Brain - Part 1

원래는 System Neurology를 하려고 했는데... 생각해보니까 바로 들어가기에는 배경 지식이 필요할 듯요...

그래서 뇌 발달에 관해서 먼저 이야기를 하고 들어가자.

Brain Development

자 한 번 해보자.

Neural Tube

뇌는 신경이 모여서 만들어진다. 아주 단순한 무척추동물도 신경을 가진다. 곤충도 뇌가 있다. 과연 이들과 우리의 뇌는 발달 과정의 측면에서 무엇이 다를까?

일단 인간은 척추 동물이며, 좀 더 넓은 분류로는 척삭동물에 속한다. 척삭동물은 크게 4가지 특징을 가지는데: 척삭, 신경삭, 인두열, 꼬리가 있다. 이 중 신경삭이 우리가 아는 중추 신경계를 주로 형성한다. 척삭 역시 신경계 형성에 기여를 하는데 잠시 후에 살펴 보자.

잠시 여담. 척삭이 뭔지 모를 수도 있다. 척추에 오타난 것이라 생각할 수 도 있고. 오타는 아니다. 척삭은 notochord 라고 하며 척삭동물의 발생과정에서 특징적으로 보이는 기관이다.(약간 순환 논법 같긴 하지만) 일부 (사실 우리에게 익숙한 많은 동물) 척삭동물에서는 척삭이 사라져 성체에서는 보이지 않는데 그 중 인간이 있다.

여튼.

배아에서 notochord는 neural tube 형성에 기여한다. 이때 neural tube(신경관)은 외배엽이 발생 과정에서 함입되어 형성되는 것으로 이후 신경계를 형성한다. Notochord는 아주 멋있는 이름의 물질을 분비한다. 이름하야.... Sonic Hedgehog!!!

진짜다.

원래는 HH라는 hedgehog protein 이 있었고, 이와 비슷하게 desert HH 나 indian HH도 있다. 참고로 SHH는 진짜 저 캐릭터에서 따온 이름이다.

일단 넘어가자.

척삭에서 분비되는 SHH는 배아의 등쪽에서 neural tube 를 형성하게 한다. 즉, ectoderm 의 함입이 이루어진다.

이렇게 형성된 neural tube는 이후 뇌와 척수를 구성한다.

Germ Layer

잠시 다른 이야기를 해보자. 생각해보니까 배엽이 뭔지 설명을 안 했구나...

배엽은 배아에서 나타나는 세포의 그룹이다. 방사 대칭인 동물은 이배엽성 이며 좌우 대칭인 친구들(우리와 같이)은 삼배엽성 동물이다.

Ectoderm은 외배엽으로 epiblast나 신경계를 형성한다. 사실 굉장히 직관적이다. "Ecto"이니까 당연히 우리 몸 가장 바깥인 epiblast를 형성할 테다. 또, 앞서 말한 것과 같이 함입이 되며 신경계를 형성한다. 또한 neural crest (신경능세포)도 외배엽이 함입될 때 형성된다.

Endoderm 은 내배엽으로 소화계와 이와 연관된 많은 기관을 형성한다. 발생과정에서 내배엽은 낭배 안 쪽으로 이동하는데 이때 들어가는 구멍을 원구라고 하며, 원구가 어떤 것이 되느냐에 따라서 동물을 후구동물과 선구동물로 구분한다. 선구동물은 원구가 입이 되는 것이며 후구동물은 원구가 항문이 되는 것이다. 여기서부터 자연스럽게 내배엽이 소화계를 형성하는 이유를 연상시킬 수 있다. 소화계와 연관된 여러 기관 역시 내배엽에서 기원하는데 대표적으로 소화 효소를 분비나 저장하는 간, 이자, 췌장 등이 있다. 또한 인구로 연결되는 호흡계 역시 내배엽에서 기원한다.

마지막 이 둘이 아닌 기관은 mesoderm, 즉 중배엽에서 기원한다. 많은 결합조직, 근육 등이 여기에 속한다.

Ventricle

Ventricle 은 그냥 빈 공간이다. 뇌 뿐 아니라 심장의 심실 역시 ventricle이라고 한다. 뇌에는 총 3개의 ventricle이 있고 각각 lateral, third, fourth이다.

발생 이야기를 하다가 갑자기 ventricle로 온 것에는 이유가 있다. 뇌의 각 부분은 ventricle에서 시작되기 때문이다. 그래서 이제는 ventricle의 발생을 알아보자.

Neural tube의 앞 부분은 발생 과정에서 확장되고 여러 부분으로 나뉜다. 3-4주에는 총 3개의 부분이 있어 앞에서부터 prosencephalon, mesencephalon, rhombencephalon이다. 이후 5주차에는 prosencephalon이 telencephalon과 diencephalon이 되고, rhombencephalon은 metencephalon과 myelencephalon이 된다.

Prosencephalon에서는 대뇌가 형성되며 이는 나중에 lateral ventricle이 된다. Diencephalon은 말 그대로 diencephalon이다. 우리말로는 간뇌이며 third ventricle이 형성된다. Mesencephalon은 midbrain(중뇌)가 형성되며 후에 aqueduct에 형성돼 third와 fourth ventricle을 연결한다. Metencephalon에서는 pons와 cerebellum이, myelencephalon은 후에 medulla oblongata가 형성된다. 그리고 이 들에서 4th ventricle이 형성된다.

Spinal Cord

척수는 spinal cord이다. 그냥 그렇다고.

아무튼! Spinal cord의 dorsal 부분에서는 감각정보가 들어오고 ventral 부분에서는 운동정보가 나간다. 그 사이에는 interneuron이 위치한다. 따라서 발생과정에서는 이 dorsal과 ventral의 축 상에서 현재 위치를 알아야 한다. 이는 notochord에서 SHH, dorsal 부분에서는 BMP가 분비된다. 이와 같은 물질의 농도가 위치 정보를 의미하고, 척수가 발생한다. SHH 농도가 높고 BMP 가 낮으면 motor neuron으로 결정되는 등이다.

딱히 더 할 말이 없다.

원래는 더 하고 싶은 말이 많지만 뇌로 더 많이 우려먹기 위해서(?) 여기까지 하도록 하자.

다음에는 진짜 system neurology를 해보자. (과연 할 수 있을까...)