Помоги проекту - поделись книгой:
Иоганнес Фраснелли
Сила обоняния: Как умение распознавать запахи формирует память, предсказывает болезни и влияет на нашу жизнь
Johannes Frasnelli
WIR RIECHEN BESSER, ALS WIR DENKEN
Wie der Geruchssinn Erinnerungen prägt, Krankheiten voraussagt und unser Liebesleben steuert
(2., erweiterte Auflage)
Перевод с немецкого
© Molden Verlag in der Verlagsgruppe Styria GmbH & Co KG, 2022
© Анваер А. Н., перевод на русский язык, 2022
© Издание на русском языке, оформление. ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2022 КоЛибри®
Глава 1
От практики к теории: как я стал специалистом по обонянию
Из этой главы вы узнаете:
•
•
•
Все мое раннее детство прошло под влиянием самых разнообразных запахов. Я вырос в Мерано, в Южном Тироле, где каждый месяц года имел свой особый запах, свой «ведущий аромат». Январь пахнул снегом – на фоне серого неба и белых заснеженных гор. В феврале уже начиналась весна и в воздухе, задолго до того, как на деревьях распускались листья, распространялся аромат цветения зимоцвета раннего. Во время карнавала пахло абрикосовым мармеладом, начинкой аппетитных праздничных пончиков и серой фейерверков. В сорокадневный пост по пятницам пахло запеченной рыбой, а в марте распространяли свой аромат цветущие вишни и абрикосы. В апреле случался взрыв запахов – одновременно расцветали яблоневые сады в долине Адидже, и тогда их аромат разливался по всей округе. Пасха запомнилась мне запахом не только ладана, но и спаржи, ветчины, хрена и клубники. В мае открывались кафе-мороженые и расцветали розы. Крестьяне опрыскивали химикатами яблоневые сады. В июне пахло вишнями и скошенной травой, в июле – солнцезащитным кремом и хлоркой, летними грозами, а пуще всего сливочным мороженым. В августе пахло отдыхом в горах, хвойными иголками, черничными полянами, альпийской розой, коровьим навозом, древесной смолой и средствами от комаров. Сентябрь дышал яблоками, виноградом, грецкими орехами и дизельным выхлопом тракторов. Октябрь запомнился запахом жареных каштанов, походных костров, молодого вина, колбас, кислой капусты и инжира. В ноябре заставляли морщить нос гнилые листья и всепроникающая сырость, сменявшаяся в декабре запахом ванили, корицы, гвоздики и глинтвейна, смешанным с дымком горящих свечей.
Разные места тоже имели свои запахи. В родительском доме днем и вечером всегда пахло едой. В доме бабушки пахло ядровым мылом, в школе – книгами и моющими средствами, в церкви – ладаном. В гараже пахло бензином и резиной, над футбольным полем витал запах травы. В больнице, где нас с братом регулярно от чего-нибудь врачевали, резко воняло дезинфекцией, а в кабинете зубного врача пахло гвоздикой. У пожилой соседки в доме все время колыхалось облако одеколона, а у моей тети пахло фруктовым чаем и кексами. На катке пахло сигаретами, глинтвейном и сосисками, вокзал пахнул железной дорогой.
Определенными запахами обладали и люди. От другой бабушки пахло кремом для рук и розами, подруга мамы источала аромат духов Paris от Yves Saint Laurent. От крестьян пахло трудом, а иногда одноклассники начинали источать резкий запах пота. Я всегда точно знал, возвращаясь из школы, что отец дома, по аромату жидкости после бритья от Giorgio Armani. По воскресеньям от взрослых попахивало вином. Мне очень нравилось, когда дедушка закуривал сигарету – приятным был запах первой волны табачного дыма, смешанный с запахом серных спичек, потом дым начинал вонять весьма противно. От учительницы музыки пахло луком, а от церковного служки – старостью.
Вот так я и рос, в окружении самых разнообразных запахов. Большинство из них я воспринимал бессознательно, они были подложкой, фоном, а не чувственными впечатлениями. Но иногда запахи заявляли о себе более решительно и выступали на первый план.
Когда мне было пять лет, с моим младшим братом произошло большое несчастье. С балкона второго этажа он упал на бетонную площадку перед нашим домом. В результате он получил перелом черепа, таза и руки. Мне кажется, что я помню, как он падал, ибо до сих пор мысленно вижу, как за перилами балкона исчезают его зеленые штанишки, и явственно слышу крик ужаса, который испустила соседка, наблюдавшая это падение. Брата тотчас отвезли в больницу в Мерано, а оттуда перевели в нейрохирургическое отделение больницы в Вероне. В первые недели, пока брат находился между жизнью и смертью, родители безотлучно были при нем, сменяя друг друга через день. Я в это время жил у бабушки и дедушки в Литтау, в Швейцарии. Можно себе представить, какой страх пришлось пережить нашей семье, и, хотя я не очень понимал, что происходит, я видел, в каком напряжении пребывали взрослые.
Бабушка и дедушка работали тогда на кофеобжарочной фабрике. Работа начиналась в шесть часов утра, и каждое утро я просыпался вместе с ними. Я вставал и шел на кухню, где меня уже ждали «саечки» и «рожки». Я завтракал, а потом самостоятельно шел на фабрику. У меня были игрушки, но больше я интересовался машинами. На фабрике был вилочный автопогрузчик, с помощью которого разгружали мешки с сырыми кофейными зернами. Тогда я уже умел немного читать и мог разобрать на мешках надпись «Café do Brasil». От мешков пахло не кофе, а джутом, и склад был единственным на фабрике местом, где не пахло кофе. Мешки затем транспортировали в обжарочный цех, где зерна высыпали в огромный котел, где и происходила обжарка. Котел вращался с оглушительным скрежетом, был страшно горячим, а наблюдавшие за его работой люди беспечно при этом насвистывали.
