신비한뇌

우주와 뇌

금세기 과학은 상상을 초월하는 획기적인 발전을 거듭하여 왔다. 상상과 만화 속에서만 꿈꾸어 오던 달나라에 인간이 처음으로 발을 내디딤으로써 인간의 사고는 생명의 신비를 밝히기 위해서 지구를 벗어나 무한한 우주를 향해 항해를 하게 되었다. 지구중심적인 사 고의 틀을 벗어나 다양한 창조적인 생각이 가능하게 된 것이다.

 

창조는 인간만이 지니고 있는 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 인간활동의 전 영역을 통괄하는 콘트롤센터로서 인식, 사고, 판단 등의 다이내믹한 의식활동과 다양한 감정,행동, 그리고 더나아가 고차적 정신세계까지도 담 당한다. 이성,지성,인격의 주체는 누구인가?더나아가서 무엇이 인간을 인간답게 만드는가? 이와같 이 근본적인 물을에 대한 대답은 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 못하지만 무궁무궁한 창조력과 상상력은 능히 우주보다 넓고광대하다고 할 수 가 있다. 흔히 표현 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 생물학적 존재이면서 고도의 정신활동까 지를 총괄하는 뇌는 소우주라 불리울 정도로 복잡하여 우주연구에 비길 정도로 끝이 없다.앞으 로의 세기에는 크게 두가지 문제가 과학적 과제로 대두 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 주목할 만한 일중의 하나는 미국국회의 상하 양원 101차 합동 회의에서 1990년부터 2000년까지 10년간을 뇌 의 10년으로하는 법안이 통과되었으며 부시 대통령이 이에 서명함으로써 뇌 연구에 역사적 전환 점이 마련되었다는 사실이다. 과학계 전체 분야 중에서 10년으로 명명되는 법안이 통과된 것은 뇌가 처음이다. 또한 1987년 베네치아에서 열린 G7 서방 선진7개국 정상회담에서 '인간첨단과 학 프로그램(HFSP: human frontier science program)'이 채택되어 올해부터 막대한 연구비를 투 입해서 연구가 시행되고 있는데 이 프로그램도 역시 뇌의 신비를 밝히는 것이 주목적이다. 광할 한 우주의 생성 신비를 밝히고자 하는 미래의 우주연구와 우주전체보다 더 넓고 무한한 창조력을 가진 뇌의 신비를 밝히고자 하는 뇌 연구는 생명의 신비를 밝히는 일뿐만 아니라 미래 산업혁명 을 일으킬 신경 컴퓨터, 인간 로봇 개발등에 중요한 공헌을 하기 때문에 선진국에서는 21세기를 대비한 이러한 움직임이 태동되고 있다. 뇌를 정복하는 날 인간정체의 전모가 밝혀질 것이다.

 

 뇌의 무게를 비교해 보면 고래가 8,000g, 코끼리가 약 5,000g, 공룡은 70g 등인 데 비해 인간은 1,500g으로 가벼운 것 같지만 체중과의 비를 보면 고래와 코끼리는 약 1/2,000, 유인원은 약 1/100, 공룡은 1/20,000인 데 비해 인간은 약 1/40로써 인간의 뇌가 전체 체 중에서 차지하는 비가 가장 높다. 이것으로 볼 때 모든 동물 가운데 뇌가 차지하는 비중이 가장 높은 동물이 인간이다.

바다 속에 살고 있는 원시적인 동물인 산호에는 신경과 근육이 거의 없으 며 해삼, 해파리 같은 강장동물에는 원시적인 신경과 근육이 나타난다. 낙지, 오징어蝡 조 개 같은 연체동물蝡 공룡 같은 절족동물 등의 무척추 동물에서는 신경이 거미줄처럼 연결 되어 몸의 여러 곳에 수만 개씩 모여서 신경절(ganglia)이라는 신경 세포의 집합체(작은 뇌)를 형 성한다. 다시말해서 머리 꼭대기에 뇌가 있는 것이 아니라 몸의 여기저기에 흩어져 있다. 척추동 물에 이르러서 몸의 여러 곳에 흩어져 있던 신경세포의 집단이 등과 머리 쪽으로 모여서 일사불 란한 중추조절기관인 뇌를 형성하게 되었다. 즉, 고도의 운동과 감각기능을 적절하게 조절하고 제 어하기 위해서는 조절센터가 몸의 여러곳에 분산되어 가지고는 효과족이지 못하기 때문에 머리부 위 한 곳으로 모이게 되었다. 이것이 뇌인 것이다.

이와 같이 뇌는 척추동물처럼 진화가 상당히 고등한 단계에 도달했을때에 서야 생겨났고, 진화가 진행될수록 뇌가 더 커지게 되었다. 다시 말해서 우리 신체기관중에서 가 장 멋없게 큰 부위를 차지하고 있는 것이 뇌이며, 이렇게 큰 인간의 두뇌는 생존을 위한 운동, 감 각의 제어와 조절이라는 고도의 정신기능을 청출하게 되었다.

식물은 햇빛을 이용하여 광합성을 할 수 있는 엽록체가 존재하였기 때문 에 에너지원을 쁹아서 움직일 필요가 없었다. 그러나, 동물은 햇빛을 직접 이용하여 에너지 원을 얻을 수 없었으며 이 에너지원을 획득하기 위하여 스스로 움직일 수밖에 없었다. 움직이기 위해서는 근육이 핑요하게 되었고, 근육 운동을 효과적으로 하기 위해서 흥분전도로 정보연락망 인 신경이라는 전기줄망이 필요하게 되었다. 즉, 뇌란 동물이 생존을 위해 움직여서 양식을 획득 하고 개체를 유지하기 위해서 창조된 전기적 정보체계이다. 하등 동물에서는 이 신경연락망이 신 체 곳곳의 근육이 있는 부위에 모여 았고 고등동물에서는 몸의 제일 높은 뇌에 모여 있는 것이 다.

신체의 곳곳에 흩어져 있던 신경세포의 집단이 신체의 등쪽 척추뼈 속에 모여 척수(spinal cord)라고 하는 간 꼬리모양의 중추 신경계를 형성하게 되는데, 이 척수의 가장 앞부분과 윗부분이 더욱 커지고 팽창되어 본격적인 뇌를 형성하게 되는 것이다. 어류의 뇌는 아 주 작衁 척수가 크다. 즉, 척수의 발달 덕분에 바다를 재패하게 된 것이다. 뭍과 물 양쪽에 서 모두 살수 있는 양서류나 파출류로 올라감에 따라 척수보다 뇌가 더욱 발달하게 되고, 땅에서 만 사는 척추동물에서는 뇌 중 가장 앞쪽과 위쪽 부분의 뇌인 대뇌가 더욱 커지고 발달하게 되 며, 사람에 이르러서는 이 대뇌부위가 극도로 커져서 찬란한 문화를 창조하게 되었으며 결국 지 구를 제패하게 되었다.

인간의 대뇌부가 공룡 정도밖에 되지 않았다면 다른 동물이 인간 위에서 이 세상을 지배했을 것이다. 즉, 대뇌부위 발달이 세계의 제패와 문화발달의 정도를 결정하는 것 이다. 호모사피엔스호모로켄스, 호모폴리티쿠스라는 말도 대뇌의 기능 때문에 붙여진 이름이 다.

 

뇌의 구조

신경계는 중추신경계와 말초신경계로 구성되어 있다. 인체의 모든 조직과 기관들은 중추신경계에 의하여 기능이 조절되고 통괄됨으로써 하나의 통일된 개체로 활동할 수 있다. 중추신경계의 신경세포의 긴 가지들이 신체 각 부분으로 나가서 말초신경계를 구성하고 있다.

