2002년 출판된 후 여전히 베스트셀러로 인기를 얻고 있는 베르나르 베르베르의 소설 ‘뇌’는 두뇌의 위대함과 무한한 가능성을 새삼 깨닫게 한다. 작가의 필력과 상상력, 방대한 과학적 이론의 집합체인 이 소설은 독자에게 ‘인간의 두뇌는 무엇인가’라는 질문을 끊임없이 던진다. 뇌는 가장 중요한 신체기관 중 하나지만 정작 어떤 구조로 이뤄져 있고 어떤 기능을 하는지 정확히 아는 경우는 드물다.

뇌는 인간의 신체 부위 중 가장 확실한 업무분담이 이뤄지는 기관이다. 크게 대뇌·소뇌·뇌줄기(뇌간) 세 부분으로 구분된다. 대뇌(cerebrum)는 뇌 중 가장 많은 부분을 차지하는 기관으로 운동·감각·언어·기억기능, 생명유지에 필요한 각성, 자율신경계 조절, 호르몬 생성, 항상성 유지에 관여한다. 좌우 2개의 반구로 구성되며 좌반구는 주로 언어·계산기능, 우반구는 도형그리기·길찾기 등 시공간 능력과 연관된다. 서유헌 가천뇌과학연구소 원장은 “뇌졸중 등으로 뇌가 손상된 경우 뇌 좌반구에 문제가 생긴 환자는 말을 못하는 실어증, 우반구가 손상된 환자는 길을 못찾는 증상이 나타난다”고 설명했다.

대뇌의 앞 부분은 전두엽(이마엽), 뒷부분은 후두엽(뒤통수엽), 중간은 측두엽(관자엽), 윗부분을 두정엽(마루엽)이라고 한다. 전두엽(frontal lobe)은 회사의 기획실이나 인체의 콘트롤타워 기능을 수행한다. 기억력과 사고력를 주관하고 다른 뇌 영역에서 들어오는 정보를 조정하며 행동을 억제 및 조절한다. 전두엽 기능이 저하되거나 과민해지면 주의력, 충동성 조절, 작업기억력, 정서 판단능력 등이 떨어진다.

후두엽(Occipital lobe)은 시각기능과 깊게 연관된다. 기본적인 사물의 위치·모양·운동 상태 등을 1차적으로 분석해 다른 시각피질로 정보를 전달한다. 이 부위에 문제가 생기면 얼굴인식불능증, 색채인식불능증 등을 겪게 되고 심한 경우 눈은 멀쩡한데 장님이 될 수 있다.

측두엽(Temporal lobe)은 귀와 가까운 관자놀이뼈 안쪽에 위치하고 있으며 청각에 관여해 ‘듣는 뇌’로도 불린다. 측두에 해당하는 용어 ‘Temporal’은 라틴어 ‘Tempus’에서 온 말로 ‘시간(Time)’을 의미한다. 나이가 들면서 관자놀이 부근 머리카락이 가장 먼저 회색으로 변해 붙여진 용어다. 청각정보를 처리하며 언어적정보 및 기억저장, 감정조절과도 연관된다. 이 영역이 손상되면 귓 속 청각기관에 아무 문제가 없더라도 청각정보를 제대로 처리할 수 없게 된다. 예컨대 자동차 경적소리를 들을 경우 뭔가 소리가 났다는 사실은 알지만 경적소리라는 것은 인식하지 못한다.
시각정보에도 관여한다. 후두엽에서 나온 시각정보는 하나는 두정엽으로, 다른 하나는 측두엽 쪽으로 간다. 두정엽은 사물의 위치를 파악하고, 측두엽은 눈 앞 사물이 무엇인지 인지한다. 따라서 측두엽에 문제가 생기면 달팽이관 등 귀엔 이상이 없더라도 사물이나 사람 얼굴을 알아보지 못하게 된다. 

두정엽(Parietal lobe)은 여러 감각정보를 취합해 1차적으로 정리 및 선별하는 역할을 하며 주로 촉각에 관여한다. 피부에 전달되는 갖가지 감각정보를 처리하고 무게나 동작을 감지한다. 자신과 다른 사람과의 관계를 인지하는 지기지남력에도 영향을 끼친다. 이 부위가 손상되면 편측공간 무시, 신체 인식 불능증, 주의력 저하 등이 나타난다.