Все эти побочные впечатления меркли на фоне аромата кофе, который стоял в помещении. Он ошеломлял, но был он и ошеломляюще прекрасен. Взрослым не очень нравилось, когда я бывал в том цехе, так как это было немного опасно, но каждый раз, когда подворачивалась возможность, я возвращался туда. Бабушка и дедушка работали в соседнем цехе. Дедушка обслуживал большую упаковочную машину, которая фасовала обжаренные зерна, а потом укладывал упаковки в ящики. Бабушка же работала на огромной кофейной мельнице и занималась вакуумной упаковкой размолотого кофе с помощью другой машины. Там я тоже упивался чудесным, сложным и великолепным кофейным ароматом. У бабушки и дедушки я пробыл шесть недель и даже получил от руководства фабрики «зарплату» в виде пятнадцати франков и двух плиток шоколада. Помню я и первую встречу с братом после несчастья. У него на голове еще была повязка. Тогда это воспринималось как чудо, но он поправился полностью.
Эта история с падением и чудесным выздоровлением осталась в прошлом, бабушки и дедушки уже нет в живых. Но с тех пор у меня сохранилось особое отношение к кофе и прежде всего к его аромату. Я не могу пройти мимо кофейни, обжарочной фабрики, кофейной мельницы, не вспомнив при этом ту швейцарскую фабрику, бабушку и дедушку, наградные плитки шоколада и моего брата. У меня такое чувство, что кофейный аромат покорил меня, так интенсивны эти воспоминания, так сильны ассоциации. Это отношение до сих пор остается таким же глубоким и крепким, каким оно было, когда мне было пять лет, то есть уже более сорока лет.
Только много позже я узнал, что я не единственный, кто ассоциирует запахи с определенными воспоминаниями. На эту тему написано бесчисленное множество книг, самая известная из которых – семитомный роман «В поисках утраченного времени» Марселя Пруста, где запах погруженного в чай бисквитного печенья пробуждает у рассказчика воспоминания детства, которые далее описываются на четырех тысячах страниц. По этой причине пробуждение сильных, эмоционально окрашенных воспоминаний под влиянием восприятия запаха называют также эффектом Пруста. Он возникает потому, что обонятельные стимулы обрабатываются в тех же областях лимбической системы головного мозга, что и память, обучение и ощущения.
В детстве я был очень разборчив в еде. Самым отталкивающим для меня блюдом была зелень, моими овощами было мясо. Я с удовольствием ел зеленый салат, но все остальное – шпинат, брокколи, спаржа, свекла, зеленая фасоль, брюссельская капуста, ревень и савойская капуста – было мне до ужаса противно. Я не хотел их даже пробовать. Несмотря на то что мама изо всех сил настаивала, я был не в состоянии проглотить ни кусочка. Один раз в неделю я обедал у бабушки с отцовской стороны. Однажды она сказала мне, что я должен есть и овощи, не важно какие, ибо это абсолютно необходимо. Я могу выбрать, что именно я буду есть, но потом мне придется есть этот овощ регулярно. После некоторого размышления я остановился на зеленом горошке. Вероятно, этот выбор я сделал потому, что горошек больше всего напоминал картофель и был меньше всего похож на остальные овощи. Столь же отвратительными я находил и такие молочные продукты, как моцарелла, овечий сыр и тому подобное; о манной каше, молочной рисовой каше и оливках мне было страшно даже думать.
Только к пятнадцати-шестнадцати годам я начал робко экспериментировать с едой. Помню, как отважился попробовать свеклу и нашел, что она не так уж и плоха. Я до сих пор злюсь на себя за то, что только к шестнадцати годам начал есть спаржу и белые грибы, которые до тех пор находил просто тошнотворными. Позднее, будучи студентом, я был бы уже не прочь наслаждаться ими, но тогда я не мог себе этого позволить. Я только много позже узнал, что я – или скорее моя мама – страдал тем недугом, который называют неофобией, и ею страдают в той или иной степени большинство детей.
«Я это не ем!» – неофобия
Словом «неофобия» обозначают состояние, когда человек испытывает страх перед новым. В особенности сильно она проявляется в отношении запахов, преимущественно запахов пищевых продуктов. Самой природой мы запрограммированы негативно воспринимать большинство незнакомых запахов и ароматов. Именно поэтому большинство детей мало расположены к гастрономическим экспериментам. Для того чтобы преодолеть неофобию, надо воспринять незнакомый запах или аромат не меньше десяти раз, прежде чем он покажется приятным. По этой причине дети, отказывающиеся есть новую пищу, должны ее хотя бы попробовать. Со временем они привыкают к ней и принимают ее – так, во всяком случае, гласит теория.
После окончания школы в Мерано для продолжения учебы я поехал в Вену. В большом городе я открыл для себя новые запахи. Первым и главным стал запах выхлопных газов. Типичным зимним венским запахом стал для меня запах угольного дыма – венцы в большинстве своем отапливали жилища углем. Но познакомился я и с приятными запахами. Я жил неподалеку от Нашмаркта, и каждую субботу мы ходили туда, чтобы закупить на неделю дешевых продуктов. Там мы открыли для себя донер-кебаб, там мы вдыхали ароматы восточных специй, фруктов и овощей со всего белого света. Там я купил свое первое манго, первую фетаксу. Мы начали экспериментировать с карри и чили. Мы ели замороженную пиццу, сдабривая ее моцареллой, помидорами и свежим базиликом.
В какой-то момент мы открыли для себя и вино. Сначала мы просто пили его, чтобы расслабиться, но были очень горды, когда, заметив, как тщательно закупоривают бутылки, поняли, что вина различаются по сортам винограда, из которых они сделаны, и научились отличать их друг от друга. Мы устраивали винные вечера, на которые каждый приносил, к примеру, свой сорт мерло, а затем мы сравнивали их между собой. На следующий вечер мы повторяли то же с каберне-совиньоном. При этом мы поняли, как трудно описать словами свойства вина. Иногда мы сходились на том, что какое-то вино отдает ароматом дубовой бочки, в которой его хранили, или соглашались в том, что каберне-франк имеет вкус красного перца. Намного чаще мы спорили о том, отдает ли вкус вина ванилью или табаком, земляникой или вишней. Для описания свойств и вкуса вина мы прибегали к ассоциациям, а когда это не помогало, мы сходились на том, что вино было «мужским». Также только позднее я узнал, почему так трудно описать аромат и букет вина и почему сомелье и парфюмеры много лет учатся – теоретически и практически – искусству словесного описания запахов.
