇌는 특정한 문제의 빠른 해결을 위하여 가장 효율적이며 목적에 맞는 회로가 작동한다.

가장 중요한 것은 컴퓨트는 0 또는 1로 구성되는 binary device이지만, 뇌는 voltage와 chemical concentration으로 작동하는 anlolg device인 것이다.

참고문헌:

Kandel RE, Schwartz JH, Jessell TM. Principles of Neuroal Science. 3rd Ed.

Parent A. Carpenter's Human Neuroanatomy. 9th Ed.

　

33. 넓고 무한한 소우주

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20세기 과학은 상상을 초월할 만큼 획기적으로 발전했다. 상상과 만화 속에서만 꿈꾸어오던 달나라에 인간은 처음으로 발을 내딛게 되었다. 인간의 사고는 이제 본격적으로 지구를 벗어나 무한한 우주를 향해 끝없는 항해를 하게 되었으며, 더욱 다양한 창조적인 생각을 할 수 있게 되었다.

창조는 인간만이 지니고 있는 고유한 기능이며, 인간이 만물의 영장으로서 다른 동물과 확실히 구별되는 점이다. 끝없이 펼쳐 져 있는 우주를 포용할 수 있는 이런 창조적 정신기능은 바로 인간의 뇌에서 나온다.

뇌는 인간활동의 전영역을 관찰하는 통제 센 터로서 인식, 사고, 판단 등의 의식활동과 감정, 행동 그리고 더 나아가 고차적 정신세계까지도 담당한다.

이성, 지성, 인격의 주체는 누구인가. 나아가서 무엇이 인간을 인간답게 만드는가. 이와 같은 근본적인 물음에 대한 대답은 사람마다 다를 수 있겠지만 분명한 것은 인간의 신체 가운데서 뇌가 인간의 특성을 결정한다는 사실이다.

뇌 없이 인간의 고귀한 사상과 마음이 있을 수 있겠는가. 뇌는 우리 몸무게의 2～2.5%, 신문지 한 장 정도의 표면적과 한 되 정도의 부피밖에 차지하고 있지 못하지만 무궁무진한 창조 력과 상상력은 능히 우주보다 넓고 광대하다고 할 수 있다.

흔히 표현되고 있듯이 마음이 결코 가슴이나 심장에 있지 않다는 것 은 누구나 알고 있는 사실이다. 눈이나 귀, 코, 손은 외계의 정보를 받아들이는 입구일 뿐이다. 신경세포와 신경섬유로 구성된 '생물학적 존재' 이면서 고도의 정신활동까지 총괄하는 뇌는 소우주라고 할 정도로 복잡하다. 따라서 뇌의 연구는 우주연구에 비길 정도로 어렵고 끝이없다.

앞으로의 세기에는 크게 두 가지 문제가 과학적 과제로 대두할 것 으로 생각된다. 그 하나는 우주의 신비를 밝히는 것이고, 다른 하나는 바로 내우주(內宇宙)인 인간 뇌의 신비를 밝히는 것이다.

최근 과학계에서 일어나고 있는 여러 움직임 가운데 가장 주목할 만한 것 중의 하나는 미국 상하양원 101차 합동회의에서 199 0～2000년을 '뇌의 10년'으로 정하는 법안이 통과되고 부시 대통령이 서명함으로써 뇌연구에 역사적인 전환점이 마련되었다는 사 실이다.

전체 과학분야에서 '10년'으로 명명되는 법안이 통과된 것은 뇌가 처음이다.

또한 1987년 베네치아에서 열린 서방 선진 7개국 정상회담에서 '인간 첨단과학 프로그램'이 채택되어 1990년부터 막대한 연구 비가 투입되어 연구가 진행되고 있는데, 이 프로그램 역시 뇌의 신비를 밝히는 것이 주목적이다.

광활한 우주의 신비를 밝히려는 우주연구와 우주 전체보다 더 넓고 무한한 창조력을 가진 뇌의 신비를 밝히려는 뇌연구는 생 명의 신비를 밝히는 일뿐만 아니라 미래의 산업혁명을 일으킬 신경컴퓨터, 인간로봇 개발 등에 중요한 공헌을 하기 때문에 선진 국에서는 21세기를 대비한 이러한 움직임이 태동되고 있다. 뇌를 정복하는 날 인간정체(identity)의 전모가 밝혀질 것이다.

** 움직이기 위해서는 뇌가 있어야

뇌의 무게는 고래가 8000g, 코끼리가 5000g, 공룡이 70g, 인간은 1500g 가량된다. 체중과의 비율은 고래와 코끼리는 2000분의 1, 유인원은 100분의 1, 공룡은 2만분의 1인데 비해 인간은 약 40분의 1로 모든 동물 가운데 인간의 뇌가 전체 체중에서 차지하 는 비중이 가장 높다.

바닷속에 살고 있는 원시적인 동물인 산호에는 신경과 근육이 거의 없으며, 해삼 해파리같은 강장동물에는 움직이는 기구인 근 육 바로 옆에 이를 제어 조절하는 원시적 신경이 나타난다.

더욱더 복잡한 운동을 필요로 하는 낙지 오징어 조개같은 연체동 물과 절족동물 등의 무척추동물에는 신경이 움직이는 근육 사이에 거미줄처럼 연결되어 몸의 여러 곳에 수만 개씩 모여서 신경절 이라 는 신경세포의 집합체(작은 뇌)를 형성한다.

