[신경과학] 7.1 : 뇌의 구조

 

 

이번 포스트에서는 뇌의 구조에 대해 알아보도록 하자.

 

 

 

 

뇌의 anatomical한 구조는 위와 같음. 이러한 구조를 이해하면 궁극적으로 뇌의 기능에 대한 단서를 얻을 수 있을 것이므로 neuroanatomy를 공부하는 것은 중요함.

 

 

 

 

nervous system은 위와 같음. 일단 central nervous system으로는 brain, spinal cord가 있고, 이외에 이들로부터 뻗어나와 온몸 구석구석의 sensing, moving을 유발시키는 peripheral nerve system이 있음.

 

 

우선 central nerve system(CNS)에 대해서부터 알아보자. 일단 CNS와 PNS를 구분하는 여러 가지 방법이 있을 수 있는데, 가장 대표적으로 CNS는 뼈에 둘러싸여 보호되고 있는 반면 PNS는 그냥 뼈 없이 노출되어 있음. (PNS는 실제로 손상되어도 어느정도는 복구가 가능함) 이 밖에 CNS는 decision making을 할 수 있지만 PNS는 이것이 불가능하다는 차이점도 있음.

 

 

brain에는 hindbrain, midbrain, forebrain이 포함되며, thought, emotion, memories, voluntary/involuntary movement, neuroendocrine regulation 등과 밀접하게 관련되어 있음. 한편 spinal cord는 efferent(밖으로 뻗어나가는 방향) nerve와 afferent(들어오는 방향) nerve의 신호를 brain까지 전달해주는 징검다리 역할을 하고, 그 외에 reflex 반응에 관련되어 있기도 함.

 

 

참고로 peripheral nerve는 cranial nerve와 spinal nerve로 나뉘는데, 이 중 안면부 신경을 제외한 모든 peripheral nerve는 다 spinal cord로 신호를 일단 보내는 spinal nerve임. 한편 cranial nerve는 시각, 청각, 안면부위 신경세포들이 해당하며(두부 신경세포) 이들은 직접 brain과 synapse를 형성하여 바로 정보를 전달하게 됨. (이들 감각은 특히나 더 복잡하기도 하고, 뇌 근처이므로 이러한 synapse 방식이 더 효율적일 것임)

 

 

 

 

위 그림은 mammalian의 brain을 보여주고 있음. 보면 실제로 rat에 비해서 human과 같은 고도의 지능을 가진 영장류의 경우 전두엽이 상대적으로 크고(그리고 대뇌가 소뇌보다 상대적으로 큼) 대뇌피질이 쭈글쭈글하다는 것을 알 수 있음.

 

 

본격적으로 anatomy에 대해 알아보기 전에, axis에 대한 개념을 먼저 알아보자.

 

 

 

 

일단 위와 같이 쥐의 경우에서의 axis를 생각해보자. 보면 일단 앞쪽을 anterior 혹은 rostal이라 하고 뒤쪽을 posterior 혹은 caudal이라 함. 그리고 등쪽을 dorsal, 배쪽을 ventral이라 함. 한편 나머지 하나의 axis의 경우 특이한데, 대부분의 mammalian의 경우 좌우대칭임. 따라서 그냥 위 그림 오른쪽과 같이 몸의 중심쪽을 medial, 몸의 가쪽을 lateral로 말함.

 

 

 

 

 

이 때 위와 같이 뇌를 section할 수 있음. 우선 midsagittal section은 medial-lateral axis에 대해 수직한 방향으로 자른 section임. horizontal section은 dorsal-ventral axis에 대해 수직한 방향으로 자른 section임. coronal section은 anterior-posterior axis에 대해 수직한 방향으로 자른 section임.