Разумеется, в Вене я занимался не только тем, что знакомился с новыми запахами и учился пить вино; я, кроме того, изучал медицину. К концу курса обучения я проводил много времени с одним приятелем, с которым вместе проходил практику в Мерано. Этот коллега решил защитить докторскую диссертацию[1] и много рассказывал мне о своих экспериментах и занятиях. Я был буквально очарован наукой, и во мне постепенно созрело желание тоже написать диссертацию, но у меня не было ни темы, ни научного руководителя. Помог счастливый случай. Университетская оториноларингологическая клиника была единственной, имевшей свою домашнюю страницу с информацией для студентов, и то только потому, что нашелся секретарь, умевший программировать. Однажды, занимаясь поиском вакансий, я зашел на эту домашнюю страницу и обнаружил, что предлагаются темы для докторских диссертаций. Мало того, кафедра искала студентов, желавших заняться темой «Обоняние и вкус». Это сообщение поразило меня как током.
Спустя некоторое время я связался с моим будущим руководителем и на двух встречах с ним получил свою тему: «Обоняние и вкус при хронической почечной недостаточности». Для начала надо было разобраться, какие неврологические нарушения сопутствуют почечной недостаточности. Но я одновременно должен был понять, как работает восприятие запахов. Я начал искать ответы в учебниках, но скоро заметил, что на эту тему известно не так много, что обонянию уделяется не больше половины страницы в большинстве руководств. Я начал читать специальные журналы и увидел, что только недавно было открыто, как вообще функционируют обонятельные рецепторы. За исследования в этой области американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель получили в 2004 году Нобелевскую премию по медицине и физиологии. К тому времени только недавно стало известно, как перерабатываются в головном мозге обонятельные стимулы. Это открытие было сделано в Монреале, в тамошнем Неврологическом институте.
Я был сильно озадачен, ибо предполагал, что обоняние – подобно слуху и зрению – исследовано глубоко и всесторонне. Я начал просматривать старые статьи, читать работы 1920–1950-х годов и был еще больше очарован этим «неизвестным чувством». Как долго пытались, по аналогии с основными цветами – красным, желтым и синим, – найти основные запахи, из смешения которых возникают все остальные. Сколько могло существовать основных запахов и сколько их, следовательно, можно различить. Сегодня мы знаем, что обоняние функционирует не так, как слух и зрение, что обонятельных рецепторов у нас в сотни раз больше, чем зрительных, что мы способны различать более миллиарда различных запахов, а значит, столько их и существует в природе. Но тогда это было недавним открытием, а многого мы просто еще не знали.
Параллельно я начал проходить практику в лор-клинике. Мы исследовали пациентов, утративших обоняние. Я никогда не придавал обонянию большого значения и был страшно удивлен, узнав, что это происходит относительно часто. Я познакомился с методами оценки обоняния, которые в сравнении с методами оценки состояния зрения показались мне сырыми и неточными. Мы исследовали, насколько хорошо пациенты могут улавливать запахи, насколько хорошо могут их различать. Я узнал, что более точные методы, такие как ЭЭГ и магнитно-резонансная томография, использовались только в специализированных научно-исследовательских лабораториях, но пока не применялись в рутинных обследованиях пациентов.
После окончания докторантуры я получил возможность работать в специализированной исследовательской лаборатории в Дрездене, где мы пытались помочь пациентам с нарушениями обоняния, для чего сначала надо было понять, как вообще функционирует обоняние. Так мне пришлось осваивать специализированные методы исследования. Мы регистрировали электрическую активность мозга в то время, как больные и здоровые испытуемые нюхали определенные запахи, а затем анализировали, какие отделы головного мозга становятся особенно активными при восприятии различных запахов. Я с восхищением узнавал, как мозг реагирует на запахи, как он их перерабатывает, как может контекст изменять восприимчивость к запахам. В Дрездене я принял решение посвятить себя не врачеванию, а фундаментальным исследованиям.
Через несколько лет мне представилась возможность присоединиться к команде ученых Монреальского неврологического института. Это легендарное учреждение. Прижатое к горе Мон-Руаяль, которая уроженцу Южного Тироля кажется невысоким холмом, здание господствует над городом. Институт был основан в 1930-х годах Уайлдером Пенфилдом, создателем современной нейрохирургии, как место, где должны были взаимодействовать с пользой друг для друга фундаментальные научные исследования и клиническая практика. Здесь были разработаны методы хирургического лечения эпилепсии, здесь были заложены основы нашего понимания механизмов памяти, здесь были разработаны многие методы визуализации. Ради изучения этих методов я решился пересечь Атлантику. Мне хотелось понять, что происходит в головном мозге, когда мы нюхаем, а также узнать, как мозговые структуры влияют на наши обонятельные способности.
Проработав несколько лет в Монреале, я получил предложение поработать несколько месяцев в Центре химических чувств Монелла в качестве приглашенного исследователя. Этот центр, расположенный в Филадельфии, штат Пенсильвания, является ведущим учреждением, где выполняются исследования обоняния и вкуса. Более двадцати групп пытаются разобраться в чувствах обоняния и вкуса, понять, как работают рецепторы, как происходит передача импульсов, что случается при утрате вкуса и обоняния. Работы не ограничиваются изучением этих процессов у людей, исследования выполняют также на дрозофилах, комарах, крысах, мышах и на животных многих других видов. Я выполнял в том центре особую миссию. Всегда легче понять, как обрабатывается восприятие единственного запаха, но в норме мы воспринимаем не какое-то отдельное летучее вещество, но смесь пахучих веществ. Мы заинтересовались тем, как взаимодействуют запахи, и сравнили раздражения, возникающие при восприятии отдельных и смешанных запахов. Мы начали лучше понимать сложное взаимовлияние запахов и увидели, что некоторые запахи подавляют восприятие других, а некоторые, наоборот, усиливают друг друга.