다시 말해서 머리 꼭대기에 뇌가 있는 것이 아니라 몸의 여기저기에 흩어져 있 다. 척추동물에 이르러서 몸의 여러 곳에 흩어져 있던 신경절이 등과 머리 쪽으로 모여서 일사불란한 중추조절기관인 뇌를 형성하 게 된다. 고도의 운동과 감각기능을 적절하게 조절하고 제어하기 위해서는 조절센터가 몸의 여러 곳에 분산되어서는 효과적이지 못하기 때문에 머리부위 한 곳으로 모이게 된 것이다.

이것이 바로 뇌다. 이와 같이 뇌는 척추동물처럼 진화가 상당히 고등한 단계에 도달했을 때에서야 생겨났고, 진화가 진행될수록 더 커지게 되었다.

다시 말해서 우리 신체기관 중에서 가장 멋없게 큰 부위를 차지하고 있는 것이 뇌이며, 이렇게 큰 인간의 두뇌는 생존을 위 한 운동, 감각의 제어와 조절이라는 원래의 역할 이외에 사람을 사람답게 하는 정신, 마음, 인식이라는 고도의 정신기능을 창출 하게 되었다.

신체의 곳곳에 흩어져 있던 신경세포의 집단(신경절)이 등쪽 척추뼈 속에 모여 척수라고 하는 긴 꼬리 모양의 중추신경계를 형성한다. 이 척수의 가장 앞부분과 윗부분이 더욱 커지고 팽창하여 본격적인 뇌를 형성하게 된다.

어류의 노는 아주 작고 척수 가 크다. 어류는 척수의 발달 덕분에 바다를 제패하게 되었다. 뭍과 물의 양쪽에서 모두 살 수 있는 양서류나 파충류로 올라감에 따라 척수보다 뇌가 더욱 발달한다.

땅에서만 사는 척추동물에서는 뇌중 가장 앞쪽과 위쪽 부분의 뇌인 대뇌가 더욱 커지고 발 달하게 되며, 사람에 이르러서는 이 대뇌부위가 극도로 커져서 찬란한 문화를 창조하게 되고 결국 지구를 제패하게 되었다.

다른 동물과 인간을 구분짓는 결정적인 것은 오로지 대뇌의 발달이다.

우리들의 선조인 유인원은 식량을 구하기 위해 숲속생 활에서 벗어나 서서히 들판과 숲을 왕래하게 되었다. 들판으로 나온 유인원은 나무를 타고 이동하는 것이 불가능해졌기 때문에 두 다리를 이용하여 걸어야만 했다.

하지만 직립보행을 하게 된 덕분에 손이 놀게 되자 다른 곳에 사용할 수 있게 되었다. 물건 을 쥐는 따위의 섬세한 동작은 뇌에 자극을 주어 뇌를 발달시켰다. 뇌가 발달하자 사고를 하거나 도구를 만들어 사용 할 수 있게 되었다. 이것이 더욱 뇌를 크게 만들었다.

그 결과 우리들 선조의 뇌는 더욱 복잡해지고 쾌감을 느끼는 정도도 더욱 발달되었다.

인간의 대뇌가 공룡 정도밖에 되지 않았다면 다른 동물이 인간 위에서 이 세상을 지배했을 것이다. 즉 대뇌부위의 발달이 세 계의 재패와 문화발달의 정도를 결정한 것이다.

호모사피엔스(Homo Sapiens, 이성적 동물), 호모로켄스(Homo Loquens, 언어적 동물), 호모포리티쿠스(Homo Politicus, 정치적 동물)라는 말도 인간의 대뇌기능 때문에 붙여진 이름이다.

. 뇌가 곧 나며 내가 곧 뇌다

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매일 우리와는 별개로 일어나고 있는 거의 모든 현실은 우리가 그 실체를 제대로 인식하고 파악할 때에만 참모습으로 다가온 다 . 이러한 현실세계의 실체를 인식하고 파악하는 것은 전적으로 뇌의 기능에 속한다. 뇌가 살아서 작동하는 한 우리는 이 우주 의 모든 것을 제대로 인식하고 탐구할 수 있다. 그러나 어떤 사람의 노가 비록 현실세계에 존재하는 것이라해도 존재하는 것으로 받아들이지 않으면 그에게 그것은 존재하지 않는 것으로 된다.

또한 어떤 사람의 뇌가 현실세계에 존재하지 않는 것을 존재하는 것으로 받아들일 때 그것은 그에게 존재 의 의가 있게 된다. 사고나 전쟁에서 한쪽 다리를 잃은 사람이 마치 다리가 다시 붙어 있는 것과 같은 감각을 느끼거나 다리에 벌레 가 기어가는 것과 같은 간지러움을 경험하는 일이 있다. 이와 반대로 뇌졸증과 같은 질병을 앓고 있는 사람이 한쪽 다리가 멀쩡 하게 붙어 있는데도 없다고 느끼는 경우도 있다.

이와같이 내가 생생한 현실을 체험하거나 못하거나 하는 것은 나의 뇌 속에서 일어나는 현상에 전적으로 의존하는 것이지 현 실 세계 속의 존재 여부와는 관계가 없다. 그래서 삶의 모든 현상들은 순간순간 뇌에서 일어나고 있는 생물학적 과정에 불과하며 인 간의 정신과 육체는 독립적인 실체가 아니라 하나라고 하는 일원론 또는 유물론이 정신과 육체가 서로 독립되어 다른 존재 양식 을 가지고 있다고 하는 이원론보다 설득력 있게 받아들여지고 있다.

