서은현 Cognitive neuroscience lecture 9

2015_2

Cognitive neuroscience lecture 9

서은현

eunhyun.seo@gmail.com

우리의 경험은 어떻게 뇌를 변화시킬까?

15장. 뇌의 발달과 가소성

Brain development and plasticity

Aging

오늘의 이야기

요람에서 무덤까지 변화하는 뇌

- ^{뇌의 발달과 가소성}

• 발달단계에 따른 뇌의 변화

• 노화로 인한 뇌의 변화

• 신경 가소성이란 무엇인가

– 경험과 학습, 그리고 신경가소성

• 뇌손상으로부터의 회복

뉴런의 성장과 발달

배아가 약 2주 정도 되었을 때 중추신경계가 형 성되기 시작함

뉴런의 성장과 발달

-Ventricular system. 신경관.

-증식: 새로운 세포의 생성 (20주) -이동: 자기 자리 찾아가기

-분화: 축삭, 가지돌기가 생기면서 뉴런의 형태가 됨 (29주)

-새로운 신경세포 발생: 척수->앞뇌 순서로 천천히

-시냅스 생성: 평생동안

neurogenesis

synaptogenesis

Prenatal BRAIN DEVELOPMENT: (video clip)

FIGURE 15.1

Overview of the time frame of human brain development.

뉴런의 성장과 발달

출생 이후 새로운 뉴런은 거의 생기 지 않으나,

후각 수용체 및 해 마의 뉴런들은 일 부 새로 생성되기 도 함

시냅스 연결의 증식과 가지치기

• 처음에는 많은 뉴런과 시냅스를 형성함

• 시냅스를 형성하지 못하면 세포가 제거됨

• 시냅스 또한 일단 많이 생성된 후 제거됨 ; 성인의 시냅스 수는 아동 기 때의 40% 이하임

왜?

• 환경에 최대한 반응할 수 있도록 많은 수의 시냅스를 형성함

• 발달하는 동안 많은 자극을 받지 못하는 뉴런 및 시냅스는 제거됨

• -> 환경의 요구에 보다 부합하고 전문화된 기능을 가진 시냅스만 존 재함으로써 초기의 시냅스 형성 오류도 바로잡고 적응적인 뇌로 발 달

• Ex) 언어습득, 문화에 따른 지각 차이 등

뉴런과 시냅스의 생존여부

신경 다윈주의

수초화

• 수초화의 기능적 결과?

• 두뇌 영역들간의 의사소통이 증가됨

• 신경신호전달 속도의 고속화로 지각, 인지 및 행동을 더 빠르게 할 수 있 음

http://tlt.its.psu.edu/mto/psychology/reflex.html

영유아기 뇌의 발달

신생아 시절

반사행동

신경계 발달과 관련된 행동발달

• 운동발달: Motor cortex. 유아의 집기 반응의 발달

• 언어발달: 15-24개월 Broca’s area. 축색과 수상돌기의 급격한 성장

• 표15.1

• 문제해결능력의 발달: Jean Piaget

영유아기 뇌의 발달

object permanence 대상연속성 Conservation 보존 개념

Egocentrism 자기중심성

• 성장급등 growth spurts

– 뇌 무게 대 몸무게 비율의 변화: 2년주기로 5%~10% 증가

• 3개월-10개월/ 2세-4세/ 6세-8세/ 10세-12세/

14세-16세

– 시냅스의 성장 및 이에 따른 신진대사요구의 증가로 교세포의 성 장; 피질의 복잡성 증가 -> 행동의 복잡성 증가 -> 각 성장급등 동 안 인지기능의 중요한 질적 변화가 일어남

영유아기 뇌의 발달

뇌 발달에 대한 경험의 영향

• 삶의 예측불가능성 -> 경험을 함에 따라 자기 스스로를 ( 한계 내에서) 리모델링할 수 있는 능력을 진화시켜 옴

뇌발달에 영향을 주는 요인들

• 다양한 개인의 환경과 경험

• 호르몬, 손상, 비정상적 유전자 등의 신체 내 사건

• 문화, 언어

 뇌의 구조적 변화 뿐 아니라 외적 경험에 반응하는 양식 을 변화시킴

뇌 발달과 환경

실험실 쥐 vs. 집에서 자란 쥐

자극적인 환경에서 자란 경우 최대한으로 지적 발달을 하는 반면 결핍된 환경에서 자 라는 경우 지적 잠재력을 최대한으로 발달 시키지 못함

뇌 발달과 환경

• 정상적인 뇌발달을 위해서는 발달의 특정시기에 특정 경험을 하는 것이 반드시 필요함

• critical period: 뇌발달이 특정 경험의 영향을 가장 민감하게 받는 시 기로, 이 시기에 적절한 감각경험이나 인지경험이 주어지지 않으면 정상적인 뇌발달이 힘들어지고 성인기에 회복되지 않음.

