[뇌과학 스터디] 소뇌, 움직임을 관장하는 장인

브레인 Vol.73

두뇌 활용의 첫걸음, 움직임(Motion)

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세계적인 뇌석학인 루돌프 이나스 박사는 “생각은 진화적으로 내면화된 움직임”이라고 말한 것처럼, ‘움직임motion’은 세포의 가장 근본적인 기능이다. 60조개의 세포로 구성된 인체도 결국 움직임이 만들어내는 고차원적 움직임의 결과로 나타난다. 이번호 ‘뇌과학 스터디’에서는 ‘움직임’이란 키워드를 중심으로 몸과 뇌를 연결하는 척수와 소뇌, 두정엽 등을 중점적으로 다룬다. 

[2] 소뇌, 움직임을 관장하는 장인

소뇌는 대뇌의 후두엽 아래쪽에 위치하며, 제4 뇌실을 사이에 두고 뇌간과 붙어 있다. 소뇌는 뇌 전체 용적의 10% 정도를 차지하는데, 뇌 신경세포의 절반 이상이 소뇌에 밀집돼 있다.

대뇌가 좌우 반구로 이뤄진 것처럼 소뇌도 좌우 두 부분으로 나뉜다. 소뇌의 좌우 부위는 가느다란 중앙부에 의해 연결되는데, 대뇌반구와는 달리 좌측 소뇌는 좌측 신체의 운동에 관여하고, 우측 소뇌는 우측 신체의 운동에 관여한다. 소뇌는 눈과 귀, 관절과 근육으로부터 현재 몸의 각 부위가 어떤 자세를 취하고 있는지를 알려주는 감각신호를 받아들인다. 그리고 이들 부위를 어떻게 움직여야 할지 알려주는 대뇌피질의 운동신호도 소뇌로 들어온다. 

소뇌는 이 두 정보를 종합한 뒤, 인접한 부위인 뇌간을 통해 근육에 운동신호를 내보낸다. 이 과정을 통하여 소뇌는 자세와 균형을 유지하고, 여러 근육이 효과적으로 협응하도록 통제하는 기능을 한다.  피아노를 치거나 골프공을 쳐내는 것과 같은 새로운 운동 기술을 익힐 때도 소뇌의 도움이 절대적으로 필요하다. 소뇌가 손상되면 근육 간 협동운동이 잘 이뤄지지 않고, 정확한 움직임을 하기 어렵다.

■ 소뇌충부Vermis

좌우 반구가 뚜렷한 대뇌와 달리 소뇌는 명백하게 중앙에서 나뉘지 않는다. 소뇌의 중간 부위를 가르는 선은 좌우로 끊어지지 않고 이어진다. 중간선의 특징 중 하나는 등뼈 같은 융기가 소뇌를 따라 위에서 아래로 이어진다는 점이다. 이 중간선 부분을 소뇌충부라고 부르는데, 이를 기준으로 좌우 소뇌 반구를 구분한다.

소뇌충부는 뇌간에 신호를 보내 몸통 근육을 조절한다.

■ 소뇌반구Cerebellar Hemisphere

소뇌반구는 팔다리의 운동 기능을 통제하는 중요한 기능을 한다.

■ 소뇌심부핵Deep Cerebellar Nuclei

소뇌 백질에 깊이 파묻힌 뉴런이 소뇌심부핵을 형성한다. 소뇌심부핵은 소뇌피질에서 내보내는 신호를 뇌간 부위에 전달하는 기능을 한다.

■ 푸르키니에 세포Purkinje Cell

푸르키니에 세포는 소뇌피질에 존재하는 특이한 형태의 신경세포이다. 푸르키니에 세포의 수상돌기는 편평한 전나무 잎사귀 모양으로, 측면에서 보면 좁고 앞쪽에서 관찰하면 넓게 퍼진 형태이다. 푸르키니에 세포의 수상돌기는 출생 초기에는 단순한 형태이지만, 점차 복잡하게 발달하여 생후 1년 후 걷기 시작할 무렵에는 성인과 비슷한 형태로 발달한다.

■ 소뇌의 손상

소뇌가 손상되면 손을 뻗어 테이블 위의 컵을 잡는 동작을 할 때 어깨, 팔꿈치, 손목을 동시에 유연하게 움직이는 것이 불가능하다. 각 관절이 순차적으로, 즉 어깨가 먼저 움직인 다음에 팔꿈치, 마지막으로 손목이 움직인다. 이처럼 상호협조적인 다관절 운동이 해체된 상태를 ‘근육협동장애’라고 한다. 이런 증상을 완화하기 위해 소뇌 손상 환자에게 팔꿈치를 테이블 위에 올려놓고 손으로 컵을 잡기까지 움직이는 관절의 수를 점차 줄이는 훈련을 한다.

■ 소뇌와 운동기억Kinesthetic Memory

자전거를 타는 기억과 구구단을 외우는 기억은 다르다. 자전거를 타는 것은 소뇌를 중심으로 근육운동과 연관된 뇌 회로가 형성되는 것이고, 구구단을 외우는 것은 대뇌를 중심으로 개념을 형성하는 뇌 회로가 만들어지는 것이다.

자전거 타는 기술은 움직임을 학습할 때 일어나는 실수를 감지하는 정교한 피드백 시스템을 통해 획득된다. 피드백 시스템은 실수를 기반으로 새롭고 정확한 명령을 계속 발생시키고, 성공적인 수행으로 이끈다. 모든 스포츠 기술 역시 훈련을 통해 몸에 익히는 운동기억이다. 이렇게 학습해둔 기술은 소뇌피질 아랫부분에 저장돼 있다가 필요할 때 상기된다.

피아니스트가 악보를 보지 않고 교향곡을 완주하는 것도 손가락 근육과 소뇌를 중심으로 운동기억이 잘 저장돼 있기 때문에 가능한 것이다. 운동기억은 서술적인 사실을 기억하는 것과는 다른 차원의 기억이다. 어떤 기억 장애 환자는 골프를 치기는 하는데 자기가 지금 몇 번째 홀에서 경기를 하는지, 타수가 어떻게 되는지 모르는 경우가 있다. 이처럼 한번 학습된 기술은 운동 행위로 자동 수행된다.

■ 소뇌와 인지능력

사회적 행동이 소뇌와 관련 있다는 연구 결과가 나왔다. 지금까지 소뇌는 운동과 균형 조절 역할만 한다고 여겨졌지만 새로운 연구 결과에 따르면 소뇌가 인지 영역의 중요한 조절자 역할도 수행한다. 물체와 사물을 지각하려면 우리는 다양한 감각적 기질과 관련된 정보를 적절하게 통합해야 한다. 의자를 볼 때 우리는 그것의 외양과 위치 등에 근거해 의자라고 판단한다.

그와 동시에 의자를 보면서 고양이가 잠자기 좋아하는 곳이라는 연상을 할 수도 있다. 소뇌는 이렇게 연상을 늦추거나 가속화하는데 관여하고 주의 상태를 규제함으로써 조절자 기능을 한다. 이러한 기능은 다른 사람과 원활한 관계를 맺는 능력과 직결된다. 따라서 소뇌의 발달 정도는 운동과 인지 기능 모두에 매우 중대한 영향을 미치는 요인이라고 할 수 있다.

글. 브레인 편집부 | 자료제공= 한국뇌과학연구원 www.kibs.re.kr

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