3학년 1반

1. 아교세포

1) 영양을 공급하는 아교세포

아교세포

1985년 미국 캘리포니아 대학의 마리앤 다이아몬드 박사는 아인슈타인 뇌에 대한 연구결과를 발표했다. 박사는 아인슈타인의 뇌 조각을 평균 64세에 숨을 거둔 11명의 남성 뇌와 비교했다. 전두엽 앞부분과 두정엽 아랫부분에 있는 신경세포 및 아교세포의 수를 비교한 결과, 아인슈타인은 신경세포 하나당 아교세포 수가 일반 남성보다 월등히 많았다. 아교세포는 신경세포에 영양분을 공급하고 세포끼리 소통을 돕는 ‘보조 세포’이다. 뇌를 많이 쓸수록 늘어난다. 신경세포의 기능은 이러한 아교세포의 역할에 따라 달라진다. 아인슈타인의 뇌에서 아교세포가 많이 발견된 것은 보조 세포의 도움을 받아 신경세포 하나하나가 더욱 활발히 활동했다는 것을 의미한다.

2) 뉴런, 뇌를 지배하다

인간의 뇌는 우주에서 가장 복잡한 기관이다. 뇌세포는 ‘뉴런’이라 불리는 신경세포와 보조 세포인 ‘아교세포’로 나뉜다. 뉴런은 약 1,000억개에 이르고, 나머지는 아교세포는 그 10배에 해당한다. 뉴런의 생김새가 마치 전깃줄처럼 보인다. 하나의 뉴런은 최대 1만 개까지 다른 뉴런들과 연결되어 있다. 1,000억 개의 신경세포에 1만 개의 연결을 곱하면 우주의 별보다 더 많은 연결 고리들이 우리 뇌 속에 있는 셈이다.

3) 연결고리를 통해 통하는 정보

뉴런은 뇌에서 정보를 처리한다. 뉴런끼리 연결을 통해 정보 신호를 주고받는다. 뉴런의 연결을 살펴보면 좁은 공간이 있는데, 이를 ‘시냅스’(연결 고리)라고 한다. 이곳을 통해 전기 신호나 화학물질을 주고받는다. 시냅스는 경험이나 학습에 의해서 매우 빠른 속도로 만들어진다. 자주 사용하는 연결은 강화되고, 사용하지 않는 연결은 사라진다. 뇌의 성장 또한 뇌세포 수가 많아지는 것이 아니라 시냅스의 수가 증가하는 것을 의미한다. 시냅스가 많을수록 뇌의 무게는 늘어난다.

스스로 발전하는 뇌
* 태아기: 대부분의 신경세포는 임신 4개월 즈음 모두 형성되며, 이 시기에는 1분당 수만 개의 세포가 만들어진다. 아기는 1,000억 개 이상의 신경세포와 아교세포를 갖고 태어나는데, 이는 성인의 신경세포와 같은 양이다.
* 1~3세: 뇌에 시냅스가 폭발적으로 늘어나는 시기로, 뇌 활동이 성인의 2배 이상 활발하다.
* 11~15세: 불필요하다고 판단되는 시냅스가 사라지고 특별하고 효율적인 신경 회로만 남는다.

2. 두정엽

1) 뇌의 구조

지금까지의 연구 결과, 아인슈타인의 뇌는 두정엽의 하단 부위가 평균보다 15% 더 크고 신경세포가 조밀한 것으로 나타났다. 두정엽은 대뇌 피질의 중심 고랑 바로 뒤편에 위치한다.

* 생명과 직결된 중추 - 뇌간: 뇌간은 뇌의 가장 안쪽에 있다. 무게는 약 200g으로 생명을 유지하는 일이 주된 임무다. 뇌간의 가장 아래쪽인 연수 부분에는 호흡과 심장 운동을 조절하는 생명 중추가 있고, 혈관의 수축과 이완, 하품, 기침, 재채기, 구토 등의 반사 작용도 뇌간에서 이루어진다.

