그러나 1980년에 들어와서 블랙박스의 한 모퉁이가 무너지기 시작했다.
포지트론CT(패트)라는 뇌 속을 직접 들여다볼 수 있는 기계의 개발과 분자생물학의 발전에 의해 뇌신경의 활동과 갖가지 물질의 움직임이 분자 수준에서 손에 들고 보듯이 이해되기 시작했기 때문이다. 즉,인간의 뇌 속에 있는 물질이 인간의 정신 활동과 어떻게 관계되고 있는가를 분자 수준에서 추측해볼 수 있게 된 것이다.
인간의 뇌는 말하자면 수백억 개의 신경세포로 만들어진 컴퓨터이다.
인간의 정신은 컴퓨터가 찍어내는 '정보'이며 도파민 등의 분자는 그런 정보를 조절하고 창출
해 내고 있다. 여기서 흥미로운 사실은, 완전히 수수께끼로 방치되어온 인간의 무의식과 심층
심리 분야가 뇌내물질의 동태에 의해 설명될 수 있는 단서를 얻었다는 것이다. 분자생물학과
분자생리학은 이와같은 분자 수준에서 뇌의 활동을 차례차례 해명하고 있다. 인간의 정신을
'뇌 속의 분자활동'으로 설명할 수 있는 시대가 된 것이다. 우리는 급속하게 밝혀지고 있는 뇌
에 대해 <눈에 보이는 뇌>와 <눈에 보이지 않는 뇌>로 구분하고, 현재까지 밝혀진 가장 새로
운 뇌의 모습을 소개할 것이다. 뇌의 온갖 활동-수면과 학습, 운동, 기억, 창조 등에 관해 살펴
보고, 나아가서는 정신과 마음에 관한 부분도 이야기할 것이다. 또한 2부에서는 뇌의 과학에
관해 흥미를 느끼면서 이해에 접근할 수 있게 하기 위해 생활 속의 뇌에 대해 이야기할 것이
다.
오랫동안 꿈꾸어 오던 달나라에 인간이 처음으로 발을 내디딤으로써 인간의 사고는 생명의
신비를 밝히기 위해서 지구를 벗어나 무한한 우주를 향해 항해를 하게 되었다. 지구중심적인
사고의 틀을 벗어나 다양한 창조적인 생각이 가능하게 된 것이다. 창조는 인간만이 지니고 있
는 고유한 기능이며, 인간이 만물의 영장으로서 다른 동물과 구별되는 점이다. 끝없이 펼쳐져
있는 우주를 포용할 수 있는 이런 창조적 기능정신 은 바로 인간의 뇌에서 나온다. 뇌는 인간
활동의 전 영역을 통괄하는 콘트롤센터로서 인식, 사고, 판단 등의 다이내믹한 의식활동과 다
양한 감정,행동, 그리고 더나아가 고차적 정신세계까지도 담당한다. 이성,지성,인격의 주체는 누
구인가? 더나아가서 무엇이 인간을 인간답게 만드는가? 이와같 이 근본적인 물을에 대한 대답
은 사람마다 다를 수 있지만 분명한 것은 인간의 신체 가운데 뇌가 인간의 특성을 결정한다는
것이다. 다시 말하자면 뇌가 우리 스스로라는 말이다. 뇌 없이 인간의 고귀한 사상과 마음이
있을수 있겠는가? 뇌는 우리 몸무게의 2%, 신문지 한 장 정도의 부피밖 에 차지하고 있지 못
하지만 무궁무궁한 창조력과 상상력은 능히 우주보다 넓고광대하다고 할 수 가 있다. 흔히 표
현 되고 있듯이 마음이 결코 가슴이나 심장에 있지 않다는 것은 누구나 알고 있 는 사실이다.
눈이나 귀, 손은 외계의 정보를 받아들이는 입구일 뿐이다. 신경세포와 신경 섬유로 구성된 생
물학적 존재이면서 고도의 정신활동까 지를 총괄하는 뇌는 소우주라 불리울 정도로 복잡하여
우주연구에 비길 정도로 끝이 없다. 앞으로의 세기에는 크게 두가지 문제가 과학적 과제로 대
두 되리라 생각하고 있다.그 하나는 우주 의 신비를 밝히는 것이고 ,다른 하나는 바로 우주인
우리내의 신비를 밝히는 것이다. 최근에 과학계에서 일어나고있는 여러 움직임 가운데 가장 주
목할 만한 일중의 하나는 미국국회의 상하 양원 101차 합동 회의에서 1990년부터 2000년까지
10년간을 뇌 의 10년으로하는 법안이 통과되었으며 부시 대통령이 이에 서명함으로써 뇌 연구
에 역사적 전환 점이 마련되었다는 사실이다. 과학계 전체 분야 중에서 10년으로 명명되는 법
안이 통과된 것은 뇌가 처음이다. 또한 1987년 베네치아에서 열린 G7 서방 선진7개국 정상회
담에서 '인간첨단과 학 프로그램(HFSP: human frontier science program)'이 채택되어 올해부
터 막대한 연구비를 투 입해서 연구가 시행되고 있는데 이 프로그램도 역시 뇌의 신비를 밝히
는 것이 주목적이다. 광할한 우주의 생성 신비를 밝히고자 하는 미래의 우주연구와 우주전체보
다 더 넓고 무한한 창조력을 가진 뇌의 신비를 밝히고자 하는 뇌 연구는 생명의 신비를 밝히
는 일뿐만 아니라 미래 산업혁명을 일으킬 신경 컴퓨터, 인간 로봇 개발등에 중요한 공헌을 하
기 때문에 선진국에서는 21세기를 대비한 이러한 움직임이 태동되고 있다. 뇌를 정복하는 날
인간정체의 전모가 밝혀질 것이다.
그렇다면 과연 뇌란 무엇일까?
뇌란 우리의 머리속에 들어있는 신체기관이다. 이 기관은 아주 놀라운 능력을 가지고 있으면
서도 아주 연약하기 때문에 두개골이라는 뼈로 둘러 쌓여 있다. 뇌의 기능은 우리가 늘상 생각
하고 있는 모든 것과 보는 것, 말하는 것, 냄새맡는 것, 모든 감정 그리고, 우리몸이 움직이기
위해 필요한 모든 행동을 관장하는 곳이다. (혹은 사람중에 생각이 마음, 가슴에서 나온다고
생각을 하는 사람을 하는데 그것은 그렇지가 않다.) 뇌는 이렇게 중요하기 때문에 만약 뇌가
기능을 잃는다면 우리는 아무것도 할수 없게 된다. 실제로 뇌가 죽는 뇌사(腦死:뇌가 죽음)의
경우에 있는 사람은 숨쉬는 것밖에는 아무것도 할 수가 없고, 삶의 존재가 그 사람에게는 무의
미하게 될 수 있는 것이다. 그러면 '뇌는 과연 어떻게 그런 기능을 수행하고 어떻게 생겼으
며.......' 이런 식으로의 질문이 생길 수가 있을 것이다. 그러나 아직도 많은 것이 밝혀지지 않고
있으며 수많은 학자들이 연구중에 있다. 이제 여러분은 앞으로 이어질 "인간의 뇌"에 관한 발
표를 통해, 지금까지 알려진 뇌의 신비에 대해 이해하고, 뇌에 대한 수많은 궁금증들을 적은
부분이나마 해결할 수 있기를 바란다.
<<본론>>
Ⅰ보이는 뇌
1. 사람의 뇌
사람의 뇌는 너무나 매력적인 구조이다. 뇌는 사람이 그들 자신에 대해 생각할 수 있도록 오
랜 시간 인간을 위해 헌신했다. 그러나 우리는 지금까지도 뇌의 작용을 대부분 모르고 있으며
이미 발견된 것들도 때로는 믿기가 어렵다. 예를 들어, 우리가 일생 동안 지껄이고 들었던 그
모든 단어들이 우리들의 뇌에 쌓여있다지만, 우리들은 그 중에서 단 하나도 기억해 내지 못할
지도 모른다.
