August 21,2019

뇌는 어떻게 냄새를 식별하나?

후각 시스템, 개인 경험 의존도 높아

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과학자들은 동물들이 어떻게 냄새를 맡는지 아직 정확하게 해독하지 못하고 있다. 미국 콜드 스프링 하버 연구소(CSHL) 과학자들은 최근 냄새를 맡는 것이 이전에 생각했던 것과는 다르다는 사실을 발견했다.

뇌가 어떻게 냄새를 처리하고 해석하는지를 알기 위해 과거의 냄새 모델 분류를 테스트한 결과 불일치성이 드러난 것이다.

이전에 발표된 연구에서는 냄새의 분자적 특성과 후각 시스템의 초기 단계 활동 사이에 예측 가능한 관계가 있다는 주장이 발표됐었다.

이에 비해 이번의 새로운 연구에서는 일부 분자적 특성과 그에 상응하는 뉴런 활동 반응 사이에 얼마 간의 상관관계가 있기는 하나, “새로운 냄새 쌍이나 섞여진 특성을 테스트했을 때 예측력이 거의 없는 것으로” 나타났다.

‘네이처 신경과학’(Nature Neuroscience) 22일 자에 발표된 이번 연구에는 CSML의 신경과학자인 플로린 알비아누(Florin Albeanu) 박사와 알렉세이 쿨라코프(Alexei Koulakov) 박사, 한국인 박사후 연구원인 채홍구 박사 등을 비롯해 하버드대의 벤카테시 머시(Venkatesh Murthy) 박사가 참여했다.

전뇌 후각 벌브(嗅球) 승모세포층(왼쪽)의 평균 휴면 형광 다광자 이미지. 오른쪽 그림의 숫자는 영상화된 왼쪽 그림에서 112개 승포세포체의 상대적 위치를 나타낸다.    CREDIT: Albeanu lab/CSHL, 2019

전뇌 후각 벌브(嗅球) 승모세포층(왼쪽)의 평균 휴면 형광 다광자 이미지. 오른쪽 그림의 숫자는 영상화된 왼쪽 그림에서 112개 승포세포체의 상대적 위치를 나타낸다. ⓒ Albeanu lab/CSHL, 2019

“후각 경험은 개인의 이전 경험에 많이 의존”

알비아누 박사는 냄새에 관한 한 “우리는 뇌가 실제로 무엇을 찾고 있는지 알 수 없으며, 뇌가 설령 어떤 것을 추출하더라도 그에 대한 물리적, 화학적 특성을 알 수 없다”고 밝혔다.

일반적으로 과학자들은 냄새 입자가 일단 비강을 통해 들어오면 이곳에서 감각 조직의 후각 수용기 뉴런들이 발현하는 냄새 수용체가 들어온 냄새 입자와 결합한다고 알고 있다.

다음에는 포유류의 전뇌에 위치한 후각 벌브가 냄새 수용체로부터 전달된 정보를 처리한다. 이어서 후각 벌브가 이 정보를 대뇌피질을 포함한 두뇌 여러 곳의 더 높은 처리 영역으로 보내게 된다.

여기에서는 후각의 출력 메시지들이 피드백 순환을 통해 후각 벌브로 되돌려지기 전에 더욱 자세하게 분석되고, 뇌의 여러 영역으로 전파된다.

쿨라코프 박사는 “풍부한 피드백이 후각 시스템을 시각 시스템과 다소 차이가 나게 만든다”며, “후각 경험은 매우 주관적으로, 냄새 인지는 실제로 전후의 맥락과 개인의 이전 경험에 의존한다”고 설명했다.

인체의 후각 시스템 모습.  1: Olfactory bulb 2: Mitralcells 3: Bone(Cribriformplate)                                  4: Nasal epithelium 5: Glomerulus 6: Olfactory receptor cells CREDIT: Wikimedia / Chabacano

인체의 후각 시스템 모습. 1: Olfactory bulb 2: Mitralcells 3: Bone(Cribriformplate) 4: Nasal epithelium 5: Glomerulus 6: Olfactory receptor cells     ⓒ Wikimedia / Chabacano

포괄적 전산 모델로 추가 연구 필요

알비아누 박사와 쿨라코프 박사는 이런 점들을 고려할 때 후각 시스템의 초기 수준 입력물과 이를 좀 더 추가 처리한 후각 벌브의 산출물은 냄새의 서로 다른 측면에 관여할 가능성이 있다고 말했다.

쿨라코프 박사는 이번 새로운 연구의 ‘예상치 못한’ 결과가 냄새 공간을 위한 더욱 포괄적이고 시험 가능한 컴퓨터 모델을 구축할 수 있는 흥미로운 기회를 제공한다고 밝혔다.

이 컴퓨터 모델은 다양한 수준의 후각 처리에서 냄새 특성에 대한 정보 관련성의 차이를 포착하게 된다.

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