원광디지털대학교

우리는 지난 시간 전두엽의 중요성에 대해 학습한 바 있습니다. 폭발물 사고로 긴 쇠파이프가 피니어스 게이지의 머리를 뚫고 지나간 이후 그의 삶을 조명해 보면서 현대 뇌과학이 밝혀낸 '전두엽이 사람의 성격을 좌우한다'는 것을 알 수 있었지요. 뇌과학은 이 글을 쓰고 있는 필자, 그리고 지금 이 글을 읽고 있는 독자도 마찬가지로 모두 전두엽에 있는 신경세포(neuron)가 단 한 개라도 치명적인 손상을 입게 되면 성격이 180%로 바뀌어서 전혀 다른 사람으로 변할 가능성이 있음을 시사하고 있습니다.

이번 회에서는 파충류의 뇌, 즉 악어나 뱀의 뇌에 대해 함께 이야기를 나눌까 합니다. 우선 여러분들에게 말도 안 되는 질문을 드리겠습니다. 그러나 말이 되도록 이야기를 만드는 것이 더 흥미로운 일이 되지 않을까 싶네요. 질문은 아주 간단합니다. 누구나 생각할 능력이 있다면 대답도 즉시 할 수 있습니다.

[출처:글로벌이코노믹]

“심장이 더 중요할까요? 아니면 뇌가 더 중요할까요?”

질문은 이것이 다 입니다. 그리고 부질없기 짝이 없는 질문이기도 합니다.

우리가 어떤 물질이나 현상을 대할 때 그것에 대한 의견은 각자 생각하기 나름이고, 보는 이의 관점에 따라 다양한 해석으로 드러납니다. 그래서 대답도 제 각각일 것입니다. 예컨대 심장을 중요하게 생각하는 '심장 전문의'라면 분명히 이렇게 말할 것입니다.

 "심장은 우리 몸의 장기 중에서 가장 중요한 기관입니다. 이보다 더 중요한 기관은 없습니다. 심장이 한 순간이라도 잠시 멈춘다고 생각해 보십시오. 심장을 가진 동물이라면 그 어떤 동물도, 특히 만물의 영장이라는 인간조차도 살아남을 재간은 결코 없습니다."

이 내용만을 놓고 보면 감히 틀리다고 부정할 수 없는 발언임에 틀림없습니다. 심장은 대략 1분에 60~80회를 쉬지 않고 정말 부지런히 뜁니다. 근육운동을 하는 것이지요. 심장이 잠시라도 멈추면 우리의 온몸에 혈액과 산소를 공급하지 못하게 되어 즉시 사망에 이르게 됩니다. 다시 말해서 인간은 운동을 멈추는 순간 죽음을 맞이하게 되는 것과 같은 논리입니다.

그런데 심장이 무엇인지?, 어떤 경로로 움직이는지를 조금만 더 생각해 보면 심장 전문의가 주장하는 말이 반드시 옳다고 동의할 수 있는 것도 아닙니다. 그러면 심장이란 무엇인가요? 심장에 대해 도움 말씀을 드리자면, 우리의 흉곽 속에서 산소와 영양분을 싣고 있는 혈액을 온몸에 흐르도록 펌프질을 하는 한줌의 근육으로 이루진 장기에 불과합니다. 그 근육을 1분에 60~80회 뛰도록 명령하는 기관은 어디인가요? 그것은 바로 '뇌'입니다. 심장이 저절로 뛰는 것이 아니죠. 정말 중요한 것은 심장에 신경세포 가지를 직접 뻗쳐 심장근육이 운동을 하도록 명령을 내리는 뇌입니다. 생명이 살아 있기 위해서는 심장이 쉬지 않고 뛰어야 합니다. 의지와 상관없이 근육을 움직여야 한다고 해서 이를 두고 불수의적(不隨意的) 근육운동이라도 합니다. 이렇게 자나 깨나 심장을 움직이도록 하는 뇌의 부분을 뇌간(腦幹, brainstem)이라고 부릅니다.

뇌간은 인간의 생명과 직결된 부위이며 아주 중요한 기관으로써 존재합니다. 신체의 호흡과 심장운동을 조절하는 생명 중추가 있을 뿐만 아니라 외부의 정보에 대해 우리 의식이 깨어있도록 유지해 주는 기능도 있습니다.

[출처:글로벌이코노믹]

이번 회에서는 생명 중추인 뇌간(뇌줄기)을 주제로 독자들과 담론을 나누려고 합니다.

뇌간은 생명의 줄기이자 의식의 뿌리이며, 뇌에서 가장 먼저 생긴 부분입니다. 그러니까 뇌에서 나이로 보면 가장 연장자이며, 약 5억년 보다 훨씬 전부터 진화가 시작된 기관이라고 할 수 있습니다. 특히 이 부위는 악어나 뱀의 뇌를 닮았다고 해서 "파충류 뇌"라고도 부릅니다. 뇌의 시상 단면에서 보면 뇌를 떠받들고 있는 모양을 하고 있기 때문에 그렇게 붙여진 이름이며 실제로 세 개의 구조물로 구성되어 있습니다. 소위 생명의 파수꾼, 뇌간 트리오라고 하는 중뇌(중간뇌, midbrain), 교뇌(다리뇌, pons), 연수(숨골, medulla oblongata)가 위에서부터 아래로 순차적으로 위치합니다. 비록 세 부분을 인위적으로 나누고 있지만 실제로 뇌간은 연결된 하나의 구조물이라는 표현이 더 정확한 설명일 것입니다. 뇌간은 뇌의 가장 아랫부분에 위치해서 대뇌반구와 척수를 연결합니다. 척추를 따라 내려오는 척수와 말초신경들을 뿌리로 보고, 대뇌를 꽃으로 본다면 뇌간은 대뇌를 받치는 동시에 척수와 연결시켜주는 줄기라고 할 수 있지요.

