Обоняние и вкус. Психология и физиология восприятия информации. Особенности восприятия человека. Обоняние. Психология восприятия запаха
|
Мы вдыхаем аромат сзежескошенного сена, и память в ярких деталях рисует события деревенского детства.
Эпизоды прошлого, приятные или неприятные воспоминания может вызвать запах духов или лекарства.
Для многих обоняние - чувство, рождающее больше всего воспоминаний. Чтобы "включить" некоторые из самых ярких наших воспоминаний, достаточно, чтобы всего несколько душистых молекул попало на участок слизистой оболочки размером не более почтовой марки. Это уже давно доказано экспериментально. Английский психолог Майкл Керк-Смит предложил нескольким испытуемым явно непосильную для них задачу. Во время работы на их обоняние воздействовали незнакомым для них запахом. Когда позднее им давали понюхать то же вещество, запах пробуждал в них отрицательные эмоции, связанные с испытанной неудачей. У людей безотчетно портилось настроение, опускались руки. |
| Обоняние и вкус называют химическими чувствами, потому что их рецепторы реагируют на молекулярные сигналы. Когда молекулы, растворенные в жидкости, на-! пример, в слюне, возбуждают рецепторы вкусовых почек языка, мы ощущаем вкус. Когда молекулы, витающие в воздухе, попадают на обонятельные рецепторы в носу, мы чувствуем запах. Хотя у человека И большинства животных вкус и обоняние, развившись из общего химического чувства, стали независимыми, они остаются связанными между собой. В случае некоторых веществ, например, хлороформа, нам кажется, что мы ощущаем их запах, но на самом деле это вкус. С другой стороны, то, что мы называем вкусом вещества, нередко в действительности оказывается его запахом. Если вам закрыть глаза и заткнуть нос, вы, возможно, не сможете отличить по вкусу картошку от яблока или красное вино от кофе. Заткнув нос, вы на 80 процентов лишаетесь ароматов большинства пищевых продуктов. Именно поэтому люди с насморком плохо ощущают вкус пищи. |  |
Хотя наш обонятельный аппарат удивительно чувствителен, человек и другие приматы чувствуют запахи гораздо хуже большинства других видов животных. Некоторые ученые предполагают, что наши далекие предки потеряли остроту обоняния, когда поднялись с земли на деревья. Поскольку острота зрения там была важнее, баланс между различными видами чувств сместился. В ходе этого процесса изменилась форма носа и уменьшился размер органа обоняния. Оно стало менее тонким и не восстановилось, даже когда предки человека снова спустились с деревьев.
Тем не менее у многих видов животных обоняние по-прежнему остается одним из основных средств коммуникации, Вероятно, и для человека запахи более важны, чем предполагалось до сих пор.
Мы, люди, обычно различаем друг друга, полагаясь на зрительное восприятие, по чертам лица. Но иногда и обоняние играет здесь роль. М. Рассел, психолог из Калифорнийского университета, показал, что младенцы в раннем возрасте могут узнавать мать по запаху. Шесть из десяти младенцев шести недель от роду улыбались, чувствуя запах матери, и никак не реагировали либо начинали плакать, когда чувствовали запах другой женщины. В другом опыте доказано, что и родители могут узнавать своих детей по запаху.
Когда человек делает вдох, воздух течет через носовую полость к легким. Однако при выдохе носовые дыхательные пути частично перекрываются тремя костными выростами, называемыми носовыми раковинами. При прохождении через них воздух перемешивается и откладывает пахнущие молекулы на влажную слизистую оболочку. В результате при обычном дыхании мы сильнее чувствуем запах на выдохе, чем на вдохе.
На слизистой оболочке молекулы захватываются волосковидными отростками - ресничками обонятельных клеток. В клетках возникают нервные импульсы, передающиеся в височную долю мозга. Мозг расшифровывает их и сообщает нам, что именно мы нюхаем.
Вещества имеют запах только в том случае, если они летучи, то есть легко переходят из твердой или жидкой фазы в газообразное состояние. Впрочем, сила запаха не определяется одной летучестью: некоторые менее летучие вещества, например, содержащиеся в перце, пахнут сильнее, чем более летучие, например, спирт. Соль и сахар почти не имеют запаха, так как их молекулы так крепко сцеплены одна с другой электростатическими силами, что почти не испаряются.
Хотя мы удивительно хорошо обнаруживаем запахи, мы поразительно плохо распознаем их при отсутствии зрительной подсказки. Например, запахи ананаса или шоколада, казалось бы, ярко выражены, и тем не менее, если человек не видит источника запаха, то, как правило, точно определить его не может. Он может сказать, что запах ему знаком, что это запах съедобного вещества, но назвать происхождение запаха большинство людей в такой ситуации не может. Таково свойство нашего механизма восприятия.
Заболевания верхних дыхательных путей, приступы аллергии могут блокировать носовые пути или притуплять остроту рецепторов обоняния. Но бывает и хроническая потеря обоняния, гак называемая аносмия. Например, в США ею страдает около 15 миллионов человек. Полная потеря или сильное ослабление этого чувства может являться результатом перенесенного гриппа, аллергии или травмы, например, сильного ушиба головы. Аносмия не угрожает, как правило, жизни (кроме тех случаев, ко гда запах, скажем, запах просачивающегося газа, должен предупредить об опасности) и не так заметна для самого больного и окружающих, как слепота или глухота. Тем не менее аносмия может привести к недоеданию, поскольку еда без запаха не доставляет удовольствия. Лекарства от полной потери обоняния пока не найдено, хотя в некоторых случаях помогают препараты цинка.
Даже люди, не жалующиеся на обоняние, могут не чувствовать некоторых запахов. Так, Дж. Эмур из Калифорнийского университета обнаружил, что 47 процентов населения не чувствуют запаха гормона андростерона, 36% - не ощущают запаха солода, 12%-мускуса. Опыты на мышах показали, что такие особенности восприятия передаются по наследству, и изучение обоняния у людей-близнецов подтверждает это.
Несмотря на все недостатки нашей обонятельной системы, нос человека, как правило, лучше обнаруживает присутствие запаха, чем любой научный инструмент. Все же приборы бывают необходимы для точного определения состава запаха. Для анализа компонентов запаха обычно применяют газовые хроматографы и масс-спектрографы. Хроматограф выделяет компоненты запаха, которые затем поступают в масс-спектрограф, где определяется их химическое строение. Иногда нос человека используют в комбинации с прибором. Например, изготовители парфюмерии и душистых пищевых добавок, чтобы воспроизвести, скажем, аромат свежей земляники, с помощью хроматографа расщепляют его на сотню с лишним компонентов. Опытный дегустатор запахов затем нюхает инертный газ с этими компонентами, поочередно выходящими из хроматографа, и определяет три-четыре основных, наиболее заметных для человека компонента. Эти вещества затем можно синтезировать и, смешав в соответствующей пропорции, получить естественный аромат.
Университет Утрехта (Голландия) набрал недавно из числа жителей города несколько сотен добровольцев, которые должны раз в неделю, открыв окно, понюхать воздух и занести результат в специальный бланк: чувствуется посторонний запах силь- ный, слабый, почти незаметный; приятный, неприятный, очень неприятный. В комбинации с данными аналитических приборов, установленных в разных частях города, сообщения "нюхателей" позволят следить за чистотой воздушного бассейна.
Еще древняя восточная медицина использовала запахи для диагностики. Врачи часто полагались на собственное обоняние, не имея сложных приборов и химических тестов для постановки диагноза. В старинной медицинской литературе рассыпаны сведения о том, например, что запах, источаемый больным тифом, похож на аромат свежеиспеченного черного хлеба, от больных золотухой (формой туберкулеза) исходит залах прокисшего пива. Сегодня медики заново открывают ценность запаховой диагностики. Так, обнаружено, что специфический запах слюны говорит о заболевании десен. Некоторые врачи экспериментируют с каталогами запахов - листочками бумаги, пропитанными различными соединениями, запах которых характерен для той или иной болезни. Запах листочков сравнивают с запахом пациента. В некоторых медицинских центрах имеются специальные установки для изучения запахов болезней. Больного помещают в цилиндрическую камеру, через которую пропускается поток воздуха. На выходе воздух анализируется газовыми хроматографами и масс-спектрографами. Изучаются возможности использования такой установки как инструмента для диагностики ряда заболеваний, особенно нарушений обмена веществ.
Запах и обоняние - явления гораздо более сложные и влияющие на нашу жизнь в большей мере, чем мы полагали до недавних пор, и можно думать, что ученые, занимающиеся этим кругом проблем, стоят на пороге многих поразительных открытий.
С. САМСОНОВ, кандидат биологических наук.
В познании фоторецепции – работы органов зрения за последнюю четверть века достигнуты существенные успехи. Механизмы обоняния, восприятия запахов изучены значительно меньше, хотя интерес к ним продолжает возрастать. Перспективные результаты, имеющие не только научную, но и практическую ценность, получены в лаборатории рецепции Института биологической физики АН СССР, которой руководит профессор Е.Е. Фесенко.
Орган обоняния поистине уникален. Он способен быстро распознавать огромное число самых различных веществ, хотя бы их было ничтожно мало – всего несколько сотен молекул в кубическом сантиметре окружающего нас пространства. Природный анализатор запахов неизмеримо превосходит соответствующие приборы, созданные людьми. Как писал академик П.Л. Капица, «физика располагает приборами во много раз чувствительнее наших органов чувств. Только... обоняние... у животных более совершенно...». И считал одной из важнейших проблем физики будущего – «догнать обоняние собаки».
