중추신경계 정의와 구성 요소 및 주요 기능

중추신경계

1. 중추신경계의 정의, 중추신경계의 구성 요소인 뇌의 주요 기능

뇌와 척수로 구성된 중추신경계는 반사와 통합 기능을 통해 전신활동성 뉴런을 직접 조절합니다. 반사란 외부로부터의 적당한 자극은 수용체에서 구심성 뉴런을 통해 연합중추로 보내어 정보를 분석하고 그에 알맞은 반응을 원심성 뉴런을 통해 각 부분의 실행기로 보내어 신체반응으로 나타내는 현상으로 자동적으로 일어나는 반응을 말합니다. 통합이란 반사와 학습, 기억과 같은 정신 기능을 연합시켜 이해, 이성, 인격, 상상, 언어 등의 고등한 정신 기능을 수행하는 총괄적 기능을 말합니다. 뇌는 전뇌, 소뇌, 뇌간으로 구성되어 있고, 아래쪽으로는 척수가 연결되어 있습니다. 전뇌는 대뇌와 간뇌, 뇌간은 중뇌, 뇌교, 연수로 구성되어 있습니다. 표면에서 뇌를 보게 되면 오직 대뇌, 소뇌, 연수만 볼 수 있고, 나머지 부분은 대뇌가 감싸고 있습니다. 뇌는 매우 부드러운 조직이므로 두개골과 수막, 혈액-뇌장벽에 의해 보호를 받고 있습니다. 뇌의 무게는 1.2kg~1.4kg 내외로 체중의 1/40 정도이지만 생명과 모든 신체활동을 주관하고 있고, 전체 산소 소모량의 20%, 포도당 소모량의 25%를 사용할 정도로 막대한 에너지를 요구하는 중요한 기관입니다. 대뇌는 뇌신경 중 가장 고위 중추로 뇌 전체 중량의 80%를 차지하며, 평균 무게는 남자가 1.4kg, 여자가 1.2kg 정도이고, 뇌의 높은 대사요구량에 의해 전체 혈류의 약 20%를 받습니다. 대뇌는 좌우 대뇌반구와 이를 연결하는 섬유조직인 뇌량으로 구성되어 있습니다. 대뇌반구는 대뇌피질과 대뇌수질로 나뉘는데, 대뇌피질은 주로 세포체로 구성된 회백질로서 대뇌의 표면을 이루고, 대뇌수질은 주로 유수신경섬유로 구성된 백질로서 백질의 가운데 부분에는 다시 회백질 부분인 기저핵이 존재합니다. 대뇌가 하는 특수한 감각, 운동, 다양한 기능들은 주로 대뇌피질에서 이루어지며, 대뇌수질은 주로 이러한 정보를 전달하는 역할을 합니다. 종열에 의해 깊이 분리된 대뇌반구의 피질층은 큰 신경섬유 다발인 뇌량에 의해 연결되어 있습니다. 간뇌는 전뇌의 두 번째 구성 요소이며 대뇌와 중뇌 사이에 위치하는 회백질의 큰 덩어리로서 항상성 유지를 위해서 다양한 내분비계와 자유신경계를 조절하는 중추입니다. 