두뇌 구조&기능 | 인간두뇌의 구조 및 기능

  인간의 두뇌는 몸 전체의 약 5% 밖에는 안 되는 용적임에도 전체 혈액순환의 20%가 두뇌로 가고있다. 두뇌가 그렇게 많은 양의 혈액순환을 받는다는 뜻은 그만큼 많은 일을 하고있기 때문일 것이다. 
  
  많은 사람들이 마음과 몸이 하나의 단위로 작용하고 있다고 믿고있고, 여기에 더해서 요즈음 심신의학의 중요성이 대두되고 있다. 심신의학은 마음이 몸에 끼치는 영향이 중요한 것만큼, 몸이 마음에 끼치는 영향도 중요하다고 말하고 있다. 
  우리는 몸에 대하여는 많은 지식을 쌓아왔고 또한 깊은 이해를 하게 되었다. 그러나 마음에 대하여는 아직도 석연치 않은 이해 정도에서 머물고 있다고 보여지고 있는 중이다.

  이에 일단의 과학자들이 마음에 대한 연구를 시작하게 되었고, 두뇌의 인식작용에 대한 이해를 하게 되었다. 
  
  뇌가 인식작용을 하면서 필연적으로 생기게 되는 의식, 기억, 감정, 마음 및 스트레스에 대한 궁금증이 생기게 되었다. 이들은 모두 다른 내용과 의미를 갖고있다. 그러나 이들은 한결같이 서로 얽혀서 작용한다. 상호간에 깊은 관계를 갖고있는 것이다. 그런데 이런 두뇌작용에 대한 이해를 제대로 하기 위해서는 두뇌의 구조에 대하여 자세한 내용을 알고있어야 가능하게 될 것이다. 이에 인간두뇌에 대한 지도를 만들기 위한 많은 노력이 있다. 인간두뇌에 대한 자세한 지도가 완성되면 두뇌작용에 대한 이해는 물론 두뇌로부터 생기는 질병치료에 획기적인 발전이 있게될 것으로 전망되고 있다. 

  다음은 최근착 Times(October 9, 2006)에 실린 두뇌에 관한 기사를 간추린 내용이다.

  인간과 침팬지의 게놈(genome) 사이에는 다만 1.23%만 틀리고 나머지는 같은 내용을 갖고있다. 생쥐와 인간의 두뇌라는 제목의 기사내용은 다음과 같다. 

  마이크로 소프트 억만장자인 폴 알렌(Paul Allen)은 인간의 게놈 지도-모두 30억 개의 기본 짝(base pairs)-를 만든다는 소식을 듣고 강한 인상을 받게되었다. 이에 알렌은 2002년도에 전국에서 유명한 두뇌전문인들에게 어떻게 하면 두뇌에 대한 연구를 가속시킬 수 있는 지에 대하여 문의하게 되었다. 이들은, 모든 유전인자가 두뇌에 대하여 어떻게 작용하는지에 대한 지도를 만들면 도움이 된다고 답변했다.

  한가지 문제가 발생했다. 그런 지도를 만들려면 신선한 인간의 두뇌조직이 있어야 하는데, 이는 폴 알렌의 돈으로도 살 수 없는 것이었다. 그러나 생쥐는 얼마든지 구할 수 있다. 생쥐와 인간은 90%의 유전인자를 공유하고 있어 상당한 근사치를 얻을 수 있는 것이다. 이에 2003년도에 알렌은 1억 4천 1백만 달러를 들여 알렌 두뇌 과학연구소를 설립하면서, 최초의 작업으로 생쥐 두뇌 게놈을 연구하게 되었다.

  이 연구과제가 지난주에 완성되었고 2만 1천 개 이상의 생쥐 두뇌의 유전인자 전산화되어 웹 페이지에 오르게 되었다. 누구나 이에 대한 연구조사 하기를 원하는 사람들은 특별한 대가를 치루지않고 생쥐 두뇌의 자세한 모습을 볼 수 있다. 관련된 웹 페이지는 brainatlas.org로 들어가면 된다.

  이 지도는 두뇌 과학자들이 보는 미래의 두뇌 과학을 제시하고 있으며, 벌써 두뇌가 어떻게 작용하는지에 대한 새로운 것들을 보여주고 있다. 연구조사가들은 두뇌의 작용은 뇌세포들이 다른 뇌세포들과 연결(synapse)되면서 이루어지는 지에 대한 지식이 있어왔다. 그러나 이에 더하여, 두뇌의 세포들도 몸의 다른 세포들과 마찬가지로 광범위한 유전인자의 표현 방식이 있음을 보여주고 있다.
  이 뜻은 다른 세포들이, 다른 유전인자를 쓰면서, 다른 시간에 복잡한 기능을 수행함을 의미하고 있다.
  
  생쥐의 지도가 완성되어 사용 중인 상태에서 다음의 연구과제는, 사체나 두뇌 수술로부터 얻는 생체조직을 쓰면서, 인간의 두뇌피질에 대한 지도를 시작하는 것이다.