포유동물 중추신경계는 원래 관상 구조로부터 발달하여 뇌와 척수가 되었 다. 관 속은 뇌에서는 뇌실이 되고 척수에서는 중심관이 되었다. 이 속에 뇌척수액이 차 있으며 이 척수액은 뇌실에 있는 맥락총에서 생산되어 뇌실계를 돌아 뇌간에서 표면으로 나와 뇌를 감싸 돈 뒤 정맥으로 흡수된다. 이 뇌척수액은 뇌를 감싸 중추신경계를 띄움으로써 뇌에 대한 기계적 인 충격을 완충해 주며 대사물을 제거해 준다. 뇌는 전뇌, 중뇌와 후뇌로 구성되어 있으며, 전뇌 는 다시 종뇌와 간뇌로, 후뇌는 연수, 뇌교, 소뇌로 나누어진다.

 

1)전뇌

종뇌:대뇌반구, 편도핵, 해마, 기저핵, 간격

간뇌:시상, 시상하부

 

2)중뇌

 

3)후뇌

 

연수

뇌교

소뇌

 

전뇌는 대뇌피질과 변연계로 구성되어 있다. 변연계는 뇌의 중심부 아래에 자리하며 계통 발생상 뇌에서 비교적 일찍 발생된 부분으로서, 늦게 발달한 대뇌피질에 의해 완 전히 둘러싸여 있다. 대뇌피질은 외부 환경과의 교신을 통하여 이를 입체적으로 인식하는 능력을 가지며 목적 지향성 이성행동을 주재한다. 즉, 고도의 사색기능, 판단기능, 창조적 정신기능 등의 고등정신 활동을 하는 곳이며 운동과 감각을 주재하는 곳이다. 이에 비하여 변연계는 본능 행동 과 정서 감정을 주재하는 기구로서 행동의 의욕, 학습, 기억과정에도 깊이 관여한다.

대뇌의 표면은 시경세포체가 밀집되어 있는 회백질인 대뇌피질이며, 속부 분은 신경섬유로 이루어진 흰백질이다. 대뇌를 외관상 보면 꼬불꼬불한 고랑과 둑이 많이 보인다. 휘어진 고랑을 구, 깊은 고랑을 열, 둑을 회전이라 부른다. 좌우 대뇌반구는 앞쪽의 전두엽, 윗쪽 의 두정엽, 뒤쪽의 후두엽, 뇌 가운데 있는 변연엽의 다섯 가지 엽으로 나누어진다. 대뇌피질은 기능과 구조적 특징에 따라서 브로드만이 번신호를 붙여서 세분하였다

 

신경세포의 종류

신경세포는 그들이 가지고 있는 세포질 돌기의 수에 따라 나눈다. 가장 간 단한 경우는 세포질이 축삭이라는 한개의 돌기만을 가지는 단극 신경세포(unipolar neuron)이다. 좋은 예는 그림에서 보는 것처럼 비척추동물의 신경세포와 척추동물의 배근 신경절(dorsal root ganglion)에 존재하는 감각 신경세포이다. 두번째는 두 개의 돌기(축삭과 수상돌기)를 가지고 있 는 세포, 즉 양극 신경세포(bopolar neuron)이다. 망막과 후각점막에 있는 감각수용체 신경세포와 청각 신경세포, 조그마한 과립세포가 한 개 이상의 수상돌기를 가지는 다극 신경세포(multipolar neuron)이다. 대부분의 척추동물의 신경세포는 여기에 속한다

뇌의 기억 정보량과 컴퓨터

사람의 뇌 신경세포는 미엘린이라는 옷을 입고 있는 유수신경과 옷이 없 는 무수신경으로 나누어진다. 즉, 신경세포는 원시적인 나전선의 무수신경과 전열피복을 가진 유 수신경으로 구성되는데, 나전선의 무수신경보다 우수한 전열피복을 가진 유수신경의 흥분전달 속 도가 100배이상 빠르다. 본능 욕망 중추인 시상하부나 감정중추인 변연계는 옷을 입고 있지 않 은 무수신경으로 구성되어 있고, 고위 뇌정신 기능을 담당하고 있는 대뇌피질부는 옷을 입고 있 는 유수신경으로 구성되어 있다. 즉, 무수신경이 진화되어 유수신경이 된 것이다. 유수신경 세포 로 구성된 이 대뇌피질부는 가장 바깥쪽에 위치하고 있는 비교적 최근에 형성된 부위이나, 본능 욕망 중추나 감정중추는 오래전에 형성된 고피질 부위이다. 결국 사람의 뇌는 고피질부에서 동물 적 또는 본능적 행동을 조절하고 신피질부에서는 인간적 이성적 행동을 조절한다. 인간이 사는 것만을 위해서는 오래된 고피질만으로 가능하다. 이것은 태어나면서부터 정보가 뇌에 입력되어 있고, 배고프면 젖을 빨고, 아프면 울고 하는 것은 가르쳐주지 않아도 알고 있다. 이와 같이 고피 질이 하는 일은 이미 사람이 태어날때 프 慣瀏? 다 되어 있으나, 인간 뇌의 85% 이상을 차지하 는 신피질 기능은 아부 프로그램도 되아 있지 않다. 다시 말하면 신피질은 프로스램 되어 있지 않은 초대형 신경컴퓨터인 것이다. 무수신경은 주로 아날로그형 컴퓨터이고 , 더욱 진화된 유수신 경은 디지털형 컴퓨터외 비슷하기 때문에 뇌는 복합형 컴퓨터에 해당된다고 할 수 있다.

아기는 부모가 걷는 보습을 보고 걷는 방법을 신피질에 기억한다. 약 100 여년 전 인도의 밀림지대에서 발견된 늑대소녀는 네발로 달리고 야생고기를 먹고 살았다. 많은 노력에도 북구하고 이 소녀는 인간 사회에 적응하지 못하고 일찍 죽고 말았다. 인간사회에서 살 수 있는 프로그램이 입력되어 있지 않고 늑대로 살아가는 방법만이 입력되어 있었기 때문에 정상 적인 인간생활이 이 소녀에게는 큰 스트레스가 되었던 것이다. 공부 등의 정신적인 일로 신피질 에 정보입력만을 계속 하면 스트레스가 쌓이게 되기 때문에 적절하게 본능과 감정을 조절하는 고 피질도 균형적으로 자극하여 본능적충족감을 느께게 할 필요가 있다.

사람의 뇌는 무한한 능력을 가지고 있다고 하는데 도대체 어느 정도 능력 을 가지고 있는가? 정확히 알기는 불가능하나 대체적으로 추정해 보자. 가장 큰 능력을 지닌 컴 퓨터의 가능한 기억요량은 10의 10승 비트라고 한다. 그러변. 인간의 뇌가 지니고 있는 모든 정보 기억의 총양은 정확히는 모르나 대략 10의 15승~10의 16승 비트정도로 추정하고 있다. 뇌와 컴퓨 터의 차이는 10~100만 배에 이르는 것으로 알려져 있다. 다시 말해서 인강의 뇌에 해당하는 능력 을 컴퓨터가 가지려면 최고의 기술로 만든 컴퓨터 10~100만 대가 팔요한 것이다.

사람의 대뇌 신경세포는 정확히는 모르지만 대략 수백억(10의 11승)개로 추정되고 있어서 그 정보처리 능력의 방대함은 상상을 초월한다 하겠다. 사람은 별생각 없이 물 건을 만지거나, 걷고 달리고 하지만 이것을 컴퓨터를 사용해서 하려면 대단한 양의 정보를 입력 시켜야 하기 때문에 아주 어렵다. 사람에게 뜨거운 물건을 따라 주는 일을 하려면, 컴퓨터는 물잔 의 위치. 뜨거은 정도를 확인 하고 물을 따르는 속도를 적절히 조정해서 물잔에 넘치지 않게 따 르는 물의 양을 조절해야한다. 사람은 이런작업을 자연스럽게 아주 쉽게 하지만, 현재와 같은 직 렬연결의 컴퓨터로서는 할 수가 없다. 음직이는 동작은 어느정도 컴퓨터가 흉내내고 있지만, 인간 의 뇌가 가지고 있는 가장 중요한 고도의 정신 활동은 컴퓨터가 하기에는 불가능한 일이다. 정신 활동의 정확한 기전이 밝혀지기는 조만간은 불가능하기 때문이다. 아마 영원히 불가능할지도 모 른다. 앞으로의 세기에는 신경세포의 기능을 닮은 신경컴퓨터와 지능을 가진 로봇의 개발이 산업 사회를 주도할 것이다.

