뇌는 무엇인가?

뇌는 모든 척추동물과 대부분의 무척추동물에서 신경계의 중추 역할을 하는 기관입니다. 보통 시각과 같은 감각을 위한 감각 기관 가까이에 있는 머리에 위치해 있습니다. 뇌는 척추동물의 몸에서 가장 복잡한 기관입니다. 인간의 대뇌 피질은 약 150억에서 330억 개의 뉴런을 포함하고 있으며, 각각은 수천 개의 다른 뉴런과 시냅스로 연결되어 있습니다. 이 뉴런들은 축삭이라고 불리는 긴 원형질 섬유로 서로 통신하는데, 이것은 활동 전위라고 불리는 신호 펄스를 뇌나 신체의 특정 수용 세포를 목표로 하는 먼 부분으로 운반합니다. 생리학적으로 뇌의 기능은 신체의 다른 장기에 대해 중앙 집중식 통제력을 발휘하는 것이다. 뇌는 근육 활동의 패턴을 생성하고 호르몬이라고 불리는 화학 물질의 분비를 촉진함으로써 신체의 나머지 부분에 작용합니다. 이 일원화된 제어를 통해 환경 변화에 신속하고 조정된 대응을 할 수 있습니다. 반사신경과 같은 일부 기본적인 반응 유형은 척수나 말초 신경절에 의해 매개될 수 있지만 복잡한 감각 입력에 기초한 정교한 목적적 행동 제어는 중앙 뇌의 기능을 통합하는 정보를 필요로 합니다. 개별 뇌세포의 작동은 현재 상당히 상세하게 이해되고 있지만 수백만 개의 뇌세포가 합체하여 협력하는 방식은 아직 해결되지 않았습니다. 현대 신경과학의 최근 모델들은 뇌를 생물학적 컴퓨터로 취급하는데, 전자 컴퓨터와는 메커니즘이 매우 다르지만, 주변 세계로부터 정보를 얻고, 저장하고, 다양한 방식으로 처리한다는 점에서 유사합니다. 뇌가 발전하는데는 복잡한 일련의 단계를 거칩니다. 초기 배아 단계에서 신경줄 앞부분의 단순한 붓기에서 복잡한 영역과 연결로 모양이 변화합니다. 뉴런은 줄기세포를 포함한 특별한 구역에서 생성되고, 그 후 조직을 통해 이동해 궁극적인 위치에 도달합니다. 일단 뉴런이 그들 스스로 위치를 잡으면, 그들의 축삭은 싹을 틔우고, 그들이 가는 대로 가지를 치고 뻗어나가면서, 끝이 그들의 목표물에 도달하고 시냅스 연결을 형성할 때까지 뇌를 통과합니다.신경계의 많은 부분에서, 초기 단계에서 뉴런과 시냅스가 과도하게 생성되고, 그리고 나서 불필요한 것들은 제거됩니다. 여기서 척추동물의 경우 신경 발달의 초기 단계는 모든 종에서 유사합니다. 배아가 둥근 세포 방울에서 벌레 모양의 구조로 변화함에 따라 등 중앙선을 따라 흐르는 좁은 외배엽 띠가 신경계의 전구체인 신경판이 되도록 유도됩니다. 신경판은 안쪽으로 접혀서 신경홈을 형성하고, 그 홈을 따라 늘어선 입술이 합쳐져 유체로 채워진 심실이 중앙에 있는 세포의 중공 줄인 신경관을 감싸고 있는 구조인데요. 앞쪽 끝에서, 심실과 척수가 부풀어 올라 전뇌, 중뇌, 후뇌의 전구인 세 개의 소포를 형성합니다. 다음 단계에서, 전뇌는 대뇌피질, 기저신경절, 그리고 이와 관련된 구조를 포함할 간뇌라고 불리는 두 개의 소포로 분할됩니다. 거의 동시에, 후뇌는 소뇌와 종아리들을 포함할 중뇌와 골수뇌로 분열됩니다. 이들 영역 각각은 뉴런과 신경교세포가 생성되는 증식 영역을 포함하고 있으며, 그 결과 생성된 세포는 때때로 먼 거리까지 최종 위치로 이동하게 됩니다. 일단 뉴런이 자리를 잡으면, 그것은 수지상돌기와 축삭을 주변 영역으로 확장합니다. 축삭은 일반적으로 세포에서 먼 거리를 연장하고 특정 목표에 도달해야 하기 때문에 특히 복잡한 방식으로 성장합니다. 성장하는 축삭의 끝은 화학 수용체가 박혀 있는 성장 원추라고 불리는 원형질 덩어리로 구성되어 있습니다. 