대뇌는 치매, 우울증, 주의력결핍장애(ADHD) 등 다양한 뇌질환과 연관된다. 알츠하이머성 치매는 뇌에 노폐물(아밀로이드베타 단백질)이 끼면서 생긴다. 수많은 뇌세포는 연결망으로 서로 신호를 주고받는데, 연결망 사이에 아밀로이드 베타가 끼면 뇌 신호가 끊어진다. 노폐물이 측두엽이나 해마에 생기면 기억력이 떨어지고 물건이나 사람 이름을 잘 잊는 증상이 나타난다. 두정엽에 이물질이 끼면 방향감이나 계산능력이 떨어진다.
전두엽과 측두엽의 신경세포가 동시에 위축 및 손상되는 전측두엽 치매는 전체 환자의 10%를 차지하는 질환으로 기억력 감퇴와 함께 충동조절장애, 의사소통 능력 저하 및 실어증, 폭식 등 섭식장애가 동반되는 게 특징이다.

전두엽은 우울증 발병과 깊게 연관된다. 전홍진 성균관대 삼성서울병원 정신건강의학과 교수팀의 연구에 따르면 우울증은 뇌 전두엽과 변연계 기능을 저하시킨다. 이런 경우 다시 기분이 우울해지고 의욕과 집중력이 감소하는 악순환이 반복된다. 전홍진 삼성서울병원 정신건강의학과 교수는 “우울감을 자주 느끼는 사람은 뇌 전두엽 아래쪽에 있는 곧은이랑(gyrus rectus)이 손상되면서 갑작스러운 충동성과 자살생각이 발생할 수 있다”며 “어린 시절의 트라우마, 알코올, 약물 오남용, 분노감, 화병 등은 전두엽 기능저하에 따른 충동성 등의 발생 위험을 높이는 요인”이라고 설명했다.

소뇌는 전체 뇌 용적의 10% 가량을 차지하는 기관으로 대뇌 뒤쪽 아랫부분에 위치한다. 인체의 레이더 역할을 하는 운동중추로 간단한 학습법을 기억하는 기능도 한다. 자전거타기·수영·스키·스케이팅 같은 운동을 배우고, 한번 익히면 나이가 들어도 여전히 잘할 수 있는 이유도 소뇌의 기능 때문이다. 2013년 류임주 고려대 의대 해부학과 교수팀의 연구에 따르면 균형 감각이 중요한 쇼트트랙 선수는 소뇌 중에서도 특히 오른쪽 소뇌의 부피가 큰 것으로 나타났다. 쇼트트랙 선수인 오른발로 균형을 유지하면서 왼쪽으로 코너를 도는데 이때 균형을 잡는 오른발이 오른쪽 소뇌 반구를 활성화시키기 때문인 것으로 추측된다.

소뇌가 손상되면 몸의 균형을 잡지 못하는 것은 물론 정상적인 생활이 불가능해 질 수 있다. 소뇌 이상은 술 취한 사람에서 쉽게 관찰된다. 서 원장은 “알코올이 소뇌기능을 억제하면 비틀거리면서 걷게 되고, 물건을 집을 때 손이 목표물 앞에서 왔다갔다 하게 된다”며 “음주운전 단속시 시행하는 ‘일자로 걷기’는 소뇌기능을 테스트한다”고 말했다. 만성 알코올중독 환자는 소뇌가 위축돼 술을 마시지 않아도 술을 마신 것처럼 보행장애가 올 수 있다.

뇌간은 대뇌와 말초 사이에서 운동 및 감각신경로가 지나는 통로 역할을 한다. 대부분의 뇌신경이 몰려 있으며 평소 각성과 호흡에 관여한다. 이 부위에 이상이 생기면 갑자기 생명이 위독해질 수 있다. 식물인간 상태는 대뇌기능은 없으면서 뇌간기능만 유지되는 것으로 심장박동 및 호흡엔 이상이 없지만 다른 사람을 알아보거나 말을 알아듣지는 못한다. 이와 달리 뇌사 상태는 대뇌 및 소뇌기능, 뇌간기능이 비가역적으로 손상된 것으로 인공호흡기를 달아야만 생존할 수 있다.