5'00"읽기
- 불쾌한 냄새 맡으면 50~200밀리초 후에 후각구의 뉴런 발화, 베타파의 특징적인 급증을 생성
- 기분 좋은 냄새는 EEG 측정에서 알 수 있듯이 약 800밀리초 후에야 반응 촉발
- 조기경보가 신속한 방어 대응을 위한 수단으로 활용됐다고 의심
- 잠재적 위험을 나타내는 불쾌한 냄새에 대한 인간의 방어 반응

역겨운 냄새를 더 빨리 맡는다.
후각 전구는 잠재적으로 위험한 냄새가 나는 경우 무의식적인 방어 반응을 유발한다.

감각 조기 경보 시스템:
실험에서 밝혀진 바와 같이 우리의 후각은 불쾌한 냄새에 기분 좋은 냄새보다 더 빠르고 다르게 반응한다. 이에 따르면 후각구의 뉴런은 썩는 냄새가 나면 약 150밀리초 후에 발화하고 운동 피질에도 경고한다. 그 결과 비자발적 움츠림이 발생한다. 이는 연구팀이 보고한 바와 같이 우리 생물학에 깊숙이 자리 잡은 보호 반응이다. 

▲ 우리가 냄새를 감지할 때 코 뒤에 있는 후각 구는 이러한  신호를 처리하는 뇌의 첫 번째 부분이다. 후각 신경이 있는 머리 해부. Author: Patrick J. Lynch, medical illustrator

후각은 진화론적 관점에서 볼 때 인간의 가장 오래된 감각 중 하나이므로 특히 우리 생물학의 근본적인 측면과 밀접하게 연결돼 있다. 향수는 특정 감정을 유발하고 기억을 되살리며 심지어 꿈에도 영향을 줄 수 있다. 냄새의 영향 범위가 여전히 논쟁의 여지가 있더라도 파트너를 선택할 때 냄새도 역할을 할 수 있다.

후각 전구를 들여다보다

우리의 후각에는 중요한 기능도 있다.
대부분의 동물과 마찬가지로 잠재적인 위험에 대해 경고하는 데 도움이 된다. 우리는 혐오감을 느끼고 무의식적으로 반항한다. 부패나 질병의 냄새에 대한 이러한 반응은 예를 들어 감염이나 포식자의 손아귀로부터 보호할 수 있다. 그러나 어떤 신경 메커니즘이 이 혐오감 반응을 제어하는지 지금까지 불분명했다.

스톡홀름에 있는 카롤린스카 연구소(Karolinska Institute)의 베흐자드 이라바니(Behzad Iravani)와 그의 동료들은 다양한 쾌적하고 불쾌한 냄새를 맡을 때 뇌에서 어떤 일이 일어나는지 처음으로 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 피실험자의 머리와 눈썹 위에 부착된 전극을 사용해 코에서 뇌로 가는 모든 후각 자극에 대한 첫 번째 처리 스테이션인 후각 구의 반응을 분석했다.

연구원들은 피실험자들에게 중성, 불쾌한 냄새, 기분 좋은 냄새를 번갈아 맡게 하고 후각 신경 세포가 언제 어떻게 반응하는지 기록했다. 

▲ 그림1. OB에서 베타와 감마 사이의 초기 PAC. (A) 실험 1의 방법론적 요약, 여기서 개인(n = 19)은 이후에 병합된 3개의 개별 세션 동안 테스트되었다. 소스 재구성은 다구형 머리 모델 및 디지털화된 전극 위치와 함께 EEG/EGB 전극을 사용해 수행되어 OB 시간 경과를 추출했다. RDM은 OB 신경 신호와 지각 등급 모두에 대해 구성됐다. 모든 가능한 순열로부터 각 시점에 대한 후속 부분 피어슨 상관 관계가 도출되었다. (B) 실험 1에서 6가지 냄새의 그룹 평균 인지 원자가 등급. 개인의 평균 등급은 채워진 원으로 표시. 분석을 위해 각 개인의 원자가 등급이 DISSTATIS 방법(14)으로 공통 구조를 만드는 데 사용됐다. 오차 막대는 SEM을 나타냅니다. (C) 시간의 함수로 PAC의 강도를 보여주는 히트 맵. 배경과 비교하여 약 53~65Hz(순열 테스트로 평가되고 검은색 경계로 표시된 중요한 결과)의 중요한 결합은 냄새 발생 약 250ms 후에 시작된다. (D) 전체 1초 동안 베타 밴드와 감마 밴드(~53~65Hz) 사이의 commodulogram은 ~16~18Hz 주변에서 베타 밴드에서 커플링이 나타남을 표시. 별표로 표시된 유의미한 피크는 스튜던트 t 테스트로 평가되었다. 유의성을 감지하기 위한 통계적 임계값(t = 1.96과 P < 0.05)은 회색 점선으로 표시. FP는 느린 발진의 주파수 또는 주파수 위상. (출처: 관련논문 그림 1 The human olfactory bulb processes odor valence representation and cues motor avoidance behavior)