호흡중추와 더불어 심장을 비롯해 각종 불수의(不隨意)운동과 내장운동을 주로 조절하는 회로들이 뇌교와 연수(숨골)에 포진하고 있습니다. 중뇌는 뇌간의 가장 위쪽에서 시각과 청각의 반사작용을 처리합니다. 특히 눈이 목표물을 향해 제대로 움직이고 빛의 세기에 따라 조절되는 등의 기능은 모두 중뇌에서 처리됩니다. 또 뇌간은 척수를 통해 뇌간으로 전달되는 몸 전체의 정보를 대뇌와 소뇌로 전달하는 통로로써 매우 중요한 기능을 수행합니다.

[출처:글로벌이코노믹]

좀 더 구체적으로 뇌간을 살펴보겠습니다. 뇌간은 그 기능으로 보자면 대뇌피질에 비해서 아주 원시적입니다. 그러나 이 부분에 손상을 입게 되면 인간의 생명활동에 큰 지장을 미치게 됩니다. 자발운동이 불가능하게 되고 자발호흡까지도 하지 못하게 되면 사망(뇌사)에 이르게 되는데 '뇌간 반사의 완전 소실'이 뇌사판정 기준 중 하나가 됩니다. 따라서 뇌간이 외상이나 질환에 노출되어 손상을 입지 않도록 뒤통수의 중요성을 인식해야 할 것입니다.

뇌간은 뇌의 가장 안쪽에 존재하는 부분으로 척수가 확대 팽창해서 생겼다고 보는 견해가 일반적입니다. 진화론적으로 더 오래된 것일수록 뇌의 중심에 위치하는데, 뇌의 중심에는 '핵'이 있고 나중에 생긴 젊은 대뇌피질이 그 핵을 둘러싸고 있지요. 파충류나 어류 등 원시동물의 뇌는 거의 핵 부분만 가지고 있습니다. 뇌간의 무게는 약 200g 정도로 생명을 유지하는 일을 주된 임무로 하고 있으며, 혈관의 수축과 이완, 하품, 기침, 재채기, 구토 등의 반사작용은 뇌간에서 이루어집니다.

해부학적으로 뇌간에서는 열두 쌍의 뇌신경(cranial nerve) 중 후각신경(olfactory nerve)과 시각신경(optic nerve)을 제외한 열 쌍의 말초신경이 나오는 신경 집합체입니다. 뇌간의 윗부분은 시상과 만나고, 그 위로는 대뇌반구가 덮여 있습니다. 뇌간의 아래쪽으로는 척수가 이어지고, 뒤쪽에는 소뇌가 자리 잡고 있습니다. 뇌간 안에는 신경세포의 집합체인 신경핵, 축삭돌기와 신경섬유로 구성된 신경로(tract)가 있습니다.

[출처:글로벌이코노믹]

인간의 뇌는 여러 부분으로 구성돼 있고 각 부분마다 진화의 과정에서 그 형성된 시기가 각각 다릅니다. 그 진화 과정에서 후기에 생겨난 젊은 뇌가 초기에 형성된 원시적 뇌보다 기능면에서 뛰어나지만 초기에 형성된 뇌는 퇴화되지 않고 그대로 남아 자기의 역할을 꾸준히 완수합니다. 인간의 행동 중에서 적지 않은 부분이 이 원시적인 뇌의 작용에 의해 이루어지고 있습니다. 이것이 비록 원시적이지만 없어져서는 안 될 이유가 되겠지요.

인간의 원초적 조상이 되는 파충류의 뇌는 후각 기능을 맡는 앞부분, 시각 기능을 맡는 중간 부분, 그리고 몸의 평형과 조정 기능을 맡는 뒷부분으로 나누어져 있지요. 이 세 가지 부분은 척추 위의 뇌간이라고 하는 보다 원시적인 뇌에서 발원한 것입니다. 이와 같은 뇌의 구조는 진화적으로 볼 때 물고기의 단순한 뇌에서 유래된 것이라고 할 수 있어요. 그러니까 물고기는 우리 인간의 조상의 조상 격이 되겠군요. 알에서 갓 깨어난 거북이 새끼는 본능에 따라 바다를 찾아가고, 누구에게서도 배우지 않고서도 바로 곤충이나 작은 물고기를 잡아먹기도 합니다. 위 세 기능의 중추로 분류되어 있는 파충류의 뇌는 태어날 때부터 생존에 필수적인 본능적 프로그램으로 고정되어 있어서 기억하고 생각하는 기능이 거의 없고 본능적으로 움직일 뿐입니다.

우리는 앞으로 일어날 어이없는 가능성을 추론할 수 있습니다. 현재의 인류가 과거 숲속에서 살았던 파충류나 포유류보다 생존방법이 월등했듯이, 원시적인 뇌(뇌간)에 새로운 뇌(대뇌피질)가 추가된 뇌의 진화현상을 보면서 이런 생각을 해봅니다. 이후의 진화 과정에서는 현재의 뇌보다 월등히 높은 능력을 가진 제 3의 뇌가 현재의 대뇌피질 위에 추가로 생성될 것이라는 재미있는 상상입니다.

앞으로 더 진화된 새로운 뇌를 가지게 될 미래의 인간은 지금보다 훨씬 월등한 삶을 살게 될 것이라는 세상을 꿈꾸어봅니다.

브레인닥터 김종상 원광디지털대학교 얼굴경영학과 교수(Ph.D. neuroscience)

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[김박사의 재미있는 브레인톡톡] 파충류의 뇌가 생명줄을 잡고 있다 [글로벌이코노믹]