Очевидно, чувство обоняния появилось у представителей животного царства раньше остальных. В глубинах теплых древнейших морей оно расширило возможности поисков пищи, особей другого пола и, конечно, помогало избежать опасности.
С тех пор миновала длинная череда миллионолетий, но свое непреходящее значение обоняние сохранило и сейчас. Конечно, люди в смысле восприятия запахов многое потеряли по сравнению со своими далекими предками и в ряду живых существ занимают в этом отношении скромное место. И все же современный человек способен уловить разницу между доброй сотней тысяч различных соединений и множеством их комбинаций. Можно сказать, что это даже слишком много, поскольку человеческий язык не в состоянии дать каждому из запахов достаточно полную качественную характеристику. Слишком беден словарный запас.
Исследователи постоянно стремятся найти у пахучих соединений общие черты, обусловливающие их восприятие. Например, имеет значение молекулярная масса вещества: она должна находиться в диапазоне 17...300 дальтон – только тогда они для нас пахнут. И тем сильнее, чем больше и сложнее молекула, но тоже до определенных пределов, поскольку при усложнении уменьшается летучесть вещества, а это свойство определяет распространение запаха.
Делались попытки найти зависимость между особенностями восприятия различных веществ и формой их молекулы. Американский ученый Дж. Эймур, анализируя несколько сотен органических соединений, пришел к выводу, что их можно сгруппировать вокруг семи основных запахов: камфорного, мускусного, мятного, эфирного, цветочного, острого, гнилостного. Каждая группа имеет внутреннее сходство в молекулярном строении, а на мембранах рецепторных клеток должны находиться стереоспецифические активные центры семи типов. Так появилась на свет стереохимическая теория, ставшая существенным шагом вперед на пути классификации запахов, хотя она и носила в значительной степени умозрительный характер. Последующие исследования показали, что дело обстоит сложнее, чем предполагал Дж. Эймур, и воздействие на клетки, воспринимающие запах (обонятельные рецепторы), определяется не только формой, но и другими параметрами молекулы.
Результаты многих исследований также окончательно подтвердили, что обонятельный анализатор животных способен обнаруживать чрезвычайно низкие концентрации пахучих веществ. Особенно он чувствителен у насекомых, улавливающих издалека присутствие полового феромона, даже если в кубическом сантиметре воздуха его не более 100 молекул. Но все-таки многие свойства рецепторной клетки продолжали оставаться неясными.
Одним из центральных вопросов, вставших перед исследователями, была необходимость найти тот элемент клетки, с помощью которого она воспринимает запахи.
Предварительно стоит коротко рассказать об общей организации обонятельной системы у позвоночных. Рецепторные клетки обонятельного эпителия играют роль первичного механизма, улавливающего запахи извне. Они, по существу, являются нервными клетками, и от каждой из них отходит очень тонкий (диаметром около 0,2 микрометра) отросток – аксон, который оканчивается на поверхности одного из периферических отделов головного мозга – обонятельной луковицы. Здесь происходит первичная обработка полученной пахучей информации. Далее она передается по нервным волокнам обонятельного тракта в соответствующие участки головного мозга.
Обычно обонятельные клетки имеют веретенообразную форму и наделены периферическим и центральным отростками. Первый заканчивается обонятельной булавой, усаженной тончайшими волосками (антеннами), имеющими довольно сложное строение. Антенны содержат набор трубчатых фибрилл, напоминая в этом отношении жгутики или реснички, широко распространенные в мире простейших. Они находятся в постоянном движении, напоминая при разглядывании в микроскоп колосящуюся ниву.
Центральный отросток – аксон представляет собой не что иное, как ответвление обонятельного нерва. Аксоны разных клеток объединены в группы по 20...100 волокон и в составе обонятельного нерва идут к уже упомянутой обонятельной луковице.
Анализаторы различных животных могут существенно отличаться друг от друга. Разница заключается не только в плотности размещения рецепторных клеток, но и в их общем количестве. Для примера сравним собаку и человека. Разница в восприятии запахов у них громадна, хотя на квадратный сантиметр обонятельного эпителия приходится примерно одинаковое число рецепторных клеток. Зато их общее количество у собаки в 20...25 раз больше, чем у человека, и составляет около 200 миллионов. Поскольку каждая рецепторная клетка имеет свой аксон, обонятельный нерв собаки представляет собой «кабель», содержащий 200 миллионов «жил»!
Строение участка эпителия – приемника запахов
Кроме обонятельных, в составе эпителия имеются опорные клетки. Они образуют каркас эпителия, поддерживающий его структуру. Это, однако, не единственная их функция. Ряд исследователей полагают, что они не только поддерживают рецепторные клетки, но и помогают им в обмене веществ.
Есть еще третий тип клеток – базальные, находящиеся в глубине эпителия. Они образуют клеточный резерв, из которого при необходимости формируются рецепторные и опорные клетки. Поверхность эпителия, выстилающего обонятельную полость, покрыта слизью, что характерно для всех позвоночных. Слизь защищает эпителий от высыхания у наземных животных и от излишнего смачивания – у водных. Кроме того, она является источником ионов, необходимых для генерации электрического ответа клетки (то есть сигнала в мозг о появлении запаха), и участвует, возможно, в удалении остатков пахучих веществ с поверхности обонятельного эпителия по окончании их действия. В сущности, она является средой, где возникает и заканчивается взаимодействие пахучих веществ с обонятельными клетками.
Теперь вернемся к исследованию природы рецепторного элемента. Основой для постановки экспериментов послужила давно известная способность белков обеспечивать высокую специфичность и избирательность биологических реакций, в которые они вовлечены. Образно говоря, к каждому белку можно подобрать определенный «ключ», он будет единственным, и по нему можно узнавать, с каким «замком» имеешь дело. Ученые предполагали, что и обонятельные клетки не обходятся без белковых структур, взаимодействующих с пахучими веществами, но это надо было проверить.
Чтобы найти эти структуры, ученые решили ввести в клетку радиоактивное пахучее вещество, а затем, разделяя клеточные компоненты и измеряя радиоактивность каждого из них, найти тот, что взаимодействует с пахучей радиоактивной меткой. Это и будет кандидат в рецепторы пахучих веществ.
Для этих экспериментов необходимо было пахучее вещество с высокой удельной радиоактивностью. Выбор пал на камфору, которая часто используется в электрофизиологических экспериментах и обладает одним из 7 основных запахов по классификации Дж. Эймура. Здесь на помощь биологам пришли радиохимики из Института молекулярной генетики АН СССР, которые специально для этих опытов синтезировали радиоактивную камфору с нужными свойствами.
Опыты ставились следующим образом. На первом этапе с помощью соскоба получали препараты обонятельного эпителия лягушки и крысы с частичками мембран рецепторных клеток. В препарат вводили радиоактивную камфору и затем выделяли фракцию, содержащую радиоактивную метку. Для контроля то же самое проделывали с препаратами, приготовленными из других органов животного.
Как и следовало ожидать, компонент, способный эффективно связывать камфору при очень низких концентрациях последней, был обнаружен только в препарате обонятельного эпителия. В тканях языка, легких, печени его не оказалось. Удалось определить и молекулярную массу рецептора, составившую около 140 000 дальтон. В специальных экспериментах была установлена белковая природа рецептора. Исследователи показали, что молекула рецептора состоит из 2-х субъединиц с молекулярной массой 88 000 и 55 000 дальтон, причем центр связывания камфоры находится на большой субъединице. Как и предполагали, рецептор пахучих веществ оказался мембранным белком, практически не растворимым в воде.
Но полученные результаты не удовлетворили исследователей. Дело в том, что сама по себе способность связывать пахучее вещество еще не доказательство рецепторной природы того или иного компонента клетки. Она может оказаться случайной или играющей иную роль, не связанную с узнаванием пахучего вещества. В принципе в обонятельном эпителии могут быть несколько компонентов, способных связывать пахучие вещества, и только один из них может оказаться рецептором. Необходимо было еще раз проверить, но уже иными методами, что обнаруженные белки действительно служат рецепторами запахов.
Здесь исследователи пошли иммунохимическим путем. Если взять проверяемые белки, скажем, у крысы и ввести кролику, то там они сыграют роль «чужака»-антигена и, стало быть, вызовут образование антител к этим белкам. Если затем ввести антитела в препарат обонятельной ткани, то они, найдя там «свои» белки (кандидаты в рецепторы), помешают им связаться с радиоактивной камфорой. В этом случае электрического сигнала о получении запаха не будет. А если будет, то, значит, этот белок не рецептор.
Выполнив чрезвычайно трудоемкую операцию по извлечению нужных белков из крыс, исследователи иммунизировали ими кролика и получили в конечном итоге антитела к рецептору. Затем в специальных экспериментах было показано, что антитела эффективно блокируют связывание камфоры с рецептором. Остался последний, решающий шаг – показать, что антитела блокируют также электрический ответ клетки на пахучие вещества. Электрофизиологический эксперимент показал, что это действительно так. Сомнений в том, что выделенный белок относится к классу рецепторных, практически не осталось.