  두뇌 과학자들은 그 동안 두뇌가 어떻게 작용하면서 잘못된 작용으로 어떤 일들이 발생하는 지에 대한 이해를 정확하게 알게되기를 희망하고 있다. 두뇌 과학자들이 더 많은 지식을 얻게되면서, 신경질환들을 치료할 수 있는 새로운 방법들이 생기게 될 것이다.

  다음은 알렌 두뇌 연구소가 발표한 두뇌의 구조와 세포의 복잡성-두뇌 기능에 대한 새로운 이해에 대한 논문을요약해서 발췌한 것이다. (December 6, 2006)

  알렌 연구소의 주 과학자인 알란 존스(Allan Jones Ph D)는 말하기를, 이 연구논문의 결과는 빙산의 일각에 지나지 않는다. 우리와 함께 전세계의 과학자들은 엄청난 데이터에 대한 굴을 뚫는 작업을 시작한 것에 불과하다. 앞으로 전진하면서 두뇌피질에 대한 연구를 지속할 것이다.

  알렌 두뇌지도는 웹에 3차원적인 지도로 실려있는데, 2만 1천 개 이상의 유전인자가 생쥐두뇌의 세포단위에서 표현되고 작용하는 자세한 내용을 담고 있다. www.brain-map.org로 들어가면 누구라도 무료로 그 자료를 얻을 수 있다. 

  알렌 두뇌지도는 인간두뇌의 질환에 대한 효과적인 치료방법을 개발하는데 도움이 될 것이다. 인간두뇌에 대한 전체적인 이해를 하는데 첫발걸음이 될 것이다.

  알렌의 두뇌지도는 두뇌에 대한 좀 더 나은 이해와 함께 두뇌에 관하여 다음의 새로운 주된 내용이 네이쳐(Nature)지에 실릴 것이다.

1) 새로운 작은 영역들의 확인(New Subregions Identified) : 전부터 알려지고 있던 뇌의 부분들에 대한 좀 더 자세한 내용들이 알려지게 되었다.  예를 든다면, 히포캄포스나 소뇌의 구조와 기능은 전부터 알고있었지만, 그 부분의 뇌를 좀 더 자세히 알게된 것이다. 히포캄포스 안에 Grp와 Nmp라는 신경전도물질들이 유전인자의 작용으로 그 기능이 발휘됨이 알려지게 되었고, 마찬가지로, Rasgrf1이라는 신경전도물질이 소뇌의 한 작은 부분에 작용한다는 사실이 알려지게 되었다. 

  좀 더 작은 부분의 뇌 기능이 알려지게 되면 해당되는 뇌의 작용과 이로부터 발생하는 현상에 대한 깊은 이해가 가능하게 되었다.

2) 새로운 세포형태의 특수 표식(New Cell-Type Specific Markers) : 전에는 결정되지 않고 있었던 유전인자가 어떤 세포형태에 특수하게 작용하는 지에 대한 지식을 습득하게 되었다. 다른 작은 단위의 유전인자가 표현됨으로 세포의 정체성이나 특수한 특징과 기능이 발휘됨이 알려지게 되었다. 새로운 세포의 표식에 대한 지식이 늘어나게 됨은 정상적인 두뇌의 작용은 물론 뇌의 이상으로 발생하는 질병에 대한 이해도 깊게되었다.

3) 두뇌에서의 유전인자의 복잡성(Complexity of Gene Expression in the Brain) : 현재까지의 지식으로 인간의 뇌는 엄청난 수준의 상이성(heterogeneity)을 갖고 있음이 확인되었다. 대부분의 유전인자는 비교적 제한된 범위 내의 세포에만 작용하여 유전인자를 표현하고 있고, 소수의 유전인자만이 두뇌세포의 유전적인 표현에 높은 수준으로 작용하고 있다.

  이상의 새로운 지식으로 특별히 얻을 수 있는 이점으로는, 앞으로 만들어질 약품들의 부작용을 줄이는데 이바지하게 될 것이다. 왜냐하면, 약의 부작용이 발생하는 큰 이유는 해당되는 약이 작용하는 기관 이외에 다른 기관이나 부위에 같은 수용기가 있음으로 그 약에 대한 약리작용이 다른 곳에서도 발생하기 때문이다. 

  따라서 과학자들은 인간 두뇌의 건강은 물론 두뇌로부터 발생하는 질병에 대한 이해가 깊어지게 되었다. 특히 자폐증, 간질 및 정신분열증 등에 종사하고 있는 과학자들과 연계된 연구작업을 벌림으로서 이들 병의 치료에 한 단계 더 발전한 치료방법들이 마련될 지도 모르게 되었다.
 
  알렌 두뇌 연구소에서는 자체적인 연구는 그대로 진행하겠지만, 전세계에 있는 다른 연구소들과 공동의 보조를 맞추어 나아갈 준비가 되어있다.