* 감각과 사고의 중추 - 대뇌: 전체 뇌에서 80%를 차지하는 대뇌는 체온, 혈압, 심박, 혈당과 같은 자율 기능을 조절할 뿐만 아니라 공포, 분노, 쾌락과 같은 본능적인 정서에 관여한다. 즉 공포를 느낄 때 심장 박동이 증가하고 땀이 나는 것이다. 바이오리듬을 조절하는 중추이자 식욕과 성욕 같은 기본 욕구에도 관여한다. 대뇌의 가장 바깥쪽 부위는 대뇌 피질인데, 이곳은 기능에 따라 크게 전두엽, 두정엽, 후두엽, 측두엽의 네 부분으로 나뉜다.

* 평형을 유지 -소뇌: 소뇌는 뇌간 뒤쪽에 좌우 한쌍으로 붙어 있고 뇌 전체 무게 중에서 10%를 차지한다. 매우 깊게 주름이 지어져 있는 이곳에는 몸의 평형을 유지하고 공간 운동을 조절하는 중추가 존재한다. 조건 반사와 감각 기관의 활동도 조정하고, 대뇌만큼은 아니지만 간단한 학습, 기억 기능도 있다.

2) 두정엽이 하는 일

한국뇌과학연구원에서는 두정엽에 관한 연구를 했다. 지능 검사 중 추론 능력에 관한 문제를 풀 때 영재 학생과 일반 학생의 뇌가 어떻게 활동하는가를 기능적 자기공명영상(fMRI)으로 살펴봤더니, 후두정엽의 특정 부위가 뚜렷하게 활성화되는 걸 알 수 있었다. 지능이 뛰어난 학생의 경우 활성화된 정도가 강하게 나타났다. 일반적으로 추론 능력을 담당하는 부위가 전전두엽이라는 사실은 알려졌지만 후두정엽 부위가 추가로 밝혀진 것이다.

① 운동하는 두정엽: 두정엽에는 인체의 해당 기관에 운동 명령을 내리는 운동령과 감각령이 존재한다. 손과 발, 혀와 입술, 허리 등 다양한 부위의 운동을 담당한다. 인간의 경우, 손이나 언어 소통과 관련된 운동 부위가 차지하는 부위가 상대적으로 넓어서 손으로 만드는 창조적인 행위나 언어 활동이 그만큼 중요함을 알 수 있다.

② 느끼는 두정엽: 두정엽은 촉각과 공간 감각 등을 지각하며, 시각에서 대상의 움직임에 반응한다. 이 부위는 여섯 살 이후에 본격적으로 발달하기 때문에 이 시기부터 수학을 학습할 수 있다고 알려져 있다.

③ 문자를 조합하는 두정엽: 두정엽은 외부로부터 오는 정보들을 조합하는 역할을 한다. 문자와 단어를 조합하고, 문장으로 엮어내어 생각이나 의미들을 만들어 내는 곳이다. 이곳이 손상되면 공부는 물론 어떤 일도 할 수 없게 된다. 오른쪽 두정엽이 손상되면 자기 몸의 왼쪽을 전혀 알지 못하고, 라디오에서 나오는 노래의 음을 따라 하지 못하는 경우도 있다.

④ 수학을 잘하는 두정엽: 두정엽은 사고 및 인식 기능 중에서도 수학이나 물리학에 필요한 입체, 공간적 사고와 인식 기능, 계산 및 연상 기능 등을 수행한다. 어릴 때부터 퍼즐 게임, 도형 맞추기, 관련 숫자 및 언어 맞추기를 많이 하면 이 부위가 발달한다고 한다.

3. 뇌에 존재하는 혹

1) 똑똑한 대뇌 피질

대뇌를 감싸는 가장 바깥층을 말하며 140억 개 정도의 신경세포가 모여 있어 회색으로 보인다. 두께는 2~4mm 정도이며, 주름이 많아서 실제로 보는 것보다 표면적과 부피가 크다. 대뇌 피질은 운동, 감각, 사고, 기억, 언어 등 다양한 기능을 하는데, 대뇌 피질의 각기 다른 부분이 이런 기능을 나눠 담당하고 있다. 운동 영역, 감각 영역, 언어 영역 등이 밝혀졌다.
대뇌 피질은 다른 동물들과 비교했을 때 사람에게 가장 발달된 영역으로, 인간이 상상력, 추리력, 언어, 통찰력 등을 갖춘 것은 바로 대뇌 피질이 발달했기 때문이다.

