1. 뇌 구성요소의 발달
출생 시 신생아의 뇌 무게는 1,300g 정도이며, 이는 성인의 뇌 무게의 약 25%입니다. 그 후 생후 1년 사이에는 성인 뇌의 66%, 2세에는 75%, 5세 말에는 90%가 형성된다고 합니다. 따라서 출생에서 2세까지 뇌가 급진적으로 발달하는 성장기라고 볼 수 있습니다.
1) 뉴런
인간의 뇌는 뉴런이라고 부르는 신경세포의 집합체로 구성되어 있는데 대략 1000억 개에 이르며 그중 고등인지기능에 중요한 기능을 하는 대뇌피질을 구성하는 뉴런의 수는 대략 120억~140억 개라고 합니다. 뉴런이라는 뇌세포는 우리 신체의 다른 부분을 구성하는 세포와 달리 손상될 경우 재생되지 않기 때문에 출생을 전후한 시기에 가장 많고 그 이후로는 감소하는 것으로 알려졌습니다. 따라서 인간은 태어날 때 자신의 고유한 뇌를 구성하기에 충분한 커다란 뇌세포를 부여받는다고 할 수 있습니다. 뇌 발달과정을 살펴보면 가장 특징적인 패턴은 일단 많이 만들어 놓고 불필요한 것을 버리는 과잉생산 후 가지치기 방식으로 요약할 수 있습니다. 뉴런의 구조를 살펴보면, 뉴런은 기본적으로 세포체, 수상돌기, 축삭의 세 부분으로 구성됩니다. 우선 세포체는 뉴런의 몸체로서 유지 기능을 담당하는 여러 가지 구조물로 이루어져 있습니다. 수상돌기는 뉴런과 뉴런이 의사소통을 할 때 정보를 받아들이는 수용부에 해당하며, 축삭은 받아들인 정보를 다음 뉴런에게 전달하는 역할을 담당합니다. 또한 축삭의 표면은 수초라고 하는 일종의 절연물질로 덮래로 갈라져 있으며 그 끝을 축삭종말이라 부르는데, 이 축삭종말이 다른 뉴런의 수상돌기와 만나서 자신이 받은 정보를 전달합니다. 이는 축삭종말과 수상돌기가 접하는 부분을 시냅스라고 하며, 이는 새로운 기능이나 지식 획득과 매우 밀접한 관계가 있는 곳입니다. 뉴런과 뉴런 사이, 즉 시냅스에서의 정보 전달은 화학 작용에 의해 매개되며, 이러한 뉴런 간의 화학적 의사소통은 시냅스의 축삭종말에서 방출되는 신경전달물질이 그 축삭종말과 맞닿아 있는 수상돌기의 세포에 반응을 일으킴으로써 이루어집니다.
2) 시냅스
시냅스의 형성은 뉴런의 이동과 분화가 일어나는 순서에 따라 순차적으로 이루어지는 것이 아니라 모든 피질 영역의 모든 층에서 거의 동시에 시작되는 것으로 밝혀졌고, 만 2세까지 지속적으로 증가하고, 그 후로는 점차 감소합니다. 시냅스의 형성과정에서 초기의 시냅스 형성 자체는 생득적인 프로그램에 따라 진행되며 환경요인의 영향을 거의 받지 않는 것으로 알려졌습니다. 그러나 개인별 고유 경험이나 학습, 훈련 등과 같은 환경적 요인은 발달 초기의 시냅스 형성과 소멸과정이 한차례 끝난 후 시냅스의 선택적 소멸과정에서 특정 기능의 회로가 발달할 때 중요한 역할을 합니다.
