Сила обоняния. Как умение распознавать запахи формирует память, предсказывает болезни и влияет на нашу жизнь - Иоганнес Фраснелли

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:

• что при восприятии запаха в нос проникает весьма малое число его носителей,

• что обонятельных рецепторов у нас в сотни раз больше, чем рецепторов зрительных,

• что обонятельные раздражения обрабатываются в эмоциональных центрах головного мозга.

Физические и химические чувства

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