대뇌반구로 덮여 있어 바깥쪽에서는 관찰이 불가능하며 시상, 시상상부, 시상하부로 구성되어 있습니다. 시상은 간뇌의 대부분(75%)을 차지하는 회백질이며 많은 신경핵군으로 이루어져 있어 감각중추의 역할을 담당합니다. 즉, 시상 내부에 있는 신경핵들은 감각 전도로에 관여하므로 후각을 제외한 시각, 청각, 온도감각 등의 특수감각뿐만 아니라 척수와 소뇌에서 전달되는 감각신경을 대뇌피질에 전달하는 역할을 합니다. 따라서 시상의 기능과 대뇌피질과는 밀접한 관계가 있기 때문에, 대뇌피질의 많은 영역은 시상과 연결이 단절되면 완전히 기능을 상실합니다. 대뇌피질이 발달하지 못한 하등동물의 경우 시상에서 모든 정보를 처리하며 최고의 감각중추 역할을 담당합니다. 간뇌의 시상상부는 사람의 뇌에서는 발달이 미약한 부분이지만, 송과체가 있어서 생식선의 조기 발육 억제호르몬과 멜라토닌을 분비하며, 일주기 리듬의 확립에도 관여합니다. 따라서 송과체의 발육 부진은 성조숙증을 유발합니다. 시상하부는 시상의 아래쪽과 뇌하수체의 위쪽 사이에 존재하며 여기에서 방출되는 호르몬은 뇌하수체호르몬의 분비를 조절합니다. 시상하부는 내장의 기능을 조절하는 자율신경계와 감정 및 정서 반응을 조절하는 중추일 뿐만 아니라, 음식물 섭취를 조절하는 포만중추와 공복중추, 주의력·체온·삼투압·혈관운동·혈당조절중추, 인간의 기본 욕구에 대한 보람중추 등이 있습니다. 뇌교와 연수의 뒤쪽에 위치하는 무게 약 120g의 소뇌는 대뇌처럼 피질은 회백질, 수질은 백질로 구성되어 있고 뇌 중에서 주름이 가장 많습니다. 소뇌의 기능은 감각정보를 처리하고 운동 수행을 조절하는 운동, 자세, 평형을 통제하는 중추입니다. 이러한 기능을 수행하기 위해서 수의근과 관절을 조절하여 원활한 근육활동과 자세를 유지하며, 눈과 귀의 수용체를 통한 구심성 정보로 신체의 평형을 조정합니다. 또한 연습이나 훈련을 통한 숙련된 운동은 운동·학습 기능을 이용하여 대뇌피질의 명령과 상관없이 소뇌가 직접 말초조직에 운동을 전달합니다. 따라서 소뇌에 손상이 생기면 운동은 할 수 있지만 정교한 조정과 균형 등에 장애가 올 수 있습니다. 척수에 연결된 뇌간은 중뇌, 뇌교, 연수로 구성되어 있으며 12쌍의 뇌신경 중 제3~12차 뇌신경의 핵을 가지고 있어, 이와 관련한 정보 전달, 즉 호흡, 심장박동, 순환, 소화 등의 생명활동 유지에 필수적인 기능을 합니다.

