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1. 개요

뇌는 동물의 중추신경계의 일부로, 감각, 운동, 인지, 감정 등 다양한 기능을 수행하는 기관이다. 뇌는 진화 과정을 거쳐 복잡한 구조를 갖게 되었으며, 무척추동물과 척추동물의 뇌는 구조와 기능에서 차이를 보인다. 뇌는 대뇌, 소뇌, 뇌간으로 구성되며, 각 부분은 특정 기능을 담당한다. 뇌의 기능은 뉴런 간의 전기화학적 신호 전달에 기반하며, 시냅스를 통해 연결된 뉴런 네트워크는 학습, 기억, 인지 등 다양한 기능을 수행한다. 뇌는 발생 과정에서 신경관을 형성하고 분화하여 복잡한 구조를 갖추며, 주변 조직인 뇌막, 두개골, 혈관, 뇌신경 등과 상호작용한다. 뇌는 에너지 대사가 활발하며, 포도당과 산소를 사용하여 기능을 유지한다. 뇌의 기능 이상은 우울증, 치매, 뇌졸중 등 다양한 질병을 유발하며, 뇌는 식재료나 의례의 대상으로 사용되기도 한다.

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지도
기본 정보
라틴어cerebrum
그리스어enkephalos (εγκέφαλος)
영어brain
독일어Gehirn
개요
일부신경계
설명동물의 중추 신경계의 핵심 기관
침팬지의 뇌
구성
세포 수뉴런 약 860억 개
신경교세포 약 850억 개
추가 정보
기능사고, 감정, 기억, 운동 조절 등 다양한 기능 수행
연구 동향뇌 기능 연구는 새로운 세기로 접어들고 있음

2. 진화

뇌는 진화 과정에서 동물의 생존과 번식에 유리한 방향으로 발달해왔다. 최초의 뉴런을 생성한 동물은 자포동물이지만, 이들은 뇌 대신 산만 신경계를 가졌다. 뇌는 편형동물에서 처음 진화한 것으로 보이며, 이후 환형동물, 절지동물을 거쳐 척삭동물에서 더욱 발달하였다.

척추동물의 뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피 증가가 특징적이다. 원시어류는 뇌가 작았지만, 고등 동물로 진화하면서 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당하는 부분이 발달하였다. 현대 어류는 큰 중뇌와 작은 전뇌를 가지는 반면, 양서류파충류는 발달된 전뇌와 작은 중뇌를 가진다.[184] 조류설치류는 전뇌가 더 커졌지만 표면은 부드럽다. 반면 인간의 대뇌는 깊은 홈과 주름이 많다. 소뇌 또한 발달하여 동작 조정과 균형 감각을 담당하게 되었다.

일반적인 양측 대칭 동물의 신경계는 분절된 확장 부분이 있는 신경삭과 앞쪽의 "뇌" 형태를 하고 있다.


해면동물(신경계가 없음)[16]이나 자포동물(확산 신경계를 이루는 신경망으로 구성됨)[16]과 같은 몇몇 원시 생물을 제외하고, 모든 다세포 동물은 양측 대칭 동물(Bilateria)이다. 즉, 좌우가 거의 거울상인 양측 대칭의 체제(body plan)를 가진 동물을 의미한다.[17] 모든 양측 대칭 동물은 7억 년에서 6억 5천만 년 전 신원생대(Cryogenian) 후기에 출현한 공통 조상으로부터 유래한 것으로 여겨지며, 이 공통 조상은 분절된 몸체를 가진 단순한 관벌레 모양이었을 것이라는 가설이 있다.[17] 개략적인 수준에서, 그 기본적인 벌레 모양은 척추동물을 포함한 모든 현대 양측 대칭 동물의 신체와 신경계 구조에 계속 반영된다.[18] 기본적인 양측 대칭 동물의 형태는 입에서 항문까지 이어지는 속이 빈 창자강을 가진 관 형태이며, 각 체절마다 확장된 부분(신경절(ganglion))이 있는 신경삭을 가지고 있으며, 앞쪽에 특히 큰 신경절이 있는데 이것을 뇌라고 한다. 선충류와 같이 일부 종에서는 작고 단순하지만, 척추동물과 같이 다른 종에서는 크고 매우 복잡한 기관이다.[4] 거머리와 같은 일부 종류의 벌레는 신경삭의 뒷부분에 "꼬리 뇌"로 알려진 확장된 신경절을 가지고 있다.[19]

