후각과 후각이 뇌에 인지되는 과정

후각과 후각이 뇌에 인지되는 과정

후각과 후각이 뇌에 인지되는 과정

지금 여러분의 주변에서 느껴지는 냄새 혹은 향이 있나요? 후각은 눈 귀 촉감과 함께 주변 환경을 인지하고 판단하는 오감 중의 하나입니다 그중 후각은 냄새를 인지합니다. 나쁜 냄새는 회피하는 행동, 부정적인 신체 반응을 불러일으키고 좋은 냄새는 정서적인 안정, 사회적 호감도 상승 등의 긍정적인 반응을 유발합니다. 후각은 미각을 완성하고 인간의 감각을 풍부하게 만들어줄 수 있습니다. 그럼 후각을 자극하는 냄새의 정체는 도대체 무엇일까요? 시각을 자극하는 것은 빛이며 이는 빛 스펙트럼과 파장으로 정체를 설명할 수 있습니다. 청각을 자극하는 소리 역시 공기의 진동과 파장으로 설명할 수 있습니다. 그럼 냄새는 어떻게 설명할 수 있을까요? 냄새의 정체는 냄새 물질을 설명함으로써 정의할 수 있을 것입니다.

냄새 물질 연구

역사적으로 볼 때 조향사를 중심으로 후각을 자극하는 분자들에 관한 화학적인 연구가 진행되어 왔는데 특정한 향을 낼 수 있는 화합물들의 혼합물이 냄새를 구성한다고 말할 수 있습니다. 정리하면 후각 조직에서 감지될 수 있는 분자량 약 300 이하의 저분자 유기 화합물이 냄새 물질이라고 할 수 있습니다. 이러한 다양한 냄새 분자가 후각 조직의 후각수용체에 복잡하게 결합하여 인지됨으로써 우리는 냄새를 맡을 수 있습니다. 그럼 우리는 장미향을 어떻게 장미향이라고 인지를 할까요? 냄새가 인지되는 방식은 냄새 분자가 후각 수용체에 결합하는 것으로만 설명하기에는 힘든 변수를 가집니다. 방향제 혹은 향수의 향을 맡았을 때 기분의 변화를 느끼거나 관련된 기억이나 경험을 떠올릴 수가 있죠. 하지만 시간이 지나면 무감각해지고 경우에 따라 신체적 정신적인 변화를 겪을 수도 있습니다. 개인의 경험이나 주관적인 판단이 많이 개입한다는 이야기입니다. 냄새 분자의 농도에 따라 다르게 인지될 수도 있습니다. 예를 들어서 인돌 분자는 저농도에서는 재스민 꽃향기로 느껴지지만 고농도에서는 배설물의 냄새로 인지될 수가 있습니다. 이렇게 개인의 경험과 냄새 분자의 농도가 냄새를 인지함에 많은 영향을 미치게 됩니다. 또한 냄새 분자의 구조와 수용체의 단순한 결합만으로 그 많은 냄새를 분류하고 표현할 수는 없습니다. 예를 들어서 앞에 얘기한 것처럼 청각정보는 공기의 진동과 파장, 시각 정보는 빛의 파장과 색 스펙트럼으로 분석하고 표현할 수 있습니다. 냄새는 그렇지 못한 거죠. 오늘날 밝혀진 연구결과에 의하면 냄새 분자는 다양한 후각수용체와의 결합 패턴으로 인지된다고 합니다. 즉 저농도의 특정 냄새 분자가 후각 상피에 여러 가지 수용체 중 1, 3, 5, 9번과 결합을 한다고 할 때 고농도의 동일한 냄새 분자는 1, 2, 3, 5, 9, 12와 결합하는 패턴을 볼 수가 있고 이때 뇌는 완전히 다른 냄새로 인지하게 되는 것입니다. 다시 말하면 냄새 분자는 후각 상피에 다양한 수용체와 결합하는 패턴을 여러 개 가질 수 있고 QR코드처럼 만들어진 이 한 가지 패턴이 하나의 냄새로 뇌에 인지되는 것입니다 이러한 냄새 분자와 후각수용체의 결합은 항원·항체 결합처럼 분자의 특정 구조에 따라 일대일로 결합하는 방식이 아닙니다. 즉 냄새 분자가 수용체에 결합하는 특정 부위와 결합하는 것은 아니고 한 분자가 여러 종류의 수용체에 결합할 수 있고 결합된 수용체의 종류와 수에 따라 패턴이 발생하며 패턴별로 뇌가 냄새를 인지하게 되는 것입니다. 그럼 후각을 인지하는 우리 몸의 구조를 통해 냄새 분자가 인지되는 과정을 살펴봅시다.