Химические чувства
Обоняние – химическое чувство, и его орган работает не так, как органы зрения, осязания или слуха. У слепых, в особенности у тех, кто потерял зрение с рождения или вскоре после него, как правило, развивается обостренное восприятие звуков и тактильных стимулов, что позволяет извлекать больше информации из этих чувств. Такая же компенсация наблюдается и при потере слуха. Химические чувства, однако, этому образцу не следуют. У слепых и глухих не наблюдают обострения обоняния, как можно было бы ожидать, скорее, наоборот, это чувство становится слабее, что в числе других показали и наши исследования. Соответственно, есть выдающиеся слепые музыканты – наиболее известные примеры – Рэй Чарльз, Стиви Уандер и Андреа Бочелли, – но среди слепых нет выдающихся парфюмеров или сомелье. Особенность химических чувств заключается в том, что у пациентов, утративших обоняние, наблюдают также и ослабление способности к восприятию вкуса. Чувство вкуса не компенсирует ослабление или исчезновение обоняния, скорее ослабление одного из этих чувств ослабляет другое.
Вернувшись в Монреаль, я для прохождения постдокторантуры присоединился к группе исследователей Монреальского университета. Эта группа специализировалась на интермодальной сенсорной пластичности, а проще говоря, на том, как изменяется работа мозга при выпадении какого-либо органа чувств, у слепых, глухих, а также у пациентов, страдающих аносмией. Если до этого группа занималась только выпадением зрения, слуха и тактильной чувствительности, то мой опыт мог пригодиться для изучения химического чувства.
В 2013–2014 годах я наконец сделал решающий шаг, стал самостоятельным исследователем и создал свою научную группу. Сначала мы работали в научном центре при больнице Сакре-Кёр в Монреале, а затем, после того как мне предложили должность профессора анатомии в Университете Квебека, – в маленьком городе Труа-Ривьер в предместье Монреаля. Наша группа занимается двумя научными направлениями, касающимися главного вопроса: «Каким образом обоняние зависит от работы мозга?» Во-первых, мы изучаем определенные заболевания мозга, которые влияют на обоняние. К этим заболеваниям относятся такие дегенеративные заболевания, как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера, а также черепно-мозговые травмы, например сотрясения мозга. Во-вторых, мы стараемся понять, как взаимодействуют мозг и обоняние у здоровых людей. В каких частях мозга происходит обработка обонятельных стимулов, какие факторы влияют на восприятие запахов, как одновременные сопутствующие раздражения, например вкусовые, изменяют информацию о запахе? Мы также хотим узнать, насколько возможна тренировка обоняния и может ли такая тренировка изменять работу головного мозга. Если это так, то мы хотим исследовать вопрос о том, не может ли тренировка обоняния включить какие-то резервы мозга и в известной мере защитить от быстрого развития нейродегенеративных заболеваний.
К профессиональной деятельности ученого относится не только выдвижение новых гипотез, проведение экспериментов, соотнесение полученных данных с данными литературы и тем самым создание нового знания, но и распространение этого знания. Для этого существует множество каналов. Ученые публикуют статьи в специализированных научных журналах и представляют свои данные и результаты на конгрессах – обычно в форме диаграмм или докладов. Но по этим каналам знания распространяются только в научном сообществе, среди других ученых и специалистов. Я убежден в том, что именно сегодня, при критическом настрое общества в отношении результатов научных исследований, настоятельной становится необходимость того, чтобы ученые покинули свои башни из слоновой кости и поделились со всеми своими данными, результатами и знаниями. Я не работаю над такими великими проблемами человечества, как изменение климата, инфекционные заболевания или новые сельскохозяйственные технологии. Разумеется, однако, что вопросы, касающиеся обоняния, могут пробудить интерес к науке, ибо с каждым вдохом мы воспринимаем запахи, которые несут нам радость или страдание. Я поставил перед собой задачу: всегда, когда это возможно, делиться своими знаниями с общественностью, будь то в форме лекций, интервью корреспондентам телевидения, радио или газет или в форме книг, таких как эта. В следующих главах я поведу вас в путешествие в мир запахов и обоняния и надеюсь, что вы разделите со мной очарование этим древним чувством. Не пропускайте упражнения, которые я предлагаю в конце каждой главы. Гарантирую, что, ознакомившись с ними, вы не раз скажете: «Ага, в этом что-то есть!»
Домашнее задание
Мысленно совершите путешествие в свое детство: какие запахи запечатлелись в вашей памяти, какие воспоминания они пробуждают, о каких историях напоминают? Каких запахов вашего детства уже нет, но воспоминания о них пережили время?
Глава 2
Как функционирует обоняние? Фабрика чудес «Нос и компания»
Из этой главы вы узнаете:
•
•
•
Обоняние относят к пяти классическим чувствам. Наряду со зрением и слухом, вкусом и осязанием оно позволяет нам воспринимать окружающий мир и адекватно на него реагировать. Зрение, слух и осязание являются физическими чувствами, которые проявляются ощущениями, возникающими в результате физического воздействия соответствующих раздражителей на органы чувств. Бросим для начала взгляд на функциональную сторону этого дела: при восприятии зрительных стимулов фотоны солнечного света или света искусственных источников отражаются от поверхностей различных предметов. От светлых поверхностей отражается больше фотонов, от темных – меньше. Фотоны, проникающие в глаз через роговицу, проходят через хрусталик, где фокусируются, а затем проходят через стекловидное тело. В сетчатке, выстилающей заднюю стенку глаза, пучок фотонов проходит еще через несколько клеточных слоев, прежде чем встречается с рецепторными клетками. Эти клетки представлены двумя типами: палочками, обладающими высокой чувствительностью и обеспечивающими черно-белое зрение, например ночью, в условиях низкой освещенности, и колбочками, которые отвечают за цветовое зрение и для нормальной функции которых требуется весьма много света. Эти рецепторные клетки «переводят» физическое раздражение на язык нервной системы, то есть на язык электрических импульсов. Эти электрические стимулы передаются по нервным волокнам в головной мозг, где подвергаются дальнейшей обработке.
