두뇌발달과 인지발달 (1) 신경세포와 신경체계의 발달

 

영아는 무엇을 할 수 있을까? 인지발달에 대한 연구를 보면 인지적 활동과 사고 모두에서 세상을 알아가는 능력에 있어 영아기에 커다란 변화가 일어남을 지적하고 있습니다. 예를 들어 6개월경이 되면 범주화와 같은 중요한 인지적 변화가 나타납니다. 즉 이 연령의 영아는 여성을 남성과 구별하며 아이들을 어른과 구별합니다. 9개월경이 되면 사물과 자신을 구별하기 시작합니다. 한 돌 반 이후부터는 마치생각하고 추리하고 지적으로 계획을 하는 듯한 행동을 나타냅니다.
  출생 초 3년 동안의 가장 큰 인지발달은 표상과 상징적 사고의 출현입니다. 이는 소리나 그림(예를 들어 말이나 글자)을 완전히 다른 것으로 표상하는 능력입니다.
'강아지' 라는 글자나 '강아지' 라는 소리는 실제로 개의 모양을 전혀 가지고 있지 않습니다. 그러나 강아지라는 글지나 소리를 가지고 강아지를 표상할 수 있는 능력의 성취는 영아의 발달에 있어 새로운 단계, 즉 가장놀이를 할 수 있게 되며 언어를 통해 다른 사람과 의미를 공유할 수 있게 된다는 것을 예고합니다.
  영아가 세상을 알아가면서 두뇌의 발달 또한 신속하게 이루어집니다. 영아가 새로운 인지기술과 운동기술을 배워가면 새로운 신경회로가 형성되며 이는 두뇌를 보다 효율적으로 작용하게 하고 보다 복잡한 문제를 해결하게 하고 보다 주의집중을 잘하게 합니다.
그렇다면 영아기의 두뇌발달은 어떠하며 인지적 능력은 어떠한가 알아보려합니다.

 

두뇌와 신경체계의 발달
1. 신경세포
  신생아는 1,000억 개에서 2,000억 개의 신경세포(뉴런, Neuron)를 가지고 태어납니다. 이 수는 평생 한 인간이 갖게 되는 신경세포의 수로 신경세포는 출생 후 더 이상 만들어지지 않습니다.

출처 : 픽사베이

  그렇다면 신경세포는 어떻게 구성되어 있나. 신경세포는 세포체(cell body), 수상돌기(dendrites), 및 축색돌기(axon)로 구성되어 있습니다. 세포체는 신경 세포의 몸체이고 나뭇가지 모양의 수상돌기는 감각을 수용하는 역할을 하는 부분이며 축색돌기는 세포체로부터 다른 세포로 정보를 전달하는 역할을 합니다. 축색돌기는 길이가 1m가 되며 수초(myelin)라 불리는 지방성 물질이 둘레에 막을 형성하고 있습니다. 수초(미엘린)는 축색돌기를 보호할 뿐 아니라 신경전류
의 전달 속도를 증가시킵니다. 축색돌기의 끝 부분에 위치해 있는 축색종말(말초 신경섬유)이 정보를 전달하는 역할을 하며 축색종말과 다른 신경세포의 수상돌기가 연결되는 부분을 시냅스(synapse)라 부릅니다.
  신경세포는 다음과 같이 세가지 발달과정을 갖습니다. 첫째, 대부분의 신경세포는 임신 후 5주-26주 사이에 만들집니다. 이렇게 많은 신경세포를 가지고 태어나기 위해 태아기 동안 신경세포의 수는 놀라운 속도로 증가되는데 계산을 해보면 세포분열을 통해 매분마다 약 25만개의 신경세포가 생성됩니다. 신경세포의 수는 성장하면서 그 수가 줄어듭니다. 봄이 되면 과수원에서는 필요 없는 가지를 잘라 더욱 알찬 과일을 수확하듯 신경세포도 이와 비슷한 작용을 통해 불필요한 세포를 소멸시킵니다. 둘째, 임신 7주경부터 각 세포가 위치할 장소로 이동하여 피질을 형성하며 세포의 이동은 임신 7개월경에 완성됩니다. 셋째, 정보를 받아들이고 전달하는 수상돌기와 축색돌기가 성장하고 다른 세포들과 연결망을 형성합니다.

 

2. 신경체계의 발달

  출생이후 세포 수는 증가하지는 않지만 우리의 두뇌는 이런 요인에 의해 점차 커지면서 효율성이 증진됩니다.
이러한 요인들로는 우선 시냅스의 증가를 지적할 수 있습니다. 신경세포를 연결하는 시냅스는 출생 초에는 서로 연결이 잘되어 있지 않습니다.
그러나 영아가 출생 후에 여러 경험을 하면서 세포들 사이에 상호 연결이 이루어지게 됩니다. 신경세포가 서로 연결되어 있지 않으면 한 세포에서 다른 세포로의 전달이 어려울 것입니다. 그러나 세포들 간의 연결이 많이 이루어지면 그만큼 정보의 전달이 보다 신속하게 이루어질 수 있습니다. 신경세포가 어떤 신경세포와 연결될 것인가는 생득적인 프로그램에 의해 결정됩니다. 시냅스는 실제로 사용될 것보다 거의 2배가량 만들어집니다. 따라서 영아기에는 성인기보다 훨씬 많은 시냅스를 가지고 있습니다.
그러나 사용되지 않는 시냅스는 신경체계의 효율성을 증가시키기 위해 다른 경로로 대체되거나 소멸되고 사용되는 시냅스는 더욱 강화됩니다(Casey, Dursion &Fossella, 2001).
  시냅스의 증가가 이루어지는 시기는 뇌의 영역에 따라 차이가 있습니다. 시각피질에서는 시냅스의 생성이 태내 4개월경에 가장 많이 일어나고 이후 학령기 이전까지 점진적으로 감소합니다. 그러나 사고와 자기규제를 담당하는 전두엽 피질에서는 시냅스 생성이 약 1세경에 가장 많이 일어나며 청소년 중기에서 말기가 되어야 시냅스의 밀도가 성숙해집니다.

  이외에 신경체계의 효율성을 증진시키는 요인으로는 축색돌기의 길이와 가지의 변화, 화학전달물질의 변화 및 수초화(myelination)를 들 수 있습니다. 먼저 축색돌기의 길이가 길어지며 가지의 수가 증가하여 정보의 전달이 빠르고 효율적으로 이루어집니다. 주위환경자극이 축색돌기의 성숙을 증가시키는 것으로, 따라서 개인차가 있습니다. 또한 성장하면서 두뇌 신경세포 사이의 화학전달물질의 유형이나 강도가 변화합니다. 이러한 변화로 뇌는 더욱 능률적으로 되어갑니다. 수초화란 축색돌기 주위의 신경섬유에 흰지방막이 형성되는 것으로 이는 신경세포 간의 정보전달을 돕습니다.
신경세포가 생성되고 시냅스가 발달할 때쯤 수초화도 시작됩니다. 수초화는 임신 약4개월경부터 시작하여 출생 후 2세경 최고조에 달합니다. 수초화는 신체부위에 따라 형성시기가 다른데 시각 신경세포의 수초화는 출생 후 빠르게 일어나 6개월경에 거의 완성됩니다. 그러나 주의집중과 관련된 망상체와 전두엽 피질은 사춘기가 되어도 완전히 수초화가 이루어지지 않기 때문에 영아기에는 주의 집중이 아주 짧습니다.