"신경과학과 냄새"

977143, 유태석

사람의 코는 수천가지의 냄새를 식별할 수가 있다. 그러나, 사람들에 따라 냄새의 느낌이나 생각이 달라서 후각신경은 여러가지면에서 실험하기 어렵고 다른 감각들에 비해서 중요성이 덜 절실하기 때문에 주관적 또는 객관적으로 질에 대한 설명은 아직 선명하게 정의 되어 있지 못하다. 그래서 여기서는 후각로 즉, 우리가 냄새 맡는 경로와 그 후각로 상에서의 신경학적 성상들에 대해서 알아보고자 한다.

후각점막: 비강은 전체적으로 점막으로 덮여 있지만 상비갑개의 전체, 중비갑개 위의 섬모양의 작은 부분 및 중격 주위의 작은 부분 등 제한된 부분만이 후각세포를 지니고 있으며 나머지 넓은 부분에는 후각세포가 없다. 후각점막에는 후각세포와 지주세포가 있으며 이들 세포의 아래에는 기저세포가 있는데 미각세포의 발생처럼 이들 기저세포가 후각세포로 진행된다. 후각세포는 양극세포로서 정상에는 수상돌기인 비운동성 섬모가 있다. 후각세포의 아래쪽에 있는 기저극에서는 축삭이 뻗어나오고 있고 이들 섬유들은 감각상피세포층 아래에서 굵은 다발을 형성하여 후구로 향하고 있다. 미각세포의 정상극에 있는 섬모들은 미각상피를 덮고 있는 점액층에 묻혀 있다. 그러므로 우리가 알고 있는 냄새 즉, 후각물질분자가 점액층에 확산해 들어오면 먼저 후각세포의 말초 부분인 섬모에 도달한다.

후각은 후각점막의 감각세포에 의해서 유발되는 감각이지만 그밖에 호흡부위에 있는 제5뇌신경인 삼차신경의 감각섬유종말 등도 냄새(후각자극물질)에 반응하여 후각을 중계하므로 후각상피 다음에 있는 후각 신경섬유가 절단되더라도 후각은 어느 정도 남게 된다.

Brain Facts

후각감수체: 냄새(후각자극물질들)는 흡식시에 콧구멍을 통해서 후각점막에 들어오지만 구강으로부터도 비갑개를 통해서 확산해 들어오므로 식사 도중에는 미각과 후각이 혼합된 감각이 유발된다. 후각부위에 있는 감수체의 수효는 약 천만개 수준이며 감수체는 미각감수체처럼 규칙적으로 새로운 것으로 교체되고 있다. 단일 감수체에 미세전극을 놓고 감수체의 활동양상을 기록해 보면 안정시에도 초당 수 개의 낮은 빈도의 흥분을 발사하여 자극을 가하면 속도가 느린 흥분을 보인다. 각 감수체의 반응은 각각 수많은 자극물질에 의해서 유발되며 미각세포에서처럼 자극물질의 종류에 따라 반응수준이 각각 다르다.

후각의 질: 우리는 일상생활에서 수많은 물질들을 냄새로서 식별할 수 있다. 그러나 미각에서와는 달리 주관적 실험을 통해서는 냄새의 종류들이 몇가지 있는지 분명하게 가려내지 못하고 있다. 후각을 비슷한 것들끼리 몇가지 종류로 분류하고 있다. 그러나 후각종류는 미각과는 달리 자극물질의 화학적 성상과 직접 관련이 맺어지지는 않는다. 그래서 냄새의 종류를 일반적으로 후각유발물질의 종류로 분류하고 있다. 냄새의 분류는 자연계에 있는 물질들 예컨데 꽃의 향기, 땀의 냄새, 썩은 고기의 냄새 등의 이름을 붙이고 있기 때문에 대체로 여러 가지 복합냄새 중 가장 강한 성분이 대표되고 있다. 꽃냄새라는 질의 후각을 일으킬 수 있는 화학물질로서는 α-ionone과 β-phenylethyl, alcohol 등이 있으며, 에테르냄새는 1, 2-dichlorethane과 benzylacetate로, 사향냄새는 civetone과 musk ketone과 같은 ring ketone으로, 장뇌냄새는 1, 8-cineole과 장뇌로, 땀냄새는 isovalerianic acid와 butyric acid로, 썩은 냄새는 hydrogen sulfide와 ethyl mercaptan으로 각각 일으킬 수 있다. 위의 예에서 보면 같은 질의 냄새를 일으키는 물질들이라도 이들의 화학적 구조가 서로 다른 한편 화학적으로 유사한 물질이라도 서로 다른 질의 냄새감각을 일으키기도 한다. 그러므로 화학적 구조가 유사한 것끼리 같은 질의 냄새를 일으키는 것은 아니고 물질의 배열양상이 유사하면 유사한 냄새를 일으킨다고 추측하는 이도 있다.