Слух, в свою очередь, основан на восприятии звуковых волн, порождаемых колеблющимися структурами. Этими структурами могут быть мембраны динамика, голосовые связки взволнованного коллеги или двигатель автомобиля. Звуковые волны проводятся в какой-либо среде, как правило, в воздухе, частицы которого начинают колебаться с частотой исходных звуковых волн. Когда волны достигают нашей барабанной перепонки, она начинает колебаться, приводя в движение слуховые косточки – молоточек, наковальню и стремечко. Движения стремечка вызывают колебания в жидкости, заполняющей внутреннее ухо, синхронные с колебаниями источника звука. Во внутреннем ухе, в улитке, возникает бегущая волна, проходящая по завиткам спиральной улитки. В определенном месте, соответствующем частоте звука, амплитуда колебания жидкости становится максимальной. Энергия колебания возбуждает волосковые клетки, рецепторные клетки слуховой системы. Таким образом механическое давление волны превращается в электрический стимул, то есть волосковые клетки играют ту же роль, что палочки и колбочки сетчатки глаза. Электрические стимулы по слуховому нерву направляются в головной мозг, где подвергаются дальнейшей обработке. Для системы осязания тоже существуют специфические рецепторные клетки, переводящие энергию механического давления в энергию электрических нервных стимулов.
Задачей рецепторных клеток различных органов чувств является перевод с языка раздражителей внешнего мира в электрические стимулы, то есть перевод на «язык мозга»; процесс такого перевода называют трансдукцией. Для того чтобы понять, как работает орган чувства, надо разобраться в работе рецепторных клеток и рецепторов: как осуществляют такой перевод палочки и колбочки сетчатки глаза и волосковые клетки слуховой улитки? Детали трансдукции сложны и в разных органах чувств отличаются друг от друга, но в основе лежит одно и то же – рецепторные клетки располагают рецепторами, особыми белками, отвечающими на раздражение, в ходе которого они меняют свою конфигурацию (свою трехмерную форму). Следствием такого изменения является сдвиг электролитного равновесия в рецепторной клетке. В результате либо в самой рецепторной клетке, либо в других клетках возникает так называемый потенциал действия – преходящее изменение нормального электрического напряжения между цитоплазмой (внутренней средой клетки) и внеклеточным пространством. Этот потенциал действия от места своего возникновения охватывает всю клетку и передается на отростки нервных клеток, которые связывают органы чувств с головным мозгом. Так образуется электрическое раздражение, передающееся от органа чувств в мозг.
Особенность физических ощущений – зрения, слуха и осязания – заключается в том, что рецепторные клетки не вступают в непосредственный контакт с источником раздражения. Напротив, источник может быть удален от организма на значительное расстояние. Раздающийся после разряда молнии гром мы слышим за много километров, и для этого не нужно, чтобы молния ударила нам во внутреннее ухо. Фотоны, воспринимаемые нами в течение всего светового дня, преодолевают 150 миллионов километров, прежде чем отразятся от какого-нибудь дерева, проникнут в наши глаза и активизируют рецепторные клетки сетчатки.
При восприятии химических стимулов вкуса и обоняния дело обстоит несколько по-иному. В данном случае некоторые вещества, химические соединения, вступают в непосредственный контакт с рецепторными клетками. Для того чтобы мы ощутили сладкий вкус сахара, его молекулы должны раствориться в слюне и подействовать на вкусовые рецепторы, расположенные во вкусовых сосочках языка. В этих сосочках на поверхности рецепторных клеток находятся рецепторы, реагирующие на молекулы сахара. Эта реакция вызывает изменение конфигурации рецепторов и порождает потенциал действия. Таким образом, вещества, вызывающие ощущение вкуса, должны быть водорастворимыми. Для того же, чтобы мы ощутили аромат, пахучие вещества должны проникнуть в нос.
На этом месте мне придется остановиться, чтобы разъяснить разницу между ароматом, запахом и пахучим веществом. Под словом «аромат» мы разумеем какой-то приятный запах, но не всякий запах является ароматом. Оба выражения описывают наши ощущения. Пахучее вещество, напротив, является химическим веществом, вызывающим ощущение аромата или запаха. Пахучее вещество является субстанцией, вступающей в контакт с обонятельными рецепторами, а аромат или запах – это то, что мы затем воспринимаем и ощущаем.
Пахучие вещества достигают рецепторов не через слюну, а через воздух. Следовательно, они должны быть летучими, то есть должны обладать способностью переходить в парообразное состояние. Оказавшись в носу, они могут вступать в контакт со своими рецепторами в обонятельных клетках. Воздействие раздражителя опять-таки приводит к изменению конфигурации рецепторного белка и порождению потенциала действия, передающего электрическое возбуждение в головной мозг.
Вся носовая полость выстлана слизистой оболочкой, причем большая часть ее представлена так называемым мерцательным эпителием. Он получил такое название, потому что на поверхности его клеток присутствуют маленькие, постоянно колеблющиеся («мерцающие») реснички, участвующие в очищении дыхательных путей. В мерцательном эпителии, однако, обонятельные рецепторы отсутствуют. Они находятся на весьма небольшом участке поверхности стенки полости носа – в верхней части носовой полости. В так называемой крыше носа, расположенной позади его корня, обнаруживается слизистая оболочка другого типа, обонятельная слизистая оболочка. Она отличается от мерцательного эпителия, так как в этом участке находятся также нервные клетки, а именно обонятельные рецепторные клетки. Эти клетки на стороне, обращенной в полость носа, несут реснички – действительно напоминающие по форме ресницы выросты. На этих ресничках находятся обонятельные рецепторы, белки, распознающие пахучие вещества.
В процессе восприятия запаха посредством химического чувства, как уже было сказано, надо, чтобы хоть небольшая часть источника раздражения вступила в непосредственный контакт с рецепторами, а следовательно, и с нервной системой. Например, когда мы пьем кофе, часть пахучего вещества из напитка возгоняется в воздух и с током вдыхаемого воздуха поступает в носовую полость, где связывается с рецепторными белками рецепторных клеток. Не важно, что мы ощущаем – запах человеческого тела, коровьего навоза, пиццы или розы: каждый раз пахучее вещество и, соответственно, часть источника запаха, пусть даже крошечная, поступает в организм. При восприятии физических раздражителей, как я уже говорил, не происходит непосредственного контакта источника раздражения и рецепторных клеток.
