대뇌

대뇌(cerebrum)는 뇌의 커다란 부분으로 대뇌반구(cerebral hemisphere)의 대뇌피질(cerebral cortex)과 피질하구조물(subcortical structure)인 기저핵(basal nucleus), 변연계(limbic system), 후각망울(olfactory bulb) 등을 포함한다. 인간에서 대뇌는 뇌 중에서 가장 위쪽에 위치하고 있으며, 발생학적으로 전뇌(prosencephalon)에서 기원한다.

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사람의 대뇌 피질은 표면적이 2,500 cm², 부피는 600 cm³ 정도이다. 피질 표면은 주름이 많아 이랑(gyrus)과 고랑(sulcus)을 이루고 있다. 일반적으로 대뇌 피질은 네 개의 엽(lobe)으로 구분한다. 이는 대뇌피질의 표면과 접한 두개골(skull)의 이름을 따서 명명되었는데, 각각 전두엽(frontal lobe), 두정엽(parietal lobe), 후두엽(occipital lobe), 관자엽(temporal lobe)이라고 부른다(그림 1).

그림 1. 대뇌 () 파란색: 전두엽, 노란색: 두정엽, 분홍색: 후두엽, 연두색: 관자엽. (출처: 한국분자·세포생물학회)

전두엽과 두정엽 사이에 있는 고랑을 중심고랑(central sulcus)라고 부른다.

대뇌피질에는 여러 종류의 서로 다른 신경세포가 존재하며, 크게 추체세포(pyramidal cell), 인터뉴런(interneuron) 등이 있다.

추체세포는 커다란 삼각형 모양의 세포체를 가지며 흔히 피질 표면까지 뻗는 하나의 기다란 첨단수상돌기(apical dendrite)와 몇 개의 기저수상돌기(basal dendrite)를 가진다. 이 세포들은 대뇌 피질의 원심 세포들로서 흥분성 신경전달물질을 함유하고 있다. 추체세포들은 주로 제2,3층 및 5,6층에 많으며 이웃하는 대뇌피질, 반대편 피질 혹은 피질하구조로 흥분을 보낸다.

축삭을 피질 층에 평행으로 뻗어 이웃 피질기둥 간의 정보처리 과정에 영향을 미치는 인터뉴런을 바구니세포(basket cell)라고 부르며 이들은 억제성 신경전달물질인 GABA를 분비한다. 이외에도 VIP(vasoactive intestinal peptide), CCK(cholecystokinin)을 분비하는 인터뉴런이 존재한다.

척추동물의 발생에서 신경관(neural tube)은 전뇌(prosencephalon), 중뇌(mesencephalon), 마름뇌(rhombencephalon)로 발달하게 된다. 이 중 전뇌는 종뇌(telencephalon)와 간뇌(diencephalon)으로 분화하는데 이 중 등쪽 종뇌(dorsal telencephalon)가 양쪽 대뇌 반구(cerebral hemisphere)로 분화한다. 한편 배쪽 종뇌(ventral telencephalon)는 기저핵(basal nuclei)으로 분화하게 된다.

대뇌피질은 뇌의 대부분을 차지하고 있으며, 모든 수의 운동(voluntary movement)과 감각의 처리 뿐 아니라 감정(emotion), 성격(personality), 학습(learning), 기억(memory) 등을 담당한다.

대뇌는 의지에 따라 몸을 운동시킬 수 있게 한다. 이와 같은 기능은 일차운동피질(primary motor cortex)과 다른 전두엽 부위에서 담당하고 있다. 일차운동피질의 상부운동신경(upper motor neuron)이 축삭을 뇌간이나 척수에 위치한 하부운동신경(lower motor neuron)으로 보내어 근육을 지배한다.

대뇌 피질의 일차감각영역(primary sensory area)은 체성(somatosensory) 감각 뿐 아니라 시각, 청각, 미각, 후각 등 특수 감각 정보 처리에 영향을 준다. 연합피질영역(association cortical area)과 함께 일차감각영역은 우리가 세상을 지각하는 데 꼭 필요하다.

발화(speech)와 언어(language)는 대뇌 피질의 주요 기능이다. 언어의 발화는 전두엽의 브로카 영역(Broca's area)에서 담당하고, 언어의 이해는 두정엽과 관자엽의 경계에 있는 베르니케 영역(Wernicke's area)에서 담당하고 있다. 이 두 영역은 서로 연결되어 있는데, 브로카 영역의 손상은 말을 잘 하지 못하는 운동성 실어증(expressive aphasia), 베르니케 영역의 손상은 말은 잘 하나 이해를 하지 못하는 감각성 실어증(receptive aphasia)을 유발한다.

해마(hippocampus) 및 관련된 내측 관자엽이 서술기억(declarative memory)의 형성을 담당하는 것으로 알려져 있다. 이는 HM이라는 만성 측두엽 뇌전증 환자가 치료를 위해 양쪽 해마 절제술을 받은 후, 새로운 기억을 형성하지 못한다는 사실로부터 알려졌다. 한편, 복잡한 운동과 같은 작업기억(working memory)에는 피질 연합영역(association area)과 해마, 기저핵(basal nucleus) 등이 관여한다.

대뇌반구(cerebral hemisphere), 대뇌피질(cerebral cortex), 피질하구조물(subcortical structure), 기저핵(basal nucleus), 변연계(limbic system), 후각망울(olfactory bulb), 전뇌(prosencephalon), 전두엽(frontal lobe), 두정엽(parietal lobe), 후두엽(occipital lobe), 관자엽(temporal lobe), 추체세포(pyramidal cell), 인터뉴런(interneuron), 실어증(aphasia)