Иммунохимический подход позволил исследователям попутно решить еще две важные задачи. Во-первых, было определено место расположения рецепторов запаха в обонятельном эпителии. Как и предполагали, они локализованы в его поверхностном слое. Во-вторых, с помощью антител удалось резко упростить и ускорить процедуру выделения рецептора. Вместо прежних многосуточных процедур рецептор теперь можно выделить в течение 2...3 часов: для этого достаточно один раз пропустить препарат обонятельного эпителия через колонку с антителами. При этом через колонку проходят все компоненты препарата, кроме рецептора, который задерживает антитела. После удаления всех остальных компонентов рецептор вымывается из колонки специальным раствором, в котором ослабляется взаимодействие антитела и рецептора.
Сравнив свойства камфорных рецепторов из обонятельной ткани лягушки и крысы, исследователи обнаружили, что они очень похожи по своим свойствам. А как обстоит дело с рецепторами на другие пахучие вещества? Быть может, все они очень похожи друг на друга и составляют семейство обонятельных рецепторных белков, подобно зрительным пигментам различных животных? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо было синтезировать хотя бы несколько радиоактивных пахучих веществ, относящихся к разным классам запахов. К сожалению, синтез каждой такой метки представляет сложную и очень трудоемкую задачу, поэтому исследователи были вынуждены пойти по другому пути. Они сменили объект и стали использовать в опытах препараты обонятельного эпителия рыб, для которых химическими стимулами служат аминокислоты, а их радиоактивные аналоги легкодоступны.
Надо сказать, что рыбы обладают хорошо развитой обонятельной системой и способны реагировать на весьма низкие концентрации пахучих веществ. Некоторые аминокислоты и их смеси имеют сигнальное значение для рыб. Так, угорь находит моллюска, которого использует в пищу, по выделенному им в воду комплексу из 7 аминокислот. С давних пор известно, что лососи стараются обойти то место в реке, где медведь ловит рыбу. Было выяснено, что сигнал тревоги имеет химическую природу и вымывается из кожи медведя. Его назвали «фактором звериной шкуры». Оказалось, что главным компонентом этого фактора является аминокислота L-серин. Ее добавление в речную воду само по себе вызывает реакцию тревоги у лососей. В последнее время удалось экспериментально доказать возможность привлечения с помощью химических сигналов некоторых морских рыб.
Все это делает рыб весьма привлекательным объектом с точки зрения изучения механизмов восприятия запахов. В опытах сотрудников лаборатории, которые были проведены на базе Карадагской биостанции, использовались черноморские скаты-хвостоколы, обладающие хорошо развитым и легкодоступным обонятельным анализатором. В качестве стимулов применялись уже упомянутые L-серин и другие аминокислоты. Во всех случаях были обнаружены мембранные белки, способные эффективно связывать аминокислоты. Их характеристики, в частности молекулярный вес и субъединичное строение, оказались практически такими же, как у камфорного рецептора лягушки и крысы. Сегодня у исследователей нет сомнений, что они имеют дело с новым семейством рецепторных белков, уникальными свойствами которых в значительной степени объясняются рекордные чувствительность и избирательность обонятельного анализатора.
Последующие эксперименты показали, что, кроме белкового рецептора, в обонятельном эпителии животных присутствует другой высокомолекулярный компонент, также способный связывать пахучие вещества. В отличие от мембранного белка он растворяется в воде, и, по крайней мере, часть его находится в слизи, покрывающей обонятельный эпителий. Установлено, что он имеет нуклеопротеидную природу, его молекулярная масса составляет около 150 000 дальтон. Его концентрация в эпителии в несколько тысяч раз выше, чем мембранного рецептора, а специфичность по отношению к пахучим веществам значительно меньше. Принимает ли нуклеопротеид участие в восприятии пахучих веществ? Если да, то какова его роль в этом процессе? Исследователи полагают, что он входит в состав неспецифической системы, обеспечивающей очистку обонятельного эпителия от различных пахучих веществ по окончании их действия, что необходимо для приема других запахов. Иными словами, предполагается, что нуклеопротеид, попадая в слизь, способен усиливать ток слизи и тем увеличивать эффективность очистки обонятельного эпителия. Не исключено также, что нуклеопротеид, находясь в слизи, способствует растворению пахучих веществ в ней и, возможно, выполняет транспортные функции.
Молекула пахучего вещества, доставленная гранулой-адсорбентом к мембране клетки, взаимодействует с распознающим участком рецептора, который специальным белком G активирует аденилатцинлазу (АЦ) или какой-нибудь другой фермент. Синтезированные при этом внутриклеточные медиаторы (АТФ → цАМФ) активизируют ионные каналы, что приводит к возбуждению электрического сигнала в мозг о появлении запаха.
Исследователи располагают данными, указывающими на то, что нуклеопротеид синтезируется в опорных клетках и входит в состав пигментных гранул, которые выбрасываются из опорных клеток в слизь в ответ на стимуляцию обонятельного эпителия пахучими веществами. Может быть, это одна из основных функций опорных клеток при восприятии пахучих веществ?
Итак, результаты исследований говорят о том, что в процессе восприятия пахучих веществ участвуют две системы рецепторных элементов. Одна из них – система мембранных рецепторов – обеспечивает физиологический ответ клетки, характеризующийся высокой чувствительностью и избирательностью, вторая же – нуклеопротеидной природы – обеспечивает очистку обонятельного эпителия от пахучих веществ после приема сигнала.
Над чем сейчас работают ученые? Одна из задач – дальнейшее исследование свойств рецепторов и в частности определение функциональной роли малой (с молекулярной массой 55 000 дальтон) его субъединицы в реакции клетки на пахучее вещество. Но главное, пожалуй, сегодня не это. Необходимо понять, каким образом взаимодействие рецептора, с пахучим веществом вызывает генерацию электрического ответа клетки. По косвенным данным можно судить, что обонятельная клетка способна реагировать на одну (!) молекулу пахучего вещества – это предел физической чувствительности. Но в этом случае она должна обладать эффективной системой усиления слабых сигналов и чрезвычайно низким уровнем собственного шума. Расшифровать эти механизмы – значит сделать принципиальный шаг в познании общих принципов, лежащих в основе возбуждения клетки. И в этом направлении имеются уже первые успехи.
Познание тончайших механизмов восприятия разнообразнейших запахов, несомненно, имеет далеко идущие перспективы. Об этом свидетельствует то, что новые данные, полученные в лаборатории рецепции, быстро нашли выход в практику. Они послужили основой для разработки способа разделения тутового шелкопряда по полу. На первый взгляд проблема кажется не особенно важной, но такое впечатление ошибочно. С древнейших времен шелководство связано с сортировкой шелкопряда по половому признаку. До последнего времени операция производится вручную, что отнимает массу времени и сил.
Сотрудники лаборатории совместно со специалистами Среднеазиатского НИИ шелководства предложили оригинальный способ, который базируется на применении синтетического полового феромона. Этот способ дает научную основу для коренной модернизации производства грены (яичек шелкопряда) с помощью автоматизации ряда трудоемких операций. Его использование в промышленных масштабах сулит немалую экономию.
Наука и жизнь. 1988. №4.
Правообладатель иллюстрации Getty
Утрата чувства обоняния лишает человека не только способности воспринимать запахи и ароматы. Она влечет за собой самые драматические последствия - какие именно, узнала корреспондент .
Ник Джонсон пробегает глазами по строчкам меню в кафе "Белый пес", представляющем собой нагромождение крошечных комнатушек и чуланчиков в университетском квартале Филадельфии.
"Эмпанады (пироги – Ред. ) с говядиной… Я бы не отказался от них. Но тушеная говядина для меня пропадет впустую. Я избегаю заказывать "фиш-энд-чипс" (рыба, жаренная в кляре и с картошкой-фри - Ред. ) - для меня вся жареная еда на один вкус. Пожалуй, я выберу тако (мексиканскую лепешку) с рыбой. Я знаю, что получу жар острых специй и чуть-чуть аромата ананаса, жгучий перец с авокадо - то, что позволит почувствовать что-то во рту".
Он заказывает тако, нам подают бочковое пиво. Оно называется Nugget Nectar (самородный нектар – Ред. ), его варят на местной ремесленной пивоварне, где Джонсон работал в течение последних 10 лет.
Когда-то пиво Nugget Nectar было его любимым. "Оно обладает прелестным балансом сладости и хмеля. Но теперь, – говорит он, и его лицо мрачнеет, - оно для меня - не более чем видимость своей прежней сущности".
Он может описать запахи пива – аромат сосновой хвои, цитрусовых, грейпфрута. Но почувствовать тот букет он уже не в состоянии.
Правообладатель иллюстрации iStock Image caption Возможно, наш нос способен различать гораздо больше запахов и ароматов, чем мы считаемЛюди не льстят себе мыслью о том, что обладают каким-то необыкновенно острым обонянием, особенно по сравнению с животными. Но, как свидетельствуют данные научных исследований, запахи могут оказывать мощное подсознательное воздействие на человеческие мысли и поведение.
Люди, которые теряют способность различать запахи вследствие несчастного случая или болезни, говорят, что испытывают чувство огромной утраты, которая так влияет на их жизнь, что они и представить себе не могли.
Быть может, мы не слишком высоко ставим обоняние в рейтинге наших чувств - и скорее всего потому, что мы едва ли осознаем, какую роль оно играет в нашей жизни. До тех пор, пока не лишаемся его.