사람의 뇌는 무게가 약 1.4kg이며, 부피는 약 1,300∼1,500cm3이고, 1,000억 개 이상의 신경세
포와 적어도 이들의 10배정도 되는 신경교세포(glial cell)가 있다. 뇌와 척수는 회백질(gray
matter)과 백질(white matter)로 되어 있으며 뇌의 회백질은 백질의 바깥쪽에 놓여 있다(척수
에서는 이와 받대임).
젤라틴과 같은 물질로 되어 있는 정교한 뇌는 보호가 필요하다. 때문에 주위를 둘러싸고 있
는 단단한 두개골 이외에도 뇌척수막(meninge)이라 불리는 3겹의 질긴 보호막으로 둘러싸여
있다. 이 뇌막 사이의 공간과 내 내부의 공간들은 뇌척수액(cerebrospinal fluid)으로 채워져 있
는데, 이 액체는 압력과 충격을 흡수하는 역할을 한다.
혈액의 공급을 보자. 뇌는 매우 활발한 물질대사가 일어나는 곳이며 따라서 순환계에 대한
요구도 그만큼 크다. 뇌는 심장에서 나오는 혈액의 15%를 공급받는데(휴식상태), 산소가 결핍
되면 금방 제기능을 못하게 된다. 포도당은 뇌에 필요한 에너지의 대부분을 공급하는 공급원이
며 뇌는 몸이 섭취하는 포도당의 75%를 소비한다.
혈액을 뇌로 운반하는 동맥은 이 중요한 기관에 충분한 혈액을 공급하기 위하여 뇌의 기부
에서 윌리스 동맥환(circle of Willis)이라는 특수한 환을 형성한다. 그리고 그곳에서 뇌의 여러
부분으로 들어가는 작은 동맥으로 다시 나누어진다. 그러나 각 가지는 한 부위 이상을 책임지
기 때문에 환으로부터 나온 가지 하나가 막히게 되면 그 동맥에 의존하는 부위는 환의 다른
가지로부터 혈액을 공급받을 수 있다. 그렇게 해서 가능한 한 손상을 줄이게 된다.
뇌는 혈액에 흐르는 물질로부터 보호되어 있다. 혈액을 통해 운반된 물질이 뇌조직으로 들어
가려면 먼저 혈관-뇌장벽(blood-brain barrier)을 통과해야 하는데, 이것은 혈액으로부터 뇌로
들어가는 물질들을 제한하기 위한 메커니즘이다. 이 장벽의 일부는 모세혈관에 의해 이루어지
는 것으로서 뇌의 모세혈관을 구성하고 있는 내피세포(endothelial cell)들이 아주 빽빽하게 서
로 붙어 있고 그 위를 세포막이 싸고 있다. 더욱이 혈액을 떠난 물질은 신경세포로 들어가지
전에 먼저 발처럼 생긴 돌기를 모세혈관에 뻗고 있는 성상교세포(astrocyte)를 통과해야만 한
다. 현관-뇌 장벽의 존재는 한편으로 새로운 약의 효과를 실험하고자 할 때 상당한 어려움을
야기시킨다. 그러한 호학물질의 대부분은 이 현관-뇌 장벽을 지날 수가 없고 따라서 뇌조직에
도달할 수가 없기 때문이다.
사람의 1.4kg짜리 뇌가 지구상에서 가장 큰 뇌는 아니다. 고래와 돌고래는 사람보다 더 큰
뇌를 가지고 있다. 그러나 지능은 단순히 크기의 문제가 아니라 몸에 대한 상대적인 크기와 관
련이 있는 것 같고, 사실 인간의 뇌 속에는 다른 동물에 비해 훨씬 더 많은 세포가 들어 있다.
모든 척추동물의 뇌는 크게 전뇌, 중뇌, 능뇌의 3부분으로 나누어져 있다. 이제 전뇌부터 살
펴보자.
전뇌(forebrain)는 인간의 뇌 중에서 가장 크고 가장 중요한 부분이며 의식적인 생각, 추론,
기억, 언어, 감각에 대한 지각과 해석, 골격근을 의지에 따라 움직이는 일 등을 담당하고 있다.
전뇌는 대뇌 이외에도 시상(thalamus), 망상체(reticular system), 시상하부(hypothalamus), 대
뇌변연계(limbic system) 등을 포함한다. 먼저 '생각하는 장소'인 대뇌부터 살펴보자.
1) 대뇌(Cerebrum)
대부분의 사람들은 뇌라는 단어를 떠올리면 깊게 주름이 있는 커다란 두 개의 뇌반구(gray
hemisphere)를 생각할 것이다. 그러나 그 뇌반구는 실제로 뇌l의 한 부분인 대뇌에 해당한다.
대뇌의 왼쪽과 오른쪽을 대뇌반구(cerebral hemisphere)라 하고, 대뇌의 바깥 부분을 대뇌피
질(cerebral cortex)이라 한다. 대뇌피질은 얇지만 수많은 신경세포들의 세포체와 수상돌기로
이루어져 있고 여러 개의 층으로 되어있다. 피질 밑에는 백질이 있으며, 이것은 미엘린수초로
싸인 신경섬유들로 이루어져 있다. 이들 섬유들은 정보를 받아들이고 그것을 피질에 전달하며,
피질로부터 통합되어 내려온 메시지를 다른 부분으로 전달하는 역할을 한다. 모든 척추동물이
대뇌를 가지고 있지만 각 강(분류의 단위, class)마다 뚜렷한 차이가 있으며, 우선 피질의 발달
정도가 다르다. 어떤 종류의 척추동물은 대뇌 없이도 대부분의 행동을 수행할 수 있으며 대뇌
는 단지 그러한 행동을 가다듬는 역할을 할뿐인데, 이런 동물은 대개 깊이 사고할 수 없는 동
물로 간주되며, '구뇌(old brain)', 즉 뇌 중에서 가장 먼저 진화된 부분 속에 프로그램된 본능
적인 행동에 많이 의지한다. 더욱 진보된 동물일수록 대뇌가 중요한 역할을 한다.
예를 들어 개구리의 경우에는 대뇌가 제거된다 해도 행동에 큰 제약을 받지 않는다. 따라서
대뇌가 없다 할지라도 개구리는 스스로 뒤집어진 몸을 바로잡거나, 자극을 가하면 꿈틀거리며
심지어는 파리를 잡을 수도 있다. 생식적인 행동도 뇌없이 일어난다. 그러나 개구리에 비해 대
뇌에 많이 의지하는 경우에는 대뇌를 제거하면 겨우 명암만을 구별할 것이다. 대뇌가 제거된
고양이는 소리를 내고, 음식을 삼키고, 또 고통을 피하기 위하여 움직이기도 한다. 그러나 그
움직임은 느리고 마치 로봇이 움직이는 것처럼 정교하지 못할 것이다. 대뇌가 제거된 개는 훨
씬 더 심각한 결과를 가져와 사람이 음식을 강제로 먹이지 않는다면 그대로 굶어 죽고 만다.
대뇌를 제거한 원숭이는 거의 마비 상태가 되어 명암조차 구별할 수 없다. 사람의 경우에는 더
욱 심해져서 대뇌가 많이 손상될 경우 아무 것도 볼 수 없게 되며, 거의 모든 면에서 완전히
마비된다.
진화적인 견지에서 볼 때 뇌의 다른 부분의 기능들이 점차로 대뇌로 이전되는 경향이 있다.
일반적으로 대뇌가 관여하는 정도는 그 크기에서 나타난다. 따라서 보다 진보된 동물일수록 상
대적으로 큰 대뇌를 가지고 있기는 하지만 단지 크기가 대뇌의 복잡성에 대한 유일한 척도는
아니다. 뇌 자체의 크기가 증가되지 않더라도 주름으로 그 표면적을 넓힐 수 있으며, 사실 쥐
에게는 사람의 뇌와 같은 고도의 주름이 없다. 지능이 높은 돌고래가 주름진 대뇌를 가지고 있
지만 인간의 대뇌보다 그 층의 수가 적다.