뇌사나 식물인간의 경우에서 보는 것처럼 뇌가 죽으면 인간으로서의 존재가치가 상실되고 어떤 정신기능이나 마음이 창출될 수 없기 때문에 뇌는 생과 사, 인간과 다른 생물을 구분짓는 유일한 가치기준이 되고 있다. 우리의 정신과 마음, 행동, 성격이 뇌로부터 나온다는 것은 모두가 인정하는 사실이다. 뇌신경세포를 다른 사람의 뇌에 이식하면 그 사람의 정신과 마음이 반영될 수 있느가 없는가 하는 문제, 즉 뇌신경세로를 기 증한 사람의 정신과 마음이 그것을 받은 사람의 정신과 마음에 스며들어서 서로 싸우게 되지는 않을까 하는 문제는 간단하지 않 다.

그러나 뇌가 그 사람의 특성을 결정해주는 유일한 장기이기 때문에 이식한 뇌의 특성이 그 사람에게도 상당부분 나타날 수 있을 것으로 여겨진다. 로보캅이라는 영화에서 경관의 뇌를 이식받은 로보캅이 그 경관의 옛날 일을 회상하고 그의 감정 을 어느 정도 표출할 수 있었던 것도 이런 이유 때문이다. 즉 뇌가 곧 나이며, 내가 곧 뇌인 것이다.

정신과 마음은 무엇이며 어떻게 다른가. 정신은 집단의 생명을 유지시켜주는 궁극의 원리로서 집단적이고 객관적인 반면 마음 은 개개의 생명체가 가지고 있는 정서적이고 감정적인 측면에서의 차원높은 원리로서 정서적이고 감정적이며 개인적인면을 말한다.

마음 따뜻하고 부드럽다고 표현하지는 않는다. 정신은 창조와 고등 정신기능을 관할하는 대뇌 신피질부의 신경세포 활동으 로 나오지만 마음은 이 신피질부의 활동과 감정을 조절하는 고피질부의 활동이 첨가되어 나온다고 할 수 있다. 최근 인식이나 인지(認知)를 연구하는 인지과학 이 새로 태동되어 신경계를 연구하는 신경과학과 같이 발전하고 있다.

신경 학은 인간의 정신과 마음을 구성하는 하드웨어인 뇌의 구조와 소프트웨어인 화학, 생물학 및 행동특성을 연구하는 반면 인지과학 은 인간의 정신과 마음을 구성하는 기능적 측면인 소프트웨어 쪽만을 주고 연구하는 학문이다. 매일 보고 듣고 느끼는 모든 과정들을 뇌신경세포는 특유한 방식으로 수집하여 중추로 전달하고 중추에서는 이를 신경세포회 로망 속에 새겨넣어 적절한 변형과정을 거친 다음 표상으로 나타낸다.

여기에 병렬연결 방식을 가진 신경컴퓨터를 개발하여 한 단계 위에서 검토하고 판단함으로써 인간과 같은 지적 능력을 가진 인공지능의 실현이 현재 이루어지고 있다. 앞으로 신경과학의 발전으로 인지과학, 신경컴퓨터, 인공지능 분야는 빠른 속도로 발전할 것이며 나아가서 인간을 닮은 인조 인간을 어느정도는 제조할 수 있을 것이다.

인간 뇌의 기능을 가진 인조인간의 개발은 인간의 정체성 및 윤리에 크나큰 변혁을 초래하게 될 것이다. 뇌에 관한 인간의 지식이 깊어질수록 인문사회과학, 자연과학, 나아가서 산업계 전반에 걸쳐 혁명이 일어날 것이다.

41. 도사는 억제성 신경계가 발달한 사람

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인간은 태어나는 순간,외계의 공기를 접촉하면서 생명 탄생의 기쁨을 마음껏 울음으로 나타내지만 따뜻하게 감싸주던 엄마의 품을 벗어나 미지의 세계로 나온 것에 대한 두려움과 스트레스 때문에 몸을 움추리게 되고 일생 내내 못하고 욕구와 감정을 제어하게 된다.

이처럼 과도하게 억제된 욕구와 감정을 불안과 초조와 같은 여러 가지 형태의 정신적 문제를 일으키게 되고,이 때문에 진정제나 항불안약들이 널리 사용되고 있다. 대뇌피질은 뇌간에 있는 A, B 신경계 특히, A6 노르에피네프린 신경계와 A10 도파민 신경계에 의해 쾌적하게 조절되어 활력과 각성작용을 나타내며, GABA라고 하는 억제성 신경전달물질계에 의해 활력과 각성작용이 억제된다.

억제성 GABA 신경계가 활성되면 옆에 있는 염소이온 채널이 열려서 음전하를 띤 염소이온이 신경세포 속으로 많이 들어가게 되고, 그 결과 평상시 음전하를 띠던 세포 속은 더 큰 음전하를 가진 나트륨이온이 신경세포 속으로 급속히 들어가면 세포 속이 양전하로 바뀌게 되어 신경세포는 흥분하게 되느데, 이 흥분을 억제하는 신경계가 GABA 신경계다.

불안이나 초조,긴장을 이완시키기 위하여 흔히 사용하는 벤조디아제핀계 진정제(항불안약)나 바비튜르산염계 진정수면제는 이 GABA 신경계를 활성시킴으로써 진정이완 효과를 낸다. 즉 벤조디아제핀계 진정제는 GABA 신경전달물질의 수용체와 결합하여 염소이온 채널을 활성화시킴으로써 진정효과와 항불안효과를 나타낸다. 외부에서 들어온 약물과 같은 작용을 하는 어떤 물질을 찾기 위한 연구가 활발하다. 그 결과 베타-카보린(뇌에서 불안을 일으키는 물질) 계통의 여러 가지 물질이 GABA 수용체에 강하게 결합한다는 사실이 알려지게 되었다.

