뇌의 역할과 뉴런의 활동, 뇌 속 세포들의 활동

우주에서 가장 놀라운 것이 우리의 머릿속에 들어 있다. 바깥 우주를 아무리 더 멀리 여행한다고 해도, 우리의 두 귀 사이에 있는 무게 약 1.5킬로그램의 물컹거리는 덩어리만큼 경이로우면서 복잡하고 고도의 기능을 수행하는 것을 찾을 가능성은 아주 낮다.

인간의 뇌는 너무나도 경이로운 대상치고는 너무나 볼품이 없다. 우선 뇌는 75-80퍼센트가 물이며, 나머지는 주로 지방과 단백질이다. 이런 평범한 물질 세 가지가 생각과 기억과 시각과 미적 감상 등 온갖 일들을 할 수 있는 방식으로 모일 수 있다는 것 자체가 너무나도 놀라운 일이다. 

우주에서 가장 놀라운 것이 우리의 머릿속에 들어 있다. 바깥 우주를 아무리 더 멀리 여행한다고 해도, 우리의 두 귀 사이에 있는 무게 약 1.5킬로그램의 물컹거리는 덩어리만큼 경이로우면서 복잡하고 고도의 기능을 수행하는 것을 찾을 가능성은 아주 낮다.

만약 당신이 머리뼈에서 뇌를 꺼내든다면, 분명 당신은 뇌가 무척 부드럽다는 것을 깨닫고 놀랄 것이다. 뇌의 부드차지할 뿐이지만, 에너지의 20퍼센트를 쓴다. 신생아의 뇌는 에너지의 무려 65 퍼센트를 쓴다.

 

아기가 늘 자고 있는 이유도 어느 정도는 그 때문이다. 자라는 뇌가 에너지를 다 소비하기 때문이다. 그리고 아기가 체지방이 많은 이유도 그렇다. 지방은 필요할 때에 쓸 에너지 저장소이다.

 

사실상 근육이 에너지를 더 많이 약 4분의 1 쓰지만, 그것은 몸에 근육이 많기 때문이다. 물질 단위당 따졌을 때, 뇌는 우리의 기관들 중에서 가장 그리고 월등히 유지비가 많이 든다. 그러나 뇌는 경이로울 만치 효율적이기도 하다.

 

우리 뇌는 에너지를 하루에 약 400칼로리만 필요로 한다. 블루베리 머핀 1개의 열량과 비슷하다. 머핀 1개로 노트북을 24시간 작동시킬 수 있을지 생각해보면, 우리뇌가 얼마나 뛰어난지 알 수 있다.

다른 신체 부위들과 달리, 뇌는 우리가 무엇을 하든 상관없이 일정한 속도로 400칼로리를 태운다. 열심히 머리를 써도 체중 감소에는 도움이 되지 않는다. 사실 아무런 혜택도 없는 듯하다. 

 

어바인에 있는 캘리포니아 대학교의 리처드 하이어는 양전자 단층 촬영장치를 이용해서 가장 열심히 일하는 뇌가 대개 가장 덜 생산적임을 알아냈다. 한 과제를 빠르게 해결한 뒤, 일종의 대기 상태로 진입할 수 있는 뇌가 가장 효율적이었다.

이 모든 능력을 갖추고 있음에도, 우리 뇌에서 인간만이 가졌다고 할 만한 것은 전혀 없다. 우리 뇌는 개나 햄스터의 뇌와 똑같이 뉴런, 축삭, 신경절 등의 구성 요소로 이루어져 있다. 

 

고래와 돌고래는 우리보다 뇌가 훨씬 더 크다. 비록 몸도 훨씬 더 크지만, 그러나 생쥐도 사람만 하게 커진다면 뇌도 사람의 뇌만 할 것이고, 많은 새는 사람보다 뇌가 더 클 것이다.

 

또 사람의 뇌는 오랫동안 가정해왔던 것보다 조금 덜 인상적이라는 사실도 드러났다. 오랫동안 우리는 뇌에 신경세포, 즉 뉴런이 1,000억 개 있다고 기술해왔지만, 2015년 브라질의 신경과학자 수자나 에르쿨라누 오젤은 꼼꼼히 살펴본 끝에 860억 개에 가깝다고 발표했다. 상당히 초라한 수준이다.