2) 대뇌의 엽들
인간의 대뇌반구는 전두엽(frontal lobe), 두정엽(parietal lobe), 후두엽(occipital lobe), 측두엽
(temporal lobe)의 4개의 엽으로 되어 있다. 뒤쪽에 있는 부분이 후두엽인데, 이것은 시신경에
서 시각정보를 받는 부위를 말하며 여기서 시각이 분석된다. 만일 이 부분에 손상을 입게 되면
손상된 부위가 관여하고 있는 시계 부분은 검은 점으로 나타나게 된다.
측두엽은 뇌의 양쪽면에 있는데, 그 모양이 대략 권투 장갑의 엄지손가락을 닮았고 그 앞에
는 깊은 골인 측력(lateral fissure)이 있다. 측두엽은 주로 청각과 후각에 관계되는 감각 부위
로부터 정보를 받아 처리하는 역할을 한다. 또한 시각 정보의 처리에도 관여하는데, 아마 후두
엽에서 받은 대략적인 정보를 좀더 포괄적으로 바꾸는 역할을 한다고 생각된다.
전두엽은 대뇌의 앞쪽 부분인데, 사람들이 잊어버린 것을 생각할 때 손바닥으로 짚는 바로
그 부분이다. 이 전두엽의 일부는 의식적인 움직임을 조절하는 일에 관여하며 또 다른 부분은
말을 할 수 있도록 언어중추라고 생각된다.
전두엽의 바로 앞은 전전두엽(prefrontal area)이라고 불린다. 한때는 이 부분이 지능의 장소
로 생각되었지만 지금은 감각정보의 분류가 그 주요기능으로 판명되었다. 다시 말해서 정보와
자극을 적절하게 나누는 일을 한다는 것이다.
두접엽은 전주엽의 바로 뒤에 놓여 있는데, 이들 두 엽은 중심렬(central fissure)이라 불리는
깊은 골에 의해 분리된다. 두정엽은 피부의 감각수용기로부터 감각을 받는 부분과 몸의 자세나
위치를 감지하는 부위를 포함하고 있다. 우리들이 지금 발을 쳐다보지 않더라고 발이 어디에
놓여 있는지 대강 알 수 있을 것이다. 거기에 대해 여러분은 두정엽으로 신경을 보내고 있는
근육과 힘줄의 수용기에 감사해야 한다. 두정엽이 손상되면 마비 상태와 몸이 크게 뒤틀리는
것 같은 감각을 초래하며, 또 주위 물체와의 공간적인 관계를 인지하지 못하게 된다.
3) 감각과 운동에 관련된 대뇌피질
신경생물학자들은 전극을 사용하여 피질의 여러 부분들을 자극함으로써 감각활동과 운동활
동에 특수화된 두 개의 커다란 부위를 찾아냈다. 운동령과 감각령이 바로 그것이며, 이들은 열
(fissure)들 사이의 특정한 회(gyrus)에 놓여 있다. 운동령은 중심렬의 바로 앞에 놓여 있으며
의식적인 근육운동을 일으키는 운동신경충격(motor impulse)을 일으킨다. 중심렬 뒤에는 또 다
른 회가 놓여 있고, 이는 피부(접촉, 압력 등)와 미각수용기로부터 감각정보를 받는다.
4) 두 개의 뇌
두 개의 대뇌반구는 크기와 잠재 능력이 비슷하지만 그 형태가 완전히 동일하지는 않고 능
력도 상당히 다르다. 예를 들어 특정한 학습양상의 조절은 둘 중 어느 한쪽 반구에서 일어난
다. 두 반구 사이의 차이점에 대한 또 다른 증거는 손의 사용에서 볼 수 있다.
흥미롭게도 쥐나 앵무새도 오른손과 왼손의 사용에서 차이를 보인다. 사람은 89%가 정도가
오른손잡이다. 그러나 쥐나 앵무새의 경우에는 약 반 정도만이 오른손잡이다. 신경다발이 몸
한쪽에서 반대쪽 뇌로 건너가기 때문에 오른쪽 몸은 왼쪽 뇌가 오른쪽 뇌에 의해 조절된다. 그
래서 오른손잡이인 사람들은 왼쪽 뇌가 더 발달되어 있고, 왼쪽 뇌가 오른쪽 뇌보다 약간 더
크다. 손잡이에 관한 연구에는 신가한 것이 많다. 예를 들어 프로테니스 선수나 화가들 중에는
왼손잡이가 의외로 많은데 그 이유는 아직 밝혀지지 않고 있다.
왼손잡이에는 두 종류가 있다. 좀더 흔한 형태는 뇌의 왼쪽이 더 발달되어 있는 경우이다.
이러한 왼손잡이들은 왼쪽 손을 구부리고 글씨를 쓴다. 또 다른 형태는 뇌의 오른쪽이 더 발달
되어 있는 경우인데, 오른쪽 반구는 기능적인 언어중추를 포함하고 있고 있으며 왼손을 조절한
다. 이들은 보다 평범한 자세로 글씨를 쓴다. 이렇게 오른쪽 뇌가 더 발달된 사람들 중의 소수
는 양쪽 손을 모두 사용하는데, 이 경우, 그들의 오른손은 더 발달된 오른쪽 뇌에 의존하기 때
문에 오른손으로 글을 쓸 때 손의 모양을 거꾸로 하게 된다.
언어, 인지, 지능 지수 검사를 수행하는 능력은 어느 한쪽 반구에 의한 것 같고, 어떤 경우에
는 그러한 부위가 어떤 손을 사용한가와 관련이 있다. 오른손잡이의 약 95%와 왼손잡이의 약
70%는 왼쪽 반구에 언어령을 가지고 있다(약 15%의 사람들은 뇌 양쪽에 모두 언어령을 가지
고 있다). 왼쪽 반구는 또한 분석 판단을 하는 곳이며, 공간에 대한 인지는 오른쪽 반구의 기
능이다. 왼쪽 반구가 손상되면 실어증(aphasia)이 될 수 있는 반면에 오른쪽 뇌가 손상되면 간
단한 그림이나 도표 등을 그릴 수 없게 된다.
이러한 특수화에도 불구하고 왼쪽과 오른쪽 뇌는 하나의 기능 단위로 작용하며, 오른쪽과 왼
쪽 대뇌반구 사이의 의사 소통은 일차적으로 뇌량(corpus callosum)을 통해 이루어진다. 만일
뇌의 한쪽이 어떤 것을 배우면, 그 정보는 이 뇌량을 통해 다른 쪽 반구로 전달될 것이다. 만
일 이 뇌량이 제거된다면 왼손이 무엇을 하고 있는지 모르게 된다..
뇌의 두 반구 사이에는 어느 정도의 보상작용이 가능하다. 예를 들어, 만일 주로 사용하는
손이 다치게 되었을 경우에는 다른 쪽 손을 사용하여 거의 같은 정도로 숙달된 상태가 될 수
있다. 어린아이의 경우 한쪽 반구가 심하게 부상을 입었다 하더라도 다른 쪽 뇌가 그 손상된
기능의 일부 혹은 모두를 대신할 수 있게 될 것이다. 그러나 이러한 전환 능력은 나이가 먹으
면서 점차 감소한다.
5) 피질의 언어령
인간의 뇌는 언어 능력에 기여하는 고도로 발달된 부위를 가지고 있다. 우리는 뇌의 여러 부
위들이 어떻게 서로 상호 작용하는지 이해하기 시작하는 단계에 있으며, 뇌일혈 환자로부터 이
러한 지식의 대부분을 얻고 있다. 뇌일혈이 일어날 때, 손상을 받는 뇌의 부분에 산소와 영양
의 결핍이 일어나고 따라서 뇌의 조직이 죽게 된다. 뇌일혈로 인한 전형적인 결과 중의 하나가
하보 실어증인데, 이것은 말을 제대로 못하거나 완전히 못하게 되는 것으로 특히 손상된 부위
가 피질의 왼쪽 뇌일 때는 더 심하다. 신경생리학자들은 뇌일혈을 통한 연구에서 왼쪽 반구의
3개 영역이 말하는 능력에 관련되어 있다는 결론을 내렸다. 그것은 브로카영역(Brocal's area),
베르니케영역(Wernicke's area), 각회(angular gyrus)이다. 물론 피질의 다른 부위들도 언어에
중요하다. 왜냐하면 언어능력이라는 것은 청각, 시각, 쓰기 등을 모두 포함하기 때문이다. 또
생각이라는 문제는 언급할 필요도 없을 것이다.