그러나 이 베타-카보린계 물질은 억제성 GABA 수용체와 강하게 결합은 하지만 진정효과나 항불안효과는 나타내지 않고 오히려 초조나 불안을 나타내는 것으로 알려져 있다. 즉 우리 뇌에는 불안과 초조를 나타내는 물질이 공존하고 있으며, 이 두 물질의 조화 여부에 따라 불안이나 진정효과가 나타나는 것으로 생각된다. 가장 흔한 정신장애 가운데 하나인 불안장애나 불안과 우울, 공포 등을 동반한 공황장애는 이러한 진정, 항불안 신경계의 장애로 일어나는 것으로 생각되기 때문에 이 신경계의 조절을 통해 치료가 가능하리라 여겨지고 있다. 이와 같이 불안이나 초조를 느끼는 마음과 갈등을 벗어나 평온한 마음은 마음먹기에 달려 있는 것 같다.

인생을 달관한 도사들은 진정수면 물질의 효과적인 이용을 통한 억제성 GABA 신경계를 끈임없는 수양과 자기훈련을 통해 잘 활성화시킨 사람들이라고 할 수 있다. 억제성 GABA 신경계가 어떤 이유로 기능이 저하되거나 결핍되면 A계, B계, C계의 단가아민 신경전달물질계나 흥분성 신경전달물질계를 효과적으로 제어, 통제하지 못하게 되어 간질이나 무도병, 운동장애 등이 발생 할 수 있다.

인간의 문화가 바람직한 방향으로 찬란히 발달할 수 있었던 것은 인간이 가진 무한대의 자유의지와 행동을 적절히 제한하고, 억제함으로써 가능했던 것인지도 모른다. 이러한 제한이나 억제, 제어를 효과적으로 수행할 수 있는 주체가 바로 GABA 신경계인 것이다. 이와 같은 우리 뇌에는 앞으로만 나아가려고 자극하는 신경계와 이를 통제하려고 하는 신경계가 공존하면서 조화를 이루기 때문에 마음과 신체의 평화가 유지될 수 있는 것이다.

- 조미료를 많이 먹으면 머리가 좋아지는가

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신경전달물질 가운데에는 항상 신경세포를 흥분시키는 것과 억제시키는 것 그리고 부위에 따라 흥분시키거나 억제시키는 혼합형이 있다.

말하자면 일을 강력하게 밀고나가려고만 하는 여당형과 이를 견제해서 못하게 억제하는 여당형 그리고 상황에 따라 결정적인 행동을 하는 중도형이 있다는 것이다.

지금까지 알려진 대부분의 신경전달물질들은 부위에 따라 흥분을 나타내기도 하고 억제를 나타내기도 하는 중도형이다. 이와는 달리 신경세포의 흥분을 억제시킴으로써 진정수면 효과를 나타내는 GABA는 대표적인 야당형의 억제성 신경전달물질이다.

그러면 우리 뇌에는 항상 신경세포를 흥분시키는 여당형의 흥분성 신경전달물질이 어느 정도 있는가. 함량으로 따져서 어느 신경전달물질보다도 뇌에 가장 많이 있을 뿐만 아니라 여러 가지 중요한 기능을 하는 것이 흥분성 신경전달물질이다.

여기에는 글루타민산과 아스파르트산이 있다. 이들은 비필수 아미노산으로 혈관뇌장벽을 통과하지 못하기 때문에 뇌 속에서 포도당이나 다른 전구물질로 부터 합성된다. 이 두 아민노산을 뇌에 주입하면 접촉하는 거의 모든 신경세포를 강력히 흥분시킨다. 즉 이 두 신경전달물질계는 외부의 자극이나 위험이 있을 때는 항상 신경세포를 흥분시켜를 흥분시켜 적극적으로 위험이 있을 때는 항상 신경세포를 흥분시켜 적극적으로 신경세포의 활동을 증가시킨다.

그러나 그 정도가 지나치게 되면 억제성 전달물질계가 발동이 되어 제어하게 되며, 여기에 중도형이 가세하여 적절한 균형이 유지함으로써 상황에 맞는 적절한 행동이나 반응이 나타나게 된다. 적절한 균형이 깨질 때 나타나는 대표적인 질환이 간질발작이다.

간질은 뇌의 특정 신경세포의 급격한 흥분은 흥분성 신경전달물질계인 글루타민산의 기능이 증가되거나 이와 균형을 이루고 있는 억제성 신경계인 GABA 신경계이 약화될 때 나타날 수 있다.

다시 말해서 흥분성 신경계인 글루타민산계와 억제성 신경계인 GABA계의 균형이 깨질 때 나타나는 질환이 간질인 것이다. 억제성 GABA 신경계를 억제하는 약물은 강력한 경련, 간질효과를 나타내지만 이 억제성 신경계를 자극하는 약물들인 페노바르비탈염, 벤조디아제핀계 약물들은 현재 항견련, 항간질, 진정수면 약으로 많이 사용되고 있다.

반대로 흥분성 글루탐산 신경계를 자극하는 약물들은 경련을 일으키지만, 이 흥분성 신경계를 강력하게 억제하는 약물들은 현재 널리 사용하고 있는 페노바르비탈염이나 벤조디아제핀계 약물보다 더 강력한 항경련, 항간질효괄 나타내고 있기 때문에 현재 항간질약의 개발목표가 되고 있다.