신경 전달 물질

무게가 평균 1300g으로 몸무게의 2%,펼치면 2300cm2로 신문지 한장 정도 의 적은 표면적을 가지고 있지만 우리 몸의 산소 소모량과 혈류량은 10배인 20%를 차기하고 있 는 이 중요한 구조가 인간존재의 본질을 표현하고 있다.뇌의 극히 작은 부분, 단 몇 mm정도라도 손상된다면 인생이 영원히 바뀌어 버릴 수도 있으며 뇌의 기능이 심하게 손상된 인간은 식물과 같이 사고와 운동을 할 수 없기 때문에 식물인간으로 불리워지며, 인간 생명 존재 가치가 근본적 으로 의심을 받게 된다. 이렇게 놀라운 해부학적 존재를 이루고 있는 뇌에 대하여 인류역사가 시 작된 이래로 인간은 뇌의 신비를 밝히기 위해서 끊임없는 노럭을 지속햐여 왓다.

우리가 아부리 복잡한 정보체계를 상상한다 해도, 수박억~수천억 개에 이 르는 무수한 신경세포가 거미줄처럼 서로 다른 수천 개의 신경세포와 연결되어 교신을 하고 있는 뇌의 복잡성에는 따라가지 못할 것이다.

한 개의 신경세포는 수천 개의 신경세포와 교신을 주고받고 있는데, 이러 한 교신을 담당하고 있는 본체가 바로 화학물질인 신경전달물질(neurotransmitter) 라는 사실이 밝혀진 것이 금세기에 이루어진 가장 획기적인 발견 중의 하나이다. 20세기 초까지만 하더라도 신경세포와 신경세포 사이에는 세포질이 서로 전기줄처럼 연결되어 흥분이 전도되는 것으로 생각 하였다. 그러나, 현미경으로 자세히 관찰한 결과 신경세포 사이에는 항상 일정한 간격(틈)이 존재 한다는 사실이 밝혀졌으며, 이러한 간격을 뛰어넘어서 흥분이 전달되기 위해서는 어떤 매개물질 (메신저)의 존재가 필요하다는 자연적인 추론이 나오게 되었다.

1921년 오토뢰비 박사는 미주신경이 붙어 있는 개구리 심장과 미주신경을 제거한 개구리 심장을 준비하여 각각 링거액에 담그고 서로 링거액을 통하게 연결시켰다. 첫번재 심장에 붙어 있는 미주신경을 자극하였을 때 심장의 박동이 느려졌으며 , 미주신경이 없는 두번 째 심장의 박동도 느려졌다. 즉, 첫 번재 심장에 붙어있는 미주신경응鱁 자극하였을 때 이 신경의 말단에서 어떤 화학물질이 유리되어져 나와 링거액을 통해 신경이 없는 두번재 심장에 직 접 영향을 미친다는 사실을 밝힘으로써 신경전달물질의 존재를 처음으로 증명하였으며 이 신경전 달물질을 미주신경물질로 명명하였다. 이후 이 물질은 아세틸콜린임이 밝혀졌으며 현재까지 뇌에 는 40여 종류가 넘는 신경전달물질이 발견되고 있다.

우리는 흔히 이 세계를 눈에 보이는 물질세계와 보이지 않는 정신세계로 나누고 있다. 정신세계를 움직이고 조절하는 것도 물질로 이루어진 화학적 신경전달물질에 의해 서 행해지고 있다는 것은 많은 것을 시사해 주고 있다. 현재 복잡한 정신세계, 마음의 세계를 눈 에 보이는 과학적 개념으로 모두 설명할 수는 없지만 과학이 발달해 감에 따라 현재 보이지 않는 세계, 추상적인 세계도 구체적인 현실세계로 볼 수 있을 것이다. 눈에 보이는 세계와 보이지

않는 세계의 정이가 과학적으로 상당히 애매해지고 있는 것이 사실이다. 과 거에 존재를 볼 수 없었던 많은 것들이 현재 그 존재를 인정받고 있다. 정신분열병, 우울병, 신경 증, 파킨슨병, 무도병, 간질, 자폐증, 수면장애 등과 같은 중요한 신경정신계 질환이 특정 신경전 달물질계의 기능과다 및 기능감소로 생긴다는 사실이 밝혀지고 있다. 뿐만 아니라 현재 큰 사회 적 문제를 야기하고 있는 히로뽕, 코카인, 라이서 진산 다이에틸아마이드(LSD) 같은 환각제도 신 경전달물질계에 영향을 미침으로써 환각 및 행동의 이상을 보인다고 생각하고 있다. 즉, 뇌의 모 든 기능은많은 종류의 신경전달 물질에 의해서 이루어 진다.

다시 말해서 인간을 인간답게 만들며, 인간활동의 최고 주체이며, 인류문 화 창조의 근원을 형성케 했던 중심이 신경전달물질이라고 말해도 과언이 아니다. 중요한 역사적 사건의 주체들, 인류에 큰 타격을 주었던 전쟁을 일으킨 사람들의 생각과 사상, 행동을 이해하기 위해서는 이들의 신경전달물질계가 어떻게 다른가 하는 연구가 필수적일 것이다.

고도의 정신기능, 감정, 운동 및 감각기능을 하기 위하여 얼마나 많은 신 경전달물질이 뇌에 존재하는지 아무도 모르고 있다. 앞으로 과학이 발달함에 따라 서로 다른 기 능을 하고 있는 많은 신경전달물질들이 끊임없이 발견될 것이며 이 신경전달물질계의 특성을 밝 힘으로써 인간 정체의 본질이 규명될 수 있을 것이다.

흥분전달은 전달물질이라고 하는 화학물질에 의해서 이루어지고 있다. 말 초조직에 작용하고 있는 많은 호르몬도 뇌 신경에 존재하며 이 호르몬도 뇌에서는 신경전달물질 로서 작용하고 있다. 신경전달물질에 의해 정보전달이 이루어지고 있는 신경세포와 신경의 접합 부위를 '시냅스'라고 부르며 이 시냅스는 전기줄처럼 이어져 있는 것이아니라 일정 간격을 가지 고 있다. 즉, 이 시냅스 간격을 뛰어 넘는 정보를 전달해 주는 메신저 물질이 '신경전달물질'인 것이다.

신경전달 물질(호르몬 포함)은 신경섬유 말단부의 조그마한 주머니인 소포 체에 저장되어 있다가 신경 정보가 전기적 신호로 신경 섬유막을 통해 말단부로 전파되어오면 이 조그마한 주머니가 신경 세포막과 접합한 후 터져서 신경전달물질이 시냅스 간격에 유리된다.유 리된 전달물질은 2만분의 1mm 정도되는 짧은 간격에 흘러서 다음 신경 세포막에 도달되며 세포 학에 있는 특수한 구조와 결합하므로써 흐운이 전달된다. 이특수한 구조는 정보를 받아들이는 물 질이라는 의미에서 수용체(RECEPTOR)라 부르고 단백질로 구성되어 있다. 즉, 신경 전달물질은 일종의 열쇠이며 이를 받아들이는 수용체는 열쇠 구멍에 해당되기 때문에 전달물질이라고 하는 열쇠가 수용체라고 하는 열쇠구멍에 맞게 결합하므로써 다음 신경 세포막에 있는 대문이 열려 정 보가 전달될 수 있는 것이다. 신경전달물질은 각자 특유의 수용체 분자하고만 결합하여 특정 정 보 전달을 한다. 즉, 신경 정보를 가지고 있는 전달 물질이라고 하는 화학분자와 그 정보를 받아 들이는 수용체라고 하는 특수 단백질 분자의 상호 결합으로 고도의 정신기능에서부터 행동 감정 에 이르기까지 모든 것이 결정되는 것이다. 유리 신경전달물질이 신경 세포막에 있는 수용체 단 백질과 결합하면 수용체 분자 옆에 있는 이온통로(이온채널)가 활성화되어 나트륨(Na+), 칼슘 (Ca++)과 같은 양이온, 염소이온(Cl-)과 같은 음이온의 세포내로의 이동이 증가된다. 평상시 세포 내에는 -60∼-90mV의 음전하를 띠고 있으나 양이온 이동의 증가로 양전하를 띠게 되면 신경세 포는 흥분 발사를 하게 된다. 이때 염소이온과 같은 음이온이 세포내로 들어오게되면 세포내의 음전하는 더욱 커지게 되어 신경세포의 흥분은 억제되는 것이다.