극피동물멍게를 포함하여 인식 가능한 뇌가 없는 양측 대칭 동물이 몇 가지 있다. 이러한 뇌가 없는 종의 존재가 최초의 양측 대칭 동물이 뇌가 없었다는 것을 나타내는지, 아니면 그들의 조상이 이전에 존재했던 뇌 구조가 사라지는 방식으로 진화했는지는 확실하게 밝혀지지 않았다.

2. 1. 무척추동물의 뇌

뉴런을 생성한 최초의 동물자포동물이지만, 자포동물은 뇌가 아닌 균일하게 퍼져 있는 산만 신경계를 가지고 있다. 원시적인 조절 중추로서의 뇌는 편형동물에서 최초로 진화한 것으로 보인다. 운동성을 갖게 되며 두화가 일어나기 시작한 편형동물은 신경세포체를 2개의 신경삭 형태로 나누어 신경세포체가 머리 부분에 밀집되는 방향으로 진화하였다.

이후 환형동물에 이르러 신경삭으로부터 신경절체절마다 한 쌍씩 형성되어 각 체절을 담당하게 됨으로써 중추신경계가 더욱 발달하게 되었다. 특히 환형동물의 체절 신경계는 가로섬유와 세로섬유가 마치 사다리와 같이 연결되어 있어 사다리 신경계라고 불리는데, 그 중 가장 앞에 존재하는 신경절이 가장 잘 발달되어 있어 뇌를 이룬다.

절지동물에서는 흉부에 체절군이 집중하여 흉부 신경절을 형성하여 제2의 뇌 역할을 한다. 곤충과 같은 고등 절지동물은 특정 기관과 기능이 연관됨에 따라 좀 더 복잡한 행동을 가능하게 되어 사회성을 형성한다.

문어무척추동물 중에서 가장 정교한 두뇌를 보인다.[22]

2. 2. 척추동물의 뇌

척삭동물에 이르러서는 신경섬유가 뇌 뿐만 아니라 등쪽에 모여 하나의 척수라는 관상구조를 이루는데 척삭동물에서 뇌와 척수를 구분하기는 힘들다.[184]

척추동물의 두뇌 진화는 대뇌를 포함한 전뇌의 부피 증가가 특징적이다. 원시어류의 경우 척추 앞부분에 약간 부풀어오르는 돌기 모양의 뇌를 갖는다. 이 돌기가 고등 동물의 후뇌, 뇌간, 중뇌에 해당된다.

현대 어류에 이르러서는 뇌 면적의 대부분을 차지하는 큰 중뇌와 작은 전뇌를 가지게 되었다. 현대 양서류파충류는 어류와는 달리 발달된 전뇌와 작은 중뇌를 갖는다.[184] 조류설치류의 경우 전뇌가 더 커졌지만 표면이 부드럽다. 반면에 인간의 대뇌는 깊은 홈과 접힌 주름이 있다. 또한 후뇌에서 동작의 조정이나 균형 감각을 담당하는 소뇌의 발달도 두드러졌다. 석기 기술의 중요한 변화는 바로 뇌의 크기가 증대할 때마다 일어난 것으로 추측된다. 하지만 최초의 증대만큼 큰 폭의 증대는 없었다.[185] 크기나 조직과 같은 뇌 구조의 중대한 변화가 약 250만 년 전에 일어났다는 것은 확실하다.[186]

중앙에 파란색 부분이 있는 덩어리, 흰색 영역으로 둘러싸여 있으며, 그 주위를 어두운 색의 얇은 띠가 둘러싸고 있음
16일 된 쥐의 후각망울 횡단면. 두 가지 다른 방법으로 동시에 염색되었는데, 하나는 신경 세포체를, 다른 하나는 GABA 신경전달물질 수용체를 보여준다.

3. 발생

뇌는 발생 초기 배아의 외배엽에서 신경관을 형성하며, 이 신경관이 뇌와 척수로 분화한다. 신경관은 뇌의 기본적인 구조를 형성하는 중요한 단계이다.

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