Обонятельные рецепторные клетки, как и все рецепторные клетки, являются нервными клетками, а значит, являются частью нервной системы. В случае физических чувств рецепторные клетки находятся в глубине тканей организма. Они могут повреждаться, если сила раздражения превосходит пороговый уровень – например, если мы смотрим на солнце или слышим невыносимый грохот. Но в принципе зрительные и слуховые рецепторные клетки хорошо защищены от воздействий окружающей среды. С обонянием как химическим чувством дело обстоит по-другому: рецепторные клетки должны находиться в непосредственном контакте с окружающим миром, так как иначе они не смогут нормально функционировать. Таким образом, помимо пахучих веществ на них действуют всевозможные токсические раздражители, которые потенциально могут их повредить и даже убить. По этой причине эволюция снабдила наши обонятельные рецепторные клетки особым свойством – способностью к регенерации. В обонятельном эпителии располагаются не только обонятельные рецепторные клетки, но и стволовые клетки, которые могут созревать и становиться рецепторными. Эта особенность присуща нервной системе взрослого человека, хотя в норме отмирающие нервные клетки не восстанавливаются, что, например, мы наблюдаем при поперечном миелите. Напротив, обонятельные рецепторные клетки образуются постоянно. По существующим оценкам, обонятельные клетки обновляются за период от шести недель до шести месяцев.
Исследование стволовых клеток является пока оживленно обсуждаемой темой, потому что получать их можно только из эмбрионов. Но стволовых клеток обонятельной слизистой оболочки эти этические дискуссии не касаются. Поэтому существует множество исследовательских групп, которые пытаются выделять стволовые клетки из обонятельной слизистой оболочки и пересаживать их в другие ткани, например в спинной мозг, в надежде, что там они будут дифференцироваться в нервные клетки спинного мозга. Этот подход пока только зарождается, но подает надежду, что когда-нибудь нам удастся излечить поперечный миелит.
Пахучие вещества, которые мы можем воспринимать обонянием, исчисляются сотнями тысяч. Но каким образом могут обонятельные рецепторные клетки регистрировать такое множество химических соединений? Чтобы попытаться дать ответ на этот вопрос, нам стоит присмотреться к органам чувств, принципы работы которых нам известны лучше и точнее: глубже всего исследовано в этом отношении зрение. Мы знаем, что палочки отвечают за черно-белое зрение, а колбочки – за цветовое. На самом деле в нашей сетчатке присутствуют колбочки трех различных типов, которые реагируют на световые волны различной длины. Клетки одного типа реагируют на длинноволновое излучение в красном спектре, клетки другого типа – на более короткие волны зеленого цвета, а клетки третьего типа – на еще более короткие волны синего цвета. Когда мы наблюдаем цветную поверхность, происходит стимуляция колбочек соответствующего типа. Если поверхность окрашена в зеленый цвет, то происходит стимуляция преимущественно колбочек, воспринимающих световые волны в зеленом спектре, а клетки двух других типов реагируют в меньшей степени; если поверхность окрашена в синий цвет, то прежде всего возбуждаются колбочки, реагирующие на синие световые волны. Если мы видим предмет бирюзового цвета, то возбуждаются колбочки синего и зеленого типов в равной степени. Когда же мы наблюдаем радугу, то происходит стимуляция колбочек всех трех типов. Специалисты подсчитали, что мы, люди, способны различать до десяти миллионов цветовых оттенков. Некоторые из нас страдают цветовой слепотой; в этом случае отсутствуют колбочки для зеленого цвета, а колбочки двух других типов сохранены. Дальтоники могут различать «всего» 40 000 цветовых оттенков. Таким образом, мы видим, что рецепторы одного дополнительного типа обеспечивают отчетливое увеличение числа различаемых стимулов.
Только недавно мы узнали, как функционируют обонятельные рецепторные клетки. Подобно рецепторным клеткам сетчатки, среди обонятельных рецепторных клеток существуют клетки, реагирующие на различные раздражители. В случае зрения известно свойство, по которому различают разные раздражители: колбочки трех типов соответствуют световым волнам разной длины. Этого оказывается вполне достаточно, ибо цвет определяется именно длиной световой волны. В случае химических соединений такой принцип не работает, так как отличия их друг от друга более разнообразны. Химические соединения могут содержать различные функциональные группы, быть спиртами, альдегидами, кислотами, содержать углеродные цепи различной длины, серные группы и бензольные кольца и многое, многое другое. И все эти вещества имеют разные запахи. Химические соединения, содержащие серу, пахнут тухлыми яйцами, соединения, содержащие бензольное кольцо, обладают ароматным запахом, альдегиды имеют сладковато-фруктовый запах, спирты, понятно, – спиртовой запах, запах алкоголя и так далее. Вещества невозможно упорядочить по запаху на какой-то оси, как это можно сделать с цветами, ориентируясь на длину их волн. Запахи намного сложнее, и для их описания требуется много разных дескрипторов. Вместо одного измерения, такого как длина волны, нам требуется некоторое множество измерений. Для того чтобы добиться адекватного восприятия запахов, недостаточно трех или четырех различных рецепторов, их необходимы десятки, а еще лучше – сотни.
Именно так функционирует рецепторная система обоняния. У нас, людей, существует от 350 до 400 различных типов обонятельных рецепторов, и на каждой рецепторной клетке присутствует рецептор только одного типа. Эти рецепторы реагируют не на какое-то одно пахучее вещество, но на функциональные группы, из которых состоят пахучие вещества. Летучие соединения, содержащие в молекуле спиртовую группу, стимулируют, следовательно, те обонятельные рецепторные клетки, которые реагируют на спиртовую группу. Таким образом, все эти соединения имеют один спиртовой признак, спиртовую ноту. Следовательно, какое-то одно пахучее вещество может стимулировать обонятельные рецепторные клетки разных типов, а единичная рецепторная клетка может реагировать на различные химические соединения. Число возможных комбинаций поистине умопомрачительно, особенно если подумать о том, что большинство пахучих веществ состоят не из какого-то одного химического соединения, но представляют собой смеси многих разных молекул. Например, кофейный аромат образуется в результате взаимодействия сотен различных пахучих веществ.
