뇌에 대한 다양한 질문들에 답하다!
한 권으로 이해하는 뇌과학
이 책은 뇌를 알고 싶어하는 이들을 위한 입문서다. 좌뇌형 인간, 우뇌형 인간이 따로 있을까? 과연 뇌가 클수록 지능도 높을까? 그런데 뇌에는 왜 주름이 있을까? 뇌는 왜 말랑말랑할까? 등 뇌에 대한 다양한 궁금증에 답하고 있을 뿐만 아니라, 분자생물학과 발생생물학에 관한 배경지식을 토대로 뇌에 대해 설명해준다. 또한 뇌과학 연구에 없어서는 안 될 각종 기술과 뇌의 진화, 뇌의 기술에 과한 최신 연구 성과까지 담고 있어, 뇌과학에 조금이라도 관심이 있다면 가이드로 삼기에 충분하다.
뇌과학 연구의 발자취와 현재를
한눈에 읽는다!
우리는 왜 뇌를 알고 싶어할까? 뇌가 마음을 이해하는 지름길일지도 모른다고 무의식적으로 생각했기 때문은 아닐까? 마음을 알기 위해 중요한 단서를 붙잡으려면 인간의 뇌 기능과 이를 뒷받침하는 구조를 이해해야 한다. 마음을 객관적으로 ‘측정’하기는 여전히 어렵지만, 뇌의 구조와 기능은 과학적으로 검증할 수 있다.
인간 뇌가 발달하는 과정을 아주 간략하게 살펴보자. 인간은 수정 후 38주 만에 태어나는데, 뇌로 자라게 될 세포 덩어리인 원기는 수정 후 4주 차부터 만들어지기 시작한다. 미분화 상태의 원기는 점점 증식하면서 뉴런을 비롯한 각종 세포로 분화한다. 분화한 뉴런은 저마다 정해진 위치로 이동해 다른 뉴런과 네트워크를 구축한다. 그 뒤를 이어 신경아교세포가 만들어진다. 태어나기 전부터 시냅스 형성, 불필요한 시냅스 제거, 말이집 형성 등의 과정을 거치는 인간의 뇌는 태어난 이후로도 계속 발달한다. 최근 연구에 따르면 스무 살쯤 성인의 뇌가 된다고 하니, 결국 인간의 뇌는 20여 년에 걸쳐 완성되는 셈이다.
아직 미지의 세계처럼 느껴지는 뇌. 최근 이러한 인간의 뇌, 뇌과학에 대한 사람들의 관심이 높아진 만큼 뇌를 주제로 한 책이 시중에 많이 나와 있다. 하지만 유전자와 세포 수준에서 밝혀진 지식을 다룬 책은 그리 많지 않다. 뇌세포 중 신경세포(뉴런)보다도 많은 신경아교세포가 어떤 세포인지 설명한 책 역시 찾기 힘들다. 그래서 이 책의 저자는 분자생물학과 발생생물학에 관한 배경지식을 토대로 무엇을 소개하면 좋을지 고심한 끝에 적절한 내용을 선정해 이 책에 담았다.
이 책에서는 뇌에 대한 교과서적인 내용뿐만 아니라 뇌과학을 연구한 과학자들의 숨겨진 일면도 들여다본다. 또한 오늘날의 뇌과학 연구를 소개하고 있다. 광유전학을 비롯해 연구에 없어서는 안 될 각종 기술과 뇌의 진화와 뇌 기술에 관한 최신 연구 성과를 담고 있다. 이 책은 뇌에 대한 다양한 정보와 지식을 한눈에 살펴보기에 더할 나위 없이 좋은 입문서다.
들어가며
제 1 장 뇌의 구조와 기능
1 뇌와 마음
2 뇌의 해부
3 뇌의 구조와 기능을 이해하는 데 도움을 준 기술
4 뇌의 역할 분담
5 학습과 기억
제 2 장 다양한 동물의 뇌와 뇌를 만드는 세포
1 뇌가 있는 동물, 뇌가 없는 동물
2 뇌의 크기와 지능
3 뇌를 만드는 세포들
4 뇌세포와 다른 장기 세포의 차이
5 뇌는 왜 말랑말랑할까?
6 신경을 전달하는 시냅스
7 빠르게 신호를 전달하는 케이블
제 3 장 뇌의 발생
1 뇌의 기원은 ‘관’
2 신경관에 존재하는 ‘엄마 세포’란?
3 각양각색의 신경세포는 어떻게 만들어질까?
4 신경세포의 위치는 어떻게 정해질까?
5 신경회로가 만들어지는 과정
제 4 장 뇌의 발달과 노화
1 신경아교세포의 탄생
2 시냅스 가지치기
3 임계기의 이모저모
4 나이를 먹어도 만들어지는 뇌세포
5 뇌 발생 · 발달의 이상과 신경 발달 장애
6 뇌의 노화와 정신질환
제 5 장 오늘날의 뇌과학 연구
1 빛으로 조작하는 신경회로
2 뇌의 주름은 어떻게 만들어질까?
3 사람의 대뇌피질은 어떻게 고성능이 되었을까?
