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뇌간(brain stem)은 뇌의 가장 아랫 부분으로 연수(medulla), 교뇌(pons), 중뇌(midbrain)로 구성되어 있다. 위쪽으로는 간뇌와 이어지고, 뒤쪽 위쪽에는 소뇌가 있으며, 아래쪽으로는 척수와 연결되어 있다. 뇌간의 후면은 소뇌 (cerebellum)에 의해 덮여 있으며 소뇌를 제거하면 뇌간의 중간에 제4뇌실 (4th ventricle)의 바닥인 마름모꼴의 능형오목(rhomboid fossa, 능형와, 마 름모오목)이 관찰된다. 대체적으로 능형오목의 좌우 꼭지점을 잇는 선을 기준으 로 잡아, 그 하부는 연수가 되고 그 상부는 교뇌와 중뇌가 된다. 연수(medulla)는 척수의 연장 부분으로서 뇌에서 최하위의 위치에 자리잡고 있다. 연수에는 뇌와 척수를 연결하는 모든 상행성 신경로와 하행성 신경로가 내포되어 있으며, 또 중요한 핵도 여러 개 내포되어 있다. 12개 뇌신경의 대부 분의 출입구는 연수와 그 위의 교(pons)이다. 즉, 뇌간에서는 열두 쌍의 뇌신경 (cranial nerve) 중 후각신경(olfactory nerve, CN I, 후신경)과 시각신경 (optic nerve, CN II, 시신경)을 제외한 열 쌍의 말초신경이 나온다. 또한 연 수에는 호흡, 심박, 위장작용 등을 조절하는 자율신경 핵이 있다. 교는 연수 위에 자리잡은 뇌간부분으로서 상행성 및 하행성 신경로를 내포하 며 또한 여러 핵도 내포한다. 교의 하위부분에서는 많은 교차섬유가 뇌간과 소 뇌를 상호 연결하고 있다. 교에 있는 몇 개의 신경핵은 먹는 일과 얼굴표정의 통제에서 중요한 기능을 담당한다.

중뇌는 뇌간의 가장 앞쪽에 해당하며 그 모양은 기본적으로는 척수와 같은 원통구조이다. 중뇌의 앞쪽은 시상 및 시상하부이다. 중뇌의 배측은 중뇌개 (tectum)라 칭하며 상소구와 하소구를 내포하는데, 이는 각각 시각계의 핵과 청 각계의 핵을 간직한다. 중뇌의 복측에는 안구운동들 지배하는 뇌신경의 핵이 있 으며, 또 뇌의 상하틀 연결하는 상행성 및 하행성 신경로 도 내포된다. 적핵(red nucleus)이라 칭하는 큰 핵이 있으며 흑질 (substantia nigra)이라 칭하는 흑색을 띤 뉴런들도 역시 중뇌 복측에 자리잡 고 있다. 적핵과 흑직은 운동의 통제에 관여하는 핵이며, 예컨대 흑질의 뉴런 이 변성하면, 즉 병들면 파킨슨씨병(Parkinon's disease)에 걸린다. 연수, 교 및 중뇌는 진화의 역사에서 일찍 출현한 구조이며, 물론 종에 따 라 약간 상이하기는 하지만 대체로 물고기에서 인간에 이르는 모든 종에서 그 구조와 조직이 놀랄 성도로 흡사하다.

신경 조직에 관한 일반원리로서 어떤 신경구조의 크기와 복잡성이 그 구조의 행 동적 중요성과 관계가 있다는 원리가 있다. 표유류에서는 박쥐가 남달리 큰 하 소구(칭각중계핵 )를 지니고 있는데, 이것은 박쥐가 청각정보를 유난히 많이 사 용하는 것과 관계가 있다. 신경구조의 크기와 복잡성이 행동의 중요성과 상관한 다는 원리는 뇌 구조의 기능에 관해 많은 단서를 제공하였다.

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