* 체감각 피질
두정엽 앞부분에 위치하며 피부의 온각, 냉각, 촉각 및 압력 감각 등을 담당한다. 근육 감각과 어떤 공간에서의 신체의 위치, 운동을 알아차리는 역할도 한다.

* 운동 피질
전두엽 뒷부분에 위치하며 근육 운동을 담당한다. 특정 영역에 전기 자극을 주면 해당하는 부위의 근육이 반응한다는 실험을 통해 근육을 통제하는 운동 피질의 위치를 알아냈다.

* 청각 피질
귀로 들어오는 소리 정보를 처리하는 청각 피질은 측두엽에 있다. 이 영역을 다치면 귓속의 청각 기관이 정상이라도 소리를 인식하지 못할 수 있다. 예를 들어 시계 알람 소리를 들었을 때, 소리가 났다는 것은 알지만 무슨 소리인지는 알지 못한다.

* 시각 피질
세상을 볼 수 있는 눈은 얼굴의 앞에 있지만, 또 다른 눈이 뒤통수에 달려 있다. 바로 시각 정보를 분석하는 시각 피질로, 후두엽 뒷부분에 위치한다. 시각 피질은 눈의 망막 세포가 읽은 정보를 받아들여 이미지를 인식한다. 시각 피질을 다치면 두 눈이 멀쩡해도 앞이 안 보일 수 있다.

* 브로카 영역
좌뇌의 전두엽에 있는 부위로, 말하는 기능을 담당한다. 이 부분이 손상되면 아예 말하지 못하거나 한 단어씩 끊어서 말한다.

* 베르니케 영역
좌뇌에 있으며, 청각 피질과 시각 피질로부터 전달된 언어 정보를 해석한다. 소음을 들을 때는 청각 피질이 활성화되지만, 단어처럼 의미를 가진 소리를 들으면 베르니케 영역이 활기를 띤다. 베르니케 영역이 손상되면 말뜻을 제대로 이해하지 못하고, 대부분 의미 없는 말을 계속한다.

2) 좌우가 바뀐 뇌

우리 몸이 왼쪽과 오른쪽으로 나뉘는 것처럼 대뇌도 좌뇌와 우뇌로 나뉘고,좌뇌와 우뇌는 각각 반대편에 있는 신체의 감각과 운동을 담당한다. 즉 오른쪽은 좌뇌가, 왼쪽은 우뇌가 지배한다. 이는 피부, 근육과 대뇌 피질을 연결하는 신경이 도중에 교차해 반대쪽으로 이동하기 때문이다. 그래서 좌뇌를 다치면 오른쪽 몸의 감각이나 운동에 이상이 생기지만 왼쪽 몸에는 거의 영향을 주지 않고, 반대의 경우도 마찬가지이다. 아인슈타인의 우뇌에서 발견된 혹이 반대편인 왼손을 담당하는 이유이다.

4. 뇌의 크기

1) 동물들의 뇌

동물들의 뇌만 연구하는 과학자들이 있다. 뇌의 무게와 지능 사이의 관계를 파헤치기 위해 과학자들은 다양한 동물들의 뇌 무게를 구했다고 한다. 포유동물의 뇌 무게는 쥐부터 고래에 이르기까지 약 10만 배의 차이가 있었다.

* 앵무새의 뇌 : 7g
여러 나라 말을 할 수 있는 앵무새는 지능이 사람으로 치면 4살 정도 된다고 한다. 또 왜가리는 물고기를 꾀어 들이기 위해 연못에 나뭇가지를 살짝 떨어뜨릴 수 있다. 그리고 까마귀 앞에 먹이를 넣은 유리관을 주면 전선을 구부려 만든 고리로 관에서 먹이를 꺼내 먹는다.

* 개의 뇌 : 64g
개는 보통 2살 정도의 지능을 갖고 있다. 더 똑똑한 개들은 2년 6개월 정도의 지능이 있다. 보통의 개들은 165가지의 말을, 똑똑한 개의 경우 250가지의 말을 알아들을 수 있다. 여기서 ‘말’은 사람이 쓰는 단어, 손짓, 휘파람 등을 모두 포함한다. 숫자를 5까지 셀 수 있다는 실험 결과도 나왔다.