이들은 뇌혈관장벽을 잘 통과하지 못하는 등의 몇 가지 문제점만 개선된다면 새로운 항간질약의 대표주자가 될 가능성이 높다. 또한 흥분성 글루탐산은 학습과 기억을 매개하는 중요한 전달물질로 알려지고 있다.

글루탐산 신경계의 적절한 활동과 강화는 학습과 기억을 원할히 이루어지게 하고 오랫동안 기억을 보존하는 에 중요한 역활을 하고 있다. 그러나 글루탐산이 과도하게 많이 유리되어 나올때는 신경세포가 너무 흥분하여 지쳐서 죽게 된다.

즉 유용한 신경전달물질도 너무 많이 나올 때는 신경세포에 독으로 작용하는 것이다. 조미료의 주성분이 글루탐산나트륨이기 때문에 한때 조미료를 많이 먹으면 글루탐산나트륨이 뇌에 많이 들어가서 머리가 좋아진다는 말도 있었으나 글루탐산나트륨은 혈관뇌장벽을 통과해서 뇌로 들어가기가 힘들 뿐만 아니라 앞에서 말한 것처럼 신경세포에 독으로 작용해서 신경세포에 치명적인 손상을 입힐수도 있다.

뇌졸중과 같은 경우, 뇌혈류가 막히거나 터져서 주위의 신경세포가 죽게 되는데 이 때에도 글루탐산 신경전달물질이 과도하게 유리되어 신경세포에 독작용을 미치는 것으로 여겨지고 있다. 따라서 글루탐산 수용체를 선택적으로 차단할 수 있는 약제를 개발하고자 하는 연구가 집중적으로 이루어지고 있다. 이와 같이 글루탐산 신경전달물질은 지칠 줄 모르는 인간활동의 자그제이자 인류문화 발달의 근본을 이루고 있는 학습과 기억의 본체다.

기억과 망각의 신비

고도의 사고기능과 학습기능은 기억을 바탕으로 하는 대뇌에서 이루어진다. 기억은 인간의 지적 발달과 인류문명의 창조를 가능케 해주는 가장 중요하고 기본적인 기능이다. 기억이란 어느 시점에서 뇌가 겪은 시간적, 공간적 무늬를 짜엮는 과정을 기억이라고 설명하였다.

그러나 아직도 우리는 기억의 자세한 정체를 모르고 있다. 기억에도 여러 종류가 있다. 몇 초나 몇 분 후에 사라지는 단기기억과 아주 오랫동안 남아 있는 장기기억이 있다. 한 신경세포에 강력한 자극을 반복적으로 가하면 그 신경세포에서 다음번 신경세포로 몇 초에서 몇 시간 동안 흥분전도가 점점 커지게 된다. 강력한 반복자극에 대한 이러한 흥분의 강화가 단기기억의 기초가 된다.

반복자극을 하면 신경세포가 그 자극을 기억해서 흥분반응을 더욱 크게 한다는 것이다. 이러한 현상은 흥분전도가 이루어지는 시냅스 부위에 있는 신경세포막의 이온투과성 증가로 생긴다고 여겨지고 있다. 그러나 흥분이 사라지거나 새로운 흥분파가 이 흥분전도를 방해하면 사라지게 된다.

이를 테면 더욱 큰 소리가 강한 감각경험으로 주의를 돌리게 되면 단기기억은 사라지게 되는 것이다.그러면 오랜 세월 후에도 어떤 일을 회상할 수 있는 장기기억의 원리는 어떤 것인가.

대뇌를 냉각시키거나 전신마취, 저산소증, 국소허혈(뇌혈류량 감소) 등으로 뇌기능이 일시 중단된 후에도 뇌활동이 다시 시작되면 장기기억은 앞에서 설명한 바와 같이 반복자극이 소실되면 없어지는 단기기억으로는 설명할 수가 없다.

장기기억은 어떤 형태로 어떤 곳에 저장이 되어 다시 회상이 되는지 확실히 알려진 바는 없다. 그러나 장기기억의 경우 신경세포나 시냅스에 어떤 구조적 변화 혹은 물리화학적 변화가 오는 것은 확실한 것 같다. 동물이 성장할수록 신경세포의 돌기와 가지 수가 많아지고 대뇌피질도 점차 두터워진다. 한편 대뇌피질 부위가 활발히 활동하면 그 부위의 피질이 두터워지면서 신경전도가 이루어지는 시냅스도 두터워지고 가지 수도 증가하게 된다.

다시 말해서 신경전도가 활발히 일어나고 있는 부위의 시냅스는 두터워질 뿐만 아니라 새로운 가지도 생겨 흥분전도가 훨씬 월활히 일어난다는 말이다. 이 구조적 변화는 마침내 영구화하고 특수 뉴런회로를 활성화시킴으로써 기억의 흔적으로 이용된 회로를 흥분파가 쉽게 건널 수 있게 한다.

이러한 방법으로 기억은 더 깊게 시냅수에 고정되어 기억의 흔적으로 아로새겨져 화상하기 쉽게 된다.일단 시냅스가 강화되면 훗날 광범위하게 들어오는 신호에 의해 다시 쉽게 흥분되므로 기억으로 남게 되는 것이다. 자꾸 사용하는 시냅스나 어렸을 때 반복자극을 받은 시냅스는 더욱 활성화되지만 쓰지 않는 회로, 시냅스는 가지도 없어져 점차 변성되어 사라지게 된다.