3) 선택적 소멸
뇌발달에서 가장 흥미로운 단계는 과잉생산된 뇌세포와 시냅스의 소멸과정입니다. 인간은 누구나 태어날 때 커다란 뇌세포 덩어리를 가지고 태어나며 이 뇌세포는 다른 세포와 달리 손상되면 재생되지 않기 때문에 출생 시 가장 많고 그 후 줄곧 감소합니다. 이들 뇌세포에서 축삭과 수상돌기가 돋아나고 이들이 서로 연결되어 시냅스를 만들 때도 동일한 패턴이 관찰되는데, 거의 무작위로 과잉생산된 이후 사용되지 않는 축삭돌기나 수상돌기, 시냅스는 없어집니다. 즉 발달과정을 통해 한편으로는 필요한 과정의 뉴런과 시냅스를 만들어 나가는 반면, 불필요한 것들은 버리는 방식으로 뇌의 구조와 기능이 형성됩니다. 이러한 방식은 뉴런, 시냅스, 수상돌기 등이 형성되고 성숙되는 과정에서 공통적으로 관찰할 수 있는 특징으로, 큰 찰흙덩어리를 먼저 만들어 놓은 다음 불필요한 부분을 깎아내는 것과 같은 방식이라는 의미에서 과잉생산 후 가지치기 방식이라 합니다. 시냅스의 소멸은 초기에 무선적으로 다량 형성되었던 뉴런들 간의 연결이 줄어드는 것을 말하는데, 신생아와 성인의 시냅스 밀도를 비교했을 때 초당 200개의 축삭이 사라지는 것으로 추정됩니다. 시냅스 밀도가 증가했다가 감소하는 시간표는 대뇌피질의 영역별로 차이를 보이는데, 시각피질의 경우는 생후 1년까지 계속 증가하다가 1년 후에는 차츰 감소하여 11세경에는 성인 수준에 도달합니다. 전두엽은 5~7세 정도에 시냅스가 감소하기 시작하여 16세 정도가 되면 성인 수준까지 감소하게 됩니다. 이처럼 시냅스의 소멸은 과잉생산된 뉴런과 시냅스 연결을 통해 중복회로를 하였으나 별로 자극을 받지 못하거나 사용되지 않는 뉴런 혹은 시냅스를 없앰으로써 기능을 정교화 구체화시켜 나가는 것으로, 이는 신경계가 더욱 정교하게 만들어지는 과정으로 이해할 수 있습니다. 여기서 중요한 점은 발달과정에서 이루어지는 시냅스의 선택적 소멸을 통한 신경회로의 정교화 및 기능의 세분화가 이루어지기 위해서는 외부로부터 적절한 환경 자극이 필수적이라는 것입니다. 한 연구에 따르면, 특정 시냅스의 활동이 증가할수록 연결된 회로의 시냅스 숫자가 감소한다는 것을 보여 주어 환경적 자극을 통한 시냅스의 선택적 활성화가 시냅스 가지치기를 통해 신경회로의 정교화를 가져온다는 것을 시사합니다. 이는 시냅스의 양적 팽창이 고도의 인지기능으로 연결되지 않는다는 사실을 통해서도 확인할 수 있는데, 신생아보다 더 뛰어난 인지기능을 가진 성인의 경우 시냅스 밀도는 신생아보다 낮았으며, 일부 지적장애아동의 경우 정상아동보다 많은 시냅스가 관찰되었다고 보고됩니다. 이처럼 시냅스와 뉴런이 처음에는 어떤 환경에 적응하기에도 모자람이 없을 만큼 넉넉하게 제공된다는 점은 불확실한 환경 변화에 대응할 수 있는 잠재력을 지니고 태어난다는 점에서 발달적 맥락에서 볼 때 인간의 큰 장점으로 볼 수 있습니다.
4) 대뇌피질
인간 뇌는 겉으로 드러나지 않는 여러 하위 영역으로 구분되며, 크게 '전뇌', '중뇌', '후뇌'의 세 부분으로 나누어 볼 수 있습니다. 이 중 인간의 뇌 구조상 전뇌에 위치하며 대뇌반구의 표면에 해당하는 넓은 면적을 가진 부위로서 인간행동을 결정하는 주요 정보처리가 이루어지는 곳이 대뇌피질입니다. 인간의 대뇌피질은 구불구불 주름진 형태를 하고 있으며 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽의 4개 영역으로 구분되고, 각 영역별로 고유의 전문화된 기능이 있습니다.
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