 

 

 

 

 

이를 이용할 시 실제로 사람의 뇌도 위와 같이 section해 구분하는 것이 가능함. 이 때 기본적으로 사람의 뇌의 경우에도 dorsal-ventral axis, anterior-posterior axis, medial, lateral axis의 세 개 axis로 position을 구분 가능함. 물론 사람의 경우 직립보행을 하므로 위 그림에서와 같이 뇌의 윗부분이 dorsal이 된 것이 어찌보면 차이점임. (물론 위 그림에 나타나 있듯 spinal cord에서는 다시 등쪽이 dorsal임)

 

 

 

위 그림은 mouse의 brain을 다시금 나타내주고 있음. 이 중 위 그림 아래쪽에 나타난 것이 바로 horizontal section으로 자른 뒤 볼 수 있는 결과임.

 

 

 

 

이 때 쥐의 뇌는 위 그림에서와 같이 cerebrum, cerebellum, brain stem, spinal cord로 구성되어 있음.

 

 

 

 

 

쥐의 뇌와 비교해서 사람의 뇌를 보면 cortical volume, forbrain volume이 상당히 증가함. 이에 따라 상대적으로 olfactory bulb, cerebellum의 volume 등은 감소함. 그 밖에 사람의 뇌는 쥐의 뇌와는 다르게 대뇌피질이 쪼글쪼글함.

 

 

 

 

 

이때의 주름구조는 위와 같음. 보면 봉우리처럼 올라와 있는 부분을 Gyrus, 푹 꺼져 있는 부분을 Sulcus라 함. 한편 lobe가 엄청 많이 꺼져 있는 부분을 따로 일컬어 Fissure라 함. 이 Fissure는 Sulcus와 겉보기에는 비슷해보이나 상당히 다른데, 실제로 fissure로 나누어진 두 개의 lobe 사이로 정보가 전달되려면 꽤나 먼 거리를 우회해서 가야 함.

 

 

 

한편 대뇌피질의 바깥쪽을 gray matter, 안쪽을 white matter라 하는데, 이 중 안쪽의 부분은 사실 이 부분에 neuron 중 myelinated axon fiber가 많아서 흰색으로 보임. (myelin sheath는 소수성이어서 빛을 잘 반사함) 한편 바깥쪽 부분은 gray matter로, 이 부분에는 cell body가 위치하고 있어서 빛이 거의 흡수된 결과 gray로 나타남.

 

 

 

 

 

물론 그렇다고 해서 brain의 내부 부분이 모조리 다 fiber로만 차있는 것은 아닌데, 위 그림에서도 나타나 있는 것처럼 white matter 중간중간에 얼룩덜룩하게 gray matter가 존재하고 있는 것을 알 수 있음. 이처럼 white matter 안쪽에도 기능적으로 특수화된, cell body가 위치하고 있는 부분이 있다는 것을 알아두고 넘어가면 됨.

 

 

 

 

실제로 cerebrum은 위와 같이 크게 frontal lobe, parietal lobe, temporal lobe, occipital lobe로 나누어짐. 이 중 frontal lobe와 parietal lobe 사이에는 central sulcus가 존재함.

 

 

 

 

한편 위와 같이 실제로 brain을 기능에 따라 더욱 fine하게 mapping할수도 있음. 이 때의 map을 만든 사람이 Brodmann임.

 

 

 

 

실제로 쥐, 혹은 alligator의 특정 부분 cortical column을 얻어서 살펴보게 되면, 하나의 cortical column이 다양한 종류의 모양, 연결성, 기능을 가진 neuronal cell들로 이루어진 층들이 존재하는 것을 알 수 있음. 이러한 층들이 서로 column specific하게 서로 연결되면서 하나의 column이 functional한 unit으로 기능할 수 있게 됨.

 

 

 

 

위와 같이 실제로 human, cat, rat의 뇌를 비교해보면 정확한 위치, size등은 다르지만 motor sensory, visual, auditory 등의 위치관계가 대략적으로 비슷하다는 것을 알 수 있음. 이를 통해 우리가 rat, cat 등의 model 생물의 뇌를 연구하는 것에 대한 당위성을 어느 정도 얻을 수 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 척수(spinal cord)와 말초신경계의 구조에 대해 알아보자.