뇌 구조와 기능

인간의 뇌를 상하 단면으로 구분한다면, 대뇌피질은 최고 상층부의 신피질과 하층부의 변연계 그리고 뇌간으로 구성된 구지피질로 나눌 수 있다. 신피질은 지적 중추로 의지나 판단, 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 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.

 연수의 신경핵을 이루는 세포체들은 척수 내 뉴런과 동일하게 반사궁을 형성한다. 이 반사궁은 외간에 위치하게 때문에 척수 신경을 통하는 것이 아니라 뇌신경을 통한다. 연수가 조절하는 반사가 바로 심장박동과 호흡 조절이다. 의식적으로 저절하는 것이 아니라 반사 적으로 조절하기 때문에 생명 유지에 보다 효율적이다. 심장은 자체적으로 박동할 수 있는데 박동 속도는 어떤 행동을 하고 있는가에 따라서 연수가 반사적으로 조절한다.

 운동을 할 때는 근육에 전달되는 혈액 공급을 증가시키기 위해 심장 박동이 증가해야 하고, 때문에 혈압도 올라간다. 만약 운동을 하는 중의 혈액 공급이 평상시와 똑같다면 운동으로 너무 많은 에너지와 산소를 소모하는 근육 때문에 뇌로 공급하는 에너지와 산소 비율이 상대적으로 감소하게 될 것이다. 뇌에 공급되는 에너지와 산소가 과도하게 감소하면 뉴런의 작동이 중단되는데, 이것은 현기증이나 심하면 의식 상실로 이어질 수 있다. 따라서 연수는 미주신경을 통해 반사를 조절하여 이러한 위험 상황을 미연에 방지한다. 연수가 충실히 반사를 수행하더라도 때로는 현기증을느낄 수 있는데, 의자에서 갑자기 일어설 때처럼 혈압이 감소하는 속도가 연수의 반사 속도보다 빠를 때는 순간적으로 현기증을 느낄 수도 있다.

 연수는 생명 유지에 관련된 중요한 뇌 구조이다. 인간은 대뇌 절반을 잃고도 생존할수 있지만, 연수는 조금만 손상되어도 생명을 잃을 수 있다. 알코올 섭취로 연수의 기능이 떨어지면 심장박동이나 혈압이 변하고, 호흡도 변화한다. 술에 취하면 일반적으로 호흡이 길어지는데 바로 연수의 기능 저하 때문이다.

뇌간 부위에서는 연수와 중뇌 사이에는 뇌간이 있다. 뇌간 뒤편에는 좌우 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. 부드럽고 정교한 신체 동작은 유전적으로 혹은 반사적으로 이루어진다. 뇌신경 연구자들은 동작 훈련이 반복되면서 소뇌 안에 동작에 관한 회로가 만들어진다고 생각한다. 피아노 연주를 하려면 관련된 신체 근육들을 일정한 시간 계획에 따라 적절한 힘을 부드럽게 조절해야 하는데 피아니스트가 곡을 반족해서 연습하면서 소뇌의 신경세포들이 시냅스 효율성을 수정해 가고, 이것을 통해 새로운 회로 경로를 형성하게 된다. 

 뇌간은 좌우 소뇌를 연결하는 다리와 같은 기능을 하며 뇌간의 앞부분에 해달한다. 뇌간과 소뇌 사이의 뇌간 영역은 망상 조직으로 서 움직을 통제하는 여러 회로가 있다. 또한 이 영역은 수면 중에 나타나는 꿈과 관련이 있기도 하다.

  중뇌는 뇌간 영역 중에서도 가장 상층부에 위치하면서 척수 반사들을 종합하여 일련의 복합적인 움직임을 만들어 내는 뉴런으로 이루어져 있다. 중뇌 뒤쪽에는 시개와 하구라고 부리는 좌우 한쌍씩 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 시개와 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 시 게와 하구이다.

 시 게는 자극에 시선을 향하도록 하는데 요구되는 안구와 목의 움직임을 뇌간 부위 뉴런들에게 지시하는 역할을 한다. 이때 소뇌는 필요한 궤적을 계산하는 역할을 하는데, 매번 움직일 때마다 궤적을 계산하는 것이 아니라 자극의 위치와 움직임이 결정되면 반복 연습을 통해서 이미 저장되어 있는 궤적을 알려 주는 것처럼 보인다. 척수 상부에서부터 연수와 뇌간 그리고그리고 중뇌 중앙을 관통하는 망상체라는 뉴런 집단이 있는데, 중뇌 그물조직은 의식의 각성 수준을 결정하고 주의와 수면에 중요한 역할을 한다.

 시상은 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.