신경세포를 흥분시키는 전달물질로는 글루탐산(glutamic acid)이, 억제 시 키는 전달물질로는 가바(GABA: r-aminobutylic acid)가 대표적이다.

신경전달물질이 적절히 유리된다고 하더라도 이와 결합되는 수용체가 적 절한 기능을 하지 못하면 신경정보는 효율적으로 전달되지 못한다. 이런 의미에서 전달물질과 수 용체는 뇌에서 활동하는 남녀주역인 것이다. 어떤 이유로 전달물질의 유리가 적어지면 수용체수 는 증가되며 반대로 유리가 너무 많아지면 수용체수는 줄어들어 우리 뇌의 기능이 일정하게 항상 성을 유지하게 되는 것이다.

이러한 항상성이 깨어질 때 여러 가지 신경정신 질환이 발생된다. 대표적 인 예를 들면 도파민 신경전달 물질이 유리되어져 나오는 신경세포가 망가지면, 수용체는 정상이 나 수용체와 결합하는 도파민 전달물질이 없기 때문에 도파민이 매개하는 운동기능이 상실됨으로 써 '파킨슨병'이 생기고 반대로 도파민 수용체가 과도한 활동을 하면 '정신분열병'이 생기는 것으 로 생각하고 있다. 따라서 파킨스병을 치료하는 방법은 도파민 신경전달물질의 합성을 증가시키 는 약제를 사용하는 것이며, 정신분열병을 치료하는 방법은 도파민 수용체의 기능을 차단하는 약 물을 사용하는 것이다. 앞으로 뇌의 두주역인 신경 전달물질과 수용체의 특성에관한 연구가 과학 의 첨단연구가 될 것이며, 이 두주역의 정체 해명으로 인간 정신의 해명, 나아가 생명의 수수께기 를 풀 수 있는 거보를 내딛게 될 것이다.

 

대뇌화와 동물화

하등동물에서는 뇌가 없고 척수가 발달되어 있으며 몸 안팎으로보터 자극 을 받아들이고 이데 대하여 첥에 박은 듯한 단순한 반응이나 반사활동을 일으켜 본능적인 생활 보존활동을 한다. 그러나, 동물이 진화 발달하여 눈, 코, 귀와 같은 특수 감각기를 통하여 감 각 정보를 받아 이를 종합하고 과거의 기억과 견주어 시기에 알맞은 높은 수준의 활동이 필요함 에 따라 척수 윗부분과 중추 신경계가 뛰어나게 발달하여 대뇌를 이루었다. 대뇌는 대뇌피질 (cortex) 과 변연계(limbic system) 로 구성 되어있다.

변연계는 뇌의 중심부 아래에 자리하며 계통 발생상 뇌에서 비교적 일찍 발생된 부분으로서 늦게 발달한 대뇌피질에 의해 완전히 둘러싸여 있다. 대뇌 피질은 외부 환경 과 교신을 통하여 이를 입체적으로 인식하는 능력을 가지며 목적 지향성 이성행동을 주재한다. 즉, 고도의 사색 기능, 판단기능 , 창조적 정신기능 등의 고등정신활동을 하는 곳이며 운동과 감 각을 주재하는 곳이다. 이에 비하여 오래된 변연계는 본능 행동과 정서 감정을 주재하는 기구로 서 행동의 의욕(motivation), 학습(learnimg), 기억 (memory), 과정에도 깊이 관여한다.

고등동물일수록 본능과 감정기능 등은 오래도니 뇌인 대뇌의 하부 변연계 에 남고 시각, 청각 등 정밀한 감각기는과 세밀한 운동기능은 점차 뇌의 아랫부분에거 윗부분인 대뇌피질부로 이관되어 대뇌피질부가 크게 발달하게 되었다. .이런 현상을 대뇌화 (encephalization) 라 한다. 높은 수준의 대뇌피질부는 변연계나 척수와 같은 낮은 수준의 중추신 경계 기능을 촉진 혹은 억제하는 등의 조정역할을 하게 되었다. 따라소 고위 대뇌부위가 손상되 거나 기능이 약화되면 그 결손 증상과 함께 고위 대뇌부의 조절 통제하에 있던 하위 죄부위의 기느이 해방되어 동물화 현상이 촉진되다. 이를 해방현상이라 한다. 사람에서는 대뇌피질부가 제 거되면 백치가 되며 본능과 식물 기능만 남아 식물인간이 되고 만다. 인간을 인간답게 하는 것 은 고귀한 정신이며 정신활동의 극대화로 창조가 이루어진다. 끊임없는 창조활동으로 오늘날과 같은 인류문화가 형성 발전 된 것은 의심의 여지가 없다. 소크라테스는 '인간이란 정신이 있는 신체를 사용하는 존재'라고 하였으며 , 플라톤은 '정신은 지, 정, 의 세 부분으로 구성되어 있으며 이 세가지가 잘 조화된 정신이 이상적' 이라 하였다. 중국에서는 만물을 만물이 되게 하는 도의 근원이 정신이라 하였다.

어러한 정신 가운데소 창조야말로 인간을 가장 인간답게 만드는 근본이 며, 인류 문명 발달의 핵심이다. 앞에서 언급한 바와 같이 가장 높은 정신현상인 창조는 우리 뇌 의 가장 높은 곳에 있으며 진화상 최근에 발달한 대뇌피질에서 나오나, 본능이나 폭력과 같은 원 초적인 감정은 오래전에 형성된 변연계와 같은 하부 뇌에서 나온다. 즉, 인간을 인간답게 만드는 인간성은 상부뇌인 대뇌피질에서 나오나 동물성기능은 하부뇌만으로 충분하다. 오늘날 우리 사회 는 건전한 정신, 창조적인 혼이 깃들어 있는 인간성이 충만된 이성적 사회인가?

아니면 즉흥적인 감정과 본능적인 행위가 풍미하는 동물성의 사회인가? 매 일매일 접하는 수많은 자극이나 정보들 , 이들을 유용하게 받아들여 인류문화 발달에 유익한 방 향으로 창조하기 위해서는 대뇌신경회로의 발달과 활성화가 필요하다.외부의 자극이 들어와서 이 성적이고 창조적인 활동으로 연결되기 위해서는 맨 위에 있는 대뇌피질가지 회로가 열려 모든 정 보를 종합분석함으로서 적절하고 사려깊은 행동이 표현되나,즉각적인 감정의 표출이나 폭력은 대 뇌가지 올라오지 못하고 동물뇌인 하부뇌 까지만 회로가 열려 생기는 것이다.

흥분전도가 활발히 일어나는 신경회로는 발달되고 강화된다.다시 말해 신 경전도가 활성화될수록 회로를 형성히고 있는 신경세포의 가지가 많이 돋아나고 회로가 튼튼해지 고 넓어지나 스지 않는 회로는 없어지고 막혀 버린다.즉,머리는 쓸수록 발달되고 좋아진다.다라서 다른 사람의 말이 비위에 거슬린다고 별 생각없이 즉각적인 폭력을 행사하는 것과 같은 사려깊지 못한 행위가 반복될수록 우리의 뇌는 상부의 뇌보다 하부뇌가 커지는 동물화 현상이 일어나고 대 뇌화는 위축되고 하부뇌의 해방현상이 촉진된다.이러한 현상을 피하기 위해서는 외부에서 들어온 자극을 시간을 두고 깊이 생각하고 한단계 鍹추어 행동으로 옮김으로써 하부뇌에서 멈추지 않고 대뇌상부까지 회로를 열어서 동물화 현상은 방지되고 대뇌화 현상이 촉진될 수 있다.고난과 어려움을 극복큁해서 보다 창조적인 상황에 도달하고자 하는 강인한 정신력은 대뇌신경회 로의 강화에 신선한 활력소가 되며 우리의 삶에 새롭고도 의미있는 창조적인 에너지를 제공해 준 다.인간의 뇌는 무한한 발전성을 가지고 있기 대문에 이런 노력을 통하여 지금 인간뇌의 정신기 능, 창조적 기능은 먼훗날 고도로 발달하여 오늘의 뇌는 마치 네안데르탈인의 뇌처럼 원시적인 뇌로 생각될지도 모른다.