장기기억은 특수한 물질형태로 존재하기보다는 두터워진 시냅스부에 흔적으로 견고하게 아로새겨져 오랫동안 존재하게 되는 것이다. 따라서 뇌는 자꾸 사용할수록 좋아지며 좋은 기억을 오랫동안 유지시킬 수 있게 된다.

나이가 들어갈수록 뇌세포는 많이 파괴되기 때문에 같은 정도의 기억을 유지하기 위해서는 젊었을 때보다 더 많은 노력과 시간을 투자해서 자극을 자주 주어 시냅스를 강화시켜야 한다.

32. 본드와 부탄가스는 한번만 마셔도 뇌 망가뜨려

청소년들이 값싸게 사서 흡입하는 본드나 부탄가스도 뇌세포를 파괴하는 등 필로폰, 코카인, 대마초와 같은 환각제 못지않게 해악이 심하다.

최근 전국 11개 소년원에 수용된 1618명의 소 년원생 중 393명을 표본추출해 환각제 복용 및 흡입에 대해 조사한 결과, 전체 응답자의 절반 정도(56.2%)가 본드를 흡입한 경험이 있고 , 부탄가스 흡입도 36.2%로 나타났으며, 흡입 평균 연령은 14,15세인 중 2,3년생으로 밝혀져 충격을 주고 있다.

마약과 환각제 이용의 증가는 범죄의 증가로 이어질 가능성이 높으며 자신의 파멸롸 함께 사회를 불행하게 한다는 데 문제의 심각성이 있다.

복용 및 흡입연령이 점차 낮아지고 있는 있는 마약 및 환각제에 왜 빠지게 되면 그 후유증은 무엇인가를 살펴보기로 하자. 환각제는 앞에서 이야기한 바와 같이 환청, 환시 등 환각현상을 일으키는 물질로 본드 및 대마초, LSD, 필로폰, 코카인 등을 말한다.

이 중 각성효과를 가지고 있는 환각제는 정신을 번쩍 나게 하고 감각이 예민해지도록 하는 약리 작용이 있는데, 필로폰 및 코카인이 이에 속한다. 이 물질들을 복용하거나 흡입하면 심한 스트레스도 말끔히 사라지고 가만히 있어도 몸이 춤추는 것같은 평소 느끼지 못하는 즐겨움을 경험하게 되는 등 쾌감을 주기 때문에 빠져들게 된다.

또 이들 환각제를 복용하면 통증이 없어지고 휘황찬란한 세계가 보이거나 아름다운 선율이 들리는 등 환시, 환청 현상이 나타나고 높은 건물에서 아래를 내려다볼 때 사뿐히 날아서 뛰어내리고 싶은 욕구도 느끼게 돼 미국에서는 환각제 복용 후 건물에서 뛰어내려 죽거나 다치는 사람이 적지 않다.

필로폰이 각성작용을 하는 이유는 체내에서 고도의 정신작용을 하는 신경전달물질이 도파민과 비슷한 구조를 갖고 있기 때문이다. 필로폰을 복용하게 되면, 뇌는 정신기능을 담당하고 있는 도파민을 과도하게 유리시켜 도파민 신경계를 자극시킬 뿐만 아니라, 이 물질을 마치 체내에서 자극을 받아 생성된 신경전달물질고 오인해 정보를 수용한다.

그러나 앞에서 이야기한 바와 같이 도파민 신경계가 과도하게 자극되면 제어되지 않는 비합리적인 사고와 행동이 나타나서 정신분열병이 생기게 된다. 따라서 필로폰 복 용은 자신은 물론 사회에 크나큰 해독을 끼치는 일이다. 이런 의미에서 우리나라에서 애용되고 있는 필로폰 환각제는 사회를 파멸시킬 수 있는 가장 나쁜 환각제라고 말할 수 있다.

대마초를 피우면 의식이 몽롱해지면서 시각과 청각 등의 감각이 환각상태에 들어가 갖가지 기묘한 분위기를 경험하게 된다. 본드와 부탄가스도 환각현상을 일으킨다는 점 에서 대마초와 유사하지만 그 독성이 치명적이어서 뇌조직을 파괴하고, 정신을 황폐화 시킨다. 본드와 부탄가스 등은 다른 물질은 녹이는 유기용매로 작용하기 때문에 필로폰이나 대마초같은 일반 환각제와 달리 뇌혈 관장벽을 쉽게 통과한다.

이 때문에 뇌를 망가뜨 려 중추신경을 파괴하는 것은 물론 독성감념, 골수파괴로 인한 재생불량성 빈혈, 청각 및 시각장애, 납중독 등 신체의 모든 장기에 손상을 가져오는 무서운 독극물의 하나다. 특히 본드나 부탄가스 등 유기용매는 단1회의 흡입으로도 뇌가 망가지거나 생명을 잃 을 수 있는 물질이므로 독약으로 생각하는 것이 좋다.

필로폰 등 환각제나 본드, 부탄가스 등을 장기흡입하면 중독증이 나타나는데 약효가 없어지면 몸이 처지고 피해망상이나 과잉공격 등에 사로잡히는 등의 금단현상도 생길 수 있다.

중독증이 심화대 망상형 정신분열증이나 반사회적이고 비윤리적이고 포악한 동물같은 행동이 나타나면 거의 완치가 불가능한 폐인으로 전락한다. 건전한 정신으로 상황을 판단할 수 있는 능력이나 사회나 가정 속에서의 자신의 위치를 판단할 수 있는 능력, 집중력과 새로운 세계에 혼신의 힘을 다해 도전하고 싶은 욕구를 상실케 하는 것이 환각제가 청소년에게 미치는 가장 큰 해독일 것이다. 환각제 근절의 근복적 처방은 사회문제의 해결에 있다.