Обонятельные рецепторы, расположенные в других участках тела
Интересно, что обонятельные рецепторы обнаруживаются не только на обонятельных рецепторных клетках в обонятельной слизистой оболочке. Почти во всех тканях нашего организма, в печени, почках, кишечнике и так далее на клетках располагаются обонятельные рецепторы. Здесь эти рецепторы не имеют никакого взаимодействия с запахами, насколько это сейчас известно, но функция этих рецепторов пока не выяснена. Обонятельные рецепторы обнаруживаются даже на сперматозоидах, некоторые из них реагируют на запах жасмина. Представляется, что эти рецепторы помогают сперматозоиду обнаружить яйцеклетку. Очевидно, яйце клетки выделяют какое-то вещество, которое воздействует на обонятельные рецепторы поверхности сперматозоидов. Это вещество пока не идентифицировано, но, возможно, его обнаружение позволит разработать новые, негормональные контрацептивные средства.
В наших генах заложено строение всех синтезируемых в организме белков, а значит, запрограммировано и строение всех 400 обонятельных рецепторов. Всего эти программы занимают приблизительно 2 % всей нашей генетической информации. Эволюция, как правило, не сохраняет признаки, не важные для способности к выживанию. То, что целых два процента генетической информации зарезервированы для обоняния, означает, что оно очень важно для нашего выживания.
От обонятельных рецепторных клеток, расположенных в обонятельном эпителии, пучки нервных волокон направляются в головной мозг. Совокупность этих пучков образует I пару черепных нервов – обонятельный нерв. Всего у нас двенадцать пар черепных нервов, и каждый из них выполняет свою особую функцию. Студенты-медики всего мира, изучая анатомию, стараются наизусть затвердить названия и функции черепных нервов, и первой в этом списке значится пара
Пучки волокон обонятельного нерва не отличаются большой длиной, они оканчиваются непосредственно над решетчатой пластинкой в структуре, напоминающей вытянутую в длину чечевицу, в обонятельной луковице. Когда анатомы говорят об обонятельной луковице, они имеют в виду не нос, а именно
Поскольку волокна обонятельного нерва не смещаются вместе с головным мозгом, так как они коротки и прочно фиксированы на решетчатой кости, постольку при резких смещениях головного мозга при его сотрясении может произойти их надрыв или разрыв. Результатом может стать полная или частичная утрата обоняния. Мы провели исследование, в ходе которого изучали состояние пациентов в первые дни после перенесенного сотрясения головного мозга, и выяснили, что в двух третях случаев имело место нарушение обоняния. Самое удивительное заключалось в том, что сами больные не замечали этого поражения; их, естественно, в первую очередь беспокоили другие симптомы сотрясения – головная боль и повышенная чувствительность к внешним раздражениям. Больные, однако, часто жаловались на безвкусную больничную пищу. В главе 6 мы увидим, каким образом связано с обонянием восприятие ароматов пищи. Я со своей стороны уверен, что жалобы пациентов были обусловлены не низкой квалификацией больничных поваров, а нарушением обоняния у самих пациентов.
К счастью, в обонятельном эпителии есть стволовые клетки. Обонятельные нервные клетки вновь возникают в течение нескольких недель после перенесенного сотрясения мозга и отращивают аксоны, восстанавливая связь обонятельного эпителия с обонятельной луковицей. Именно поэтому число пациентов с нарушениями обоняния после сотрясения мозга со временем, прошедшим после травмы, уменьшается, хотя в некоторых случаях нарушения остаются стойкими. Такое случается при кровотечениях или при рубцевании ткани мозга в области решетчатой пластинки, когда заново отрастающие волокна физически не могут достигнуть обонятельной луковицы; в этих случаях поражение становится стойким.
В обонятельных луковицах происходит предварительная обработка обонятельной информации, а затем раздражение передается в центры обонятельного пути, то есть в те области головного мозга, которые отвечают за обработку обонятельной информации, а значит, и за восприятие запахов. Эти центры носят, я бы сказал, поэтические названия: «грушевидная кора», «миндалина» и «гиппокамп» («морской конек»). Здесь обонятельная информация достигает коры головного мозга, и здесь она нами осознается. Особенностью этих центров является то, что они отвечают не только за восприятие запахов и обработку обонятельной информации. В этом заключается особенность обонятельного пути. Для сравнения: центр, расположенный в затылочной доле, обрабатывающий зрительную информацию, так называемая зрительная кора, предназначена только для этой функции. Слуховая кора в височной доле обрабатывает исключительно слуховую информацию. Соматосенсорная кора в теменных долях обрабатывает тактильную, осязательную информацию. Напротив, обонятельные центры являются частью лимбической системы и поэтому решают более обширные и очень важные задачи.
Лимбическая система
С точки зрения филогенетики лимбическая система является древней частью головного мозга и залегает в глубине его ткани рядом с таким же древним стволом мозга. Лимбическая система отвечает за эмоции, которыми она управляет лишь под частичным контролем со стороны других участков мозга. Благодаря лимбической системе мы усваиваем новую информацию и запоминаем ее. Следовательно, к функциям лимбической системы относятся также запоминание и обучение. Центры вознаграждения головного мозга тоже относятся к лимбической системе, то есть это центры, обеспечивающие наше желание заниматься определенными, вознаграждающими видами деятельности: есть, когда мы испытываем голод, пить, когда мы испытываем жажду, заниматься сексом, учиться, получать хорошие оценки и делать многое другое. Многие наркотики стимулируют центры вознаграждения мозга, что становится причиной психологической зависимости, которая поддается лечению с большим трудом.