 

 정신과 창조의 핵심 신경전달물질, 도파민

다른 동물에 비해서 특별히 인간의 뇌에서 많이 유리되고 활동을 왕성히 하여 고도의 정신기능과 창조성을 발휘하도록 하는 신경전달물질 중에서 가장 대표적인 것이 도 파민 이다. 도피민은 어던 화학물질인가? 인간의 몸 속에는 20종류의 아미노산이 존재하는데 그 중에서는 '페닐알라닌'이라는 벤젠고리를 가지고 있는 아미노산이 있는데 여기에 OH기가 붙으면 '티로신' 아미노산이 된다.바로 이 티로신 아미노산에서 복잡한 인간 정신 및 감정의 조절물질인 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린과 같은 세 가지 카테콜아민이 만들어진다. 벤젠고리에 두 가 지 OH기를 가지고 있는 물질을 카테콜이라 부르고 있는데 이들은 공통으로 이런 카테콜 구조를 가지고 있기 때문에 '카테콜아민'이라 부리워지고 있다. 호흡중추,혈압주추,체온중추 등의 생명중 추가 위치 하고 있는 뇌간에는 신경세포들의 집단이 세 줄로 나열되어 있다.위에서 아래로 가장 바깥에 나열되어 있는 신경핵군을 A신경계, 가장 안 쪽에 나열되어 있는것을 B신경계, 사이에 있 는 신경계를 C신경계라 편의상 부르고 있다. A와 C는 카테콜아민 신경계, B는 세로토닌 신경계 에 해당한다.

도파민은 해부학적으로 검은색을 띄고 있기 때문에 흑질이라고 불리워지 는 10번째 신경핵인 A10 신경세포에 가장 많이 집중되어 있다. 이 A10 신경 세포들은 중뇌에 있 으며 여기에서 수 많은 신경가지들을 내어서 가종 정보를 전달한다. 크게 네 가지 뇌 부위로 퍼 지는데, 첫째는 원시적인 욕망의 뇌이며호르몬 조절뇌인 시상하부로 간다.따라서 이 도파민게가 이상이 생기면 호르몬 분비가 이상이 생긴다. 둘째는 오랜 기원을 가진 '본능의 뇌'인 번연게로 간다.이 계는 분노,공포와 같은 감정과 기억, 학습과 관계되므로 이 부위의 이상으로 정서, 기억장 애가 발생할 수 있다.셋뱁째는 운동조절에 관여하는 선조체 부위로 퍼진다. 도파민으 미세 한 운동조절을 하기 때문에, 기능이 파괴되면 말과 운동이 원활하지 못한 파킨슨병이 생기게 된 다. 넷째는 가장 중요한 인간의 정신과 지식을 총괄하는 대뇌피질부로 퍼져 올라간다. 대뇌피질 중에서도 뇌의 가장 앞쪽에 위치하고 있는 전두연합령은 인간의 창조와 지식에 가장 중요한 부분 이다. 이 도파민 신경계의 활동이 과다하게 되면 사고와 창조력은 조화롭게 절제되지 못하고 시 간과 장소와 상황에 맞지 않는 병적인 사고 언행, 환각이 나타나는 정신 분열병이 생기는 것이 다.

이와 같이 도파민은 인류 문화창조에 핵심적인 정산기능과 창조력을 담당 할 뿐 아니라 인간의 본능, 감정, 호르몬 및 운동조절에 없어서는 안될 중요한 물질이라고 생각되 고 있다.즉, 도파민은 인간정신 그 자체라고 해도 과언이 아니기 때문에 앞으로 도파민 신경계의 정체가확실히 밝혀진다면 아직도 잘 모르는 신비한 정신세계가 하나하나 베일을벗을 것이 다.

 

창조와 정신병: 천재와 광인

인간의 복잡한 정신을 '분자 활동'으로 설명할 수 있는 시대가 도래하고 있 음은 주지의 사실이다. 인간의 의식과 행동, 감정이 뇌내의 화학 물질들의 작용에 의해 상당부분 설명이 가능해지고 있다. 그 동안의 과학적 연구의 결과 뇌에는 많은 신경전달물질들, 수용체, 2 차,3차 전달자들, 각종 기는 단백질들을 비롯한 많은 활성물질들이 발견되고 있다.

신경전달물질과그 수용체 들이 가장 중요한 남,여, 주역을 담당하고 있다. 신경전달물질을유리하는 신경섬유 말단에서 유리되어 나오면 일부는다음 신결 세포막에 있는 수용 체에 결합하여 흥분을 전달하고 ,일부는 유리되어져 나오면 자기 신경섬유 말단에 있는 이 수용 체가 거꾸로 자극되어 유리를 억제하게 되며, 적게 유리되어져나오면 이 수용체가 억제되어 유리 량이 중가하게 된다. 이렇게 거꾸로 작용하여 기능을 조절하는 것을 "되먹이기(피드 백)"라 하며 이 수용체를 자동 조절하는 수용체라는 의미에서 '자가 수용체(autoreceptor)'라 부르고 있다. 예를 들어 뇌하수체 호르몬(성장호르몬, 성호르몬등)이 말초 말초 혈액내로 많이 유 리되어져 나오면 이호르몬이 거꾸로 뇌하수체에 작용하여 호르몬 양을 유지하게 되는 데 이러 한 현상이 가장 대표적인 음성 되먹이기(네가티브 피드백)현상이다. 이 자가 수용체는 신경전달 믈질 유리량을 자동으로 조절하여 신경전달물질의 양을 일정하게 유지하는 장치이며, 대부분의 신경계가 가지고 있다.그러나, 드물게 자가 수용체가 없는 신경계도 존재하고 있다.

고도의 사고, 판단, 창조와 같은 인긴만이 가진 고도의 지적활동을 총괄 하는 뇌부위인 전두 연합령은 주로 열번째 A신경핵인 A10 도파민 신경섬유로 구성되어 있으며 이 도파민 신경섬유 신경섬유 말단에는 자가 수용체가 없다. 즉, 자가 수용체가 없기 때문에 음 성 되멀이기 (네가티브 피드백)가 작용되지 않아 유리가 중가하여도 억제는 일어나지 않고 정보 는 계속 한 방향으로만 흐르게 된다.

다시 말해서 A10 도파민 신경계가 활성화 되면 도파민 유리가 계속되 어 정보전달이 더욱 원활 해지고 끝없이 이루어져 창조와 인간정신 창출이 무한히 이루어질 수 있는 것이다. 즉, 창조는 창조를 낳으며, 버리는 쓰면 쓸수록 좋아지는 것이다. 이런 의미에서 A10도파민 신경계는 창조의 본산이라고 해도 과언이 아니며, 이 신경계의 발달여부가 그 사회의 문화척도르 결정한다고 말할 수 있는 것이다.

아인슈타인이 죽었을 때 아인슈타인의 죄가 보통사람의 뇌와 어떻게 다 른가를 알아보기 위해 아인슈타인의 뇌를 조직 절편으로 잘라 구조를 비교해 보았으나 광학현미 경하에서는 어떤 구조적인 차이점을 발견할 수 없었다. 아마 A10도파민 신경계의 기능을 조사해 볼 수 만 있었다면 틀림없이 A10도파민 신경계의 기능의 우수함을 발견할 수가 있었을 것이다. 이와 같은 우수한 A10신경기능을 선천적으로 물려받았는지 후천적인 노력으로 왔는지 확실히 말할 수는 없으나 분명한 것은 이 신경계는 위에서 말한 것처럼 기능의 과다를 막는 장치인 자가 수용체가 없기 때문에 이 신경계의 기능은 쓰면 쓸수록 발달될 수 있다고 생각된다.

