뇌와 마음, 인지신경심리학_중추신경계

 

1. 인지 신경심리학의 이해 

심리학에는 다양한 분야가 존재한다. 그중에서 우리의 뇌(brain)와 마음(mind)의 관계를 연구하는 학문을 인지 신경심리학이라고 한다. 신경학, 생물심리학, 인지심리학, 임상심리학이 합쳐져 있는 응용 분야로 관련 전문가로는 인지신경과학자, 실험신경심리학자, 임상 신경심리학자 등이 있다. 인지 신경심리학에서는 인간의 뇌를 해부학적으로 이해하고 신경계 내에서 전기 화학적 신호를 통해 전달되는 신경전달물질과 우리의 다양한 감정들의 관계를 연구한다. 이 포스팅에서는 우리의 몸에서 가장 중요한 역할을 하는 중추신경계에 관해서 설명해 보려 한다.
 

2. 중추신경계(뇌와 척수)의 기본 구조 

중추신경계는 두개골로 감싸져 있는 뇌와 척수를 포함하는 신경계로 말초신경계와 함께 인간의 몸에서 느끼는 감각을 수용하고 조절하며 운동, 생체 기능을 조절하는 역할을 한다. 뇌의 아래는 척수와 연결되어 있고 그 안은 뇌척수액이 흐르며, 척수는 척주관 안에 둘러싸여 있다. 또한, 우리의 뇌는 뇌막(meninges), 뇌척수액(cerebrospinal fluid, CSF), 두개골에 의해 둘러싸여 보호되고 있다. 뇌막이란, 두개골 바로 아랫부분으로 뇌를 둘러싸고 있는 얇은 막을 뜻한다. 두개골 내에 뇌 사이의 빈 공간에 뇌척수액이 채워지는 공간을 뇌실이라고 하는데, 여기서 생성되는 뇌척수액 안에 뇌가 떠 있는 것이다. 뇌척수액은 뇌의 영양공급과 완충 역할을 한다. 뇌의 주름진 외관 전체를 대뇌피질이라고 하는데 그것을 형성하는 뇌의 주름을 회선(convolution)이라고 한다. 뇌 피질의 많은 주름은 뇌 표면적을 넓혀 많은 신경세포가 들어갈 수 있게 도와준다. 주름에서 들어간 부분을 구(sulcus) 또는 열(fissure)이라고 하며, 주름에서 나온 부분을 회(gyrus)라고 한다. 다음은 중추신경계의 기본적인 구조와 대뇌피질에 관해 설명한다.

1. 중추신경계의 주요 하위 구조 

1. 척수(spinal cord)

척수는 뇌로 정보를 전달하는 감각뉴런과 뇌가 내리는 운동 명령을 근육으로 전달하는 운동뉴런으로 구성되어 있다. 즉, 척수가 손상되면 감각을 느끼기 어렵고 마비가 되는 것이다. 척수의 어느 부위에서 손상이 일어났는지에 따라 신체 마비와 감각상실의 심각성이 다르다.

2. 연수(medulla)

연수는 뇌교와 척수 사이에 존재하는 뇌의 일부분으로 침분비·기침·재채기의 반사·호흡·순환 운동, 심장박동 등의 조절 중추 및 생명 중추가 있는 곳으로, 우리의 생명과 호흡에 아주 중요한 역할을 하기 때문에 '숨뇌'라고도 불린다. 만약에 뇌부종이 발생할 경우, 연수의 기능을 방해하므로 심할 경우 사망에 이를 수 있다.

3. 소뇌(cerebellum)

소뇌는 뇌의 뒤쪽 아래에 존재하며, 평형감각 및 운동의 정확성을 담당한다. 몸의 균형을 유지하고 우리 몸 근육의 미세한 조절을 통해 정확한 행동을 할 수 있게 해주는 역할을 한다. 우리가 연습을 통해 향상할 수 있는 신체 기능은 거의 모두 소뇌가 작동한다. 각종 스포츠와 걸음마, 젓가락을 사용하는 등의 손동작, 일상적 움직임, 심지어 무의식적인 몸동작 습관도 소뇌에 입력되어 있다. 악기 연주 또한 소뇌가 기억하기 때문에 오랜 기간 악기를 연주한 음악가들의 소뇌는 일반인의 소뇌보다 용적이 크다고 보고된다.

4. 뇌교(pons)

뇌교는 뇌의 다른 영역에서 들어오는 정보를 소뇌로 전달해 주는 역할을 하며, 연수와 함께 호흡중추의 역할을 하여 호흡 조절하는 것을 도와준다. 또한 뇌교에 존재하는 몇 개의 신경핵은 안구운동, 안면 감각과 얼굴 근육의 움직임을 담당하며, 전정 기능(귀의 안쪽에 존재하며 머리의 수평, 수직 선형 가속도, 회전 운동을 감지하고 뇌의 중추 평형기관에 전달하여 신체의 균형을 유지하도록 하는 기관)을 조절한다.

5. 중뇌(midbrain)

중뇌는 시각과 청각 정보의 처리, 운동 조절, 수면-각성 사이클 조절 등 다양한 중요한 기능을 담당한다. 특히 중뇌는 시신경과 청신경이라 불리는 두 감각 신경의 출발지로써 시각 정보와 청각 정보를 뇌로 전달하는 중간 단계 역할을 하며, 감각 정보의 필터링과 통합에 기여한다. 또한, 중뇌는 감정과 동기를 조절하는 데도 일부 참여하며, 인체의 자발적인 운동 및 반사적인 움직임을 조절하는 중추적인 역할을 한다.