우리가 어떤 단어를 들을 때 그것은 청각수용기에 의해 받아들여진다. 그러나 만일 청각수용
기를 통해 들어오는 신경정보가 베크니케영역에서 분석되지 않는다면, 그 단어의 뜻은 해독되
지 않을 것이다. 반면에 우리가 말하는 단어의 신경정보는 베르니케영역에서 만들어진 후 적절
한 경로를 따라 브로카영역으로 전달된다. 그러면 브로카영역은 운동피질을 자극시키고, 운동
피질은 다시 성대, 입, 입술, 혀, 턱 등을 자극시켜 적절한 소리를 만들어 낼 것이다.
소리내어 읽는 일에는 피질의 시각령이나 청각령뿐만 아니라 각회도 관여한다. 눈을 통해 오
는 신경정보는 피질의 시각령에ㅔ 도달하게 되며 여기서 분석된 정보는 다시 각회로 전달되고,
그 부호들은 비로소 이곳에서 단어로 번역된다. 또 각회는 시각 정보를 베르니케영역에 있는
청각과 연결시킴으로써 우리가 본 단어들을 듣게 하며, 이러한 정보가 다시 브로카영역으로,
그리고 운동피질로 전달되어야 우리는 비로소 단어를 말할 수 있게 된다. 우리들 대부분은 단
어를 소리내어 읽고 싶지 않을 때 운동피질은 정지시키는 방법을 알고 있다.
브로카영역이 손상되면 문장의 문법 구조가 손상을 받는다. 동사와 대명사가 빠져 있지만 그
래도 노력을 기울이면 이해할 수는 있을 것이다. 베르니케영역이 손상되면 들어오는 정보를 적
절히 해독하지 못하게 된다. 이 경우에는 말속에 동사나 대명사 그리고 적절한 구들이 다 들어
있지만, 그들이 이상한 방법으로 엮어진다. 그래서 신경학자들은 베르니케영역은 문장의 기본
적인 형식을 만들어 내고 보로카영역은 그 구조를 다시 다듬고, 그것이 음성으로 나타나도록
조졸하는 역할을 한다는 결노을 내리게 되었다.
6) 시상(Thalamus)
시상은 전뇌의 기부에 위치한다. 그것은 핵(nuclei)이라고 불리는 구조로 되어 있는데, 핵은
신경세포의 세포체가 밀집되어 있는 곳을 말한다. 시상은 쌍으로 된 구조이며, 액체로 체워진
공간인 제3뇌실(3rd venticle)의 양쪽에 걸쳐 있다. 시상은 뇌의 '위대한 역'으로 불린다. 대뇌로
가는 대부분의 감각 정보가 이곳을 지나가야 하기 때문이다.
시상은 감각 정보를 통합하고 분류해서 적절한 대뇌 부위로 보내고 또한 대뇌로부터 신호를
받아 그것을 다시 소뇌로 보낸다. 만일 한 소년이 담 위를 능숙하게 걷는다면 대뇌가 그 일에
의식적인 초점을 맞추고 있기 때문이다. 하지만 그에 요구하는 평형은 실제적으로 소뇌에 의해
유지된다. 즉, 담을 따라 끝까지 걷는 모습을 친구들 앞에서 뽐낼 수 있도록 정교하게 조절해
주는 것은 소뇌이다.
마지막으로 시상은 의식을 유지하는 역할을 하는 피질에 신경충격을 전달하는 특별한 임무
를 갖는다. 이 마지막 기능에서 시상은 망상체(reticular system)라 알려진 신경로에 의존하며,
이 시스템은 시상을 전죄 깊숙한 부분까지 연결하는 뉴런들로 되어 있다. 망상체에 대해서는
아직 잘 알려져 있지 않지만 몇몇 흥미로운 사실들이 최근에 밝혀졌는데, 예를 들어 이것은 뇌
로 들어오고 나가는 대화를 다 검문하여 뇌를 귀찮게 하다는 것이다. 그 그물망은 들어온 정보
에 따라 뇌의 적절한 부분을 자극하는 일, 즉 각성시키는 역할을 하기 때문에 이 시스템이 더
많은 정보를 붙들수록 뇌의 더 많은 부위가 자극될 것이다.
망상체는 또한 수면에도 중요하다. 우리들은 시끄러운 술집의 마룻바닥보다는 어둡고 조용한
방의 침대에 누워 있을 때 훨씬 쉽게 잠이 들 것이다. 주위가 좀 더 조용하면, 들어오는 자극
이 적으므로 망상체는 적은 수의 메시지를 받게 되고, 따라서 휴식 상태로 들어간 뇌는 잠과
관련된 여러 과정을 시작하게 될 것이다.
7) 시상하부(Hypothalamus)
이름이 말하듯이 시상하부는 시상 아래에 놓여 있으며 뇌의 중앙에 놓여 있는 제3뇌실의 바
닥을 형성한다. 그것은 몸의 내무 환경과 행동을 조절하는 세포들로 조밀하게 들어차 있다. 시
상하부는 시상을 통하여 여러 재부 기관으로부터 감각정보를 받으며, 이 정보는 심장박동률,
식욕, 물의 체내농도, 혈압, 체온 등과 같은 체내의 상황을 조절하는데 사용된다. 그것은 또한
배고품, 목마름, 성욕, 분노 등과 같은 기본적인 욕구에도 영향을 준다. 시상하부의 여러 부분
을 전기로 자극하면 고양이는 배고름, 분노, 춥고 뜨거운 것 등을 느끼고, 다정한 행동, 차기운
행동 등을 나타낸다. 인간의 경우에는 '분노'를 억제하는 부위에 종양이 생기면, 사람이 포악하
게 되고, 때로 살인까지도 할 수 있다.
시상하부의 다른 주요 기능은 신경계와 내분비계를 조절하는 것으로 주요한 재분비선인 뇌
하수체에서 분비하는 호로몬들을 조절한다.
8) 대뇌변연계(Limbic System)
시상하부와 시상은 변연계의 한 부분이다. 변연계 내에는 수많은 핵이 들어 있고 이 핵들은
어떠한 일을 할 때 팔을 적절한 위치에 놓는 등 근육 상태를 조절하는 일을 한다. 이 시스템은
또 시상하부를 포함하고 있으므로 당연히 시상하부의 기능 전반에 관여하고 그래서 공포, 분
노, 성욕, 공격성, 동기 부여 등의 정서에 영향을 준다. 예를 들어 변연계 내에 는 편도
(amygdala)가 자극되면 분노가 생기고 반대로 그것이 제거되면 우울한 기분을 일으킨다. 마지
막으로 측두엽의 한 부분인 해마(hippocampus)와 함께 이 편도는 기억의 저장과 상기에 중요
한 역할을 한다.
9) 중뇌와 능뇌(Midbarin and Hindbrain)
중뇌는 수많은 신경로에 의해 전뇌와 능뇌를 연결시킨다. 중뇌의 어떤 부분은 눈과 귀로부터
감각정보를 받으며 척추동물의 모든 청각은 전뇌로 가지전에 여기에서 먼저 분석된다. 대부분
의 척추동물은 시각도 중뇌에서 먼저 분석되지만 포유동물에서는 그것을 직접 전뇌로 보낸다.
그리고 어류와 양서류에서는 중뇌가 여러 가지 복잡한 행동들에 연관되어 있지만, 파충류, 조
류, 포유류에서는 이같은 기능들이 전뇌에 의하여 이루어진다.