일이 중요하다. 그러나, 전두연합령에서의 도파민의 과잉활동이 창조를 만 들 수도 있으나 정신 분열을 일으킬 수도 있다. 현재 정신분열병은 도파민신경계의 과잉할동,특히 전두연합령에서의 통제되지 않는 과잉활동이 중요한 요인이 된다고 생각하고 있다. 정신분열병에 서는 상황에 맞지 않고 비합리적이며, 제어되지 않는 사고의 비약이 자유롭게 나타난다. 천재와 광인은 종이 한 장 차이이다.

 

환각 물질

기계 물질문명이 발달한 고도의 산업화 사회에서 인간관계는 더욱 메마르 고 인간들이 느끼는 소외감과 인간성의 상실이 증가되어 인간의 비인간화가 촉진되고 있다.

사람들은 오랫동안의 노력과 기다림 없이 쉽게 얻을 수 있는 순간적이고 도 찰나적인 쾌락에 더욱 탐닉하게 되는 것 같다. 최근에 우리 사회에 큰 문제를 야기하고 있는 약물남용,특히 정신적 ,육체적인 비정상적 쾌락과 감각을 나타내는 환각제의 남용이 이런 경향을 잘 말해 주고 있다. 우리 사회에서 존경을 받고 있는 명사들, 특히 예술에 종사하고 있는 사람 들이 이런 환각제 복용으로 가끔 사회에 큰 물의를 일으키고 있다. 예술에 더욱 깊이 몰입하기 위해서 큰 죄의식 없이 환각제를 복용했다는 변명과 일부의 이해도 있으나,영혼을 구해 주고 만 인의 심금을 울려 주는 예술은 약물에 의해서 나타나는 비정상적인 것보다는 오랫동안의 땀흘린 각고의 노력과 영혼과의 외로운 투쟁에서 나오는 정상적인 것이어야 한다는 것은 너무나 당연한 것이다. 쾌락 위주의 약물이 남용되는 사회는 멸망의 길로 가고 있다는 사실을 로마와 폼베이의 교훈에서도 쉽게 찾을 수 있다.

외부로부터의 자극이 없는데도 뇌에서 그 감각 자극을 실재하고 있는 것 처럼 지각하는 환각은 상황에 맞지 않는 비합리적이고 비현실적인 감각이다.

환각제는 뇌에서 신경흥분을 전달해 주고 있는 신경전달물질의 구조를 그 대로 닮고 있다.즉 환각제들은 세로토닌과 도파민 신경전달물질계의 이상 자극을 통해서 환각과 여러 가지 정신병작용을 나타낸다. 유명한 엘에스디(LSD,라이서진산 다이에틸 아마이드)와마리화 나(대마초),시로신 환각제는 세로토닌 신경계를 통해서,히로뽕(필로폰)과 메스카린,코카인 환각제 는 도파민 신경계를 통해서 환각 작용 이외에 혈압 상승작용, 근육의 경련,시력의 감퇴가 나타날 뿐만 아니라 면역 기능의 하강과 뇌하수체 호르몬 기능의 감소가 나타나서 감염과 불임을 초래할 수도 있다. 청소년들에게 더욱 나쁜 것은 병적인 망상과 주의 집중의 결여, 판단 장애가 나타나서 정상적인 사회생할의 영위가 힘들게 된다는 것이다. 이러한 현상은 우리 사회에 가장 많이 남용 되고 있는 히로뽕 환각제에서 가장 뚜렷하게 볼 수 있다.히로뽕 환각제가 더욱 무섭고 나쁜 것은 다른환각제에서는 찾아볼 수 없는 망상형 정신분열병이 초래된다는 사실이다.평소에 경험해 보지 못했던 환시와 환청이 나타나는 것은 물론이고 전신 교감신경계가 흥분되고, 주의집중과 판단장 애에 이어 정신분열병이 나타나서 뼈寬 사회에 파멸적인 영향을 나타낼 수 있는 것이다.이와 같이 뇌 신경세포에 작용하는 환각제들은 인류가 이루어 놓은 찬란한 문명을 지옥의 나락 속으로 떨어뜨리게 할 뿐만 아니라 우리의 인격을 철저히 파괴하여 비인간화를 초래하며 인간을 약물의 노예로 만드는 무서운 약물이다.

건전한 육체에 깃든 맑고 깨끗한 정신과 마음속에서 노력과 땀을 통해 얻 은 즐거움과 보람이야말로 무엇과도 바꿀 수 없는 고귀한 인간만이 누릴 수 있는 소중한 자산이 다.

 

뇌의 기원

고대학자의 저서를 한 번이라도 읽은 적이 있는 사람이라면, 수많은 과학 적 발견이 간단한 관찰과 추리에 의해 이뤄졌다는 것에 대해 대단히 놀랐을 것이다. 인체 기관 의 기능에 관한 과학자와 의사의 지식은 이미 2000년 전에도 상당한 수준에 이르고 있었다. 그 러나 뇌의 참된 기능에 관해서만은 아주 잘못된 생각을 갖고 있었다. 그리스의 대철학자 아리스 토텔레스조차 뇌는 혈액을 냉각시키는 큰 샘에 불과하다고 보았다.

오늘날에는 적어도 뇌는 냉장고가 아니며 그가 말하는 이른바 '샘'이 무엇 을 위해 필요한 지는 국민학생도 알 수 있을 정도이지만, 뇌의 기능에 대해서는 아직도 많은 수 수께끼가 남아 있다.

인간의 뇌가 완성되기 까지 신경계는 오랫동안 진화과정을 밝아 왔다. 신 경계의 시초는 각기 흩어져 있던 분자의 결합으로 살아 있는 물질이 탄생했던 원시 대양으로까지 거슬러 올라간다.

이 생명체는 곧 복잡한 단세포생물이 되어 큰 군락을 이루고 군생을 시작 했다. 이 단세포생물은 두 개의 주요한 특징으로 피자극성과 전도성, 말하자면 흥분을 이웃세포에 전달할 수 있는 능력을 갖추고 있었다.

그 후 다세포생물에서 기능 분화가 생기기 시작했다. 강장 동물에게는 신 경세포라고 하는 특별한 구조가 생겼고, 그 피자극성과 전도성은 고도한 발전을 이뤘다. 보다 미 묘한 외계의 자극을 수용하여, 생명체에게 유용한 반응으로 응답할 수 있는 세포와 기관에 자극 을 전달하는 것이 이 신경세포의 기능이었다.

히드라나 해파리 등 하등한 강장도울의 신경 세포는 그 돌기가 서로 뒤엉 켜 신경망을 이루고 있다. 이것이 가장 원시적인 신경계이다. 그 후 진화과정에서 신경세포 각각 의 덩어리가 나타난데 이어 그것이 보다 복잡한 조직을 가진 완전한 신경줄기로 진화되었 다.

그것은 많은 수축하는 요소가 충분히 조화되어 움직여야만 하는 장소에 생겼다. 해파리의 갓 가장자리를 통과하는 신경집단 망을 구성하고 있는 것도 이와 같은 신경 세 포 덩어리이다. 그 덕택에 해파리는 갓 전체를 수축, 이완시키면서 물 속을 이동할 수 있게 되었 다.

강장동물의 자손인 기생충 등의 편형동물은 신경 세포가 모여서 줄기를 이루고 몸의 세로 방향으로 늘어서 있다. 이 세로 줄기들은 서로가 교차되어 있고, 또 그 사이에 가로 연락이 있기 때문에 전체 신경계가 함께 작동할 수 있다. 물론 이같은 집중신경계는 산만신 경계에 비해 한 발 앞선 것이다. 그러나 동물의 몸 각 부분과 기관의 기능을 지배하는 이 같은 줄기모양의 신경계는 그 구조가 대단히 복잡하고 방대해져 그 자체의 작동 방향을 걸정하는 벌도 의 기관을 필요로 했다.

고등한 편형동물을 와서 비로소 이와 같은 중추 기관이 발생했다. 세로 줄 기가 교차하는 몇몇 장소에 신경계의 수가 많아지고 신경절이 생겨나서 가장 복잡한 기능을 떠맡 을 뿐 아니라 신경계 각 부분의 작동에 영향을 미치게 되었다. 편형동물에 있어서 신경절은 우선 눈이나 평형기관 등 감각기관 부근에서, 먹이를 물었다가 장으로 보내는 인두 가까이에서 나타났 다.

신경절 형태의 신경계는 매우 편리했다. 확실히 평형동물로부터 생겨났다 고 여겨지는 환형동물(지렁이등)에서는 모든 신경세포가 신경절에 모이고, 이들을 연결시키는 신 경줄기(세로줄기)는 이 신경세포들의 긴 돌기가 통과하고 있는 장소에 불과하다. 보통 각 몸마디 에는 한 쌍의 신경절이 있고 이들은 가로로 연합해서 연락되고 있다. 또한 앞 뒤 마디의 한 쌍의 신경절은 세로로 연합해서 연결되어 있다.

이와 같은 신경계는 계단 모양으로 되어 있어 '계단형 신경계'라 불리고 있다. 그 중에서 머리에 있는 신경절은 가장 크고 복잡한 기능을 하면서 다른 신경절 연쇄와 관 련해서 주도적인 역할을 맡고 있다. 고등한 환형동물에서는 신경절이 서로 인접해 있어서 하나의 밀집된 구조를 이루고 있는데. 이 같은 신경계는 현재의 척추동물 신경계와 어느 정도 유사하 다.

최초에 척추동물의 뇌가 어떠했는지는 알 수 없지만, 원색동물의 하나인 괄태충은 신경관만 있고 뇌는 없다. 뇌가 처음 나타난 것은 원구류(장님장어, 칠성장어)와 어류에 서이다.

이같은 하등한 동물에서도 뇌의 구성은 인간의 뇌와 본질적으로 같다. 그 러나 구성은 같아도 그 구조와 주된 기능은 매우 다르다. 전뇌는 인간에게는 심리활동이 통제되 는 곳이지만, 어류와 칠성장어에서는 냄새자극의 분석만 하고 있다. 한편 개구리, 도마뱀 등의 양 서류에서는 그 기능이 약간 복잡해졌다.

물에서 육지로 올라온 양서류는 많은 곤란에 부딪혔다. 특히 후각이 현저 하게 손상되었다. 어류는 물에 녹은 물질의 냄새를 느낄 수있다. 그런데 육지에 올라온 양서류가 냄새를 맡기 위해서는 먼저 콧속의 액체로 냄새나는 물질을 녹인 후에야 비로소 '냄새를 맡을'수 가 있었다.

양서류의 후각수용기는 새로운 작업조건에 제대로 적응하지 못하고 전 뇌 에 아무런 정보도 주지 못했다. 이 때문에 전 뇌는 다른 일거리를 찾아야만 했다.그 결과 양서류 의 전뇌는 시각, 청각 등 많은 자극 분석에 참여하게 되었다. 이에 따라 모든 정보가 집중되는 뇌 부분이 비로소 나타나게 되었다.

포유류의 뇌는 툭히 급속하게진화되었다. 우선 어떤 특정한 자극-시각, 청 각, 후각, 피부 자극-만을 전담하여 분석하는 각각의 감각 분야가 나타났다. 하지만 그 윤곽은 아 직 명확하지 못했다.

더욱이 고등한 포유류에서는 개개의 감각 분야 사이에 작은 섬 , 이른바 연합분야가 나타났다.

이 연합분야는 놔가 진화함에 따라 더욱 커지고 발달하였다. 원숭이와 사람 에게는 연합 분야가 대뇌반구 표면의 상당부분을 차지하고 있다 당연한 일이지만 가장 복잡하고 인간만이 가진 심리 기능을 수행하는 것은 이 연합분야이다.

조건반사

인간의 뇌는 자연이 지구상에 만들어낸 것 중 가장 놀랍고도 정교한 산물 이다, 20세기까지 과학은 뇌의 복잡함앞에 어찌할 바를 모르고 팔짱만 끼고 있었다. 뇌기능을 연 구한 이래 처음으로 큰 성과를 거둔 사람은 러시아의 위대한 생리학자 이반 페트로비치 파블로프 와 그의 여러 제자들이었다. 그들의 연구가 성공했던 이유는 간단한 생리학적 행위이면서 동시에 심리적 행위이기도 한 현상을 처음부터 연구대상으로 삼았기 때문이었다.

더욱이 후에 명확하게 되었듯이 이러한 현상은 그야말로 기본적인 심리적 행위였다. 빠블로쁘의 말을 빌리자면, 사고활동이라는 거대한 건물을 이루고 있는 하나의 벽돌인 '조건반사'라는 것이었다.

그러나 뇌의 조건반사 활동에 관한 학설은 곧바로 인정되지는 못했다. 구 세대 과학자들의 머리 속에는 복잡하기 그지없는 뇌 활동을 해명할 수 없다는 생각이 꽉 박혀 있 었기 때문이었다. 하지만 그후 사태는 일변했다. 현재는 그런 사람이 거의 없겠지만, 그래도 사고 활동의 근저를 이루는 것이 조건반사(혹은 일시적 결합)의 계, 극히 단순한 생체반응이라는 것을 믿지 않는 사람들은 많다.

인간의 뇌는 사고활동을 가능하게 하는 많은 밝혀지지 않은 메카니즘을 가지고 있는데, 그 중심이 되는 것은 조건반사계이다.

몸의 어떤 세포, 특히 단세포생물은 이전에 자극을 받은 흔적을 계속 가지 고 있으면서 먼저 번 행동의 반응에 따른 자신의 반응을 변화시킨다. 즉 일시적 결합을 만들어 내는 능력을 어느 정도 가지고 있는 것이다. 이러한 기능은 신경세포에서 가장 뚜렷하게 나타나 며 그것의 출현 자체가 신경계의 특징이 된다.

일시적 결합(조건반사)은 중요한 사건과 중요하지 않은 사건이 시간적으로 동시에 일어날 경우에 형성된다.

개에게 먹이를 주기 전에 언제나 그릇을 탁탁 두드리는 소리를 듣게 한 다면, 얼마되지 않아 개에게 조건반사가 일어난다. 즉 탁탁 소리를 들은 개는 이전에 먹이를 줄 때만 흘렸던 침의 분비등과 같은 반응을 나타낸다.

조건반사는 주위 현실에 관한 기본적 지식의 세트이다. 조건반사에 반영 되는 것은 동물에게 주어진 환경의 특징적 법칙성이다.

그릇을 탁탁 두드리면서 개에게 먹이를 주는 일을 몇 번 반복하면 개에게 조건반사가 형성되다. 이것은 개가 두현상의 상호관계를 '알아챘다'는 것을 의미한다. 이제 조건 자극(그릇소리)은 이차적 자극 신호같이 되어 개는 음식물을 먹으면서 나타나는 생체의 모든 반 응을 일으키게 되다.

신호활동(일시적 결합의 형성)은 지구상의 모든 동물에게서 나타나는 특 징적이고 보편적인 현상이다. 더욱이 이 원리는 혹성에 사는 동물에게도 똑같이 적용되는 보편성 을 가지고 있다고 보아도 좋을 것이다.

지구상의 동물은 주위 세계를 연구해서 일생을 통해 새로운 시식을 쌓아 갈 수 있는 놀라운 적응 능력을 갖추고 있다. 이 적응능력은 일부 감각기관의 기능과 관계가 있 는데, 이 감각기관의 구조는 장시간 지속되는 자극에는 쉽게 익숙해져 반응하지 않는 대신 새로 운 자극에는 배우 민감하게 반응한다.

이런 현상은 아마 누구든지 경험했을 것이다. 외출 후 집으로 돌아왔을 때 상당히 강렬하고 불쾌한 냄새를 느낄 때가 있지만 몇 분만 지나면 냄새를 느끼지 못하게 된다. 우리의 코가 냄새에 익숙해져 뇌에 적당한 정보를 전하지 못한 것이다. 그러나 잠시 밖에 나갔 다가 다시 돌아온다면 냄새는 다시 코를 찌를 것이다.