•

경험과 뇌발달에 관한 결정적 시기

• Critical period

발달 장애 Developmental disorders

• Learning disability; dyslexia 난독증

^적절한 기회, 훈련 및 지능 수준에도 불구하고, 나이 수준에 적절한 읽기를 학습하지 못하는 특정 장애

• Nonverbal learning disability 비언어적 학습장애

언어적 능력들은 양호하나 공간적 및 비언어적 기술습득의 장애

• Autism

• ADHD

• Metal retardation

FIGURE 15.15

Areas in which dyslexic individuals show different brain activity than normal readers.

노화로 인한 뇌의 변화

뉴런의 시냅스가 변하는 속도가 느림 피질의 두께가 점진적으로 얇아짐

정상 노화과정에서 뇌의 무게 10-15% 감소; 부분적으로 는 뇌세포의 죽음때문임

그렇다고해서 노인의 지적 기능은 모두 쇠퇴하는 것일까?

노화로 인한 뇌의 변화

• 모든 능력이 전반적으로 다 저하되는가?

– General reduction in the mental resources – General slowing in the speed of processing

• 특정 능력만 저하되는가?

– Inhibitory process

• 인지적 노화에 대한 전두엽 가설 Frontal lobe hypothesis of cognitive aging

(H. Jackson, 1958)

전전두엽은 노화과정에서 가장 먼저 기능이 떨어지는 영역임.

전두엽에 독립적인 다른 인지기능에 비해서 전두엽에 의존하는 기능은 나 이가 들어감에 따라 초기에 저하됨

노화로 인한 기억력 저하 -> 전두엽 기능의 저하와 관련 있음.

노화로 인한 뇌의 변화

노화로 인한 뇌의 변화

노화로 인한 뇌의 변화

• Aging에 따른 뇌 활동의 전반적인 변화

우리의 경험은 어떻게 뇌를 변화시킬까?

• 뇌손상 후 우리의 뇌에서는 어떤 일이 벌

어질까?

신경 가소성이란 무엇인가

• 신경가소성 (Neural plasticity)

• 학습으로 인한 세포수준의 변화

• 뇌손상으로 인한 피질의 재구조화

• 신경가소성은 정상적인 발달과정, 학습과 기억, 그리고 뇌손상에서 회복하는 과정 등에서 관찰됨

뇌 가소성

• 기억이 어떻게 뉴런에 저장될까?

• Cajal; 학습의 과정이 활성 시냅스의 효율성에 지속적인 구조 변화를 유발함

• 시냅스의 변화: 기존회로의 변형 & 새로운 회로의 생성

• Hebbian theory

• fire together, wire together

• 비슷한 시간에 활성화되는 뉴런들은 (fire together) 그 뉴런들 사이 의 연결성은 강력해 진다 (wire together).

기존회로의 변형/ 새로운 회로의 생성

• 수상돌기 구조의 변화; 많은 가지돌기가시-> 많은 연결.

• 변화하는 경험에 반응하여 뉴런의 구조가 변화됨 (수상돌기 가시의 증가).

경험과 가소성

감각표상의 재조직화가 일어남

감각피질의 지도가 고정된 것이 아니라 계속적인 감각입력을 통해 서 유지됨. 입력이 체계적으로 변화하면 지도가 변한다. 이런 피질 지도와 뇌영역 기능의 변화를 재조직화라고 부름

경험과 가소성

환상 감각

Phantom sensation

특수한 경험의 영향 -

시각피질에 입력정보가 없게 되면 원래의 시각피질에서 다 른 감각 정보(촉각, 청각 등)를 담당하는 방식으로 우리의 뇌 가 적응하게 됨

아주 어려서부터 맹인인 경우, 이 시각피 이 청각적으로 들리는 명사에 대해 동사 말하도록 하는 과제에서 매우 활성화 됨 성인이 되어서 맹인이 된 경우는 시각피 의 관여정도가 낮음

특수한 경험의 영향 -

(Burton et al., 2002)

수고하셨습니다