Джонсон, которому сейчас 34 года, может точно назвать день, когда он потерял чувство обоняния. Это произошло 9 января 2014 года. Он играл с друзьями в хоккей на замерзшем пруду в городке Колледжвилль, штат Пенсильвания, где живут его родители.
Каких результатов мы могли бы достичь, если более основательно принюхивались к окружающему нас миру?
"Я проделывал это миллион раз, - вспоминает он. – Я медленно катился спиной вперед, и тут конек угодил в борозду на льду. Ноги подкосились. Я упал навзничь и ударился правой стороной затылка. Я отключился, а когда пришел в себя, то находился уже в машине скорой помощи. Надо мной склонились люди, из уха текла кровь".
Он порвал себе барабанную перепонку, а череп треснул в трех местах. Произошло кровоизлияние в мозг, его сотрясали судороги. "Я понятия не имел, что со мной происходит".
Он быстро поправился, шесть недель спустя получил разрешение сесть за руль и вернулся к работе в качестве регионального менеджера по продажам в пивоварне Tröegs.
Вскоре он оказался среди участников совещания, посвященного новому сорту пива. "Мы дегустировали пиво, и коллеги спрашивали, ты чувствуешь в нем хмель? А я не чувствовал. Потом попробовал на вкус. Ребята говорили: "у него такой бледный бисквитный привкус", а я этот привкус не ощущал. Потом я попробовал другой сорт, более хмельной, но и теперь не почувствовал аромата. Тогда у меня в голове словно что-то щелкнуло".
Стрессом, вызванным травмой, и приемом разного рода медикаментов, вероятно, можно объяснить тот факт, что он не сразу понял, что лишился чувства обоняния. Поначалу открытие вызвало шок. Теперь же, однако, он отчетливо понимает, к чему это привело.
Утрата удовольствия от еды и напитков – общая жалоба для людей, потерявших способность ощущать запахи.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Джонсону очень больно, что он больше не чувствует запаха своего ребенкаЯзыком мы ощущаем вкус сладкого, соленого, горького, кислого и умами (так называемый пятый вкус, который придают пище некоторые вкусовые добавки, например, глутамат натрия - Ред ).
Восприятие более сложных комбинаций вкусов, скажем грейпфрута или стейка, приготовленного на барбекю, зависят от запаха. Но для Джонсона и многих ему подобных людей, неспособных воспринимать запахи, существует еще одна абсолютная утрата.
Во время происшествия с Джонсоном, его жена была на восьмом месяце беременности, ожидая их второго ребенка.
За обедом он сказал: "Я порой шучу, что не чувствую запаха подгузников моей дочери. Но и ее собственный запах я тоже не чувствую. Она проснулась в четыре часа утра. Я держал ее на руках, мы лежали в кровати. Я знаю, как пах мой сын, и когда он был младенцем, и когда немного подрос. Иной раз он пах не очень хорошо, но с ним у меня связано воспоминание о чудесном запахе ребенка. С дочерью мне не пришлось испытать ничего подобного".
Как это происходит
По разным подсчетам, число индивидуумов, не чувствующих запахи, составляет несколько процентов от всех взрослых людей. Это значит, что без обоняния живут миллионы человеческих существ.
Кто-то таким родился, кто-то потерял эту способность в процессе жизни. Одна из самых распространенных причин потери обоняния у людей младшего возраста – хронический синусит или воспаление слизистой оболочки придаточных пазух носа.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Наш язык чувствует сильные вкусовые ароматы, но для полноты картины нужен и запахЕще один фактор риска заключается в том, что обонятельные нервы оканчиваются в верхних частях носовых полостей, слизистой оболочке носовой раковины и носовой перегородке, что делает их очень уязвимыми для токсичных веществ, содержащихся в окружающей среде, и для различных инфекций.
У людей старшего, но не пожилого возраста, проблемы с обонянием чаще возникают из-за вирусных инфекций. Даже обычная простуда может оказаться опасной, однако никто не может сказать, почему одни люди теряют по ее вине обоняние, а другие – нет.
К возрасту 70-80 лет мало кому удается избежать существенного ослабления обоняния. Организм обладает способностью к регенерации: нервные клетки постоянно отмирают и заменяются новыми. Однако с возрастом этот процесс замедляется, и участки поверхности слизистой оболочки носа, лишенные обонятельных рецепторов, становятся более обширными.
У Ника Джонсона, вероятно, произошло катастрофическое повреждение обонятельных нервов. Проходя от носа к мозгу, эти нервы проникают сквозь пористую костную пластинку, называемую решетчатой костью.
Когда он ударился головой о лед, внезапное смещение мозга внутри черепа могло привести к тому, что обонятельные нервы были серьезно повреждены или даже перерезаны костью, а это не позволяет сигналам из носа поступать в мозг.
Как работает запах
Джонсон сильно принюхивается к содержимому своего стакана с пивом Nugget Nectar, когда-то его любимым. Летучие химические вещества, поднимающиеся с поверхности жидкости, глубоко проникают в его ноздри и достигают верхней части носовой полости, которая и отвечает за восприятие запахов.
Потом он делает маленький глоток, и эти вещества попадают из гортани в тот же участок его носа. Пока все идет, как полагается.
Сейчас никто не возьмется сказать, взглянув на молекулу, как она будет пахнуть, и будет ли пахнуть вообще. Что мы знаем наверняка, так это то, что если некая субстанция по своей природе обладает запахом, ее молекулы должны легко испаряться, дабы они могли переноситься по воздуху, и их можно было вдыхать. Кроме того, они должны растворяться в слизи, чтобы их можно было засечь.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Нервные окончания обонятельных рецепторов скрыты в слизистой оболочке носаСо здоровыми людьми, нюхающими пиво, либо собственного ребенка или майку, принадлежащую их партнеру, происходит именно это: у них возникает своего рода "обонятельный образ" пива или человека, сложное ароматическое целое, которое едва осознается.
Нервные окончания обонятельных рецепторов скрыты в слизистой оболочке носа. Эти нервные клетки ведут непосредственно в мозг.
И хотя мы обладаем миллионами таких клеток, их, как представляется, существует всего около 400 видов, каждый из которых связан с определенной молекулой.
Численность типов клеток остается предметом споров. Некоторые полагают, что их не больше 100.
Исходя из последовательности активации рецепторов различных типов, когда я нюхаю Nugget Nectar, я понимаю, что передо мной пиво . Джонсон не чувствует никакого запаха – в результате падения его обонятельные нервы были повреждены или даже погибли, поэтому его мозг не получает никаких сигналов о запахе напитка.
Пока Джонсон не пережил травму, у него был очень чувствительный нос. Не в пример мне, он легко отличил бы Nugget Nectar от других сортов пива. Такая способность приходит с опытом.
Репутация людей подмочена тем обстоятельством, что они сравнительно мало принюхиваются
После того, как поступивший сигнал о запахе обработан, эта информация передается в различные отделы мозга, в том числе те, которые отвечают за память и эмоции, а также в кору, где происходит процесс мышления.
Мы можем быстро научиться сопоставлять схему активации рецепторов с источником пахучих молекул.
До недавнего времени бытовало представление, что люди способны улавливать не более 10 тысяч различных запахов. Однако эти представления подверглись радикальному пересмотру, если верить Джоэлю Мейнленду, который занимается исследованиями фундаментальных основ запахов в Монелловском Центре по изучению химических чувств в Филадельфии, штат Пенсильвания (который является одним из ведущих мировых институтов, специализирующихся на вкусах и запахах).
По данным статьи, опубликованной недавно в журнале Science, люди способны улавливать более триллиона запахов. Возникли определенные проблемы с методологией этого исследования, да и достоверность самой цифры вызывает споры, однако Менйленд считает, что мы явно недооцениваем свои способности.
По характеру своей работы Джонсону пришлось пройти все виды сенсорных тренировок, чтобы усовершенствовать восприятие запахов и вкусов. Все прочие люди тоже, надо полагать, обладают неисчерпаемыми возможностями, скрытыми до поры до времени.
Да, собаки славятся своей способностью обнаруживать запах человека на другом конце поля. Когда Мейнленд был еще аспирантом, его научный руководитель предложил ему заняться вопросом, возможно ли научить людей тому же. Как выяснилось, да, возможно.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption У коров обонятельных рецепторов больше, чем у собакУ собак больше обонятельных рецепторов, чем у людей. Однако, как указывает Мейнленд, у коров их больше, чем у собак – около 1200 против 800, - но это вовсе не означает, что у коров обоняние острее.
В этом смысле репутация людей подмочена тем обстоятельством, что они сравнительно мало принюхиваются, а это упражнение при регулярности повторения могло бы развивать обоняние.
Каких результатов мы могли бы достичь, если более основательно принюхивались к окружающему нас миру?
Эмоциональное состояние
Одной из причин, которая заставила бы нас развивать собственное чувство обоняния, могло бы стать желание и потребность в улучшение способности ориентироваться в социальной среде.
Некоторые люди, от рождения лишенные обоняния, с трудом могут определить эмоциональное состояние окружающих, говорит Мейнленд. Они понимают, что в то время, когда они сами ориентируются главным образом на выражения лиц, их друзья, наделенные обонянием, улавливают сигналы, ускользающие от них.
Эти сигналы настолько сильны, что способны опровергнуть эмоциональную информацию, которая передается улыбкой или хмурой гримасой.