 

언어와 문자

뇌는 감각기관의 이런 특징 때문에 항상 주위 세계에서 일어나는 모든 새로운 사건에 대해서 정보를 입수할 수 있다. 또한 개로운 자극은 지향성 반사를 일으키는데, 그 로 인해 동물은 모든 돌발사태에 대비할 수 있다.

마리꼴로 극히 적지만 소나 양의 발병률은 훨씬 높다는 것이다. 결국 가축 이 발병하기까지는 10,000마리의 개미를 먹어야만 한다는 것이데, 이병의 발병지대에서는 소가 오 로지 개미만을 먹고 산다는 괴이한 결론이난다.

이 흡충을 방제하는 것은 매우 어려운 일이다. 흡충에 감염된 목장을 발견 해 내는 것조차 단번에 가능하다고 할 수 없다. 대단히 손이 많이 가는 귀찮은 일이다.

개미가 무서운 기생충의 유충을 몸 숙에 지니고 있는지 없는지를 알기 위 해 우선 개미를 해부해야 한다. 그리고 개미의 위를 꺼내 현미경에 잘나타날 수 있도록 관찰용 표본을 만든 후 검은 작은 점-케르카리아(흡충류 유충의 성장단계 중 하나)가 개미로부터 탈출하 면서 그 위벽에 뚫은 통로의 흔적-을 발견해 내야만 한다.

최근 들어 과학자들은 위를 떠난 케르카리아가 무엇을 하고 있는지 조사 해 보았다. 그런데 의외로 케르카리아의 대부분은 개미의 복강(내장이 채워져 있는 부분)네 머물 러 있었지만, 최소한 한 마리만은 개미 신경계의 가장 중요한 부분인 식도 밑의 신경계로 침입하 여 그 앞쪽 턱의 신경피막사이에서 메타베르카리아(유충의 최후 성장단계)로 변해 있음이 발견됐 다.

그러나 지금까지도 신경절로 간 한 마리의 케르카리아가 어떤 방법으로 선택되어 신경절이 채워졌다는 것을 어떻게 알았는지 등은 미지수로 남아있다.

과학자들은 감염된 개미가 그 후 어떻게 될 지가 궁금했다. 개미의 뇌에 기생충의 유충이 정주하기 되면 반드시 개미 행동에 영향은 마칠 것이기 때문이다. 그러나 오랫 동안 아무것도 발견할 수가 없었다. 감염된 개미는 기온이 어느 정도 높은 동안에는 정상적인 개미와 전혀 분간되지 않았다.

이들 개미는 먹이와 건축재료를 집으로 운반하는 등 모든 '사회적노동'에 참가한다. 그러나 날이 저물면서 기온이 내려가기 시작하면 케르카리아가 기생하는 개미는 풀의 위쪽으로 기어올라가 줄기에 단단히 ꖻ어서 다음날 아침 태양이 대지를 따뜻하게 비출 때 까지 그대로 꼼짝도 하지 않는다.

결국 목장에서는 아침과 저녁으로 소나 양에게 풀과 함께 이 개미를 먹이 게 되는 것이다. 기온이 저하되면 될 수록 이에 따른 개마가 움직이지 않은 시간도 길어지게 되 고 가축이 감염될 확률도 높아지게 된다.

과학자의 이러한 발견은 흥미로울 뿐만 아니라 극히 중요하다. 왜냐하면 개미를 냉장고에 넣고 그 행동을 관찰해 보면 기생충에 감염된 개미를 쉽게 분간해 낼 수 있기 때문이다. 현재까지는 하등동물의 뇌병에 관한 연구는 아직 일정이 잡혀 있지 않지만 그 필요성 은 모든 과학자들이 인정하고 있다.

 

기억의 비밀

현대 생물학의 과제는 아무래도 기억의 비밀을 해명하는 일일 것이다. 이 문제를 풀기 위해서 세계 각국의 수백명의 과학자가 매달려 있다. 그러나 현재까지 '기억'이러는 것은 무엇인지, 뇌의 어느 부분에 기억이 간직되고 있는 것인지, 기억은 어떻게 해서 코드화되고 있는 것인지 등이 밝혀지지 못한 실정이다.

다시 말해서 과학자들은 인간의 뇌가 밖에서 들어오는 정보를 어떠한 종이에 무슨 잉크와 어떠한 볼펜을 사용해서 적어 넣고 있는가를 명확히 해야만 하는 것이 다.

 

도미넌트 현상

생리학에는 도미넌트라는 현상이 있다. 간단히 말하면 다음과 같은 것이 다. 어떤 원인으로 뇌에 흥분이 발생하고, 그 곳이 뇌의 다른 부분의 흥분을 마치 흡수하는 것 같 이 되어 그것에 의해 자기 활동을 강화시키는 현상이다

물론 이 도미넌트라는 현상은 모두가 적지 않게 경험해 보았을 것이다. 우 리가 매우 흥미롭고 중요한 일에 몰두하고 있다든가, 시험공부,또는 새 연극의 역을 맡고 있을 때 등은 뭔가 그 밖의 것에 주의를 돌리는 것이 아주 곤란하거나 전혀 불가능하다. 이러한 뇌 활동 의 매우 중요한 특징 때문에 우리는 그때그때 가장 중요한 과제를 수행하기 위해 전력을 집중할 수 있는 것이다.

인간에게 도미넌트 상태를 발생시키는 원인은 아주 하찮은 것도 있지만 중요한 것도 있다. 후자에 속하는 것으로는 애국심,일에대한 열정, 이성에 대한 사랑, 모성본능 등 이 있다. 이 감정들은 도미넌트를 발생시켜 자기 재능을 남김없이 발휘하고 모든 장애를 돌파하 도록 돕는다.

물론 도미넌트는 언제나 유용하지는 않다. 만일 도미넌트를 발생시키는 원 인이 하찮은 것일 경우 흥분원은 뇌의 전활동을 그것에 집중시키고 말아 더 중요한 임무를 수행 하는 것을 방해한다.

또한 도미넌트는 인간의 지각을 매우 일면적인 것으로 만든다.

이것은 기억을 둘러싼 중요한 문제의 일부에 지나지 않는 것으로 그 이외 에도 규명해야 할 것은 많이 있다. 예를 들어 뇌에 필요한 정보가 어떻게 해서 기억의 저장고에 서 탐색, 선택되어 끄집어내지는가가 밝혀진다면 대단히 유용할 것이다. 왜냐하면 인간의 뇌는 들 어온 정보를 단단히 고정하지만 끄집어내는 조립이 완전하지 못해서 뇌 창고에 쌓여 있는 정보 중 극히 일부만이 이용될 뿐이라고 보아도 그리 틀린 것은 아니기 때문이다.

현재 기억에 관한 이론은 크게 두 가지로 나뉜다.

첫째는 생화학적 기억 이론이다. 이 이론에 의하면 정보는 뇌에서 RNA (리보핵산)의 분자로, 혹은 다른 무언가의 거대한 분자로 코드화된다. 이것을 뒷받침하고 있는 것 은 첫째, 생화학적 코드를 사용하면 사실상 얼마든지 정보를 고정시킬 수 있다는 점이다. 또 하나 이 이론의 가장 유력한 근거는 생명이 발생한 당초부터 이러한 정보저장법이 발명되어 오늘날까 지 정보를 세대에서 세대로 전하기 위해 사용되고 있다는 점이다.

여기에서 말하고 있는 것은 소위 유전암호, 즉 그 종의 전형적인 대표자는 어떠해야 한다는 것을 규정하는 극히 엄격한 규칙과 요구의 세트이다. 그것은 동물의 외관과 그 내부기관 기능의 특징만이 아니라 행동까지 결정한다.

아무도 가르쳐 주지 않았지만, 개미귀신(명주잠자리의 유충-역자주)은 모 래땅에 절구통 같은 굴을 파고 그 밑에 숨어 굴 밑으로 떨어질 먹이를 기다린다