뇌의 성장과 진화 과정

사람의 뇌는 몇억년이라는 진화를 거쳐서 나타나며 크기도 커지며 고도의 성장을 거쳐서 발달하였다. 사람의 뇌에 대해 발생 과정을 살펴보겠다. 

 

 

수정 후 3주

길이 2mm 정도 크기의 신경관이 배(胚) 속에 생긴다.

 

수정 후 4주

4주에는 척수에서 뉴런이 분화하기 시잔한다.

 

수정 후 5주

신장이 1cm에 이르고 구불구불한 몸을 비틀기 시작한다.뉴런은 뇌간과 척수에만 출현하며 원시적인 물고기의 단계 수준이다. 대뇌에는 뉴런을 생성하는 '매트릭스 세포'로만 이루어진다. 이 시기부터 사람에게 특정적인 대뇌가 머리 양쪽에서 생성되는 것이 관찰된다.

 

수정 후 7주

척수의 뉴런은 전부 완성되어 기능을 활성화하기 시작한다. 대뇌에서는 뉴런이 분화하기 시작한다.

 

수정 후 10주

척수의 뉴런이 손발 끝까지 뻗어서 근육과 연결되어 결합한다.

 

수정 후 13주

뇌간(간뇌, 중뇌, 연수)의 뉴런 형성이 완성된다. 대뇌에서는 뉴런이 활발하게 생성되며 대뇌 피질 생성이 활발하게 이루어진다.

 

수정 후 17주

장기간 동안 이루어진 대뇌의 뉴런 산출도 완성단계에 이른다. 대뇌의 뉴런의 수는 가장 최고치이며 그 이후에는 생에를 통하여 계속 감소한다.

 

수정 후 20주

뇌간과 척수를 중심으로 성장하고 있는 뉴런의 신경 돌기(축삭)에 "수초"가 생기기 시작한다. 이 수초화는 뉴런과의 연결과 신호의 전달 및 처리 기능의 완료를 향하여 뇌 기능의 정비가 시작되었음을 알린다.

 

수정 후 22주

뇌간에서는 동안(動眼)신경이나 안면 신경 등에 이어서 삼차(三叉)신경이나 청신경, 내이 신경 감각 신경에서도 수초화가 진행되지만 실제는 보거나 듣는 것은 아니다.

 

수정 후 26주

대뇌 표면에서는 중심구 및 두정후두구 그리고 실비우스 열(Sylvius裂)이 분명해진다. 사람다움을 나타내는 대뇌의 출현이다. 뇌간은 점점 완성단계에 가까워지고 소리와 빛에 대한 반사 및 호흡과 연결된 운동도 나타난다.

 

수정 후 30주

시신경과 뇌간과 척수에서부터 대뇌를 향한 신경 돌기에 수초화가 시작된다. 중이(가운데 귀)가 생성되어 외부의 소리를 들을 수 있는 형식이 생기고 이때부터 빛이 뇌에 전달된다.

 

수정 후 36주

이때부터는 언제든 출생할 수 있는 체계가 갖추어진다. 대뇌 피질의 주름이 많고 완성된 패턴에 가깝다.대뇌 내부의 신경 돌기에도 수초화가 시작되고 그후 결국 뇌의 활동이 일시적으로 제어할 수 있으며 태동을 멈춘 상태로 출산을 기다리는 상태다.

 

 

뉴런의 시냅스는 출생 이후에 격렬하게 늘어난 이후에 계속적으로 감소한다

사람의 뇌는 어머니의 태(胎) 안에 있을때부터 기본적인 형태가 완성된다. 수정 이후에 5개월이 경과되면 대뇌의 주름 잡히기 시작하고 수정 이후에 9개월이 지나면 인간의 뇌는 완성단계다. 형태의 성장과 함께 뇌의 기능의 발달도 같이 진행된다. 심장의 움직임의 제어와 생명 유지를 위해서 중요한 것 위주로 발달이 시작하여 천천히 귀와 눈도 기능을 나타내기 시작한다. 또한 수정 이후 9개월이 지날때는 태아에게 소리를 들려주면 처음에는 놀라지만 그 이후에는 차츰 반응을 하지 않는다. 즉 자극에 대해 익숙함이라는 기능이 태내에서 고도로 발달되기 때문이다.

 

그리고 약 10개월 후면 아기는 탄생한다. 주위에서 여러 자극을 받는 과정에서 미성숙한 뇌에서 성숙한 뇌로 발달하기 시작한다. 뉴런의 신경회로가 활발하게 활동함으로써 뇌는 기능을 나타낸다. 예를 들면 아기에게 새로운 말 또는 움직임을 차례대로 기억하는 유아의 뇌에는 새로운 신경회로가 연달아 만들어지고 복잡해지는 것이다.

 

하지만 뇌의 발달은 간단한것이 아니다. 뉴런의 이음매인 즉 시냅스의 수는 1~3세 사이까지는 격렬하게 늘어나지만 그 이후에는 조금씩 계속적으로 감소한다. 

 

시냅스가 감소하는 증상은 과잉 생산된 시냅스 중에서 불필요한 것이 없어지는 과정이라 말할 수 있다. 예를 들어 뉴런은 크게 손을 이어놓고 그 후에 불필요한 손을 놓아 제거하는 전략을 취하는 것이다. 그 후 넉넉하게 만든 다음에 조금씩 줄이는 방법으로 필요에 따라 늘리는 방식보다 주위상황의 달라짐에 민감하게 맞출 수 있는 것으로 보인다.

 

 

어린이 뇌는 신경 전달 물질종류 변화의 두가지

첫째, 신경 전달 물질에 대한 반응의 변화다. 어떠한 신경 세포는 신경 전달 물질로 GABA(가바: 감마 아미노 뷰티르산)이라는 물질을 방출하는데 GABA를 받은 또다른 신경 세포는 처음에는 전기 신호가 생성하는 반응을 보인다. 하지만 성장함에 따라 전기 신호의 발생이 억눌리는 반응을 보인다. 이후 성장과 함께 정반대의 반응이 된다. 이러한 변화가 일어나면 뉴런에 여분의 흥분이 일어나지 않고 필요 이상으로 정보가 늘어나는 것을 막을 수 있다.

 

둘째, 성장함에 따라 사용되는 신경 전달 물질이 바뀌는 일이다. 쥐의 청각에 관련된 뉴런은 성장에 따라서 신경 전달 물질이 GABA에서 글리신으로 바뀌는 현상이 관찰되었다. 글리신은 GABA보다 반응하는 시간이 짧은 신경 전달 물질이다. 반응 시간이 짧은 글리신을 이용함으로써 네트워크가 활동하는 타이밍의 정확도가 상승하는 것이다.

 

이러한 것을 살펴볼때 인간이 인간답게 살아가기 위하여 필요한 뇌는 태아에서 성인으로 성장하는 과정에서 특징적인 구조와 기능을 획득해 오면서 진화하였다.