Если потеря обоняния – это плата за жизнь, я ее принимаю Ник Джонсон
Можно представить себе разговор в группе друзей, объясняет Мейнленд, и вот один из них говорит: "Она была очень расстроена". Ему отвечают: "Она выглядела вполне довольной жизнью". Первый: "Да уж, она выглядела довольной, но очевидно, что ей было не по себе".
Ученые выяснили, что запах может менять настроение и поведение людей. Джордж Претай из Монелловского центра и его коллеги установили, что экстракт запаха из подмышек мужчины не только влияет на женскую физиологию, меняя уровень гормонов, задействованных в регулировании менструального цикла, но и позволяет женщинам чувствовать себя более раскованно и менее напряженно.
Вместе с когнитивным психологом Пэм Долтон, такой же, как он, сотрудницей Монелловского центра, Претай обнаружил свидетельства того, что люди - зачастую неосознанно - способны улавливать запахи человеческого тела, выделяемые под воздействием стресса.
(Памелла Долтон, прежде чем прийти в Монелловский центр по изучению запахов и вкусов, работала в министерстве обороны США. Там она занималась разработкой нелетальных вооружений, в частности эффектами, которые оказывают на живую силу противника усиленные дурные запахи. – Ред.)
Таким образом, получается, что люди без обоняния упускают множество деликатных социальных сигналов. Можно ли что-то для них сделать?
Существуют некоторые, довольно эффективные, методы лечения. Если обоняние пропадает по причине хронического синусита, потеря ощущения запахов обратима, порой довольно быстро, – нужно только вылечить болезнь.
Однако возможности для оказания помощи таким пациентам, как Ник Джонсон, увы, не слишком велики.
Он обратился в Морелловский центр за помощью, и главная рекомендация, которую получил от тамошних ученых, заключалась в том, чтобы он активно принюхивался к разным запахам пару раз в день.
Считается, что это помогает стимулировать систему обоняния и может способствовать выздоровлению.
В будущем положение дел может измениться. Одна из научных бригад в Монелловском центре проводит эксперименты со стволовыми клетками носоглотки. Сейчас ученые заняты тем, что пытаются преобразовать стволовые клетки в нервные клетки.
Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Джонсон понял, что именно он потерял, когда не смог различить аромат пиваОни надеются, что такой метод позволит обеспечить новыми обонятельными нервами людей, чьи собственные рецепторы претерпели необратимые повреждения в результате травмы или были дефектны от рождения.
Команда исследователей планирует начать испытания на животных уже в сентябре 2015 года, и если эксперименты окажутся удачными, перейти к работе с людьми через пять-десять лет.
Уже есть некоторые многообещающие признаки, и это – лучик надежды для Ника Джонсона. Некоторые сильно пахнущие вещи вызывают у него ощущение запаха, хотя оно всегда одинаковое.
Раньше это была жуткая вонь пригоревшего растительного масла, говорит он. Несколько месяцев спустя он стал ощущать какой-то сладковатый запах. Возможно, это может оказаться каким-то признаком начавшегося восстановления системы обоняния.
Джонсон говорит, что настроился на позитивный лад и намерен вести образ жизни, максимально близкий к тому, каким он был до травмы. Он снова начал играть в хоккей, правда, теперь, улыбается он, пришлось обзавестись самым лучшим шлемом, который только можно купить.
Он понимает, насколько серьезным был приключившийся с ним несчастный случай, но вместе с тем осознает, что все могло оказаться гораздо хуже.
"У меня было кровоизлияние в мозг. Я запросто мог умереть. Моя позиция такая: я счастлив, что выжил. Если потеря обоняния – это плата за жизнь, я ее принимаю".
Это сокращенная версия статьи, первоначально опубликованной на сайте Mosaic . Она воспроизводится на условиях лицензии Creative Commons . Узнать больше по теме, затронутой в статье, вы сможете, посетив сайт Mosaic (на английском языке).
Мы слышим запахи благодаря обонятельному эпителию в верхней части носа, глубоко внутри. На его поверхности расположено около 10 миллионов обонятельных нейронов. В их клеточной мембране содержится около 1000 различных рецепторов. При этом каждый нейрон имеет только один белок и отвечает за определенный запах. За данное исследование американские ученые Линда Бак и Ричард Аксель получили Нобелевскую премию. Такое количество рецепторов создает огромный диапазон воспринимаемых запахов. Каждый конкретный запах кодируется, чтобы мы без труда узнали его в следующий раз. За счет механизма присвоения индивидуальных кодов мы можем различать и запечатлевать около 10 тысяч запахов.
Какой путь преодолевает запах прежде, чем мы поймем, что именно слышим?
Представим, что перед нами букет пионов. Мы наклоняемся к нему, чтобы насладиться ароматом цветов. Здесь начинается самое интересное. На вдохе молекула запаха, называемая одорантом, попадает в наш нос.
1. Одорант растворяется в слизистой и активизируют обонятельные рецепторы.
2. Они распознают, что это запах пиона, и начинают передавать информацию об этом в виде электрического импульса.
3. Сигнал проходит через обонятельный нерв, представляющий собой систему аксонов, и попадает в обонятельный тракт. Далее импульс следует в обонятельный треугольник.
4. Из обонятельного треугольника электрический импульс стремится по трем направлениям: длинным путем над мозолистым телом (тогда появляются ассоциации), средним путем от ядер перегородки (происходит поиск источника запаха), и коротким — сразу в крючок (обеспечивает двигательную защитную реакцию на резкий запах).
5. Нервный импульс поступает в подкорковый слой, который связан с лобными долями мозга и некоторыми двигательными центрами, а также с лимбической системой.
6. После того как мы услышали аромат, мы начинаем его анализировать. «Раскодированный» запах классифицируется человеком как приятный или неприятный; узнаваемый или новый; интенсивный или едва уловимый.
Эти стадии классификации проходят последовательно. Если нам нравится запах пионов, мы слушаем дальше, узнаем и оцениваем его интенсивность.
Мы слышим запахи только тогда, когда вес пахучей молекулы находится в диапазоне 17 — 300 дальтон (атомная единица массы равная 1.66053892 * 10-27 кг). Например, мы не слышим запах кислорода (15,99903 дальтон), зато мы прекрасно распознаем его аллотропную модификацию — озон (48 дальтон). Именно им пахнет после грозы.
С обонянием и лимбической системой все не так-то просто! Мы приближаемся к ответу, который поставили еще в начале: почему запахи вызывают эмоции и воспоминания, пробуждают аппетит или настораживают.
Дело в том, что обонятельный тракт является частью лимбической системы наряду с другими из элементов, такими как: гиппокамп, отвечающий за формирование долговременной памяти; гипоталамус, который отвечает за голод, жажду, половое влечение, режимы сна и бодрствования; миндалевидное тело, управляющее страхом, агрессией и осторожным поведением. Поэтому обоняние тесно связано с памятью, эмоциями, половым влечением, голодом, агрессией, защитой, сном и бодрствованием. Например, неприятные запахи сигнализируют об опасности: запах гари предостерегает нас от пожара, а запах прокисшего молока предупреждает, что его лучше не пить. И наоборот: аромат булочек с корицей вызывает в нас аппетит, а запах любимого человека пламенеет в нас желанием.
Мы также выяснили, что лимбическая система отвечает не только за обоняние, но также за память и эмоции. Благодаря гиппокампу формируется ассоциативная память. Именно поэтому определенные запахи вызывают у нас конкретные эмоции и способны пробудить воспоминания. Для памяти ароматы становятся «ярлыками», которые прочно ассоциируются с важными для нас событиями. Часто это происходит неосознанно. Например, спустя много лет, вы услышали парфюм, который напомнил вам о первом поцелуе, потому что тогда на вашем возлюбленном был такой же. Мы не сомневаемся, что каждый найдет в своей жизни подобные примеры. Но как запоминать запахи осознанно? В этом нам поможет дворец памяти и некоторые другие техники запоминания.
Как дворец памяти поможет нам запоминать запахи?
Для начала мы разберемся, что такое дворец памяти. Это мнемотехника, иначе говоря, техника запоминания, впервые упомянутая великим оратором Цицероном. Он рассказывает историю поэта Симонида, который должен был прочесть поэму в честь одного богача, у которого он пировал. Когда поэт вышел на улицу, здание, где проходило празднество рухнуло, и все погибли. Лица умерших были настолько обезображены, что родственники не могли их опознать. Помог Симонид, который помнил, в каком порядке за столом сидели гости. Отсюда и берет начало дворец памяти как техника упорядоченного расположения фактов в хорошо знакомом месте.
Для того чтобы создать дворец памяти, нужно выбрать хорошо знакомое вам место. Это может быть ваша квартира, улица, по которой вы часто гуляете, или дорога от работы до дома. Важно, чтобы вы знали местность подробно и смогли ярко, живо представить ее в любой момент времени, пройтись по ней, оглядеться вокруг и увидеть детали.
После этого можно начать привязывать запахи, которые нам надо запомнить, к местам и вещам в выбранном месте. К примеру, в начальных нотах аромата у вас бергамот, апельсин и роза. Начальные ноты можно расположить у входной двери вашей комнаты. Бергамот созвучно со словом бегемот, а значит можно представить у двери бегемота оранжевого (апельсинового цвета) с розой в зубах. Чем абсурднее будут ваши образы, тем легче будет запомнить ароматы. Но есть одно уточнение: вы должны знать, как пахнет бергамот, апельсин, роза, иначе вы будете запоминать только составы духов, но не представлять их запах, что гораздо сложнее.
