[두뇌기본지식] 과잉생산과 가지치기   2012-11-23 (금) 12:06
뇌기반교육   6,005

과잉생산과 가지치기


뇌는 일단 신경연결을 많이 만들어 놓고,그 다음 가지치기를 한다.

 

  뇌의 발달과정에서 가장 두드러진 특징은 ‘과잉생산overproduction’과 ‘가지치기pruning’이다. 아이의 뇌는 엄마 몸속에 있을 때 매우 빠르게 성장하여, 뇌가 기능하는 데 필요한 양보다 훨씬 많은 양의 신경세포를 만들어낸다(과잉생산). 이러한 신경세포는 출생 후 유아기와 청소년기를 거치면서 뇌 기능에 필요한 부분만 남고 나머지는 제거된다(가지치기).

  이러한 과정을 통해 뇌는 점점 구조화organization된다. 즉, 신경연결이 정교해지고, 정보 소통에 효율적인 체계를 갖추게 된다. 이렇게 해서 주변 환경에 적응하는 데 필요한 신경회로만 남겨두고 필요 없는 신경회로는 제거하여 에너지를 효율적으로 사용하고자 하는 것이다.

  그런데 어떤 신경연결이 남고, 어떤 신경연결이 제거되는 것일까? 연구에 의하면, 이러한 과정은 영양인자trophic factors에 의해 조절된다고 한다. 영양인자는 세포가 살아남는 데 필수적인 요소로, 그 양이 제한적이기 때문에 세포들 간에 경쟁이 발생한다고 한다. 이러한 영양인자 중에서 대표적인 것으로 1940년대 이탈리아 생물학자 Rita Levi-Montalcini가 발견한 신경성장인자nerve growth factor(NGF)라고 하는 펩타이드가 있다.

  영양인자 외에도 외부 자극에 의해 ‘가지치기’가 이루어지기도 한다. 즉, 무언가를 보고, 듣고, 만지는 과정에서 시각, 청각, 촉각 등이 자극되면, 그와 관련된 신경연결이 활성화되어 신경회로 구성이 단단해진다. 또한 사용하지 않는 신경회로는 필요 없다고 판단되어 제거된다. 어떻게 보면 우리가 학습하는 과정은 신경회로가 ‘가지치기’를 당하지 않도록 안전하게 보호하는 역할을 하는 셈이다.

  출생 후 3세까지의 시기동안 일어나는 가지치기를 ‘초기 가지치기’라 한다면, 청소년기(특히 10~13세 사이)에는 ‘정교한 가지치기’가 일어난다. 유·아동기에는 시각이나 청각처럼 감각과 관련된 뇌 영역에서 ‘가지치기’가 활발한 반면, 청소년기에는 논리적인 사고력, 추론, 예측하고 계획하는 능력과 밀접하게 관련된 전두엽 부위에서 ‘가지치기’가 두드러진다.

  특히, 청각을 담당하는 피질 영역은 아이가 엄마 뱃속에 있을 때 이미 성인과 비슷한 수준으로 발달된다. 갓 태어난 아이의 청각 능력은 성인의 청각 능력과 거의 비슷한 수준이다. 아이가 엄마 뱃속에 있을 때 외부와 소통할 수 있는 유일한 수단이 청각이라는 점을 생각해보면, 청각 피질이 제일 먼저 발달한다는 사실이 쉽게 납득이 간다.

  이와는 대조적으로 전두엽 피질은 4세경에 신경연결이 최대로 많아지며, 7세 무렵부터 ‘가지치기’가 시작되어 17~18세 정도가 되어야 성인의 신경회로와 비슷한 수준으로 발달된다. 즉, 청소년기 후반까지도 전두엽 피질은 완성되지 않은 채 계속 발달한다. 전두엽이 담당하는 역할이 논리적인 사고력과 추론능력, 감정을 조절하고 충동을 제어하는 능력, 위험을 예견하고 대비하는 계획성과 관련되어 있다는 점을 생각해볼 때, 청소년기 아이들의 무모함과 충동성을 조금이나마 이해할 수 있을 듯하다.


 수정 후 4주가 되면 신경관(뇌의 초기형태)이 형성되고, 이후 신경세포의 개체수가 증식하며, 제 위치를 찾아 신경세포가 이동한다. 신경세포들이 서로 연접하는 부위를 시냅스라 하며, 시냅스는 출생 이후에도 계속 생성된다. 동시에 신경세포가 없어지는 과정도 함께 일어난다(Amy Brooks-Kayal, 2010).
                     
 
편집: 한국뇌기반교육연구소 김선경 연구원
(skkim@21erick.org)
/원문 작성자: 김계현 
 

[참고문헌]
Mark F. Bear et al. Neuroscience: Exploring the Brain 3e, Lippincott Williams & Wilkins, 2007.
Amy Brooks-Kayal. Epilepsy and autism spectrum disorders: Are there common developmental mechanisms? Brain Dev. 2010 Oct;32(9):731-8.
Wallis C., et al. What makes teens tick? TIME 163(19): 56-65, 2004.


 
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