Brain Facts

후각의 말초기전: 냄새자극이 후각세포에 반응하는 일차적 기전에 대하여는 상세하게 밝혀져 있지는 않으나 냄새(후각물질분자)가 후각세포막에 있는 감수체분자와 결합하는 것으로 생각되고 있다. 각 감수막에 있는 특수 감수체의 분자는 특정한 후각물질들과만 반응하는 것 같지는 않으며 몇가지 관련된 후각물질들과 결합하는 공통감수체분자인 것으로 보인다. 그러나 여러후각물질에 대한 단일 감수체 세포에서의 반응을 기록해 보면 세포마다 특정한 성질과 농도를 지닌 물질에 가장 크게 반응하므로 각 후각물질에 대하여 저마다 각 후각물질에 대해서 독특한 양상으로 반응한다고 볼 수 있다. 즉, 각 단일세포는 많은 종류의 물질들에 반응하나 반응도는 물질의 종류에 따라 차이가 있으며 여러 물질에 대한 상대적 감수성은 세포마다 다르다는 것이다. 실제로 후각세포들은 미각세포들과 같이 일정한 농도의 후각물질들에 대해서 세포에 따라 각각 특정한 양상의 흥분을 일으키고 있다. 그러므로 특정자극물질들에 대하여 많은 감수체들이 각각 다른 수준으로 흥분함으로서 각 감수체의 흥분이 상대적으로 비교되어 그 물질의 성질을 터득하게 되는 것으로 믿어진다.

후각의 강도:후각물질의 농도를 점차로 증가해 나가면 주관적으로 느끼는 후각의 강도도 점차로 커진다. 그러나 후각의 강도는 시간 경과에 따라 변동한다. 후각물질로 자극을 오랫동안 계속하면 후각의 강도가 차츰 떨어져서 적응이 일어난다. 높은 농도의 자극이라도 자극이 장기간 지속되면 그물질에 대한 문턱이 증가하여 종국에는 후각이 완전히 사라져 버린다.

후각의 중추기전: 후각세포의 축색다발은 후구에 도달한다. 후구를 5층으로 구분하는바 말초에서부터 후각세포섬조층, 후각신경사구층, 외측망상층, 승모신경세포층, 과립세포층으로 나뉘어진다. 후각로의 2차세포층인 승모신경세포는 하나의 주된 수상돌기를 지니고 있고 수상돌기의 말단은 분지하여 많은 후각세포와 시냅스를 지니고 있다. 약 1000개의 여러 후각세포섬유는 집합하여 한 승모세포의 수상분지와 접촉하고 있어서 접초부위가 동그렇게 구형덩어리를 형성하고 있으므로 이곳을 후각신경 사구라고 말한다. 후각세포섬유의 종말 중 일부분은 사구주위세포와도 시냅스를 형성하고 있으며 사구주위세포는 주위에 있는 후각신경사구에 있는 승모세포에 흥분성 또는 억제성 영향을 미친다. 승모세포의 축삭은 후삭을 형성하여 직접 또는 후각로와 교통하면서 후각 정보를 여러부위에 전달한다. 후삭에서 직접 후각 정보를 입수하는 뇌영역들은 반대측 뇌의 후구, 전이상영역, 이상엽, 해마들이며 시상하부의 자율신경핵은 편도핵을 통해서 간접적으로 정보를 받고 있다. 후구로부터 중추로 흥분이 전달되는 동안 후각정보는 중추의 원심성 조절을 받는다. 중추에서 온 원심성섬유의 축삭은 과립세포와 사구주위세포에 종말하고 있으므로 후각세포섬조에서 온 흥분은 승모신경세포 수준에서 수정된다. 그러나 승모신경세포와 과립세포 사이, 그리고 승모신경세포와 사구주위세포 사이에는 수상돌기들끼리 접촉하고 있으므로 정보는 양방향성으로 전달된다고 볼 수 있다. 즉 승모신경세포에서 사구주위세포와 과립세포로 전달되는 한편, 반대로 이들로부터 승모신경세포로도 전달될 것으로서 정보는 크게 수정되어 전달된다. 후각정보가 변연계에 전달되므로서 후각의 감정적 색체가 생긴다. 냄새의 질에 따라 즐거움 또는 싫음 등의 감정이 일어나서 냄새 때문에 감정상태가 변경된다. 향수냄새를 맡으면 강한 무드가 유발되며 불유쾌한 냄새를 맡으면 재채기와 같은 방어반사를 일으키며 암모니아 냄새를 맡으면 반사적으로 호흡이 중단되기도 한다. 또, 특히 설치동물에서는 냄새가 생식행위조절에 중요한 구실을 한다. 남성호르몬을 주사하면 후각로에서의 흥분전도가 변동되는 점으로 미루어 후각전도도 성호르몬의 영향을 크게 받는다고 볼 수 있다.

지금까지 우리는 우리의 후각신경이 어떻게 냄새를 탐지하여 반응하고 또, 그래서 우리가 인식하는지에 대해 대충 알아보았다. 앞에서 얘기한대로 지금까지는 후각신경에 대한 연구가 부족하여서 후각에 대한 신비가 아직 완전히 밝혀지지 못한 상태다. 그렇지만 우리신경 특히 후각신경에 대한 신비가 밝혀지고 또 그래서 그 신경을 과학기술에 도입할 수만 있다면 획기적인 발명품을 만들 수 있으리라 본다. 예로 지금까지 테러나 전쟁용으로 개발되어 온 수많은 독가스들이 이 기계로 탐지되어 독가스는 무용지물될 것이고 또 유독가스 실험에서도 보다 안전하게 과학자들이 실험할 수있을 것이다. 그러나 이런 날이 언제올지는 아무도 모르리라 본다. 우리들이 후각신경에 한번이라도 더 관심을 갖고 의문을 제기하지 않는 날에는...

Brain Facts