4 뇌와 장과 면역의 중요한 관계
5 COVID-19의 후유증, 후각장애
6 뇌 기술 발전의 최전선
나오며
이미 기원전 3세기에 이집트 알렉산드리아에서 인체를 해부했다는 기록이 남아 있지만, 세계에서 가장 오래된 대학인 이탈리아 볼로냐대학은 1304년 의학 교육을 위해 교회의 반대를 무릅쓰고 공개적으로 인체를 해부했습니다. 이후 16세기경 근대 해부학의 시대가 열렸습니다. 벨기에 브뤼셀에서 태어난 안드레아스 베살리우스는 실제로 보는 것이 중요하다고 생각해, 고대 로마 시대에 간행된 갈레노스의 해부학 교과서를 읽는 데에 그치지 않고 파도바대학에서 직접 해부 실습을 진행했습니다. 그리고 1543년에는 『사람 몸의 구조에 관해(De humani corporis fabrica)』[약칭 『파브리카(fabrica)』]라는 일곱 권짜리 인체 해부 도감을 펴냈습니다.
제1장 _ 뇌의 구조와 기능
그림 2-4는 포유류를 대상으로 조사한 몸무게와 뇌 무게의 상관관계입니다. 여기서도 양의 상관관계, 즉 몸무게가 무거울수록 뇌 무게도 많이 나가는 양상을 보이며, 인간은 이 회귀 직선에서 멀리 떨어져 있으므로 뇌가 몸무게 대비 무겁다고 할 수 있습니다. 뇌 무게를 몸무게로 표준화한 값을 대뇌화 지수(Encephalization quotient, EQ)라고 하는데요. 인간의 높은 대뇌화 지수를 보면 진화 과정 중 어느 시점에 인간의 뇌를 형성하는 데 필요한 프로그램이 향상되었구나 하고 상상하게 됩니다.
제2장 _ 다양한 동물의 뇌와 뇌를 만드는 세포
앞서 설명했다시피 신경발생은 처음에 대칭성 분열만 하다가 어느 시점부터 갑자기 뉴런으로 분화하는 식으로 진행되지 않습니다. 방사형 아교세포가 줄기세포(전구세포)의 성질을 유지한 채 비대칭성 분열로 뉴런을 만들어내지요. 이때 대뇌겉질 원기에는 일찍 만들어진 뉴런이 뇌 깊숙이 자리하며(깊은 층 뉴런) 축삭을 길게 뻗어 다음 뉴런과 연결되지만, 늦게 만들어진 뉴런은 바깥쪽에 자리하고(표면층 뉴런) 맞교차신경세포의 형태로 뇌들보를 구성하며 반대쪽 대뇌겉질이나 대뇌반구 안쪽의 가까운 뉴런으로 축삭을 뻗어 연결합니다. 그리고 이렇게 뉴런이 축삭을 길게 뻗는 현상을 ‘투사(Projection)’라고 합니다.
제3장 _ 뇌의 발생
우리의 뇌는 수정 후 4~5주 차라는 이른 시기에 원기인 신경관이 나타나고, 신경관에 ‘주소’가 지정되면서 뇌와 척수가 영역으로 구분되어 다양한 뉴런을 만들어내는 토대가 된다는 내용을 3장에서 살펴봤습니다. 신경줄기세포는 대칭성 분열로 증식하고, 시간이 지나면 비대칭성 분열로 자신을 유지하는 한편 새 뉴런을 만들어냅니다. 그리고 신경생성기의 신경줄기세포, 엄밀히는 신경전구세포가 방사형 아교세포라는 특수한 형태의 ‘엄마 세포’로서 새로 만들어진 뉴런이 이동하는 발판이 된다는 내용도 소개했습니다. 대뇌겉질에서 만들어지는 흥분성 뉴런은 방사형으로 이동하지만, 대뇌바닥핵 원기에서 만들어지는 억제성 뉴런은 접선 방향으로 먼 거리를 이동해 대뇌겉질에 정착합니다.
제 4 장 _ 뇌의 발달과 노화
다시 돌아와서, 페보는 2006년부터 고대 유전체 해독 프로젝트를 시작했고, 2010년 네안데르탈인의 전반적인 유전체 서열을 결정해 사이언스지에 발표함으로써 사람들의 주목을 받았습니다. 네안데르탈인의 유전체를 현생 인류인 호모 사피엔스와 비교하면, 아프리카 대륙 너머에 사는 사피엔스의 유전체 중 1~4%가 네안데르탈인과 공통적입니다. 약 5만 년 전에는 네안데르탈인이 사피엔스와 함께 살았다는 흔적을 증거 삼아 페보는 네안데르탈인과 사피엔스의 교배로 사피엔스의 유전체 중 일부가 네안데르탈인으로부터 유래했다고 주장했습니다. 한편 오늘날에는 네안데르탈인의 유전체에 그전부터 사피엔스의 유전체가 반대 방향으...로 들어 있었다는 연구 보고도 있습니다.
제5장 _ 오늘날의 뇌과학 연구
정한뉘 [저]
한양대학교 분자생명과학과 졸업. 생명과학을 전공해 연구자의 길을 걷던 중, 오랜 꿈이었던 일본어 번역가의 길을 포기할 수 없어 번역의 세계로 뛰어들었다. 책 한 권 한 권에 담긴 세상을 독자들에게 널리 알리고 싶다는 마음을 잊지 않고자 ‘한뉘(넓은 세상)’라는 필명을 지었다. 바른번역 글밥 아카데미 일본어 출판번역가 과정을 수료한 후 현재 각종 일서 검토·기획을 맡고 있다.
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