건설적인 올바른 가치관이 사회 전체에 확립돼야지, 부동산 투기로 졸부가 되는 등 가치 있고 건전한 노력 없이 쉽게 보답을 얻게되는 사회에서는 환각제 복용이 성행할 가능성이 크다.

단기적 대책인 마약단속 외에 학교나 사회단체에서 약물교육을 구체적으로 실시하여 환각제가 주는 정 신적, 신체적인 폐해를 구체적으로 이해시키는 것이 중요하다.

44. 인체의 최고사령부

대뇌피질은 대뇌반구 표면의 회백질로, 두께가 평균 2.5 밀리미터, 표면적이 2300 제곱 센티미터 가량으로 신문지 한장 넓이다. 용적은 550 세제곱 센티미터 정도로서 그 속에 들어있는 신경세포 수는 대략 150억개로 추정된다.

대뇌피질은 편의상 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽으로 크게 나눈다. 이 밖에 대뇌반구 속에는 먹는 배처럼 생긴 이상엽 그리고 뇌척수액이 돌아다니는 측뇌실의 밑변에는 해마 모양을 한 해마(海馬)등이 있는데, 이들을 통틀어 변연엽이라 한다. 대뇌피질은 여섯 층의 세포로 구성되어 있는데, 계통발생상 오래된 변연엽을 고피질이라 하고, 나머지 대뇌피질은 비교적 늦게 발달되었기 때문에 신피질이라 한다.

신피질에서 볼 수 있는 주요한 신경세포는 원추 모양의 추체세포와 과립 모양의 과립세포이며 그 첨단부에서 피질표면으로 향하여 첨단수상돌기가 나오고, 기저부에서 피질 아래로 축삭돌기가 뻗어 있다. 이와 같이 대뇌피질은 수평으로 나란히 배열된 세포층이 중첩된 구조이지만 신경세포를 연결하는 축삭돌기의 방향은 수직으로 뻗어 있어 수평으로의 신경세포 연결은 제1층 분자층을 제외하면 미약하다. 따라서 왕래는 주로 수직방향이며 수평으로의 흥분전도는 드물다.

그래서 대뇌피질은 수직방향으로 연결된 신경세포 기둥이라 하겠다. 대뇌피질부는 아래에서 올라온 흥분을 최종 집합하여 명령을 수직방향으로 내려보내 적절한 행동을 하게 되어 있다. 우리 몸의 감각을 관할하는 중추부위는 브로드만 영역 1, 2, 3이고, 미각은 영역 43, 시각은 영역 17, 청각은 영역 41, 42이며, 운동을 관할하는 뇌중추부위는 영역 4, 6이며, 언어영역은 44, 45다. 주변부에 있는 연합영역이 이와 같은 고등기능을 보조하고 있다.

운동영역은 전두엽과 두정엽을 분리하는 중앙고리인 중심구의 바로 앞에 있다. 근운동에 영향을 미치는 피질하구조로 뇌의 가운데에 기저핵이 있다. 소뇌는 앞에서 말한 운동피질, 기저핵과 긴밀한 연락을 가지며 근운동의 정밀조정 역할을 한다. 이 영역은 신체의 반대쪽 반신이 표시되어 있으며 신체 상부의 근육은 운동영역 아랫부분이 지배하고 신체 하부의 근육은 운동영역 윗부분이 지배한다. 즉 상하좌우가 뒤바뀌어 있다.

운동피질의 면적은 근육의 크기보다 운동의 정밀도와 복잡성에 따라 결정된다. 즉 몸통보다 손, 입, 혀 등 세밀하고 정교한 운동에 관여하는 부위가 특히 넓은 자리를 차지한다. 이것은 인간이 손을 놀리며 일하고 입으로 말하며 생활하기 때문이다. 인간 생활에서 근운동은 입을 중심으로 하는 말하기와 손을 중심으로 하는 작업이 주이기 때문에 이곳을 지배하는 대뇌피질 면적이 넓어진 것이다. 한쪽의 운동영역이 파괴되면 반대쪽의 근마비가 오게 된다. 감각영역은 운동영역 중앙고랑인 중심구 뒤쪽, 즉 바로 뒤에 있는 후중심회전부위에 있다.

운동영역과 마찬가지로 감각영역도 감각이 정밀한 손, 입 등은 넓게 표시되고 감각이 둔한 몸통부위는 좁게 표시되어 있다. 중풍으로 한쪽 뇌혈관이 파열되거나 뇌혈관이 막히면 반대쪽 근운동이 마비되거나 감각이 마비된다. 양쪽 운동과 감각영역 모두가 침범되면 전신불구가 되며 한쪽이 전부 침범되면 반신불수가 될 수 있는 것이다. 그러나 극히 일부분이 침범되면 마비증세가 미약하여 잘 못 느낄 수도 있다. 청각영역은 측두엽에 위치하고 있다. 한쪽 청각영역의 장애가 있어도 난청이 오지 않는 것은 양쪽 청각영역이 연결되어 있기 때문이다. 시각영역은 머리 뒤쪽의 후두엽에 있다. 망막에서 시작된 시각 구심흥분은 시신경과 시각을 거쳐 몇 차례 뉴런을 교체하여 시각영역에 들어온다. 시각전도로가 파괴되면 시각장애자가 된다. 머리 뒤쪽을 심하게 다치면 물체를 볼 수 있는 전도로는 손상을 받지 않지만 물체를 종합적으로 의식하여 식별할 수 있는 능력이 없어지게 된다. 대뇌피질에는 기이하게도 통각의 느낌과 연관된 영역이 없다.

