태아의 두뇌 발달

<1> 태내 발달
- 인간의 두뇌는 다양한 형태와 종류의 뉴런과 신경아 교세포로 구성되어 있다. 

뉴런은 신경정보 처리의 기 본 단위로 세포체와 축사, 수상돌기로 구성되어 있으며, 시냅스를 통해 다른 뉴런과 연결을 형성한다. 뉴런 한 개는 수천 개의 다른 뉴런과 연결을 형성한다.
신경세포의 분화와 마찬가지로 방사상/접선상으로 세포 간 연결이 증가한다.

- 대뇌 주름구조는 피질의 표면적을 넓혀 주어 제한된 부피의 두뇌가 복잡한 신호처리를 가능하게 한다. 

신 피질의 분화된 구조는 전문화된 정보처리를 가능하게 하고, 그 발달 양상과 속도 역시 영역에 따라 다르다.
- 배아기 초기(수정 후 5주): 뇌실과 뇌실하 영역에서 신경세포가 발생하여 표적장소를 향해 방사상으로 이동한다.
- 배아기 말(임신 7주): 방사상으로 이동하는 신경세포 에 의해 피질판의 발달이 시작되고, 피질 뉴런은 발달 순서에 따라 안에서 밖으로 자리를 잡으며 피질층 을 형성하기 시작한다.
- 초기 태아기(임신 9~18주): 표적장소에 먼저 도착한 뉴런은 성숙한 형태로 변화하고 다른 신경세포와의 연결을 생성한다. 뇌실 영역의 세포들이 모두 바깥으로 이동하면서 뇌실 영역이 쇠퇴하기 시작한다.
-중기 태아기(임신 19~34주): 대뇌 표면에 주름이 생성되기 시작하고, 피질 가장 바깥층의 발달도 완성된다.

접선상으로 이동하는 피질 뉴런들이 관찰되기 시 작하고, 태아기 중기 말에는 축삭의 성장과 수초화가 진행되면서 백색질 조직이 발달한다.
- 세포자멸사는 유전적으로 프로그램된 세포의 소멸 과정으로, 세포 증식이 활발한 장소와 시간에 세포자 멸사 역시 많이 관찰된다.
- 희소돌기아교세포는 축삭 주위에 수초를 형성하여 신경신호 전달의 효율성을 높인다. 시냅스 형성과 가 지치기는 신경망을 정교화한다. 출생 이후 두뇌 구조 의 변화는 축삭의 수초화와 시냅스 연결의 효율성 증가로 이루어진다.
- 대뇌 주름의 발생: 피질 표면의 주름구조는 임신 중기에 시작되어, 접선 방향 기울기(1차 연합피질-2차 연합피질-고차 연합피질)를 따라 진행된다.
대뇌 주름구조는 신경세포 및 아교세포 분화에서의 영역 간 차이와 피질 표층 뉴런의 늦은 이동에 기인 한 대뇌 표면과 심층구조의 성장 속도 차이가 발생시 키는 물리적 불안정성 때문에 발생한다.
- 두뇌 신경망은 외부 자극이 없이도 자동적으로 활성화되고, 태내에서 이미 기본상태연결망 등 성인에게 서 발견되는 연결망의 원시적 형태를 발견할 수 있다. 태아 두뇌에서도 시각. 운동, 언어 등 정보 특성에 따라 모듈화된 연결망을 확인할 수 있다. 이 연결망 은 내부에서 외부. 뒤에서 앞의 방향으로 생성된다.
- 청각신경계는 태내에서 가장 먼저 활성화되는 감각 신경계이다.

34주 태아는 이미 말소리의 특성에 따라 각기 다른 영역의 신경망을 활성화한다. 태아기 시각 기능은 청각 기능보다 늦게 발달한다.

 

<2>태내 발달의 위험 요인
- 생물학적 발달의 표현 주체는 단백질이다. 유전자에 저장된 단백질 합성의 설계도를 토대로,적합한 시기 에 적합한 태내환경이 주어졌을 때 특정 단백질이 생성되며, 그에 따라 두뇌 구조와 기능이 결정된다.
- 인지적, 발달적 장애와 관련된 많은 유전자가 태내기에 발현한다. 유전적 위험이 높은 태아(형제자매가 이미 자폐 진단을 받은 경우 혹은 조현병 가족력 보 유)는 발달 초기에 비정상적인 형태의 두뇌 성장 추이를 보인다.
- 산모의 정서장애는 태아 두뇌의 호르몬과 신경전달 물질 체계를 변화시켜, 출생 후 인지, 사회, 정서 발달 에 장기적으로 부정적인 영향을 남긴다.
- 임신 중 위험약물의 복용은 태아의 신경계 기본 구조 의 형성을 위한 호르몬 신호체계를 교란하고, 이후 기능적 연결성에서의 이상도 초래한다.   

