신경과학과 인간의 뇌에 대하여

 뇌를 포함한 모든 신경계를 연구하는 신경과학은 우리가 외부 환경을 어떻게 생각하며 경험하는지, 그리고 다른 사람과 어떠한 관계를 맺는지 등을 연구하는 데 중점을 두고 있다. 신경과학은 생물학의 한 분야로 생각된다. 신경계 연구의 역사는 고대 이집트까지 거슬러 올라가며 그 시기에 두통을 완화하거나 정신질환을 치료하기 위해 머리뼈에 구멍을 내는 외과 의술이 시행되었다. 이집트인들은 뇌를 단순하게 머리뼈를 채우고 있는 무언가로 인식했으며 더 나아가서는 미라를 만들면서 뇌를 제거하는 것이 관례가 되었다. 인간의 뇌는 천억 개의 뉴런과 백조 개의 시냅스로 이루어져 있다. 사람의 유전자는 약 2만 개에서 2만 5천 개로 추정하고 있는데 그중 대부분이 뇌에서 특이하게 발현되었다. 그러므로 신경계의 복잡함을 이해하는 것은 인류의 엄청난 숙제이다. 척추동물의 신경계는 두 부류로 나뉜다. 중추신경계와 말초신경계로 나누어지며 중추신경계는 머리뼈에 싸여 있는 뇌와 척수를 포함하는 신경계이며 동물의 행동이나 신체를 제어한다. 뇌의 각 부분의 발달 정도에 따라서 동물의 진화 정도가 달라지며 여러 행동을 하는 동물의 종에 따라서도 차이가 있다. 뇌는 대뇌, 사이뇌, 중간뇌, 소뇌, 숨뇌의 5 부분으로 구성되어 있으며 기억과 판단을 하는 중추이며 감각과 수의 운동의 중추인 대뇌를 포함하여 신체와 대뇌의 운동영역 중계자 역할로 몸의 균형을 유지하는 소뇌, 중간뇌의 앞에 이어져 좌우 대뇌의 반구 사이에 위치하며 항상성을 유지하는 작용을 하는 사이뇌 등이 있다. 척수는 숨뇌에 이어진 신경 중추로 척수 안에 있다. 척수는 뇌의 감각기관이나 근육에 분포하는 말초 신경 사이를 연락하는 것 외에 많은 역할을 하며 배변, 배뇨의 작용뿐만 아니라 무릎반사에도 관계되어 있다. 말초신경계는 척수동물의 뇌나 중추신경계에서 나와서 온몸에 나뭇가지의 모양으로 자리 잡고 있는 신경계를 일컫는다. 말초신경계는 중추신경계와 같이 동물의 행동을 제어한다. 말초신경계에는 인간의 의식과 관계하는 신경이며 최신경과 척수신경이 포함된 체성 신경계와 내 의지와 상관없이 스스로 움직이는 근육 등이 분포한 자율신경계가 있다. 신경계를 다루는 의학은 여러 가지가 있으며 신경과학의 기초 연구의 영향으로 신경계에서 다루는 의학의 경계는 모호해지고 있다. 현대에는 점점 발전하며 신경과학자들은 신경계의 구조와 발생 과정뿐만 아니라 신경이 어떻게 작동하는지 어떻게 바뀌는지의 모든 방면을 다룰 수 있게 되었다. 여기 신경과학에서 이야기하는 뇌는 신경 세포가 하나의 큰 덩어리를 이루고 있으며 동물의 중추 신경계를 아우르는 기관을 말하며 모든 정보가 모이고 명령을 내리는 기관이다. 이 뇌는 고등 척추동물 학습의 중추이며 뫼는 머리뼈로 보호된다. 인간의 경우 성인 뇌 무게는 약 1,400g~1,600g 정도이고 1000억 개 정도의 뉴런을 가진다. 뇌는 대부분 움직임뿐만 아니라 행동을 맡아서 주관하며 심장의 박동이나 혈압, 혈액의 농도, 체온 등을 일정하게 유지하는 역할을 한다. 기억은 정보를 인식하고 저장하며 다시 생각해 낼 수 있는 능력으로 서로 다른 기억에 대한 처리 과정은 다른 경로에 의해 일어나는 것으로 밝혀졌다. 단기 기억에 저장된 정보는 곧 잊히는데 단기기억의 용량은 제한되어 있어 모든 척추동물은 7개에서 10개 정도의 단기기억을 가지고 있다고 한다. 장기기억은 단기기억에 비해 용량이 크고 정보가 처리되어 코드화되어 이를 공고화하면 장기기억 장치에서 며칠에서는 수년간 저장된다. 장기기억에 저장된 기억은 잊는 현상인 망각이 단기기억보다는 상대적으로 덜 일어나거나 일시적으로 기억나지 않는 데 그친다. 뇌는 산소를 매우 많이 필요한 기관이기 때문에 신체의 소비 산소량 중에 약 20%를 소비하는 주요 장기이다. 이는 산소와 포도당 중에서 하나라도 부족해지는 경우에는 뇌에 공급되어야 할 산소가 공급이 중지되어 산소 부족으로 이어지면 뇌에 치명적인 손상이 가해질 수 있다. 인지 신경과학은 신경 회로에서 어떻게 정신적 기능이 발생하는지 탐구하는 학문이다. 신경과학은 사회과학 및 행동과학과 연구를 통해 뇌와 환경의 상호작용에서 오는 복잡한 상황을 연구한다. 그리고 편형동물에서 발견되는 정교한 신경계는 몸체의 위에서 아래로 두 개의 신경 다발이 평행하게 지나가 몸 전체로 퍼진다. 그런데 서로 거미줄처럼 연결된 신경망을 통해 연결되어 촉수가 자극받으면 전체 뉴런에 전달되며 이 자극으로 인해 모든 촉수를 오므리는 반사를 일으키는 신경계는 자포동물의 것이다. 이렇듯 신경계의 진화에는 보다 정교한 감각으로 생물의 생리적인 작용을 일으키는 기본 원리, 뇌의 정교화, 복잡해지는 연합 신경, 중추신경계와 말초신경계의 분화, 감각신경과 운동신경의 변화하는 흐름이 확인된다. 이렇게 뇌는 끊임없는 연구를 하며 신경학, 정신의학, 신경외과, 마취학 등의 여러 신경계의 의학이 분과되었다. 그리고 많은 발전과 신경학자들의 연구에 따라 뇌 영상을 통해 환자가 가지고 있는 정신질환을 객관적이고 생물학적으로 분석하고 해석하여 신속하고 정확한 진단을 내리고 정확한 경과를 알 수 있게 되었다. 현대의 연구 활동은 감정신경과학, 행동 신경과학, 신경유전학, 계산신경과학, 인지신경과학, 세포 신경과학, 임상 신경과학의 분야로 크게 나눌 수 있으며 신경과학자들은 여러 가지의 분야에 걸쳐져 있는 질문에 대해 끊임없는 연구를 진행한다.