По аналогии с примером, вы можете расположить запахи в комнате, используя образы, созвучия, схожести форм. Не нагружайте предметы дворца памяти лишними запахами. Чем меньше привязанных запахов к той же двери, тем лучше. Пусть ассоциация наталкивает вас на дальнейший ход мысли. И чем чаще вы мысленно прогуливаетесь по дворцу памяти, тем лучше.
Таким образом вы можете запоминать составы множества духов и любую другую информацию. Но как же запоминать сами запахи?
1. Ассоциируйте запахи с людьми, которых вы хорошо знаете, с животными, явлениями природы. Благодаря образам вам будет легче вспомнить аромат. В этом деле лучше довериться интуиции и запоминать первую ассоциацию или образ, которые возникнут у вас в голове.
2. Классический прием парфюмера: ассоциация запаха с цветом. Можно разделить оттенки на теплые и холодные и подобрать запахи, которыми вы располагаете к этим оттенкам, исходя из собственных предпочтений.
3. Вы можете изобразить запах на бумаге. Дайте волю фантазии, пусть аромат примет ту форму, которую вы пожелаете!
4. Ассоциируйте запах с музыкой. Вдыхая аромат полыни, вы слышите одинокую свирель в поле, а при запахе сандалового дерева в голове вдруг заиграл ситар? Значит, вы идете в верном направлении.
5. Описывайте запах как можно подробнее. Заведите себе блокнот и пишите в него все, что вы чувствуете, услышав аромат. Любые мысли, образы. Воспоминания и переживания станут вам помощниками в запоминании запахов.
Комбинируйте техники и запоминайте комплексно. Для начала возьмите пять ароматов, например: иланг-иланг, пачули, ваниль, бергамот и сандал. Запомнив эти ароматы, можно добавлять новые. Не забывайте регулярно тренироваться и успех обязательно придет!
Кто бы мог подумать, что...
Многие гены обоняния наших предков выключились в процессе эволюции из-за отсутствия необходимости. Хороший нюх не давал особого преимущества в борьбе за существование, поэтому механизм естественного отбора не устранил особей со слабым обонянием.
Змеиный нос — это раздвоенный язык, который улавливает природу и направление запаха. Молекулы пахучего вещества попадают на органы обоняния во рту. Так что, если змея показывает вам язык, она не дразнится, скорее всего, она просто ищет добычу.
Мы заблуждались, думая, что акулы способны учуять каплю крови за несколько километров. Да, у них отличный нюх, но им не тягаться с угрем, который способен по одной молекуле одоранта понять, что это за запах.
Женщины лучше, чем мужчины, распознают и классифицируют ароматы. Возможно, так сложилось в процессе эволюции. Женщины более избирательно выбирали полового партнера, обращая внимание, в том числе, и на запах. Это обеспечивало более здоровое потомство.
В жару мы слышим запахи острее, чем в холодное время года. Поэтому зимние ароматы интенсивные, а летние — легкие.
Текст подготовил Михаил Поздняков
В 2004 году ученые Л. Бак и Р. Аксел (США) получили Нобелевскую премию за цикл исследований, позволивших вскрыть молекулярную основу распознавания запахов и тем самым существенно расширить представления о функциональных возможностях обонятельной системы.
Проведенный анализ статей последних лет показал, что роль и механизмы деятельности системы обоняния, а также причинно- следственные связи между нарушением обоняния и нейродегенера- тивными заболеваниями изучаются в крупнейших университетах и научных центрах мира.
Растительные ароматические вещества - одна из составных частей воздушной среды, с которой человек много тысячелетий живет в теснейшем взаимодействии. Они состоят из сотен компонентов и являются регуляторами жизненно важных процессов как для самих растений, так и для всех живых существ. Флора и фауна тесно соприкасаются друг с другом. И растения, и организмы животных содержат вещества единой природы - белки и другие биологические компоненты. Например, в корнях солодки содержится кислота, сходная по структуре с гормоном надпочечников глюкокортикоидом, фитоэстрогены некоторых растений схожи с женскими гормонами и по структуре и по воздействию на организм, а жасмин и фокиения (вьетнамский кипарис) проявляют свойства мужского полового гормона тестостерона.
Каждый год в атмосферу поступает около 900 млн тон растительных ароматических веществ! Они оказывают большое влияние на климат Земли, дают огромное количество энергии, которая обусловливает постоянный положительный заряд атмосферы по отношению к поверхности Земли, обеспечивают атмосферу биологически активным кислородом. Ведь это, ни много ни мало, а обеспечивает всем нам нормальную жизнедеятельность.
Растения выполняют функцию "санитаров биосферы": обеззараживают канцерогены и токсичные вещества, попадающие в окружающую среду, разлагают их на безопасные составные части, и пока еще спасают тем самым наше тяжелое экологическое положение.
Растения поддерживают жизнь живых организмов. В процессе эволюции сформировалась выраженная зависимость нормального функционирования организма человека от наличия в окружающей среде растительных ароматических веществ. Постоянно присутствующие определенные концентрации пахучих молекул составляют естественный фон окружающей среды: антимутагенный, антиканцерогенный, антиаллергенный, антистрессовый и еще много разных "анти-"... Разрушение этого целительного фона может привести к поломке систем регуляции центральных и вегетативных механизмов в организме. И тогда возникают болезни.
Развитие организма человека в естественной атмосфере на протяжении тысячелетий способствовало его тесному контакту с биологически активными компонентами растительных ароматических веществ, что привело к формированию определенной зависимости от них организма человека. В пользу этого свидетельствует факт значительного сходства химической структуры некоторых компонентов эфирных масел и ряда важных регуляторных факторов организма - стероидных гормонов, простагландинов, нейромедиаторов и др.
Обычный человек может различать до тысячи различных запахов, а у некоторых людей, обладающих особым даром "нюхача", диапазон этот намного шире - до 10 тысяч и более!
Это происходит благодаря наличию в нашем носу очень чувствительного обонятельного эпителия, расположенного на поверхности верхних носовых ходов и задней части носовой перегородки в виде участка слизистой, занимающего площадь примерно в 5 см2 (по 2,5 см2 в каждом носовом ходе), где находится слой специальных клеток-рецепторов, воспринимающих запахи (у человека приблизительно 6 млн таких обонятельных клеток; для сравнения, у кролика - около 100 млн, у немецкой овчарки - более 200 млн!).
В настоящее время ученым удалось выстроить всю цепочку - от взаимодействия пахучего вещества с рецептором до формирования в мозге четкого впечатления определенного запаха. Немаловажную роль в этом сыграли исследования американцев Ричарда Аксела и Линды Бак, за которые они были удостоены Нобелевской премии 2004 года по физиологии и медицине.
Ученых поразило то, что в распознавании запахов задействовано более 3% общего количества генов организма! Причем, каждый ген содержит информацию об одном-единственном обонятельном рецепторе, который реагирует с пахучими веществами.
Обонятельные клетки развиваются достаточно рано: уже у 8-11-недельного плода они хорошо дифференцированы и предположительно способны выполнять свою функцию; к 20-22-й неделе достигают зрелости, а к 38-40-й - полной зрелости.
Аспект воздействия запахами на мозговые центры
Научно доказано, что ароматические вещества - компоненты эфирных масел воздействуют именно на глубокую лимбическую систему как структуру, напрямую связанную с обонятельной системой.
Лимбическая же система в ответ на воздействие запахов обеспечивает нормальную саморегуляцию на всех уровнях и во всех системах организма, т.е., можно сказать, что
ароматические вещества помогают организму самому справиться с болезнью.
Благодаря тесной связи "обонятельного мозга" с нейроиммунно- эндокринной системой, запахи способны влиять на функции многих органов, а отсюда - через систему обоняния посредством запахов можно корректировать функции организма!
Запахи могут восстанавливать гармонию лимбической системы, что приводит к нормализации физиологических функций, улучшению самочувствия, поддержанию здоровья. Поэтому ни в коем случае нельзя лишать себя природных запахов, нужно больше бывать на природе, гулять в лесу, парке и т.д.
Но запахи могут также и нарушить гармонию лимбической системы, вызвав тем самым целый ряд отклонений в нашем самочувствии и даже привести к проблемам со здоровьем. При глубоких нарушениях функционирования лимбической системы возникают отклонения в эмоционально-волевой сфере (отсюда - асоциальное поведение, агрессия, нарушение пищевого и сексуального поведения, различные фобии, безразличие и пр.), грубые нарушения памяти, нарушения сознания, дисфункция эндокринной, иммунной и нервной систем, нарушения сна и пр. Так что с запахами шутить не рекомендуется.
Возможность воздействовать через обонятельную систему на важные мозговые центры открывает перед медициной широкие перспективы в профилактике и лечении многих функциональных отклонений и заболеваний.
Недавно наши отечественные ученые Сибирского отделения РАН (Институт цитологии и генетики, Институт катализа им. Г.К. Борескова и Международный томографический центр) сделали важное открытие: выявили новый канал доставки лекарственных препаратов в мозг человека - по волокнам обонятельных нервов. Это открывает совершенно новые возможности для диагностики, а также для прямой доставки лекарственных препаратов непосредственно в мозг, в жизненно важные мозговые центры!