- 유전자와 환경은 쌍방향적으로 상호작용한다. 유전 자 구성에서의 개인차가 태내기 약물 노출의 위험에 대한 취약성을 조절하고, 아동기 학대 경험과 성인기 반사회적 행동 간의 관계를 조절한다. 산모의 불안이 태아의 피질구조 성장에 미치는 영향이 태아의 유전 형질에 따라 달라진다.

 

<3>생후 두뇌 발달

- 신생아~영아기: 태내에서의 발달 과정을 거친 인간 의 두뇌는 외부 환경 자극을 받아들이고 처리할 수 있는 준비가 되어 있다. 신경세포들은 이동을 끝마 쳐 적절한 장소에 자리 잡고 있으며, 시각, 청각 자극 및 사회적 신호 등 필수적인 정보를 처리하는 신경 망도 기본적인 형태와 기능이 출생 시까지 준비가 된다. 대뇌피질의 성장은 영아기까지 지속된다.

회색질의 빠른 성장과 백색질의 느리지만 지속적인 성장이 발견된다. 전반적인 피질 부피의 증가는 영역에 따라 그 속도가 현저히 다르다. 영아기 행동 발달에서 두드러지게 나타나는 언어 발달과 사회적 상호작용을 담당하는 영역에서의 성장이 특히 빠르다.

- 확산텐서영상기법(DTI)을 통해 영아 두뇌의 구조적 인 연결성을 확인할 수 있다. 피질 부피의 성장과 마 찬가지로 구조적 연결성도 영역에 따라 성장 속도가 상이하다. 대뇌피질의 부피와 구조적 연결성의 발달 양상을 토대로 두뇌의 성장 정도를 예측하는 다양한 지표들이 개발되었다.
- 기능적 연결의 발달은 대체적으로 구조적 연결망을 따라 형성된다. 태아기에 기초적인 형태를 갖추었던 기본상태연결망의 활성화가 더욱 두드러진 성장을 보인다, 신생아기부터 영아기까지 생애 첫 1년 동안 사회적 자극을 전문적으로 처리하는 시스템이 발달한다.
- 아동기: 백색질 구조의 지속적인 성장과 더불어 회색질 구조의 쇠퇴가 관찰된다. 대뇌에 전반적인 피질 두께의 감소를 확인할 수 있고, 성장과 마찬가지로 쇠퇴 역시 영역에 따라 그 감소 속도에서 차이가 두 드러진다. 피질 두께는 아동기 초기부터 지속적으로 감소하지만, 피질 표면적은 오히려 증가하고 20세 이후에 감소하기 시작한다. 피질 두께의 감소는 수초 화를 거친 백색질 통로의 확장과 구조적 연결망의 효 율성 증가와 관련이 깊다.
- 아동기에 기능적 두뇌 발달의 주요한 특징은 신경신 호 전달 속도의 증가와 더불어 개별 신경망의 전문성 증가와 신경망 사이 통합 능력의 증진이다. 목표 지 향적 행동을 위해 습관적이고 자동적인 반응을 능동 적으로 통제하는 집행 기능의 발달이 아동기에 큰 변 화를 보이기 시작한다. 집행 기능의 각 하위 요소들 의 발달 속도가 다르고, 그에 따라 관련된 뇌 영역들 의 활성화 패턴 역시 연령에 따라 다르게 나타난다.
- 청소년기: 고위 인지기능과 관련된 피질 영역(전두, 두정, 측두피질)에서 구조, 기능의 변화가 지속적으 로 관찰된다. 수초화의 증가와 연결망의 효율성 증가 로 대표되는 백색질 구조의 지속적인 성장이 청소년기에도 계속된다. 특히 고차 인지 영역에서의 변화가 청소년기 후반까지 관찰되는 개인은 일반적인 인지, 지적 능력에서 높은 성취를 보이는 경향이 있다.
- 사춘기 성호르몬은 청소년의 연령 효과를 통제하고 도 피질과 피질하 영역의 성장에 유의한 영향을 미친 다. 이는 청소년기의 특정적인 위험 추구 행위나 신 경정신과 질환 발생의 기저 메커니즘을 밝히는 데 유 용한 증거를 제공할 수 있을 것이라 예상된다.