신경계의 구조와 기능, 그리고 발생 과정의 이해

신경계란 몸의 안과 밖에서의 각종 변화에 대처하여 신체 각 부분을 기능적으로 종합 관리하는 기관을 말한다. 신경계는 크게 중추신경계와 말초신경계로 나뉠 수 있으며, 중추신경계는 다시 뇌와 척수로 나누어지고, 말초신경계는 뇌신경과 척수신경으로 나누어진다. 중추신경계는 발생학적인 차이에 따라 척수, 숨뇌, 다리뇌, 중간뇌, 소뇌, 사이뇌, 둘레계, 대뇌로 나뉜다. 척수는 중추신경계에서 가장 아래쪽에 위치하고 있으며, 태아 때의 신경관 구조의 모습을 간직하고 있어 중추신경계에서 가장 단순한 구조로 볼 수 있다. 척수는 피부 및 관절, 몸통, 팔과 다리의 근육들로부터 오는 감각 정보를 받아들이고, 수의운동과 반사운동을 담당하는 운동신경 세포들을 포함하고 있으며, 내장 기관으로 오는 감각정보를 받아들여 내장 기능을 조절한다. 척수의 위쪽, 대뇌의 아래쪽, 소뇌의 앞쪽에 위치하고 있는 뇌줄기는 머리, 목, 얼굴의 피부 및 관절로부터 오는 일반감각과 특수 감각 정보를 받아들이고, 얼굴과 목 근육을 조절한다. 뇌줄기를 이루고 있는 숨뇌는 다리뇌와 함께 혈압과 호흡조절에 주로 관여하고 있으며, 다리뇌는 대뇌겉질에서 출발한 수의운동명령을 소뇌로 전달한다. 중간뇌는 뇌줄기 중 가장 작은 구조물로 다리뇌의 위쪽에 위치하고 있으며, 청각계와 시각계의 중요한 중계핵을 포함하고 있다. 다리뇌와 숨뇌의 등쪽에 위치한 소뇌는 가쪽으로 확장되어 뇌줄기의 주위를 감싸고 있다. 소뇌는 근육의 수축과 이완을 적절하게 조절하여 원활하고 효율적인 움직임이 일어날 수 있도록 하며, 움직임에 대한 비교를 통해 교정을 하기도 한다. 또한 자세 유지 및 머리와 눈동자의 조화된 움직임에 있어서도 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다. 사이뇌는 대뇌와 뇌줄기 사이에 위치하기 때문에 붙여진 이름으로, 시상과 시상하부, 시상밑부, 시상상부로 이루어져 있다. 시상은 거의 모든 감각과 운동 정보를 받아 대뇌겉질의 관련된 영역으로 투사하는 대뇌중계핵이고, 시상하부는 뇌하수체에 의해 자율신경계의 조절과 호르몬 분비를 조절한다. 시상밑부는 둘레계를 구성하며, 호르몬 조절에 중요한 역할을 하고 있다. 대뇌는 뇌의 대부분을 차지한다. 바깥쪽의 회색질인 대뇌겉질과 안쪽의 백색질로 이루어져 있으며, 안쪽 깊숙이에는 바닥핵과 해마형성체와 같은 신경핵 덩어리가 있다. 대뇌는 대뇌세로틈새에 의해 왼쪽과 오른쪽 대뇌반구로 나누어져 각각, 인지, 감정, 기억, 고위 운동기능을 담당하고 있다. 몸 신경계와 자율신경계로 구분되어 있는 말초신경계는 신체 각 부위의 감각기관에서 받아들인 자극을 중추신경계로 전달하여 정보를 통합하고 처리하는 역할을 한다. 몸 신경계는 중추신경계를 피부나 뼈대 근육에 연결시켜 주는 12쌍의 뇌신경과 31쌍의 척추신경으로 구분되어 의식적인 신체의 활동을 담당하고 있으며, 자율신경계는 심장근과 민무늬근, 각종 분비샘의 활동을 지배하여 호흡, 순환, 대사, 배설, 생식 등과 같은 신체의 향상성 유지와 스트레스 반응 등의 생리적 반응을 담당하고 있다. 자궁에서의 인간은 배아-전 단계, 배아단계, 태아단계의 총 세 단계를 경험하게 된다. 배아-전 단계는 수정부터 2주까지의 단계를 말한다. 난자에서 난자의 수정이 이루어지고, 수정된 난자는 세포 분할의 과정을 거친다. 반복된 분할을 통해 단단한 구형의 세포와 주머니배로 분화되어 자궁내막에 착상하게 된다. 자궁내막에 착상 후 주머니배의 바깥층은 태반으로 발달되고 내부는 배아로 발달하게 된다. 배아는 다시 배자원반으로 발달되어 외배엽, 중배엽과 내배엽으로 분화된다고 볼 수 있다. 배아단계는 수정 2주부터 8주 말까지의 단계를 말하며 이 단계에서는 기관이 형성된다. 외배엽은 피부와 신경계로 발달하게 되며, 중배엽은 진피, 근육, 뼈대계, 분비계 및 순환계로 발달한다. 내배엽은 창자, 간, 췌장, 호흡계로 발달한다. 태아단계는 수정 8주 말에서 출생까지의 단계를 말한다. 태아단계에서의 신경계는 더욱 완전하게 발달하게 되고 말이집형성이 시작된다. 신경계의 발달은 수정 3주경 배아단계의 외배엽에서 일어난다. 중배엽성 조직인 척삭돌기로부터 신호를 받은 외배엽은 신경판으로 발달하기 시작한다. 신경판은 서서히 가장자리가 두꺼워지면서 위로 솟아올라 신경주름을 형성하게 되고, 신경주름이 형성되면서 얕게 들어간 부분인 신경고랑이 나타나기 시작한다. 신경주름은 배아의 정중선을 향해 점차 이동하여 양쪽이 융합되면서 신경관을 형성한다. 신경관 형성이 마무리되면 신경관은 제4번~제6번 몸 분절부터 시작해서 머리와 꼬리 쪽으로 점차적으로 닫히기 시작한다. 신경관이 완전히 닫히기 전까지 머리 쪽의 신경관에는 앞쪽 신경구멍이 있고, 꼬리 쪽에는 뒤쪽 신경구멍이 있다. 신경관이 형성되는 과정에서 신경관과 인접해 있는 세포들은 신경능선을 형성해 척수신경절과 자율신경절, 부신속절 등으로 발달하기 시작한다. 이 단계에서의 신경능선은 신경관과 함께 배아 속으로 이동을 하게 되는데, 이 과정에서 외배엽이 서로 겹쳐지면서 수정 27일경에는 앞쪽 신경구멍이 닫히게 되고, 3일 후에는 뒤쪽 신경구멍이 닫히게 된다. 그 후 신경관의 앞쪽 부분은 대뇌로 발달하기 시작하고, 뒤쪽 부분은 척수로 발달하며, 신경관 중심 부분 중간은 뇌실과 척수 중심관으로 발달하기 시작한다. 수정 후 약 20일경 신경주름을 형성하게 되고, 신경주름은 위에서 언급하였듯이 정중선을 향해 이동하고 양쪽이 융합되면서 신경관을 형성하게 된다.