냄새 분자가 인지되는 과정

냄새 정보는 코에서 비강의 후각 상피를 통해서 뇌의 후각 망울이라는 조직을 거치고 후각신경을 거쳐 뇌에 도달하게 됩니다. 콧구멍을 통해서 비강으로 들어온 커피 향기는 비강의 후각 상피에 도달하게 되죠. 이때 냄새 분자는 후각 상피의 점액 단백질과 결합하여 올 팩토리 덴드라이트라고 하는 섬모로 이동하게 됩니다. 냄새 분자와 점액 단백질이 결합한 이 결합체는 섬모의 세포막에 존재하는 수용체에 전달되고. 결합하게 됩니다. 수용체에 의한 세포 반응으로 올 팩토리 뉴런이라고 하는 후각 신경 세포의 세포막 전위차가 발생하여 전기신호가 전달이 되게 되고요. 비강에 가까운 뇌 조직에 있는 후각 망울이 존재하여 후각 망울로부터 후각신경의 축삭 다발인 후각로를 통해 뇌까지 연결이 됩니다. 이후 엑소는 뇌의 여러 가지 영역 즉 대뇌, 일차 후각 겉질, 변형계 시상하부로 연결이 되고요. 이때 기억과 감정을 관장하는 뇌의 영역인 해마와 편도체를 포함하는 변연계와 자율신경계, 내분비계를 조절하는 시상하부로 갈라져서 연결되게 됩니다. 이에 따라 냄새 자극은 종종 기억, 감정과 연관되어 다양한 신체 반응을 나타내게 되는 것으로 여겨지고 있습니다. 이러한 해부 구조에서 우리는 후각과 관련된 질환 혹은 증상들을 연관 지어서 살펴볼 수가 있습니다. 우리가 흔히 겪을 수 있는 후각 상실증이 그 대표적인 예가 되겠습니다. 공기 중에 유독한 화합물은 비강 상피를 쉽게 손상시켜 재생을 유도하게 되죠. 손상된 후각신경도 재생되면서 대체되는데 이미 존재하는 축삭을 따라 새로운 신경세포의 축삭이 자라나면서 후각 망울에서 적절히 연결되는 과정이 필요합니다. 이 과정에서 후각신경의 연결 혹은 재생이 적절하지 못하면 후각 상실증이 발생하게 됩니다. 교통사고 등에서 얼굴 부위에의 둔탁한 충격을 받거나 알레르기, 염증 반응, 호흡기 감염 등에 의해서도 이 신경은 손상될 수 있습니다. 그 외에 후각을 인지함에 있어서 변화를 겪는 경우가 있는데 약한 우울증이나 임신 중 호르몬 변화에 의한 후각 변화, 혹은 상실이 일어나거나 감정 상태와 자율신경계의 상태에 따라 후각이 달리 느껴질 수 있는 것도 모두 이러한 후각과 관련된 해부생리학적 구조와 관련지어서 생각할 수가 있겠습니다.

후각의 정의와 뇌에 인지과정

지금까지 우리는 후각이란 무엇인지, 그리고 후각이 뇌에 인지되는 과정을 해부 구조를 통해서 살펴보았습니다. 후각이란 냄새 분자를 통해서 주변 환경을 인지하는 감각이고 냄새를 나타내는 작은 화합물인 냄새 분자가 후각 기관에 후각수용체에 결합하여 인지되죠. 이때 냄새 분자는 매우 다양하며 후각수용체에 일대일 결합이 아닌 패턴을 나타내는 결합방식으로 결합하고 그래서 다양한 냄새를 나타낼 수가 있습니다. 냄새 분자가 수용체와 결합을 할 때에는 후각 상피에 도달한 후 후각 상피에 있는 점액 단백질과 결합을 하여 수용체의 결합을 보다 쉽게 할 수 있습니다. 냄새 분자와 후각수용체의 결합은 후각 신경세포에 전기신호를 만들어 내어 뇌로 연결이 되고요. 뇌의 다양한 부분으로 후각신경의 신경이 연결되어 후각 정보는 기억, 감각, 신체 반응과 연결되어 처리가 되고 이와 관련해서 후각 상실 혹은 변화를 설명을 할 수 있겠습니다.