6. 시상하부(hypothalamus)

시상하부는 시상 아래에 위치하고, 신체 욕구를 만족시켜 행동을 조절하고 균형을 유지하는 역할을 한다. 체온, 수분 균형, 식욕, 수면 패턴, 호르몬 분비 등을 조절하여 기본적인 생리학적 기능을 조화롭게 유지한다. 예를 들어, 우리가 밥을 먹는 것과 마시는 행동이나 체온조절 등을 만족할 수 있게 욕구를 생성한다. 또한, 시상하부는 감정 및 스트레스 응답에도 관여하여 신체의 적절한 대응을 촉진한다. 이러한 이유로 시상하부는 신체의 내부 환경을 균형 있게 유지하는 중요한 뇌 영역으로 간주한다.

7. 시상(thalamus)

뇌의 중요한 부분 중 하나로, 두뇌의 대뇌 반구 사이에 자리 잡고 있다. 이는 뇌의 신경세포 간에 정보를 전달하고 중재하는 역할을 하며, 특히 감각 신호, 시각, 청각, 후각, 체성감각 등 다양한 신호를 받아 대뇌 피질로 전송하는 역할을 한다. 또한 각각의 기능에 따라 신경세포의 신호를 정리하고 중요한 정보를 강조하여 대뇌로 전달하는 역할을 한다. 시상은 뇌의 정보처리 시스템에서 중추적인 역할을 수행하여 우리의 감각과 인지능력에 중요한 기능을 제공한다.

 

2. 대뇌피질의 구조

1. 전두엽(frontal lobe)

전두엽은 대뇌피질의 앞부분을 말하며, 뇌의 CEO 역할을 하는 영역이다. 포유류의 진화에서 가장 늦게 발달한 부분이며, 인간 능력의 근원이라고 할 수 있다. 전두엽에는 일차 운동 영역, 전운동 영역, 전전두 영역의 세 가지 구성을 이룬다. 일차운동영역은 근육의 미세한 운동 통제를 조절하고, 전운동 영역은 운동 계획을 세우는 역할을 한다. 전두엽의 가장 앞부분에 존재하는 전전두 영역은 세 부위로 나뉘는데 부위별로 기능이 다르다. 전전두 영역의 외측 영역에는 기억과 주의를 담당하며, 내측 영역은 판단, 선택, 오류를 탐지하는 데 기여하고, 안와 영역은 정서를 다루는 역할을 한다. 따라서 전두엽이 손상될 경우에는 목표지향적 행동을 계획하는 것에 어려움을 느끼며, 행동의 시작과 끝맺음 및 조절을 하지 못해서 행동을 끊기 어려운 보속증(perseveration)의 증상을 보일 수 있고, 정서 조절에 제한을 느낀다.

2. 측두엽(temporal lobe)

측두엽은 청각 수용 영역인 피질의 측면부이다. 측두엽은 해마, 청각 피질, 후각 피질, 베르니케 영역으로 나뉘는데 베르니케 영역은 언어와 관련된 부위이므로 측두엽이 손상될 경우, 언어를 이해하는데 문제가 생길 수도 있다. 또한 실인증에도 걸릴 수 있는데, 소리는 들리나 무슨 소리인지 판별하지 못하는 청각 실인증과 냄새를 판별하지 못하는 후각 실인증 등이 나타날 수 있다. 또한 기억을 담당하는 해마를 포함하기 때문에 기억상실증을 야기하기도 한다. 

3. 두정엽(parietal lobe)

두정엽은 전두엽 뒤쪽 부분으로, 두정엽의 구조는 중심후회(postcentral gyrus), 두정엽 상측(superior parietal lobe), 두정엽 하측(inferior parietal lobe)으로 나뉜다. 두정엽은 통합하는 기능을 하는데, 다양한 감각 양식들로부터 정보를 통합하고, 감각계 정보와 기억에 저장된 정보를 통합하고, 개인의 내적 상태에 대한 정보와 외부 감각세계로부터의 정보를 통합한다. 두정엽이 손상되면 통합이 어려워지므로 읽고 쓰는 능력을 상실하거나, 운동 자체는 수행할 수는 있으나 행동을 통합하여 수행하지 못하여 흉내를 내기에 어려움을 보이며, 공간의 한쪽을 무시하고 다른 한쪽만 존재하는 것처럼 행동하는 편측무시 등의 증상이 보일 수 있다.

4. 후두엽(occipital lobe)

후두엽은 대뇌피질의 뒤쪽에 존재하는 가장 작은 영역이다. 이곳에서는 시각 및 시지각 처리를 담당하는데 일차 시각피질과 연합 시각피질로 구성되어 있다. 후두엽은 우리의 시각에서 들어오는 물체의 모양, 움직임 등 다양한 정보를 통해 사물을 인지하는 역할을 한다. 후두엽에 이상이 생기면 사물을 보아도 무슨 사물인지 판별하지 못하거나, 색이 이상하게 보이거나 환각이 보이는 등의 시각적인 이상이 나타날 수 있다.