이러한 수용체는 국소 환경을 감지하여 성장 원뿔을 다양한 세포 요소에 의해 끌어당기거나 밀어내고, 따라서 경로를 따라 각 지점에서 특정 방향으로 끌어당깁니다. 이 경로 찾기 과정의 결과는 성장 원뿔이 목적지에 도달할 때까지 뇌를 통해 이동하며, 그곳에서 다른 화학적 신호들이 시냅스를 생성하기 시작합니다. 뇌 전체를 고려할 때, 수천 개의 유전자가 축삭 경로 찾기에 영향을 미치는 산물을 만들어낸다. 하지만 마침내 나타나는 시냅스 네트워크는 유전자에 의해 부분적으로만 결정된다. 뇌의 많은 부분에서 축삭은 처음에 과다 성장한 후 신경 활동에 의존하는 메커니즘에 의해 자른 상태가 됩니다. 예를 들어, 눈에서 중뇌로의 투영에서 성인의 구조는 망막 표면의 각 점과 중뇌층의 대응하는 점을 연결하는 매우 정밀한 매핑을 포함합니다. 발달의 첫 단계에서, 망막의 각 축삭은 화학적 신호에 의해 중뇌의 오른쪽 일반 근처로 유도되지만, 그 후 매우 많이 분기하여 광범위한 중뇌 뉴런과 초기 접촉을 합니다. 태어나기 전에 망막은 임의의 지점에서 자발적으로 시작하여 망막 층을 가로질러 천천히 전파되는 활동의 파동을 발생시키는 특별한 메커니즘을 가지고 있습니다. 이러한 파동은 인접한 뉴런들이 동시에 활동하도록 합니다. 즉, 그것들은 뉴런의 공간적 배열에 대한 정보를 포함하는 신경 활동 패턴을 생성합니다. 이 정보는 축삭의 활동이 표적 세포의 활동을 따르지 않으면 시냅스를 약화시키고 결국 사라지게 하는 메커니즘에 의해 중뇌에서 이용된다. 이 정교한 과정의 결과는 지도의 점진적인 조정과 조임으로, 마침내 정확한 성인 형태를 유지하게 됩니다. 이렇게 비슷한 일이 다른 뇌 영역에서도 일어나는데 초기 시냅스 매트릭스는 유전적으로 결정된 화학 안내의 결과로 생성되지만, 그 후 활동 의존적인 메커니즘에 의해 부분적으로 내부 역학에 의해, 부분적으로 외부 감각 입력에 의해 점차 정제됩니다. 인간을 비롯한 많은 포유동물은 새로운 뉴런은 주로 태어나기 전에 생성되고, 영아들의 뇌는 성인의 뇌보다 훨씬 더 많은 뉴런을 포함하고 있습니다. 하지만, 생명 전반에 걸쳐 새로운 뉴런이 계속해서 생성되는 몇 가지 영역이 있는데 성인의 신경생성이 잘 확립된 두 영역은 후각에 관여하는 후구와 새로운 뉴런이 새롭게 획득된 기억을 저장하는 역할을 한다는 증거가 있는 해마의 치환입니다. 하지만 이러한 예외들을 제외하고, 어린 시절에 존재하는 뉴런 집합은 평생 존재하는 집합입니다. 여기서 신경교세포는 다릅니다 몸의 대부분의 세포와 마찬가지로, 그것들은 수명 내내 생성됩니다. 지금까지 마음, 성격, 지성의 자질이 유전과 양육에 기인할 수 있는지에 대한 논쟁이 오랫동안 있어 왔는데 아직 해결해야 할 세부 사항들이 많이 남아 있지만, 신경과학 연구는 두 가지 요소들이 모두 중요하다는 것을 분명히 보여주었습니다. 유전자는 뇌의 일반적인 형태를 결정하며 유전자는 뇌가 경험에 어떻게 반응하는지를 결정합니다. 그러나 시냅스 연결의 매트릭스를 정교하게 하려면 경험이 필요한데, 시냅스 연결의 발달된 형태에는 게놈보다 훨씬 더 많은 정보가 포함되어 있습니다. 어떤 면에서 중요한 것은 개발의 중요한 기간 동안의 경험 유무입니다. 다른 측면에서, 경험의 양과 질은 중요하다는 뜻입니다. 예를 들어, 풍부한 환경에서 자란 동물들이 자극 수준이 제한된 동물들보다 더 높은 밀도의 시냅스 연결을 나타내는 더 두꺼운 대뇌 피질을 가지고 있다는 실질적인 증거가 있습니다. 이처럼 뇌는 어릴 때부터 상황에 맞게 발전해나가는 첨단구조를 가지고 있습니다.