역겨운 냄새에 더 빠르게 반응

결과:
이전에 생각했던 것과 달리 후각 구근과 후각 자극에 대한 첫 번째 "수신 스테이션"은 긍정적이고 부정적인 냄새 신호에 다르게 반응한다. 피실험자들이 불쾌한 냄새를 맡으면 50~200밀리초 후에 후각구의 뉴런이 발화하여 베타파의 특징적인 급증을 생성했다. 반면에 기분 좋은 냄새는 EEG 측정에서 알 수 있듯이 약 800밀리초 후에야 반응을 촉발했다.

Iravani와 그의 팀은 "부정적인 냄새는 후각 구에서 특권적인 방식으로 처리되는 것 같다"며 "이것은 후각 전구의 첫 번째 작업 중 하나가 냄새 기반 경고 신호를 조기에 감지하고 처리하는 것임을 나타낸다"고 기술했다.

운동 피질에 대한 경고

연구팀이 발견한 바와 같이, 후각 전구는 잠재적으로 위험한 냄새를 감지하자마자 우리의 움직임을 제어하는 ​​뇌의 일부인 운동 피질에 경고를 보낸다. 불쾌한 냄새가 많을수록 운동 피질에 대한 신호가 강해진다.

연구진은 “이번 조기경보가 신속한 방어 대응을 위한 수단으로 활용됐다고 의심했다”고 설명했다. 예를 들어 움찔하는 형태의 그러한 본능적 반응은 많은 동물에게서 알려져 있다.

Iravani와 그의 팀은 냄새 테스트 중에 테스트 대상을 압력 센서와 연결된 접시 위에 서게 하여 인간도 그러한 비자발적 놀람 반응을 보이는지 확인했다. 사실, 센서는 테스트 사람이 불쾌한 냄새를 들이마시자마자 체중이 약간, 그러나 크게 뒤로 이동하는 것을 기록했다.

Iravani의 동료인 Johan Lundström은 "신호로 인해 사람은 무의식적으로 몸을 뒤로 젖히고 냄새의 근원을 피하게 되었다"고 설명했다.

▲ 그림 1. 불쾌한 냄새는 빠른 회피 반응을 이끌어낸다. (A) 파일럿 및 실험 2의 실험 설정. 참가자는 눈 높이에 고정 X표가 있는 벽을 마주하고 발을 모아 포스 플레이트 중앙에 섰다. 호흡계를 사용해 연속 호흡을 측정하고 호흡 주기의 최하점에 가깝게 후각계를 촉발해 시험 시작을 흡입과 동기화했다. (B) 막대는 실험 중 불쾌하고 쾌적한 냄새의 평균 원자가 등급을 보여준다(오차 막대는 95% CI를 나타냄). (C) PAM의 원자가 의존 변조는 사전 등록된 가설에 따라 주요 실험에서 복제되었고 악취 발병 후 500ms의 불쾌한 냄새에 대해 상당한 역방향 움직임(즉, 0 미만의 베타 값)을 나타낸다. (D) PAM과 호흡 흐름 사이의 유의하지 않은 상관 계수는 호흡의 차이가 차이를 촉진하지 않았음을 시사한다. 히트맵은 관절 분포를 나타내고 빨간색 점선은 상관 관계를 나타낸다. *P < 0.05.(출처: 관련 논문 그림 4. The human olfactory bulb processes odor valence representation and cues motor avoidance behavior / PNAS)

다른 감각보다 본능적이다.

연구팀에 따르면 이러한 결과는 후각구가 이미 잠재적으로 위험한 냄새와 무해한 냄새를 구별하고 그에 따라 다르게 반응한다는 것을 보여준다. "잠재적 위험을 나타내는 불쾌한 냄새에 대한 인간의 방어 반응은 오랫동안 의식적이고 인지적인 과정으로 여겨져 왔다"고 Iravani는 말한다. "우리의 연구는 이 반응이 무의식적이며 매우 빠르게 일어난다는 것을 이제 처음으로 보여준다.“

동시에, 결과는 후각이 우리의 생물학과 동물의 뿌리에 깊숙이 자리 잡고 있음을 확인시켜준다. 청각 및 시각과 달리 후각 지각의 많은 과정이 본능적으로 실행되기 때문이다. "후각은 환경의 위험을 인식하는 데 중요하며 이 능력의 대부분은 위험에 대한 시각적 또는 청각적 반응보다 잠재의식이 더 많다"고 Iravani는 설명했다.
(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; doi: 10.1073/pnas.2101209118)

출처: Karolinska Institutet

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]