Кстати, интраназальное (в полость носа) применение лекарственных средств давно известный и в настоящее время широко применяемый путь введения целого ряда препаратов. Он используется для вакцино- профилактики, лечения мигрени, остеопороза, аденомиоза, половой дисфункции, иммунодефицитов (препарат Тимоген) и даже проведения заместительной инсулинотерапии. Важнейшей особенностью интра- назального введения лекарственных средств является возможность их проникновения непосредственно в центры головного мозга, связанные, как известно, со многими важнейшими системами организма.
За пределами носа обнаружены до двухсот типов обонятельных рецепторов: в простате, кишечнике, коже и даже в сперме. В сперматозоидах они обеспечивают хемотаксис - движение к яйцеклетке по "запаху" выделяемых ею химических веществ, в кишечнике - помогают высвобождению серотонина. Находящиеся в кератиноцитах (клетках внешнего слоя кожи) обонятельные рецепторы OR2AT4 (их открыли и исследовали немецкие ученые) реагируют на одорант сандала повышением в них концентрации ионов кальция, что заставляет кератиноциты делиться, мигрировать и регенерировать, а это способствует восстановлению поврежденной кожи!
Другие обонятельные рецепторы ученые обнаружили в клетках кожи, синтезирующих пигмент меланин, и в фибробластах. А вот за что они отвечают, еще предстоит выяснить.
Как влияют на нас ароматы
Через органы обоняния растительные ароматические вещества действуют в сверхмалых дозах, всего 1012 -1010, но, независимо от того, ощущаем мы их в атмосфере или нет, оказывают на нас положительный биорегулирующий эффект.
Лроматерапию рассматривают как своеобразную фармакотерапию. Через систему обоняния компоненты эфирных масел воздействуют на различные органы и системы. Кроме того, молекулы эфирных масел проникают с вдыхаемым воздухом в альвеолы легких, откуда через их мембрану и мембрану капилляров, их окружающих, попадают в кровеносное русло и далее, как уже указывалось, во все органы и ткани (А.Т. Быков, Т.Н. Маляренко, 2009) .
К настоящему времени показано множество эффектов влияния обонятельных сигналов на центральную нервную, нейрогуморальную и эндокринную системы, которые описываются как изменение физиологического состояния и поведения.
Благодаря растительным ароматическим веществам наш организм способен постоянно ориентироваться в среде своего обитания. Длительное отсутствие в атмосфере ароматических веществ (например, в замкнутом пространстве помещений офисов и квартир, в космическом полете, выраженный их дефицит в условиях асфальтового мира городов) отрывает человека от биосферы. В результате ломается естественная биорегуляция всех функций организма, что может стать причиной развития болезней.
Кроме того, сенсорные притоки (звуки, запахи, тактильные ощущения) крайне важны для мозга, так как они во многом обеспечивают его энергетический потенциал, активируют рост нервных клеток, ускоряют переработку информации в центральной нервной системе, стимулируют когнитивные (познавательные) функции, такие как память, внимание, психомоторную координацию, речь, счет, мышление, ориентацию и др., оптимизируют функции вегетативной нервной системы. Отсутствие в окружающей среде ароматических веществ или значительное снижение чувствительности обонятельных рецепторов (поражение слизистой наса инфекцией, травмы, хронический насморк) создает условия для дизрегуляции центральных и вегетативных механизмов, что является причиной болезней, и в этой связи дополнительный обонятельный сенсорный приток (запахи) представляется не только желательным, но и необходимым, особенно у пожилых и старых людей (Быков, Маляренко, 2003; Bykov et al., 2006).
Запахи оказывают воздействие на нашу "физиологию" и эмоциональное состояние. Они могут возбудить аппетит, улучшить настроение и самочувствие либо ухудшить их, могут повысить или понизить работоспособность и даже заставить купить не очень нужную вещь, оказывают антистрессорное, седативное и расслабляющее, тонизирующее и стимулирующее, антисептическое, согревающее, гормоноподобное, сосудорасширяющее и другие действия.
Чувствительность же к запахам у всех людей разная.
Восприятие запахов зависит от индивидуальных особенностей каждого человека (его эмоционального состояния, гормонального фона, возраста, состояния слизистой носа), а также от внешней среды (обонятельные ощущения обостряются весной и летом, т.е. в теплую и влажную погоду) и температуры используемых эфирных масел (лучше всего ощущаются запахи теплых эфирных масел, подогретых до 37-38°С).
Очень чувствительно обоняние у детей и беременных женщин.
У женщин чувствительность к обонятельным сигналам может изменяться в зависимости от фазы менструального цикла. У большинства обоняние обостряется в периовуляторную (перед и сразу после овуляции) фазу, что подтверждено лабораторно. Снижена обонятельная чувствительность у женщин, принимающих гормональные контрацептивы.
По наблюдениям специалистов, болезненную чувствительность к ароматам испытывают неврастеники.
Способность воспринимать запахи меняется на протяжении всей жизни. Максимума острота обоняния достигает к 20 годам и примерно до 50-60 лет находится на одном и том же уровне, а затем начинает снижаться. Особенно заметно снижено обоняние у пожилых людей (старческая гипосмия или пресбиосмия). Хотя - все очень индивидуально, тем более, что в наше время достаточно причин для расстройства обоняния в любом возрасте.
Специалисты отмечают, что за последние несколько десятков лет процент людей, страдающих потерей обоняния, значительно вырос (согласно данным Национального института здоровья США, за двадцать лет - в восемь раз!), причем значительно преобладает молодежь. Причиной, как считают, является плохая экологическая ситуация в мире.
От того, что мы вдыхаем, зависит внутричерепное давление, крово- и лимфообращение, работа сердца и нервной системы.
Ароматы оказывают положительное влияние на работу центральной нервной системы: обладают седативным и антидепрессантным эффектом (лаванда, мята, апельсин), снимают стрессовые состояния, повышают внимание и реакцию, работоспособность и умственную активность, улучшают память.
Запахи обрабатываются в той же области мозга, которая отвечает и за память. Известный нейрофизиолог академик Наталья Петровна Бехтерева советовала при нарушении памяти, замедлении ассоциативных процессов в мозгу наряду с применением фармакологических препаратов, улучшающих деятельность мозга, обязательно применять не менее эффективное благотворное действие естественного отдыха на природе - прогулок в лесу, потому что сопровождающие их запахи оказывают очень благотворное воздействие на сложные механизмы памяти. Известно, что хвойные породы вырабатывают от 4 до 30 кг фитонцидов на 1 га насаждений; можжевельник, например, - более 30 кг!
Ароматические вещества воздействуют на функциональное состояние и физиологическую активность мозга (которая, нужно сказать, имеет огромное влияние на то, как мы думаем, чувствуем и ведем себя в тот или иной момент). Так, аромат розмарина обладает мощным активирующим действием на структуры головного мозга и улучшает работу зрительного анализатора.
Некоторые растительные ароматы стимулируют выработку в организме важнейших биологически активных веществ. Запах лаванды, например, - очень важного гормона и медиатора серотонина - древнейшего из всех гормонов на Земле (серотонин участвовал в фотосинтезе первых растений и управлял нервными центрами древних головоногих моллюсков и допозвоночных животных!). В процессе развития человеческого эмбриона серотонин формируется как один из самых первых гормонов. Он присутствует в головном мозге, пищеварительном тракте, шишковидной железе и тромбоцитах.
Серотонин влияет на аппетит, сон, настроение и эмоции, сосудистый тонус (снижение уровня серотонина в мозге является одним из факторов формирования депрессивных состояний и тяжелых форм мигрени), играет роль в регуляции сократимости матки и маточных труб и в координации родов (продукция серотонина в мышце матки возрастает за несколько часов или дней до родов и еще больше увеличивается непосредственно в процессе родов), необходим для нормального процесса овуляции у женщин, что обеспечивает выход полноценной яйцеклетки и возможность оплодотворения.
В нашем организме ежедневно вырабатывается необходимый для жизнедеятельности объем серотонина. Но для этого обязательно необходим ультрафиолет. Недостаток солнечного света в зимнее время года является частой причиной распространенной сезонной депрессии.
При достаточном уровне серотонина человек пребывает в душевном равновесии, контролирует свои поступки, становится более терпимым, уравновешенным в общении с окружающими (поэтому серотонин еще называют "гормоном душевного равновесия" и "социальным гормоном"), оптимально готов к телесной, психической, умственной нагрузке. Серотонин освобождает от чувства голода, увеличивает бодрость духа и концентрацию внимания, делает засыпание быстрым и легким, а сон глубоким, уменьшает чувствительность к температуре и ее перепадам, к болевым ощущениям, укрепляет память и улучшает способность к обучению, создает психическую стабильность, душевное спокойствие, терпимость к окружающим, уверенность в себе. Он прогоняет тоску и возвращает радость жизни.
Когда же в организме не хватает серотонина, человек постоянно чем-то недоволен, испытывает чувство беспокойства, даже когда для этого нет реальных причин, впадает в депрессию, у него часто нарушается сон, появляется раздражительность, гневливость, конфликтность в отношениях с окружающими, обидчивость, наблюдается поведенческая расторможенность, склонность к зависимому поведению (алкоголизму, азартным играм), повышенной агрессии, высокой импульсивности, неврозам и различным их проявлениям.
Стимулирует выработку серотонина ароматические вещества лаванды, нероли, майорана, ладана, ванили, розы, жасмина, цитрусов (последние содержат индол, который через триптофан связан с выработкой серотонина), а также запах кофе.