Обонятельная информация поступает непосредственно в лимбическую систему и активизирует центры головного мозга, отвечающие за память и припоминание, за эмоции и вознаграждения. Именно по этой причине каждый из нас, за исключением тех, кто не воспринимает запахи, может вспомнить случаи, когда запах вызывал сильные и эмоционально окрашенные воспоминания. Вот еще один наглядный пример из моего детства.
Когда мне было восемь лет, в моем родном городе завелся пироман. Однажды ночью я проснулся от воя сирены пожарной машины. Мерцал синий свет, отражавшийся от стен моей комнаты, а в воздухе висел противный запах паленой резины. Этот маньяк поджег автомобиль в нашем дворе. С балкона я смотрел, как храбрые пожарные добровольной команды из Лагундо тушили огонь. Запах, проблески синего маячка, пожарные, вой сирен – все это произвело на меня неизгладимое впечатление. До сего времени, когда я ощущаю запах жженой резины, я непроизвольно вспоминаю ту ночь, и меня даже охватывает страх, тот же самый, который я испытал тогда. Это воспоминание возникает именно от запаха горелой резины, а не от синих мигалок или воя сирен. Это обусловлено тем, что обонятельная информация поступает непосредственно в мозговые центры, отвечающие за память и эмоции, а затем активизирует эти воспоминания. Это лишь один пример из многих, и каждому из нас известен этот «эффект Пруста». Пробуждаемые запахами воспоминания могут причинять и неприятности, о чем мы знаем по рассказам жертв катастроф или войн. Например, солдаты американской армии, пережившие бомбежку и страдающие посттравматическим стрессовым расстройством, не могут готовить и есть барбекю, потому что запах горелой плоти возвращает их в тот страшный день, когда они, возможно, потеряли своих товарищей, и они снова переживают травмирующие события, испытывая те же чувства. Но с запахами могут быть связаны не только страшные и негативные чувства. Например, давно забытый аромат духов может напомнить о былой любви и перенести нас в юность, а запах старых книг способен вернуть нас в годы студенчества. Каждое такое воспоминание, как и вызвавшие его запахи, является сугубо индивидуальным.
Есть и другие признаки, которые делают обоняние особенным чувством. Один из них представляет большой интерес с точки зрения нейроанатомии: все потоки информации других модальностей, поступающие в головной мозг, подвергаются перекресту. Правое полушарие отвечает за работу левой половины тела, а левое – за работу правой. Вот несколько примеров: правое полушарие контролирует работу левой руки, и наоборот; тактильная информация от правой стопы поступает в левое полушарие. С обонянием все обстоит не так: информация не перекрещивается, она обрабатывается на той же стороне головного мозга. Информация от правой половины носа обрабатывается в правой половине лимбической системы, а от левой половины носа – в левой половине лимбической системы.
Если это свойство является всего лишь любопытной анатомической подробностью, то вторая особенность обонятельной системы имеет также и функциональное значение. Во всех остальных органах чувств вся информация сначала переключается в релейной станции, в таламусе. Таламус – это крупная структура промежуточного мозга, а значит, она находится в глубине головного мозга. Перед тем как информация от органов чувств поступает в кору большого мозга, она проходит таламус, как своего рода фильтр. Таламус решает, какую информацию пропустить в кору и тем самым сделать ее осознанной. Таким образом, таламус можно считать «воротами сознания». Таламус выделяет только определенную, важную для организма информацию и пропускает ее в кору большого мозга, потому что в противном случае в сознание начнет поступать слишком много информации, которая перегрузит нас.
«Break on through to the other side»[2]
«Расширение сознания», с которым связывают употребление многих наркотиков, зависит именно от таламуса. Как было недавно выяснено, такие психоделические субстанции, как ЛСД, мескалин или псилоцибин, повреждают функцию привратника, которую выполняет таламус, и поэтому действие наркотических веществ можно объяснить их влиянием на таламус. Попытка описать этот процесс в художественной форме представлена в эссе Олдоса Хаксли «Двери восприятия», опубликованном в 1954 году. Примерно тот же смысл вкладывается и в название музыкальной группы The Doors.
Обоняние работает совершенно по-другому. Хотя связи с таламусом существуют, большая часть обонятельной информации, как уже было сказано, поступает непосредственно в кору лимбической системы. Таким образом, обонятельная информация не контролируется таламусом и в «нефильтрованном» виде проникает в сознание. Возможно, этим объясняется, почему пробуждаемые запахами ассоциации и чувства так сильны.
Последний пункт, находящийся в связи с отсутствием переключения потока обонятельной информации в таламусе, также отличает обоняние от других чувств: восприятие почти всех чувственных раздражителей может разбудить нас. Если мы будем кричать в ухо спящему человеку, то он проснется. То же самое произойдет, если энергично его потрясти или направить ему в лицо свет яркого фонаря. Можно капнуть на язык спящему концентрированный раствор поваренной соли, и он тоже проснется. Запахи, напротив, могут и не вызвать реакцию пробуждения. Это, в принципе, не создает особых проблем, но с одним исключением: во сне мы можем не почувствовать запах дыма и проснемся только тогда, когда дым станет настолько густым, что начнет раздражать нос и дыхательные пути, но в определенных обстоятельствах такое пробуждение может оказаться запоздалым. В бодрствующем состоянии наш нос весьма чувствителен к запахам, и запах дыма мы улавливаем раньше, чем на него среагирует датчик задымления. Однако, когда мы спим, восприятие запахов притупляется, и тогда нам необходим электронный детектор. Когда начинает звучать тревожный сигнал, нас будит звук, и мы можем успеть спастись. Если же у нас нет исправного датчика дыма, то мы подвергаемся опасности задохнуться от газа или не найти пути к спасению. Поэтому разумно постоянно контролировать исправность датчиков дыма. Важно также знать, как функционирует наше обоняние.
Домашнее задание
Охватывают ли вас при восприятии определенных запахов очень позитивные или очень негативные чувства? Нет ли причин этому в вашем прошлом? Подумайте, какие истории связаны с этими ощущениями. Поговорите с другими людьми. Какие запахи вызывают у вас «эффект Пруста»?
Глава 3
Запах носится в воздухе: приятные и неприятные запахи
Из этой главы вы узнаете:
Поделиться книгой: