뇌신경핵은 척수와 대뇌를 연결하는 뇌간에 대부분 존재한다. 따라서 뇌신경은 대뇌피질의 각성상태를 조절하고 척수의 운동출력을 조절할 수 있는 위치다. 뇌신경은 뇌신경핵에서 출력되는 축삭다발이며 뇌신경핵은 운동성과 감각성 신경세포 그룹으로 구성된다. 12개 뇌신경의 특성을 이해하려면 그들의 기원인 뇌신경핵의 위치와 운동성신경핵과 감각성신경핵을 구분해서 공부해야 한다. 뇌신경핵들은 척수의 일반감각에서 뇌신경이 조절하는 특수감각을 포함해서 살펴보자.
뇌간의 피개에는 뇌신경핵이 있다. 피개의 뇌신경핵에서 신경축삭다발이 배쪽으로 뻗어나와 뇌신경을 만든다. 뇌간의 뇌신경핵은 동안신경핵, 도르래신경핵, 삼차신경운동핵, 외전신경핵, 안면운동신경핵, 타액신경핵, 의문핵, 설하신경핵이 있다.
인간의 12쌍 뇌신경 가운데 Ⅰ번 후각신경과 Ⅱ번 시각신경을 제외한 10쌍의 뇌신경이 뇌간에서 나온다. 뇌신경핵의 감각핵은 시각, 청각, 체감각 신경정보가 입력되며, 운동핵은 눈동자와 혀를 움직이고 분비샘을 자극한다.
뇌간에 있는 뇌신경에서 Ⅲ번 동안신경(oculomotor nerve – 눈돌림신경)은 중뇌 피개에서 좌우 대뇌각 사이의 대뇌각간오목(interpeduncular fossa – 대뇌다리사이오목)으로 나오며, 눈 근육과 연계하여 눈과 눈꺼풀을 움직이고, 홍채근육의 움직임을 조절하여 동공을 축소시킨다. Ⅳ번 도르래신경(trochlear nerve (활차신경))은 뇌신경에서 유일하게 중뇌 피개에서 중뇌 뒤쪽 천장판으로 뻗어 나오며, 안구운동 조절에 관여한다.
Ⅴ번 삼차신경(trigeminal nerve – 세갈래신경)은 교뇌 핵에서 뻗어 나와 안신경(ophthalmic nerve – 눈신경), 상악신경(maxillary nerve – 위턱신경), 그리고 하악신경(mandibular nerve – 아래턱신경)의 세 갈래로 갈라져 나간다. 삼차신경은 얼굴의 피부, 비강과 입안의 점막, 혀 앞 3분의 1, 치아, 뇌 경막에 분포하며 얼굴의 대부분에서 일반감각을 감지한다. 삼차신경에 이상이 있으면 얼굴에 극심한 통증이 나타나는데, 이를 안면근육 신경통 또는 삼차신경통이라고 한다. 삼차신경은 또한 음식물을 씹을 때 사용하는 근육의 운동을 조절한다.
삼차신경척수핵과 삼차신경주감각핵의 신경축삭은 삼차섬유띠를 형성하여 시상복후내측핵(VPM)에 시냅스한다. 시상복후내측에서 코로나방사(conora radiation)를 형성하여 대뇌일차체감각피질로 출력된다. 그리고 삼차신경척수핵에서 시상복후내측핵까지 신경로를 삼차시상로라 한다.
Ⅵ번 외전신경(abducens nerve – 갓돌림신경)은 교뇌 하부에 위치한 신경핵에서 뻗어나와 시냅스를 통해 안구의 외직근(lateral rectus muscle – 가쪽곧은근)과 연결된다. 안구는 상직근(superior rectus muscle – 위곧은근), 하직근(inferior rectus muscle – 아래곧은근), 내직근(medial rectus muscle – 안쪽곧은근), 외직근, 상사근(superior oblique muscle – 위빗근),하사근(inferior oblique muscle – 아래빗근)의 작용으로 움직인다. 이 가운데 상사근은 도르래신경에 의해 조절된다. 그리고 상직근, 하직근, 내직근, 하사근은 동안신경에 의해 움직임이 조절된다.
VII번 안면신경 (facial nerve – 얼굴신경) 역시 교뇌 아랫부분에서 뻗어 나온다. 안면신경은 얼굴의 표정 근육, 눈물샘, 침샘과 관련된 감각신경과 운동신경이다.
음식을 앞을 두고 침이 얼마나 나오는지 관찰해보자. 몇 초 지나지 않아 조건반사가 일어나서 침이 나온다. 침과 눈물도 신경작용으로 분비되는 것이다. 하품, 딸꾹질, 멀미, 구토, 그리고 삼키기도 반사적 신경작용이다.
VIII번 전정와우신경(vestibulocochlear nerve – 전정달팽이신경)에서 전정신경은 교뇌하부에 있는 핵에서, 와우신경(달팽이신경)은 하소뇌각에 있는 핵에서 뻗어나온 축삭 다발이다. 전정신경과 와우신경은 다르다. 전정신경은 평형감각, 와우신경은 청각을 담당한다. 그런데 왜 전정신경과 와우신경을 묶어서 말할까? 내이(속귀)의 세반고리관에서 전정신경, 와우관(달팽이관)에서 와우신경이 나오다가 모여서 다발이 만들어진다. 각각 다른 핵에서 시작되는데 함께 다발이 형성하므로 전정와우신경이라 한다.
Ⅸ번 설인신경(glossopharyngeal nerve – 혀인두신경), Ⅹ번 미주신경(vagus nerve), XI번 부신경(spinal accessory nerve – 곁신경), XII번 설하신경(hypoglossal nerve – 혀밑신경)은 모두 연수에서 나온다. 설인신경은 미각정보를 받아들이고, 혈관의 혈압 변화를 감지하며, 침샘과 구강 인두근육을 조절하는 혀, 인두(목구멍)와 관계 있는 신경이다. 미주신경은 어지러울 미(迷), 달릴 주(走), 즉 ‘헷갈리게 달려간다’는 뜻처럼 목구멍, 심장, 폐, 간, 창자 등 우리 몸 여러 부위에 넓게 분포하며 내장 기관의 감각을 전달하고 내장 기관의 운동을 부교감적으로 조절한다. 부신경이란 척수신경에 부속된 신경이라는 의미로 척수부신경이라 한다. 척수부신경은 연수에서 나와 미주신경에 합쳐지며, 머리 · 목·어깨의 근육운동을 조절한다. 설하신경은 혀 아래쪽의 운동에 관여하는 신경이다. 설인신경, 설하신경에 문제가 있으면 발음하기가 어려워진다.
이외에도 Ⅰ번 후각신경(olfactory nerve – 후신경)은 후각세포에서 뻗어 나오며, 후각상피에서 후각신호를 받아 후각망울(olfactory bulb – 후각구)로 전달한다. 후각망울로 전달된 후각신호는 후각로(olfactory tract)를 타고 측두엽(temporal lobe – 관자엽)의 후각영역으로 들어간다. Ⅱ번 시각신경(optic nerve – 시신경)은 망막에서 나온다. 시각정보의 전달 경로는 망막의 원추세포(Cone cell – 원뿔세포)와 간상세포(Rod cell – 막대세포)에서 시각자극이 신경절 세포로 전달되고 신경절 세포에서 외측상체로 전송되며 외측상체에서 시신경방사로를 통해 후두엽(occipital lobe – 뒤통수엽)의 일차 시각피질까지 전달된다.
이 열두 가지 뇌신경은 일반체원심성, 일반체구심성, 특수내장원심성(special visceral efferent – SVE), 일반내장원심성, 일반내장구심성, 특수내장구심성(special visceral afferent – SVA), 특수체구심성(special somatic afferent – SSA)의 일곱 가지 성분의 신경섬유들로 구성된다. 일반성분과 특수성분, 내장성분과 체성분, 원심성분과 구심성분의 구분은 다음과 같이 요약할 수 있다. 신경의 내장성분은 내장과 관계가 있고, 체성분은 피부, 근육, 관절을 지배한다. 운동명령을 전달하면 원심성분, 감각신호를 받아들이면 구심성분이다. 그리고 온도, 압력, 통증을 전달하면 일반성분이고, 특수한 감각기를 통해 시각, 청각, 평형감각신호를 받거나 얼굴, 인두, 후두 등 아가미궁(branchial arch)에서 기원한 근육을 움직이면 특수성분이다.
이렇게 여섯 가지 성분을 조합하여 뇌신경을 일반체원심성, 일반체구심성, 특수내장원심성, 일반내장원심성, 일반내장구심성, 특수내장구심성, 특수체구심성의 일곱 가지 섬유로 구분한다. 척수의 회색질은 일반체원심성, 일반내장원심성, 일반내장구심성, 일반체구심성 섬유의 네 가지 성분의 섬유들로 배열을 이룬다. 반면에 개방연수에서의 뇌신경 성분은 특수체구심성, 일반체구심성, 내장구심성, 일반내장원심성, 특수내장원심성, 일반체원심성등이다. 이러한 분류는 척수신경과 뇌신경을 진화적 관점에서 볼 때 유익하다.
아가미궁은 배아 발생 때 나타나는 아가미처럼 생긴 구조이다. 여기에서 외이(external ear – 바깥귀), 갑상선(thyroid gland – 갑상샘), 편도가 만들어진다. 아가미궁은 1궁에서 6궁까지로 구분되는데, 1궁에서 발생한 구조를 삼차신경이 신경조절한다.
2궁에서 파생된 구조는 안면신경, 3궁에서 유도된 구조는 설인신경, 4궁, 5궁, 6궁에서 만들어진 구조는 미주신경과 연결되어 있다. 아가미궁은 상어에서 인간에 이르기까지 공통적으로 나타난다. 고생물학자 닐 슈빈(Neil Shubin)의 책 《내 안의 물고기(Your Inner Fish)》를 보면 상어와 인간의 뇌신경을 비교하는 내용이 나오는데, 놀랍게도 상어 아가미근육을 움직이는 신경과 인간 턱근육을 움직이는 뇌신경의 종류와 순서가 같다. 인간 얼굴 표정의 기원이 물고기의 아가미와 관련되어 있다. 진화론을 바탕으로 신경해부학을 공부하면 척추동물의 진화 과정에서 뇌와 신체가 어떻게 환경에 적응하면서 변화되었는지를 짐작해볼 수 있다. 특히 척추동물 비교신경해부학은 인간의 뇌 작용을 이해하는 진화적 관점을 제공한다. 인간의 얼굴 표정이 물고기의 아가미를 움직이는 근육과 관련있다는 사실은 생물 진화의 관점에서 뇌의 구조를 다시 보게 한다.
천장판에서 가장 중요한 부위는 중뇌에 있는 덮개(tectum) 구조이다. 뇌간의 뒷부분에서 네 개의 반구형 모양으로 볼록하게 솟은 덮개 구조가 보이는데 네 개의 혹이 볼록 솟아 있다고 해서 사구체(corpora quadrigemina)라고도 한다.
위 둘은 상구(superior colliculus – 위둔덕), 하구(inferior colliculus – 아래둔덕)이다. 상구는 시각자극에 따라 반사적으로 눈과 목을 움직이도록 조절한다. 그래서 상구를 시각 덮개(optic tectum), 또는 줄여서 시개라 부르기도 한다. 하행신경로 중에서 덮개척수로가 바로 상구에서 시작된다. 하구는 청각정보를 시상의 내측슬상체(medial geniculate body – 안쪽무릎체)로 전달하는 핵이다. 내측슬상체는 대뇌피질 측두엽의 청각영역과 이어진다. 대뇌피질에도 시각정보를 받아 처리하는 부위와 청각정보를 받아 처리하는 부위가 있다. 대뇌피질의 두 부위에서 처리되는 시각, 청각정보는 하측두엽의 다중감각영역에서 모여 의식화될 수 있다. 하지만 상구와 하구로 들어가고 나가는 시각, 청각정보는 의식적으로 느낄 수 없다.
상구완(brachium of superior colliculus – 위둔덕팔)은 상구를 망막, 대뇌피질과 연결하는 신경섬유다발이다. 즉 망막에서 뻗어 나온 축삭과 대뇌피질에서 뻗어 나온 축삭이 상구로 들어가면서 만들어진 신경다발구조가 상구완이다. 상구완에서 ‘완’은 팔을 뜻하는 한자이다. 하구는 하구완(brachium of inferior colliculus – 아래둔덕팔)이라고 하는 신경섬유다발로 시상침 아래의 내측상체와 이어진다. 내측상체에서 뻗어 나온 축삭이 하구로 들어가면서 만들어진 팔로 감싸는 듯한 구조가 하구완이다. 내측슬상체는 달팽이관에서 시작된 청각신호를 받아 대뇌피질의 청각영역으로 중계하는 역할을 한다. 시상침 아래에는 대뇌피질로 시각신호 전달을 중계하는 외측슬상체(Lateral geniculate body – 가쪽무릎체) 핵이 있다. 상체의 ‘슬상’은 ‘무릎모양’이라는 뜻의 한자어이다.
하구 아래 양 옆으로는 삼각형 모양의 섬유띠삼각(trigonum lemnisci)이 교뇌까지 이어져 있다. 그 아래로 신경섬유다발 세 쌍이 소뇌와 연결되어 있다. 소뇌의 연결 부위인 소뇌각의 신경섬유 절단면이 드러나 있다. 이 세 쌍의 신경섬유 다발은 소뇌각(cerebellar peduncle (소뇌다리))이라고 하며 위에서부터 상소뇌각, 중소뇌각, 하소뇌각으로 구분된다. 상소뇌각은 소뇌의 심부핵에서 뻗어 나온 섬유다발이며, 하구와 중뇌 피개의 적색핵, 시상으로 연결된다. 중소뇌각은 교뇌에서 뻗어 나오며 소뇌피질로 들어가죠. 하소뇌각은 올리브소뇌로(olivocerebellar tract), 쐐기소뇌로(cuneocerebellar tract), 후척수소뇌로(posterior spinocerebellar tract), 전정소뇌로(vestibulocerebellar tract)로 구성되며, 소뇌로 들어가는 축삭 다발로 이루어져 있다.
양쪽 소뇌각 사이에는 마름모꼴로 생긴 부위가 연수까지 이어져 있다. 이 부위를 능형오목(rhomboid fossa – 마름모오목)이라고 한다. 능형오목의 중앙에는 정중고랑(median sulcus)이 있다. 정중고랑 바깥쪽으로는 경계고랑(sulcus limitans)이 있다. 이 두 고랑 사이는 언덕처럼 약간 솟아올라 있다. 이 부위를 내측융기(medial eminance)라고 한다. 내측융기의 아래에는 안면신경구(facial colliculus)가 있다.
‘colliculus’는 라틴어로 ‘언덕’을 뜻하는 말이다. 그리고 능형오목의 가운데를 연수선조(stria medullaris of 4th ventricle)라는 신경섬유다발이 가로질러 간다.
경계고랑 옆쪽에 전정구역이 있다. 전정구역의 안쪽으로 전정핵(vestibular nucleus)이 교뇌 하부와 연수상부에 걸쳐 위치해 있다. 전정핵은 상전정핵, 하전정핵, 내측전정핵, 외측전정으로 구성된다. 연수 쪽을 보면 볼록하게 올라온 부위가 두 곳 있다. 두 곳 중 위는 설하신경삼각(hypoglossal trigone – 혀밑신경삼각)이고, 아래는 미주신경삼각(vagal trigone)이다. 이름에서도 알 수 있듯이 삼각형 모양으로 융기해 있다. 설하신경삼각 안쪽으로는 설하신경핵이 있다. 미주신경삼각의 안쪽에는 미주신경등쪽핵이 위치하며, 이 핵에서 나오는 축삭들이 미주신경을 이룬다. 그런데 뇌간의 뒤쪽으로 나오는 뇌신경은 한 개뿐이다. 도르래신경이 뇌간 뒤쪽 중뇌와 교뇌가 이어지는 부위에서 뻗어 나온다.
미주신경삼각에서 더 아래로 내려가면 얇은핵에서 뻗어 나온 얇은다발(fasciculus gracilis – 박속)이 보인다. 얇은다발 바깥쪽으로 신경섬유다발이 하나 더 있다. 쐐기다발(fasciculus cuneatus – 설상속)이다. 쐐기다발은 쐐기핵에서 뻗어 나온 축삭이 모여 만들어진 것이다. 척수 후근의 신경절에서 나와 연수 천장판의 얇은핵과 쐐기핵에서 시냅스하는 신경섬유다발을 가리켜 각각 얇은다발과 쐐기다발이라고 한다.
얇은다발과 쐐기다발은 감각신호를 전달하는 후섬유단의 일부이기도 한다. 얇은핵과 쐐기핵이 시상을 통하여 일차체감각영역으로 전달하는 촉각은 의식적 분별 촉각이다.
뇌간핵에서 의문핵은 설하신경과 미주신경, 그리고 척수신경의 신경섬유와 함께 축삭다발을 형성한다. 의문핵의 신경섬유는 미주핵의 축삭과 함께 인두가지, 상후두가지, 되돌이 후각가지를 구성한다.
고립로핵은 기능적으로 맛핵, 배측호흡핵, 압력수용체핵, 그리고 맞교차핵으로 이루어지고 미각과 내장감각을 처리한다. 고립로핵은 설하신경과 미주신경의 축삭가지와 함께 출력된다. 혀의 맛봉우리 미각세포에서 고립로핵의 맛핵으로 신경출력한다. 목동맥토리의 화학수용체가 혈액내의 이산화탄소와 산소의 농도를 측정하여 배측호흡핵으로 출력한다.
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