2. 중추신경계의 구성 요소인 척수의 주요 기능

척수는 연수에 이어져 있는 중추신경으로 척추관 내부에 들어 있으며 뇌와 말초신경, 즉 피부, 관절, 근육 간의 정보를 상호 전달해 주는 주요 통로입니다. 척수에 있는 뉴런들은 신체의 각 부분에 있는 수용기가 감지한 감각정보를 구심성 뉴런을 통해 뇌로 전달하고, 뇌로부터 받은 명령을 원심성 뉴런을 통해 근육과 분비선 등의 실행기에 전달하는 역할을 담당합니다. 또한 척수는 대뇌피질로 정보의 전달 없이 자극에 대한 반응을 자체에서 처리하기도 하는 반사작용의 중추 역할을 담당하고 있습니다. 척수는 위쪽으로는 연수, 아래쪽으로는 요추 부근에서 끝나는 길이 약 40~45cm, 직경 0.7~1.3cm, 무게 약 30g의 원추형 신경조직으로 척추관 내부에 보호되어 있습니다. 척수를 둘러싸고 있는 막은 바깥쪽부터 경막, 지주막, 연막이라는 3겹의 뇌막으로 되어 있으며 지주막하강은 뇌척수액으로 채워져 있습니다. 척수는 크게 경수, 흉수, 요수, 천수, 미수의 다섯 부분으로 구분하며, 각각의 영역은 여러 분절과 분절에서 양측으로 파생되어 나온 한 쌍씩의 척수신경으로 연결되어 있습니다. 이러한 척수신경이 척수와 연결되는 부위에는 신경조직이 밀집된 2개의 가지가 돌출되어 있는데, 등 쪽으로 들어가는 신경조직은 구심성의 감각신경세포가 있으며 이를 후근이라고 하고, 배 쪽으로 나오는 신경조직은 원심성의 운동신경세포가 있는데 이를 전근이라고 합니다. 구심성 감각뉴런은 후근을 통해 척수로 들어가 중추신경계로부터 명령을 받고 원심성 운동뉴런은 전근을 통해 근육이나 분비선으로 명령을 전달합니다. 또한 전근과 후근 중간부에는 자율신경계가 분포되어 있습니다. 척수는 말초감각기로부터 받은 정보 중 아주 간단한 반사작용은 스스로 통합, 조절하는 기능을 가지고 있으므로, 감각기에서 수용한 모든 정보가 뇌로 가는 것이 아닙니다. 즉, 척수에는 감각신경과 운동신경을 연접하는 신경회로가 있어서, 대뇌피질의 작용과 관계없이 척수의 활동만으로 무의식적으로 어떤 자극에 대해 반응을 나타낼 수 있는데 이를 반사라고 합니다. 예를 들면 뜨거운 물건에 손이 닿으면 빠르게 손을 떼거나, 강한 빛을 보면 눈을 감거나, 신맛을 내는 음식을 보면 타액이 분비되는 반응이 나타납니다. 이런 반응은 자극이 대뇌피질에 도달하기 전에 운동신경이나 타액 분비 자율신경으로 전달되는 것이므로, 대뇌피질과 상관없이 무의식적인 반응입니다. 이와 같이 대뇌피질과 관계없이 자극에 대하여 반사중추가 직접 관여하며 무의식적으로 반응하는 것을 척수반사라고 합니다. 이러한 반사작용은 중추신경계, 즉 척수의 가장 기본적인 기능이며 아무리 간단한 반사작용이라고 해도 반사궁이라고 불리는 5가지 요소를 통해 이루어집니다. 반사궁은 첫째, 신체 내외의 변화를 감지하는 수용기, 둘째는 수용기에서 감지된 흥분을 반사중추로 전달하는 척수의 후근, 즉 구심성 뉴런인 감각신경세포, 셋째는 척수와 뇌간의 회백질 내에 존재하는 감각신경세포와 운동신경세포가 연결되는 반사중추, 넷째는 반사중추에 통합·처리된 흥분을 실행기에 전달하는 척수의 전근, 즉 원심성 뉴런인 운동신경세포, 다섯째는 원심성 뉴런의 지배를 받아 반응을 나타내는 실행기로, 근육은 수축하고 선은 분비물을 배출하는 기능을 수행합니다. 척수반사는 대뇌피질을 거치지 않고 반사궁을 거치는 반응으로 척수에 있는 반사중추에 의해 일어나는 반사를 의미합니다. 어떤 수용기에 자극을 가했을 때 반사에 의해 실행기에서 반응이 일어날 때까지의 시간을 반사시간이라고 합니다. 척수반사의 종류로는 골격근을 가볍게 쳤을 때 일련의 근육이 수축하게 되는 신장반사, 골격근의 굴근과 신근이 상호 길항적으로 일어나는 교차신전반사, 발바닥에 자극을 가하면 발가락이 구부러지는 굴곡반사 등이 있습니다. 신장반사는 단일시냅스반사로서 하나의 구심성 신경세포, 원심성 신경세포와 하나의 시냅스를 가지는 가장 단순하고 빠른 반사이며, 신장반사의 예로는 무릎 밑의 슬개건을 두드리면 무릎이 튀어 오르는 슬개건반사가 있습니다. 교차신전반사와 굴곡반사는 시냅스에 여러 개의 운동뉴런이 직렬로 배열된 반사인 다시 냅스반사입니다. 교차신전반사의 예로는 계단을 오를 때 굴곡반사는 계단에서 발이 떨어지게 잡아당기고 신전반사는 반대쪽 다리를 뻣뻣하게 만들어 체중을 지탱하여 몸의 균형을 유지하는 상호 길항적 반사입니다.