뇌는 인체에서 가장 중요한 곳인 만큼 태아기부터 분만 전(발생 4주~9개월경)까지 매우 오랫동안 정성들여 만들어지는 기관이다. 뇌와 척수를 포함한 중추신경계통은 발생 4주 무렵 형성되는 신경관에서 처음 형성된다. 형성 초기의 신경관은 이름 그대로 단순한 관 모양이며, 이후 여러 부분으로 나뉘어 뇌와 척수를 만든다. 대체로 발생 4주는 임신 여부를 처음 확인할 수 있는 시기로, 뇌는 태아의 존재를 확인하는 순간부터 이미 초기 구조를 갖추고 있다.
발생 초기
신경관에는 세 군데의 돌출된 부분이 있다. 위 그림은 초기 신경관을 나타내는데, 경단처럼 부풀어 있는 세 곳을 볼 수 있다. 이를 위쪽부터 차례대로 앞뇌, 중간뇌, 마름뇌라고 부른다.
발생 중기
노란색으로 표시된 앞뇌는 점점 양쪽으로 벌어져 대뇌(끝뇌)와 사이뇌(간뇌)로 분화한다.
분홍색 부분의 중간뇌(mesencephalon)는 그대로 중간뇌(midbrain)로 발달하고,
푸른색으로 표시된 마름뇌는 뒤뇌(후뇌)와 숨뇌(연수)로 분화한다. 뒤뇌는 점점 비대해져 소뇌와 다리뇌(교뇌)로 각각 나뉘어 발달한다.
발생 후기
한편 신경관 속의 빈 공간들은 뇌실이 된다. 앞뇌의 신경관 속공간은 좌우의 가쪽뇌실과 셋째뇌실이 되고, 중간뇌 부분의 신경관 속공간은 뇌실로 발달하지 못하고 중간뇌수도관이 된다. 마름뇌의 신경관 속공간은 넷째뇌실로 발달한다. 맨 마지막 끝부분에 있는 신경관의 꼬리 부분이 척수가 되며, 이 부분의 신경관 속공간은 척수의 중심관이 된다. 분화 후기의 신경관은 다음 그림과 같다.
이렇게 형성된 초기의 뇌는 다음 그림처럼 배치되어 있다. 이때는 사람의 뇌도 어류나 파충류 등과 마찬가지로 대뇌부터 숨뇌까지 순차적으로 배열되어 있는 단순한 구조를 띤다.
그러나 시간이 지나면 대뇌(끝뇌)가 두드러지게 발달하고, 사이뇌 쪽으로 점점 부푼다. 다리뇌 부분에는 기존에 있던 두 개의 굴곡진 부분에 더해 안쪽으로 휘어지는 굴곡이 생긴다.
대뇌는 더욱 발달해 사이뇌 전체를 덮는다. 이로 인해 사이뇌는 겉으로 거의 보이지 않는 구조가 된다. 소뇌(빨간 화살표) 부분도 점점 커져 다리뇌와 숨뇌 등쪽에 붙어 있는 것처럼 발달한다. 그러나 그림에서 볼 수 있듯이, 소뇌는 사실 숨뇌와는 약간 떨어져 있으며 분홍색으로 표시된 중간뇌 부분이 크게 발달하면서 형성된다.
지금까지 살펴본 모습은 발생 후 5~8주만에 일어나는 변화다. 이후 약 4개월이 지나면 그림과 같이 성인의 뇌 형태와 유사한 구조를 갖추게 된다. 단, 갓 4개월이 된 태아의 뇌는 아직 뇌고랑(주름)이 없어 매끈하다.
이후 가장 먼저 생기는 고랑은 그림의 뇌 위쪽과 가운데에 갈라진 중심고랑 및 가쪽고랑이다. 이후 대뇌가 계속 발달하면서 다른 뇌고랑들이 만들어지며, 소뇌에도 빽빽한 주름이 생긴다.
발생 약 9개월이 지나면 완전한 사람의 뇌 형태가 된다. 또한 몸통 중앙에 자리하게 된 척수는 척주관이라는 기관으로 감싸여 온몸에 퍼지는 신경과 뇌를 연결하는 역할을 한다.
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