* 침팬지의 뇌 : 380g
1985년에 태어난 침팬지 팬배니셔는 약 3,000개의 단어를 쓸 수 있었다. 팬배니셔는 컴퓨터 장치를 이용해 자신의 말을 과학자들에게 전달했다. 심지어 과학자들과 비디오를 본 뒤 토론을 하기도 했다.

* 돌고래의 뇌 : 1,350g
인간을 제외하고 이름을 가진 동물은 돌고래이다. 돌고래는 각자가 독특한 소리의 휘파람을 분다. 다른 돌고래를 부를 때 나는 휘파람 소리는 이름을 부르는 것과 같다. 수족관의 청백돌고래는 주변에 사는 거북과 펭귄, 잠수부의 모습을 흉내 내기도 했다.

* 코끼리의 뇌 : 4,200g
코끼리는 동료들과 언제 어떻게 협동해야 할지 아는 똑똑한 동물이다. 2011년 영국 케임브리지 대학에서는 코끼리들의 협동 능력을 연구했다. 그 결과 코끼리의 지능이 침팬지나 돌고래와 같은 수준임을 확인했다고 한다.

개의 뇌

뇌 무게와 지능 : 과학자들은 지능이 높은 동물은 뇌가 무겁다는 사실을 알아냈다. 하지만 뇌가 무거울수록 지능이 항상 높다고 말할 수는 없다. 약 8,000g의 뇌를 가진 고래의 지능이 쥐보다 10만 배 높고, 코끼리보다 2배 높다고는 할 수 없기 때문이다. 게다가 인간의 뇌 무게는 1,250~1,450g으로 고래보다 훨씬 가볍다.

2) 작은 뇌와 지능

뇌가 작아도 천재가 될 수 있다 : 아인슈타인의 뇌 크기 연구결과처럼 뇌가 작다고 무조건 머리가 나쁜 것은 아니다. 세상을 떠들썩하게 한 천재들 중에서도 뇌가 작은 사람들을 찾아볼 수 있다. 시인 휘트먼의 뇌는 1,280g이었고, 프랑스의 천재작가 아나톨 프랑스는 뇌 용량이 1,020g밖에 안 되는 것으로 알려졌다.

* 겨자씨와 두개골 연구
19세기, 미국의 과학자 사무엘 조지 모턴은 전 세계에서 모은 두개골 1,000개의 크기를 쟀다. 바가지처럼 생긴 두개골에 작은 겨자씨를 꽉 채운 다음, 실린더에 넣어 부피를 쟀다. 그 결과, 백인의 두개골이 가장 크고 흑인의 두개골은 가장 작았다. 모턴은 두개골이 큰 백인은 뇌도 크고 지능도 가장 높다는 주장을 펼쳤다.

* 머리 큰 사람이 지능도 높아
2001년 네덜란드의 다니엘 티서란트 박사는 800명을 대상으로 머리의 크기와 지능의 관계를 연구했다. 머리가 큰 사람은 작은 사람보다 기억을 더 잘하지는 못하지만 사고력이 확실히 뛰어났다. 또 2005년 미국의 마이클 맥대니얼 박사는 1,300명을 대상으로 자기공명장치(MRI)를 이용해 머리 크기와 지능을 연구했다. 머리가 큰 사람은 대체로 지능이 높게 나타났다.

* 뇌 크기가 커졌다 줄어드는 것도 진화
2011년 6월 영국 케임브리지 대학의 마르타 라르 박사는 인류의 뇌 크기가 선사 시대에 비해 작아지고 있다는 연구 결과를 발표했다. 선사 시대에는 이것저것 모두 알아야 하고 깊이 집중해야 하므로 뇌가 점점 커지는 방향으로 진화했다. 하지만 요즘엔 스마트폰, 노트북 등 갖가지 기술이 있어 온갖 잡다한 것들을 기억할 ‘필요’가 사라지고 있다. 친구나 가족의 전화번호도 외울 필요가 없을 정도로 사람들은 기억하려 들지 않기 때문이다. 라르 박사는 에너지 사용을 줄이고 뇌를 좀 더 효율적으로 쓰기 위해 요즘 들어 뇌가 작아지는 방향으로 진화하고 있다고 말했다.