능뇌는 연수(medulla oblongata), 소뇌(cerebellum), 뇌교(pons)로 이루어져 있고 척수와 연결
되며, 뇌의 뒤쪽 부분에 위치해 있다. 이곳은 일반적으로 무의식적, 불수의적, 기계적인 작용들
을 조절한다.
연수(Medulla Oblongata) - 뇌의 가장 밑부분에 있는 연수는 호흡률, 심장박동, 혈압 등을
조절하는 중추이며, 척수와 뇌 사시의 전달은 모두 이 연수를 통과해야함 한다.
소뇌(Cerebellum) - 소뇌는 작고 구형이며 밤껍질 속에 들어 있는 두 쪽의 알맹이 같은 구
조를 하고 있다. 이것은 연수의 위쪽에 있다. 기계 체조 선수들은 그들의 묘기로 우리를 감동
시키는데, 그거한 유연한 동작의 대부분은 소뇌에 의해 이루어지며 이것은 대개 의식 밖에서
이루어진다.
소뇌는 수족과 몸의 모든 수의적인 움직임을 조절하고 자세와 균형을 유지하는 일을 한다.
소뇌는 이러한 모든 일을 억제작용을 통해 수행하며, 동시에 여러 근육들을 돌볼 수 있다. 일
관성 있는 조절작용을 위하여 소뇌는 근수축의 정도, 수족과 몸의 위치에 관한 계속적인 정보
를 필요로하며 그러한 정보는 눈, 평형유지에 관계하는 기관들, 그리고 근육에 있는 감각기관
들에서 온다. 수의적인 움직임 그 자체는 의식에 관여하는 피질부위의 지시를 받으며, 이 부위
는 신경충격을 운송신경령로를 따라 근육으로 보낸다. 이때 이러한 경로에서 나온 일부 가지가
그러한 신경충격을 소뇌에도 전하기 때문에, 소뇌는 대뇌피질의 일에 간섭할 수 있게 되며 대
뇌피질은 소뇌의 이야기를 귀를 기울일 수 있게 된다.
뇌교(Pons) - 뇌교는 연수 바로 위에 있는 능뇌의 한 부분이다. 그것은 뇌와 척수 사이, 대
뇌와 소뇌 사이를 달리는 신경로를 포함하고 있어서 소뇌의 기능들을 전뇌의 의식에 관여하는
부위에 연결시키는 역할을 한다. 또 뇌교는 일부 뇌신경(cranial nerve)의 신경로들을 받아들이
고 내보내기도 하는데, 이 신경은 뇌와 체성신경체 또는 뇌의 자율신경계를 연결시키고 있다.
뇌교는 또한 연수를 도와 호흡조절에도 관여한다.
10) 척수(Spinal Cord)
척수는 뇌와 말초신경계 사이를 연결하는 일을 한다. 이것은 두 부위로 나뉘는데 횡단면으로
보면 나비 모양을 하고 있으며 흰색과 회색으로 나타난다. 척수의 바깥쪽은 흰 빛깔을 띠는데,
미엘린으로 싸인 축삭들 때문이다. 축삭들은 특수한 경로를 따라 뇌로 가거나 혹은 뇌로부터
나오는데, 이떤 것을은 세포체로부터 아주 멀리 떨어진 것도 있다. 횡단면의 안쪽은 회색이다.
왜냐하면 이 부위는 수많은 신경교세포와 셀 수 없을 만큼 많은 개재뉴런과 운동뉴런의 세포
체로 되어 있기 때문이다.
척수는 두개골의 기부에 있는 대후두공(foremen magnum)에서 시작된다. 그러르모 척수는
뇌가 좁다랗게 계속되는 것이다. 그것은 척수에 의해 형성되는 척추관(vetrbral canal)내에 보
호되어 있고 뇌와 마찬가지로 질긴 세 겹의 뇌막으로 둘러싸여 있으며, 뇌막 안쪽에는 완충작
용을 하는 뇌척수액이 들어있다.
쌍으로 된 척수신경은 척주에 있는 구멍을 통해 척수로부터 빠져 나온다. 이들 척수신경은
척수에 있는 두 개의 신경근으로부터 나오는데, 등 쪽에 있는 감각근(sensory root)과 배 쪽의
운동근(motor root)이 그것이다. 개재뉴런의 세포체럼 운동뉴런의 세포체들도 척수 회백질에
놓여 있고, 그들의 기다란 축색들은 척수신경을 통해 밖으로 나가 수의근으로 간다. 감각신경
의 세포체들은 척수의 바로 바깥에 있는 배근신경절(dorsal root ganglia)에 모여 있다.
척수는 뇌에 연락하지 않고도 감각뉴런과 운동뉴런 사이의 시냅스반사를 일르킬 수 있다는
점에서 어느 정도 자율성을 갖고 잇다고 보아야 할 것이다. 우리가 모르고 뜨거운 난로를 만졌
다면 재빨리 난로에서 손을 떼게 될 것이다. 이러한 상황에서 척수는 반사적으로 반응을 하므
로, 대뇌에서의 분석 시간이 배제된다. 척수신경은 당신의 손이 뜨거운 난로 위에 있다는 감각
정보를 척수에 전하고, 척수는 난로에서 손을 떼도록 적절한 운동 메시지를 근육에 전달한다.
2. 두뇌의 정보처리방식 - 전기적이며 화학적인 뇌
(1) 뇌는 어떻게 생각하나?
-뇌의 사고과정(컴퓨터와의 비교..)
정보 처리를 실행하는 고도의 장치로서, (정보처리방식에서의 직렬과 병렬, 기호조작과 커넥
셔니즘) 현재 컴퓨터와 뇌의 2개가 존재한다. 그러나, 이 두 가지는 정보처리방식이 전혀 다르
다. 컴퓨터는 주어진 프로그램에 따라서 한번에 하나의 명령을 정보를 변환하고, 또 이 정보에
기초하여 다음에 무엇을 할 것인지를 결정한다. 한번에 하나의 명령어가 처리되기 때문에 이를
직렬의 정보처리라고 부른다. 모든 정보는 0, 1의 숫자에 의해 기호로 표현되고 프로그램에 의
해 처리, 변환되는 것이기 때문에 컴퓨터에 의한 정보 처리의 기본은 기호조작이다. 수학적 기
초는 수리논리학이 제공하고 있다. 뇌에서는 다수의 뉴런이 복잡하게 연결된 네트워크를 이루
고 있다. 입력정보가 들어오면 그것을 수용한 뉴런이 흥분하여, 이 흥분이 다른 뉴런에 전달된
다. 뉴런간의 결합에는 흥분성과 억제성의 두 종류가 있다. 이러한 상호작용이 뇌 전체에 퍼져,
동시에 병렬 적으로 흥분상태의 다이나믹스가 진행된다. 이것이 뇌의 정보처리 과정이다. 다수
의 기본요소(뉴런이건 아니건)의 결합에 의한 상호작용으로 정보처리가 진행되는 측면을 중시
하고 이것으로 어떠한 정보 원리가 실현 가능한가를 탐구하는 입장이 커넥셔니즘이다. 정보처
리에는 처음부터 직렬과 병렬의 두 가지 기본원리가 존재했다고 볼 수 있다. 컴퓨터는 직렬의
길을 선택하여 기호조작의 가능성을 발전시켰다. 한편 생물은 진화의 과정에서 병렬의 길을 선
택하여, 인간의 뇌에서 보여주듯 고차 정보처리의 길을 개척하였다. 이 과정에서 인간은 언어
에 의한 기호조작을 필요로 하여, 직렬원리도 포함시켜 이것을 병렬의 하드웨어 상에서 실현시
켰다. 의식의 개념도 이런 과정에서 생겨났다.
1) 직렬 정보처리의 원리 - 현재의 컴퓨터에서 먼저, 직렬정보처리의 원리를 생각해보자. 수
학자 튜링은 인간이 의식적으로 하는 정보처리인 사고과정을 연구하여, 그 원리를 규명하려 하
였다. 수학기초론을 건설하는 입장에서, 사고나 추론의 가능성과 한계성을 명확히 했던 것이다.
그는 순서에 의해 계산이나 논리조작을 행하는 알고리즘에 착안하여 이를 실행하는 장치로써
튜링머신이라는 가공의 기계를 고안하였다. 그 결과 만능 튜링머신이라는 것이 있고, 어떤 알
고리즘도 이 기계를 사용하여 실행할 수 있음을 보였다. 현재의 용어로 표현하면 프로그램과
데이터를 기계에 주면 어떤 알고리즘도 실행가능하다는 것이다. 따라서 프로그램을 변경한다면
어떤 알고리즘도 실행 가능하다. 프로그램과 데이타가 기계속에서 동등하게 취급된다는 폰 노
이만의 시사도, 원천을 따진다면 튜링의 원리에 불과하다. 이처럼 튜링머신에 의한 직렬방식
기계 계산의 만능성을 보여줌과 동시에, 튜링은 그 한계도 명확히 했다. 즉, 함수 중에는 튜링
머신으로는 계산불가능한 함수, 알고리즘으로는 풀 수 없는 문제가 있음을 보였다. 이러한 이
론은 계산가능성의 이론이라고 불리며, 궤델의 불완전선 정리와도
관련된다. 튜링머신인 컴퓨터는 1940년대에 전자기술을 사용하여 기술적으로 실현되었다. 그러
나 정보원리는 그 이전에 명확히 정립되어 있었다. 직렬 정보처리의 기초이론위에 알고리즘 이
론, 언어이론, 데이터베이스의 이론 등을 포함하는 컴퓨터과학이 탄생하였고, 그 위에 추가된
것이 인공지능이다.
2) 병렬 정보처리의 기본원리 - (뇌에서) 이에 반해, 병렬처리의 기본원리는 무엇인가? 이 만
능성은 어떻게 증명되고, 그 한계는 어디에 있는가? 이러한 것은 아직 명확하지 않고 현재도
연구중의 문제이다. 계산가능성의 이론이나 알고리즘 이론과 같은 명쾌한 원리가 여기에는 없
을 지도 모른다. 그러나 현재 우리의 뇌가 있고, 이것이 고도의 지적 정보를 처리하고 있다는
것, 이것이야말로 병렬 정보처리원리의 존재 증명이고, 그 가능성이 높다는 것을 나타낸다. 많
은 요소의 상호작용 다이나믹스에 의한 계산, 이것은 직렬의 알로리즘과는 다른 관점에서의 문
제 설정이다. 이런 다이나믹스에 의해, 어떤 계산은 용이하고, 또 어떤 계산은 불가능하다는 것
을 제시하는 원리가 필요하다. 물론, 상호작용의 다이나믹스는 요소(뉴런)간의 결합치에 의존한
다. 그러나 모든 결합치를 외부로부터 정밀히 설정하는 것이 어렵다면, 결합치는 학습과 자기
조직에 의해 자동적으로 조정되어야 한다. 이러한 조정이 어디까지 가능하고, 어떤 만능성과
한계를 갖는가? 이것이 병렬 정보처리 원리에 관계된 문제이다. 이런 원리를 규명하기 위해 신
경회로망이라는 수리모델이 만들어졌다. 이것은 확실히 뇌에 비하면 너무 단순하고 일면적이
다. 그러나 원리를 탐구하는 입장에서는 단순한 경우가 유리할 수도 있다. 이것으로 심오한 수
리적인 해석이 가능하여 병렬 정보처리의 가능성과 한계성을 명확히 할 수 있을 것이다. 그러
나 너무나 단순화시키면 중요한 것을 간과해버릴 수도 있기 때문에 다소 복잡하고 특별한 모
델을 만들어 이 동작을 시물레이션으로 조사하는 작업도 중요할 것이다. 병렬 정보처리의 원리
를 알고리즘의 입장에서 보면 이야기는 쉬워진다. 초기의 멕클럭과 피츠의 연구 결과를 언급할
필요도 없이, 뉴런을 사용하여 메모리와 논리소자를 만드는 것이 가능하다. 따라서 뉴런 회로
망을 이용하여 만능 튜링머신도 만들 수 있음이 명백하다. 이 말은 현재의 컴퓨터가 하는 모든
것은 신경회로망도 할 수 있다는 것이다. 또 역으로, 뉴런의 상호작용 다이나믹스를 고차원의
연립 미분방정식으로 표현하는 것이 가능하면, 뇌의 동작을 컴퓨터에서도 모사할 수 있다는 것
은 계산가능성의 원리에 의해 가능하다. 계산가능성 이론의 관점에서 보면 뇌도 컴퓨터와 동일
하다. 따라서 문제는 어떤 종류의 계산이 병렬다이나믹스를 사용하여 쉽게 계산하는가, 어떤
계산이 직렬알고리즘으로 쉽게 실현되는가 이다.
(2)정보의 저장과 전달
@뇌의신경계(두뇌의명령-정보전달,뇌파)
1) 신경계 발생
발생초기에 수정란이 분열을 계속하여 신경배가 되며, 신경배 표면인 외배엽의 일부가 변화
하여서 신경판(neural plate)이 된다. 신경계조직은 모두 신경판에서 유래하며 신경관이 형성되
는 시점에서 신경계와 다른 조직과의 구별이 이루어지는데, 먼저 신경구(neural groove)가 생
긴다. 신경구가 분화하여서 신경관이 되면 신경판의 양단이 신경관에 들어가지 않고 따로 독립
하여 신경융(neural crest)을 형성한다. 신경융의 세포는 분열과 이동을 계속하여 감각 말초신
경계나 자율신경계를 만들며, 신경관이 발달하여 중추신경계를 이룬다. 신경관 후부는 그 형태
가 대체로 보존되어 척수가 되는데 전부는 많은 변화를 계속하여 뇌의 각 부분을 구성한다. 신
경관의 튜브는 척수에서 중심관이 되고 뇌에서는 뇌실이 된다.
2) 신경전달물질
아미노산계, 모노아민계, 펩티드계 신경전달물질은 노르아드레날린이나 아세틸코린 등 처음부
터 결정되어 있는 것이 아니고 주위의 뉴런, 그리아, 비신경성세포 등의 영향을 받고 결정된다.
신경전달물질의 유리량을 조절하는 기전으로는 자가수용체(autoreceptor)에 의한 전달물질 유
리조절기전외에 내인성 물질의 작용으로 전달물질의 유리가 조절되는 수용체가 접합전막에 존
재한다고 알려져 있다. 내인성물질로는 prostaglandin, adenosine, angiotensin이 있다. 또한 세포밖Ca2+는 NTM 조절기능이 있다.
신경전달물질들을 살펴보면 다음과 같다.
NTM의 소거작용: Enzymatic degradation, Re-Uptake
아미노산류: glutamte,aspartate, GABA, glicine.. GABA: cerebral, cerebellar cortex 둘 다에 작용함
GABA-a receptor:즉각적인 억제성, agonists: 술, 진정제 GABA-b receptor: indirect
glutamate: 뇌, 척추의 감각신경(spinal sensory neuron)들에 주로 작용함.
NMDA receptor: low-level depolarization NTM의 결합요구 피질과 hippocampus에 많이 존
재 칼슘도 투과시켜 세포를 강하게 depolarize시킴. 세포를 자극해서 보통상태보다 높은 수준으
로 전위를 높여, 세포가 동시에 하나이상의 신호에 반응하도록 함.(학습과 관련됨.) NMDA
receptor의 부적당한 활성화는 epilepsy유발.
펩티드계: endorphine, substance P가 있음. 아미노산의 chain으로 신경계에는 소량 존재하고 주로 신경계밖에 분포함, 모노아민류(카테콜아민류:아세틸콜린, 도파민, 노어에피네프린, 에피네프린 세로토닌) 도파민:substania nigra에 분포 억제성으로 작용함.
노어에피네프린:locus coeruleus에 분포 기쁨, 불안, 학습, 잠과 관련 교감신경계의 목표기관에서는 흥분성으로 작용 brain과 spinal cord에 있는 뉴런들에 대해서는 억제성으로 작용함. 에피네프린 흥분성으로 작용함. 연수와 교감신경계를 구성하는 뉴런들에서 발견됨. 세로토닌 트립토판이라는 아미노산을 재료로 합성됨 억제성으로 작용함. Antidepressant 약물(즉,
amitryptyline, desipramine)은 시냅스에서 전뉴런의 세로토닌 재흡수를 막음으로써 우울증을
없앰. 세로토닌을 이용하는 뉴런은 뇌간의 교(pons)에서 발견됨. 아세틸콜린 중추신경계에서는 NML(Neuromodulator,Second messenger system, Muscarinic receptor,excitatory or inhibitory)로 작동함. 말초신경계에서는 NTM(Nicotinic receptor,excitatory)으로 작동 중추신경계에서는 Septum, nucleus basalis, spinal cord, striatum(Caudate nucleus/putamen)에 분포.
말초신경계에서는 부교감신경계와 심장으로 연결되는 vagus nerve, 자발골격근육에 분포. 혈류
량 조절, 운동기능과 고도의 정신기능에서 중요한 역할. 구체적으로 movement of both
smooth(involuntary,예를 들면 혈관내벽을 연결하는 근육) and striated(voluntary) muscles에 관여. 아세틸콜린이 부족하면 근무력증이 걸림.
말초신경계 peripheral nerve: cranial nerve, spinal nerve에서 뻗어 나온 가지들이 somatic 과 autonomic nervous system을 구성함.
spinal nerve: 척수에서 뻗어 나옴, 31쌍
cranial nerve: cerebrum과 brain stem의 ventral surface에서 직접 발생한 신경, 12쌍 감각신
경, 교감신경, 부교감신경을 만드는 뉴론들이 접합하여 그룹이되면 이를 신경절(ganglion)이라
함.
Horsal spinal cord(감각수용): glutamate(흥분성,), GABA(억제성)
ventral spinal cord(운동성): Aspartate(흥분성), glicine(억제성 )
자율신경계: smooth muscle, cardiac muscle, glandular (secretory)cells
교감 신경계: 노어에피네프린 thoracico-lumbar system: 모터뉴런들은 이른바 sympathetic
chain이라 불리는 22 ganglia의 연속으로 연결 에너지 소비, HR의 증가, 혈압의 증가, 혈당의
증가, 자발근육으로의 혈류량 증가, 내부장기로의 혈류 감소, 땀분비, 증가된 근육긴장도 짧은
preganglionic fibers 과 긴 postganglionic connection임
부교감 신경계: 아세틸콜린. cranio-sacral system: 척수의 cranial nerve와 sacral part에 핵을 가진 motor cell에 의해 부교감 신경계의 활동이 조절됨 휴식, 수리 보수, 몸의 이완, 에너지저
장 복원의 기본적 기능을 함. HR감소, 혈압감소, 소화계의 자극(침분비, 장운동의 증가) 동공수
축, 휴식, 잠, sexual arousal
3) 뇌혈류와 뇌신경세포의 활동
뇌의 각 부분에서 glucose사용량(산소 소비량)이 증가하면 비례적으로 혈류량도 증가한다.
뇌혈류의 짧은 시간의 변화는 대동맥, 세동맥의 혈관수축조절(vasomotor activity)에 의해 이루
어진다. 신경세포가 활성화되면 즉각적으로 pH가 감소 K+의 증가는 신경세포의 발화률에 의존
한다. 세포 밖 K+에 의한 혈관확장이 계속 feedforward로 증가되고 생리학적으로 mismatch(산
소공급과 전달에너지사이의 불균형)가 될 때 마다 H, adenosin가 계속 축적되면서 feedback작
용을 한다.(간질의 경우 adenosin의 농도가 매우 증가되어있음. 이는 비정상적으로 mismatch가 계속 발생함을 의미함.) 혈류량(glucose사용량과 비례)은 EEG의 주파수의 값에 따라 로그함수형태로 증가한다.(자발적 발화율이 증가할 때 EEG가 높은 주파수를 띄게됨.)
(3) 뇌혈류의 자동기전(+뇌파)
정상 뇌 기능에 필요한 산소와 포도당을 공급하기 위해 뇌 혈류량이 조절된다. 전신 동맥압
이 변화해도 뇌는 국소의 기능적 활동변화에 따라 국소 뇌혈류를 유지할 수 있는 내인성의 기
전을 가지고 있다. 이산화탄소는 뇌혈관확장을 일으켜 뇌혈류를 증가시키는 가장 강력한 요인
이 된다. 이산화탄소 5%를 흡입하면 뇌혈류가 75% 증가한다.
; EPSP(-10mV) , IPSP(-80mV)(slow postsynaptic potentials)의 합을 반영한다.
Polarity는 DC baseline에 의해 결정된다. EEG를 결정하는 funtional unit: Neurons, glia cells
(뇌무게의 반을 차지), blood-brain barrier astrocyte(Glia cell)는 organelles가 없어 단백질합성에 크게 기여하지 못하고 시냅스의 이온, 분자의 흐름을 조정하고 뉴런간의 구조유지, 지탱, 보수역할을 하고, oligodendrocytes(glia cell)는 organelles가 있어 myelin을 만드는 역할을 한다.
Blood brain barrier-시상에서는 효과적으로 작동하지 않는다. 아미노산류 신경전달물질과 카테
콜아민류 신경전달물질은 양전하와 catabolic효소에 의해 통과하기 어렵다. 필수아미노산의 경
우, 특수 수용체에 의해 통과가능 excitation시 뇌파의 진폭은 작아지면서 주파수는 커진다.
알파파: 정신과 몸의 이완상태.(20-60uV)
베타파: 정신과 몸의 활동.(2-20 uV)
델타파(20-200uV): 깊은 수면시..
쎄타파(20-100uV):어린이의 뇌파에 더 많이 분포.(pleasure, drowsiness시에 발생, Walter, 1953) 애기가 기뻐할때(우유를 먹을때, 엄마를 보고 좋아할때) 100uV의 쎄타파발생.(Maulsby,1971)
; 뇌파는 유전에 영향을 받는다. 일란성 쌍동이의 뇌파는 비슷하며(Stassen, 1988), 동일한 개
인의 경우 뇌파는 비슷하다.(3주 후에 실험함.) 알파파가 block될 때 자극에 대한 반응시간
(RT)은 더 빠르다. EEG period(자극과 반응시간간격/ 파의 개수)가 더 짧을 때 RT가 더 빠르
다. 뇌파의 각 부위 사이의 높은 coherence 는 기능적으로 또는 구조적으로 실제 연결되어있다
(busk ,1975). 시각적으로 복잡할 수록 알파파가 점차 줄어든다. 알파는 비동기화에 비해 각성
수준이 낮은 상태이다. 높은 경계(신호의 검출에 의한 실험)를 쎄타와 알파파가 뒷부분에서 감
소하고, 베타파가 커진다. 정상인에게 수면부족은 단기기억에 영향을 미친다. 뇌파는 모든 영역
에서 frequency-lock with the baroreceptor signal이 일어나진 않음 ECG의 R-wave에 맞춰
얻은 유발전위의 모양이 감성 상태마다 틀려진다. 산소공급이 부족하면 낮은 주파수의 높은 진
폭의 뇌전위가 나오며, 지나치게 산소공급이 많으면 주파수가 커진다.(Engel, 1945) Evoked
Related Potential brain stem에서의 신호의 far field가 검출되는 것으로 보는데, ERP는 실제
자극이 가해지지 않고 생각만으로도 유도된다.(sutton, teuting, Zubin & John, 1967)
: sensory ERP, motor potentials, long-latency potential, steady potential
shift(Contingent negative variation, Readiness Potential) (Kornhuble and Deecke,1965) ERP의 source를 찾기 위해 MEG, PET이용.
: 10uV이상의 큰 천천한 potential은 확장된 피질영역에 electrical source를 지님.(Elbert,1993)
넓은 대뇌피질을 trigger하는 generator들은 brain stem, thalamus등과 같은 subcortical area
에 있음.(subcortical area에서 발생한 신호는 scalp에서 측정되기는 어려움. 그러나 대뇌피질을 trigger함) 큰 음(-)의 천천한 표면전위(CNV)는 피질뉴런들의 거대한 망의 활동을 반영하며 피질의 흥분의 증가를 반영함. 청각에 의한 유발전위는 뇌간근처에서 만들어짐.(Jewett & Williston,1971) late positive component- frontal, CNV-central, RP- parietal에서 각각 가장 큰 반응을 보임. (Elbert indicated extended cortical areas as the main sources of the activity observed in the large slow brain potential.)
일반적으로 사용되는 안정제는 Visual ERP의 진폭을 감소시킨다. 진정제chlorpromazine는
CNV를 감소시키며, RT는 감소한다.(낮은 alertness)(Tecce, Cole, Mayer, & Lewis) ERP의
(p300) latency가 짧을 수록 IQ가 높은 경향, 진폭은 scalp의 두께에 따라 다르므로 IQ와 무관
하다. 각성이나 렘수면보다는 2,3,4단계의 수면에서 자극이 클수록 큰 진폭의 유발전위가 나온
다.(buchsbaum, ginnin, pfefferbaum,1975) 유발전위의 나중 피크들이 각성 때와 비교해서 다르
다. 즉 ERP의 나중요소는 대뇌피질의 인지와 관련된 것이다. emitted potential(emitted
p300:evoked p300보다 진폭이 작으며 latency가 김.)는 자극이 계속 주어지다가 없어졌을 때
발생하며, 자극에 대한 attention이 클수록 ERP의 진폭이 커진다. 여러 가지 감각자극(시각, 청
각)에서 attention 을 한 자극의 ERP가 더 크다.(Alho, Woods, Algazi, Naatanen,1992)다른 청
각자극의 구분은 전두엽에 의해 조절되는 청각피질에서 행해진다. 긍정이나 부정감성이 있을
때가 없을 때보다 ERP의 진폭이 감소한다. 이는 affective stimulus에 대해 억제성의 뇌 활동
이 활발해진다.(Begleiter, Gross, Kissin,1967) 항우울제 암페타민은 CNV증가, RT증가(Tecce & Cole, 1974) Skin Temperature 말초부분의 온도조절 메카니즘(J.Brocas and C.Fromageot, 1996) Tissue는 세동맥에서 뻗어 나온 복잡하게 연결된 모세혈관(capillary network)들로 덮여 있으며, 모세혈관의 종류는 2가지이다: metabolic capillaries thermal capillaries:항온 동물의 경우 일정한 온도유지를 위해 높은 혈압으로 열전달 기능을 일방적으로 일정하게 한다. 기체나
etabolites들이 침투할 수 없다. 따라서 metabolic equilibrium과 거의 무관하다. 피와 세포사
이의 에너지교환은 세포벽을 통해서 일어난다.(capillary exchanger)=>(exchanger’s
efficiency)가 최대가 되도록 조절된다.
교환의 효율성: 어떤 위치에 피를 기계적으로 전달하는데 필요한 에너지(혈압*혈류 속도)에
대한 그 피가 세포벽을 통해 주변의 세포들에 공급하는 에너지(산소)의 비율
온도조절방식: 모세혈관의 압력이 신경세포의 수상돌기에 있는 mechanorecptor를 통해 주파
수에 정보를 실어서 운동중추인 연수(medullar)에 전달한다. 중추에 의해 조절된 압력이 제공
된다. 이때 mechanoreceptor의 gain은 biochemical factor들에 의해 영향을 받는다. 따라서 모
세혈관의 압력, 혈액의 chemical variation이 mechanoreceptor를 통해 중추로 전달되어 최대 효
율 원리로 조절된다. 거의 반사(reflex)수준에서 이루어진다. 피의 공급량은 열린 모세혈관의
수에 의존한다=>모세혈관은 열리거나 닫힘. (근육 운동시 열린 모세혈관은 휴식상태에 비해
약 4배정도 더 많음.)
모세혈관 개폐지배적인 요소 2가지: pCO2, perfusion pressure 땀은 온도조절기전이 아니라
safeguarding reaction임. 혈류량과 metabolism은 presynaptic activity에 의존함. 중심온도
(Central temperature)조절기전 피부표면의 온도(Peripheral temperature)감지기가 참여함. 외부온도가 높거나 낮을 때 냉, 온 감각 수용체가 반응하여 hypothalamus에서 온도유지를 위한 조
절기전이 작동됨.
심장: 자율신경계와 연결되지않을 때, 100-120 bpm(intrinsic level)임. HR의 경우 교감과 부교
감신경의 알짜효과 부교감신경 또는 미주신경(vagus nerve): HR을 느리게 함. 교
감신경:HR을 intrinsic level위로 빠르게 함. 교감신경계의 자극의 반응시간은 느림.(5초 지연)-
이점이 교감, 부교감을 독립적으로 측정 가능하게 함. Vagal stimulus는 심장을 천천히 활동하
도록 하거나 멈추는 역할을 함. 약화된Vagal 활동이나 vagal block은 HR을 증가시킴. HR에서
의 갑작스런 변화는 부교감신경이 관여하는 것. HR의 LF(0.01-0.08Hz,더 낮게0.05,대부분
sympathetic activity ), MF(0.08-0.15 Hz,혈압을 조절하는 baroreceptor feedback loop의 간접
적인 활동반영, MF의 증가는 baroreceptor-afferent activity의증가에 기인함., mixed
sympathetic and parasympathetic activity ), baroreceptor activity는 sympathetic efferent
outflow to peripheral vascular beds를 억제하는 역할을 함. HF(0.15-0.5Hz, respiratory sinus arrhythmia와 관련 있고, 대부분 부교감신경의 활동에 기인함.) MF/(LF+HF)가 감성상태에 따라 반응이 예민함. frustration,anger 는 HRV파형이 disordered 함: jerky pattern sincere appreciation:entrainment amplifed peace:internal coherence 부교감신경말단의 아세틸콜린과 교감신경말단의 노어에피네프린이 S-A node에 영향을 주어 HR을 변화시킴. 이러한 반사활동은 연수, 시상하부, 소뇌, amygdala가 관여함. 자극에 대한 강한 긴장을 할 때에 HR감소, HRV도 감소함.(Berg,1974; Porges, Stamps & Walter,1974). high vagal tone(부교감신경이 더 활성화됨, 더 sociable, approachable)이 low vagal tone보다 긍정, 부정감성에 더 반응을 함(감성적으로 민감).(Fax,1989) 슬픔(연민)을 느낄 때 HR감속, 불안을 느낄 때 HR 가속(Eisenberg et al., 1988) HR감속도가 더 빠른 반응시간,(또한 더 superior perceptual perfomance)과 관계 있음.(Lacey, 1967;Obrist, Webb, & Sutterer,1969;Webb & Obrist, 1970)-청년의 범위에서 HR은 대기 중일 때 감소 함. 질문지를 볼 때 증가함. 명상동안 HR이 천천해지고 SCL감소, EEG알파파 증가.
성격분류A형과 B형을 구별하는 법: 기다리는 장면을 제시했을 때 HR, 목에서의 EMG가 증
가함(Baker, Hastings, Hart,1984). HR이 감소할 때 작업과 관련 없는 somatic activity도 감소
함-(cardiac-somatic theory) HR감소가 새로운 자극수용과 상관 있음. 증가는 자극거부와 관련
됨. HR은 생각과 이미지, 이완 과정에 의해 영향을 받음. OR은 HR감소(자극 수용, 압도당하지
않음)가 동반됨. DR은 고통자극이 제시되기 전에 일어나며 HR증가(자극거부)동반.
혈압을 변화시키는 요소들은 HR을 변화시킨다. the central nervous control of AVAs(the
arteriovenous anastomoses) vasomotion seems to be unaffected by local heating. 뜨거운 손에서의 혈류속도의 증가는 vascular bed의 다른 부분, 예를 들면 ordinary arterioles in the skin 의 확