뉴런은 작고 치밀하며 공 모양인 전형적인 다른 세포들과 모습이 다르다. 뉴런은 길며 실처럼 생겨서, 한 세포에서 다른 세포로 전기신호를 전달하는 일을 잘 한다. 

 

뉴런에서 굵고 길게 뻗은 주된 가닥은 축삭이라고 한다. 뉴런의 말단은 나뭇가지처럼 갈라져서 뻗어 있는데, 이를 수상돌기라고 한다. 수상돌기는 많으면 40만 개에 달한다. 

 

신경세포 말단 사이의 좁은 공간은 시냅스라고 한다. 각 뉴런은 수천 개의 다른 뉴런과 연결되어 있다. 그래서 조 x 조 단위의 연결이 이루어진다. 신경과학자 데이비드 이글먼의 말을 빌리면, “우리 뇌 조직 1세제곱센티미터에는 은하수의 별만큼” 많은 연결이 이루어지고 있다. 

 

예전에는 지능이 뉴런의 수에 달려 있다고 생각했지만, 지금은 시냅스의 복잡한 연결 양상에 달려 있다고 본다.

우리 뇌의 가장 신기하면서 특이한 점은 대체로 그런 뇌가 굳이 필요하지 않다는 것이다. 지구에서 생존하기 위해서, 음악을 작곡하고 철학에 빠질 수 있는 능력까지는 필요하지 않다. 

 

사실상 그저 네발동물보다 조금 더 뛰어나기만 하면 된다. 그렇다면 우리는 왜 진정으로 필요하지 않은 정신적 능력을 갖추기 위해서 그토록 많은 에너지를 투자하고 위험을 무릅쓰는 것일까? 그 의문은 우리 뇌가 우리에게 알려주지 않으려는 뇌에 관한 많은 것들 중의 하나이다.

우리의 신체 기관들 중에서 가장 복잡한 기관이므로, 특징과 표지를
어 등 뇌의 고등한 기능들을 담당한다. 

 

성격, 즉 우리가 누구인지를 담당하는 부위이기도 하다. 예전에 올리버 색스가 말했듯이, 역설적이게도 이마엽은 뇌에서 가장 나중에야 기능이 밝혀진 부위이다. 그는 2001년에 이렇게 썼다. 

 

“내가 의대생이던 시절에도 이마엽은 '침묵의 엽'이라고 불렸다. 기능이 없다고 여겨져서가 아니라, 기능이 스스로를 드러내지 않았기 때문이다.

대뇌 밑, 머리의 뒤쪽 목덜미와 만나는 지점에는 소뇌(cerebellum, 라틴어로 “작은 뇌”라는 뜻)가 있다. 소뇌는 머리뼈 안의 공간 중 10퍼센트를 차지할 뿐이지만, 뇌 뉴런의 절반 이상이 자리한다. 

 

생각을 많이 하기 때문이 아니라 균형과 복잡한 운동을 제어하기 때문에 많은 것이다. 그런 기능들에는 많은 배선이 필요하다.

뇌의 맨 아래쪽에는 뇌에서 가장 오래된 부분인 뇌줄기(brainstem)가 있다. 승강기 통로가 위아래를 연결하듯이 뇌줄기는 척추 및 그 아래의 몸과 이어져 있다. 

 

뇌줄기는 더 기본적인 기능들을 맡고 있다. 수면, 호흡, 심장 박동 같은 것들이다. 뇌줄기는 우리의 관심을 끄는 일이 그다지 없지만 우리 존재의 핵심을 이루기 때문에, 영국에서는 뇌줄기가 죽었는지를 사망 여부를 판단하는 기본 척도로 삼는다.

뇌 전체에는 과일 케이크에 박힌 견과와 조금 비슷하게 더 작은 구조들 시상하부, 편도체, 해마, 끝뇌, 투명사이막, 고삐맞교차, 내후각겉질 등 10여 가지 이 많이 흩어져 있다.