Аромат жасмина стимулирует выделение эндорфинов ("гормонов счастья"), которые повышают настроение, действуют антидепрессивно, являются естественными болеутоляющими веществами организма; а герани действует на нейромедиатор ацетилхолин, который контролирует системы мышц и органов, память, мышление, сосредоточение внимания.
Ароматы мяты понижают количество катехоламинов (адреналин, норадреналин, дофамин) - химических посредников во взаимодействиях между клетками, которые влияют на активность обмена веществ, сгорание углеводов, жиров и аминокислот, повышение чувствительности клеточных мембран к половым гормонам и гормону роста, прямое или косвенное повышение активности эндокринных желез, стимулирование гипоталамуса и гипофиза, а через них - гормональной функции. Чем активнее вырабатываются катехоламины, тем лучше наш организм приспосабливается к окружающей среде. Кстати, дофамин является антагонистом серотонина, остюда - увеличение уровня дофамина приводит к снижению уровня серотонина (и депрессии), и наоборот.
Обоняние человека влияет наздоровье
Кроме рефлекторного, существует ассоциативный механизм восприятия запахов, влияющий в основном на психоэмоциональную сферу человека. Наше настроение подвержено влиянию ароматов не меньше, чем наша физиология. Пример тому - действие запахов лаванды, камфоры, апельсина, нероли, герани, которые бодрят, внушают оптимизм, снимают депрессию, подавленность, раздражительность. Одни запахи настраивают нас на сентиментальный лад, другие действуют возбуждающе, запахи могут навевать легкую грусть, вызывать желание активной деятельности.
У большинства людей улучшается настроение от запахов хвои, цитрусовых; запахи розы, ландыша, жасмина вызывают положительные эмоции. А вот аромат черемухи или багульника вызывает беспокойство, раздражение и головные боли.
Запахи мускатного ореха, валерианы, мяты действуют антистрес- сорно, снимают подавленность, оказывают расслабляющее действие, усиливают ощущения счастья, спокойствия.
Волокна обонятельного тракта приносят импульсы к двум небольшим, но значимым участкам мозга, отвечающим за настроение: locus ceruleus ("голубое пятно"), в котором содержится норадреналин, и raphe nucleus ("ядра шва"), содержащие серотонин.
Эфирные масла розмарина, лимона, базилика, мяты перечной обладают стимулирующим действием на "голубое пятно", вследствие чего выделяется норадреналин (и потому их действие на организм стимулирующее), а вот лаванда, нероли, майоран воздействуют на "ядра шва", вследствие чего высвобождается "гормон радости" и антидепрессант серотонин. (Поэтому эти эфирные масла обладают седативным эффектом).
Отмечаемое при ароматерапии улучшение настроения связывают с ноотропной активностью некоторых эфирных масел: как уже говорилось, запах жасмина стимулирует выделение эндорфинов, герани - ацетилхолина, лаванды - серотонина, мяты - способствует снижению повышенного количества катехоламинов.
В свою очередь, "эмоциональные" структуры мозга, реагирующие на запахи, тесно связаны с областями головного мозга, регулирующими жизненно важные физиологические функции организма: частоту сердечных сокращений, кровяное давление, ритм и глубину дыхания.
Запахи обладают мощным мотивационным воздействием. Даже не будучи ощущаемыми, они управляют нашим сознанием, помогают выбирать друзей и партнеров, информируют об опасности, изменяют настроение, способны привлечь или оттолкнуть людей друг от друга, влияют на поведение, в том числе половое. При этом особенно мощно действуют так называемые половые аттрактанты или феромоны, необходимые для привлечения особей противоположного пола.
Есть даже такое понятие как химическая коммуникация, или обмен информацией посредством запахов.
Позже появились данные, что и мужские запахи влияют на менструальные циклы и время наступления овуляции у женщин. А ученые из Филадельфии открыли возможность влияния феромонов на нормализацию и стабилизацию веса человека и даже его омоложение.
Итак, существует дополнительная обонятельная система, которая позволяет бессознательно ощущать определенные химические сигналы, подаваемые людьми, находящимися рядом с нами, управляет нашими нейроэндокринными и поведенческими реакциями, играет ключевую роль в регуляции репродуктивного и материнского поведения, она непосредственно связана со структурами мозга, регулирующими выработку гормонов (у женщин, как уже упоминалось, под действием таких сигналов могут изменяться гормональные циклы).
Разделение слоев основной и дополнительной обонятельных луковиц начинается после 8-й недели развития и завершается к 20-22-й. Как показали исследования, нервные волокна основной и дополнительной обонятельной систем образуют единый нервный пучок на пути к переднему мозгу; дополнительная обонятельная луковица не дегенерирует у плода, сохраняется до 35-й недели, что не исключает существования вомероназальной системы обоняния на поздних сроках внутриутробного развития, а также у новорожденных и взрослого человека.
У человека вомероназальный орган представлен небольшим углублением (вомероназальной ямкой) - крошечным образованием, расположенным в 1,5-2 см от края ноздри, в стенке носовой перегородки на границе хрящевого и костного ее отделов, что достаточно далеко от обонятельного эпителия. Он наблюдается в явном виде почти у 70% взрослых людей с двух сторон, примерно у 8-19% обнаруживается лишь с одной из сторон носовой полости. Интересно, что у людей с гипогонадотропным гипогона- дизмом (синдром Кальмана), характерным симптомом которого является аносмия (отсутствие обоняния), вомероназальный орган отсутствует.
Вомероназальный орган имеет входы в некоторые области гипоталамуса, участвующие в регуляции репродуктивного, защитного, пищевого поведения, нейрогуморальной секреции (в первую очередь гонадотропных, т.е. имеющих влияние на половые органы, гормонов).
Дополнительный путь восприятия запахов проходит параллельно главному, с ним не пересекаясь. Он идет в обход главным обонятельным луковицам и коры головного мозга - в дополнительные, находящиеся в переднем мозге, а уже от них - к структурам, которые заведуют репродуктивным и материнским поведением: гипоталамусу - главному регулятору эндокринной системы и многих функций организма, тесно связанному с лимбической системой и корой мозга (в гипоталамусе находятся центры регуляции эмоций и поведения), и от него - к передней доле гипофиза, которая вырабатывает гормоны, влияющие на работу половых желез, и к структуре лимбической системы - упоминаемой уже миндалине у отвечающей за эмоции: эмоциональное восприятие, эмоциональную память и контроль эмоций.
И если основная обонятельная система имеет представительство в коре больших полушарий головного мозга, благодаря чему мы ощущаем и запоминаем запахи, то проекции вомероназального органа в коре мозга на сегодняшний день не обнаружено (электроэнцефалографи- ческие исследования, к примеру, показали, что при действии феромонов активируются не корковые, а передние таламические структуры, участвующие в анализе обонятельных сигналов; таламус - структура промежуточного мозга - является подкорковой "станцией" для всех видов чувствительности), что позволяет говорить о том, что дополнительная обонятельная система реализуется на более примитивном, подсознательном уровне и запахов явно "не слышит", а также не связана с когнитивными функциями мозга - памятью, вниманием, речью, счетом, мышлением, ориентацией и др.
Согласно современной концепции «дуального обоняния», мы имеем две обонятельные системы - основную и дополнительную.
Основная обонятельная система начинается в обонятельном эпителии полости носа и проецируется в кору больших полушарий мозга («обонятельный мозг»). Благодаря ей мы ощущаем, запоминаем, различаем запахи, они влияют на когнитивные функции нашего мозга (память, речь, счет, мышление, внимание и т.д.) и функционирование систем организма.
Дополнительная обонятельная система начинается в специальном воме- роназальном органе, расположенном в носу, проходит параллельно основному пути в участки мозга, которые заведуют репродуктивным и материнским поведением (гипоталамус-гипофиз и миндалина). Не имея проекции в коре больших полушарий, она реализует свои эффекты на более примитивном, подсознательном уровне, отвечая за половое поведение, а феромоны для нас «не пахнут».
Память является сложной психической деятельностью. Основные процессы в ее структуре - это запоминание, сохранение, припоминание, восстановление (узнавание, воспроизведение), а также и забывание.
Ученые доказали: ничто так не связано с памятью, как запах. Знакомые запахи пробуждают старые воспоминания с большей активностью, чем знакомые виды или звуки.
В мозге отделы, обеспечивающие восприятие запахов, тесно связаны с зонами, ответственными за возникновение эмоций. Поэтому все запахи эмоционально окрашены и могут надолго сохраняться в эмоциональной памяти и активизировать ее ("запах порождает образ"), что вызывает у нас те или иные эмоциональные переживания. Пережитые же эмоции - как положительные, так и отрицательные - запоминаются и в дальнейшем выступают в виде сигналов, побуждающих нас к действию либо удерживающих от действий.
У североамериканских индейцев существовал своеобразный способ фиксации в памяти дорогих и важных событий и переживаний. Они носили при себе (крепили к ноге) специальные флакончики с составами, обладающими сильными и характерными ароматами - "запахами событий", и в те минуты, воспоминание о которых им хотелось удержать в памяти, они открывали какой-нибудь из них и вдыхали из него запах. Запах увязывался с событием, и потом, даже через много лет, мог пробудить необычайно яркие и живые воспоминания и даже восстановить зрительную картину события.