대뇌피질은 어떤 영역을 자극하거나 절단 혹은 절제하여도 아무런 통증을 느끼지 않는다. 통각은 일차적으로 뇌의 한가운데에 있는 뇌의 미분화된 영역인 시상에서 느껴지며 여기서 다듬어지지 않은 막연한 아픔이 의식에 떠오르면 대뇌피질이 아픔의 소재를 밝혀주는 듯이 보인다.

대뇌피질의 운동영역과 감각영역을 제외한 나머지 넓은 피질영역에서는 인식, 판단, 사고, 기억, 학습 등의 고등 정신기능이 이루어진다. 그러나 대뇌피질의 모든 영역을 이 기능과 결부시켜 말하기는 아직 이르다고 할 수 있다. 운동영역의 신경세포에서 의식적 근운동의 명령이 시발된다고 하여 흔히 운동영역을 운동중추라 한다. 그러나 사실 운동영역만으로 수의운동이 이루어질 수는 없다.

운동영역 신경세포는 아래로부터 흥분을 받아 아래로 흥분을 전달할 뿐 수의운동이 여기서 시작된다고 볼 수는 없다. 즉 수의적 흥분을 아래로 전달하는 1차 운동중추의 구실을 할 뿐이다.

이 관계는 감각영역에서도 마찬가지로 적용된다. 1차 감각영역은 감각을 의식하는 데 직접 관여하지는 않는다. 다만 구심흥분을 더욱 고위 감각중추에 전달하기 위한 중계소 구실을 한다.

그러므로 의식적 지각과 이에 대한 이해, 인식을 담당하는 뇌영역은 따로 있다고 보아야 한다. 바로 이들 수의운동의 구성과 감각의 인식기능을 담당하는 부위가 연합영역에 있으리라 믿어진다. 앞에서 말한 운동영역과 감각영역에 속하는 부분을 제외한 대뇌피질에는 아직도 넓은 영역이 남아 있다.

이 영역이 바로 연합영역으로서 동물이 발달할수록 연합영역 면적이 넓어지게 된다. 연합영역의 발달 정도가 고등 뇌기능의 발달 정도와 비례하며 문화발달 정도를 결정한다고 할 수 있다. 인간보다 연합영역이 더 발달한 동물이 있다면 인간보다 우위에 서서 우주를 지배하게 될 것이다.

시각을 통한 뇌의 외부세계와의 대화

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뇌가 어떻게 바깥세계에 대한 지식을 획득하는가 하는 것은 중요한 문제다. 뇌가 위대한 것은 우리가 보는 물체가 다른 조건에 있다 하더라도 그 대상을 정확히 판별할 수 있다는 점에 있다.

가령 조명조건이 다르면 물체의 표면에서 반사되는 빛의 파장이 변하지만, 뇌는 그것의 색을 정확히 판단할 수 있다. 손짓을 해가면서 말하는 사람 손의 망막상은 순간순간 변하지만 뇌는 일관되게 그 망막상을 손이라고 판단할 수 있다. 거리가 달라지면 물체의 망막상도 달라지지만 뇌는 그 대상의 진짜 크기를 알 수가 있다. 이와 같이 뇌는 쉴새없이 변화하는 시각정보의 홍수 속에서 대상의 보편적인 특징을 추출해내고 동시에 그에 대한 해석도 한다.

해석은 시각과 같은 감각과는 뗄 수 없는 관계를 가진다. 눈앞에 있는 것이 무엇이라는 지식을 얻기 위해서는 뇌는 망막에 비친 대상을 단순히 분석할 뿐 아니라 그 분석에 기초해 시각세계를 뇌 속에 적극적으로 조립해내지 않으면 안 되기 때문이다. 뇌는 이 목적을 위해 정교한 신경기구를 만들어 냈다. 눈은 삼라만상의 모습을 망막에 맺게 하여 앞을 보는 매우 정교한 장기다.

눈을 카메라에 견줄 수는 없겠지만, 눈과 카메라는 광학적으로 유사한 점이 많다. 앞에는 빛의 통로인 각막과 수정체가 있고, 안구의 외벽을 구성하는 공막이 있으며, 공막 안쪽에는 혈관성 맥락막과 망막이 있다. 뇌신경계는 시각을 처리하는 데 분업체계를 갖추고 있다.

즉 대뇌피질이나 하부신경계에는 시각대상을 형태, 색, 운동 등으로 나누어 전문적으로 처리하는 영역이 있다. 머리 뒤쪽 후두엽에 있는 시각피질은 시각을 관할하는 중추이며, 이 부위는 기능에 따라 다섯 개의 영역으로 나뉘는데, 각각 형태, 색깔, 운동성분을 구별한다.

후두엽 바깥쪽 부위는 운동성분을 취급하는 부위로서 여기가 손상을 입으면 물체가 정지해 있을 때는 볼 수 있으나 움직일 때는 볼 수 없다. 후두엽 안쪽은 색과 형태를 구분하는 부분으로 손상을 입으면 색맹이 된다.

이 영역의 신경세포들은 서로 결합하여 대규모 네트워크를 형성하고 있다. 이 네트워크는 각기 따로 처리된 화상신호를 통합하고 외부의 지식을 얻는 데 관여하고 있다. 전에는 '보는' 처리와 '이해하는' 처리를 담당하는 대뇌피질이 다른 위치에 있다고 여겼으나 지금은 복잡하게 상호연결되어 있는 것으로 보고 있다.

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