Краткая история тела. 24 часа из жизни тела: секс, еда, сон, работа

Возможно, он и прав. Но я не могу ждать. Иллюзия это или нет, я не могу жить без допинга, который избавляет меня от утренней бестолковости и помогает прийти в себя перед началом нового дня.

Глава 2

Восприятие

«Кофе?» – шепчу я спящему мужу. Не хочется его пугать, но мой шепот все же лучше вспышки яркого света или 70-децибельного звонка его будильника. Утро входит в сознание через сенсорное восприятие, мягкое или резкое. В течение нескольких секунд после пробуждения вы можете видеть звезды, чувствовать запах утренней росы в воздухе, ощущать прикосновение простыней или ночной рубашки из мягкого хлопка, в темноте разглядеть лицо лежащего рядом человека и услышать сонный ответ. Молекулы запаха поднимаются по носовым проходам и возбуждают обонятельные рецепторы. Нервные окончания, находящиеся прямо под кожей, откликаются на вес и фактуру материала, из которого сшита ваша одежда, какой бы мягкой и легкой она ни была, и преобразуют механическую энергию воздействия в нервные импульсы, которые мозг читает как прикосновение – грубое или нежное, шелковистое или шершавое. Звук голоса или звонок будильника приходит с движущимися волнами воздуха, которые с невероятной точностью перерабатываются в электрические сигналы, интерпретируемые как речь, пение птиц или музыка. А группа клеток, расположенных в сетчатке глаза, выхватывает изображение лица даже в тусклом свете темной спальни и сразу передает его в мозг.

На первый взгляд кажется, что проще этого ничего быть не может: посредством пяти органов чувств в одну секунду создается достоверная картинка мира. Хотя любой, даже самый мощный, компьютер решает подобные задачи с трудом, вам это кажется настолько же естественным, как ходьба или дыхание. Однако, как недавно узнали ученые, в этом процессе нет ничего простого. Череда захватывающих открытий радикально усложнила наши представления о сенсорном восприятии – как будто в калейдоскопе внезапно сменилась картинка.

Возьмем обоняние. Не так давно считалось, что способность чувствовать запах, например вонь гниющих отбросов или автомобильных выхлопов, – это всего лишь малопонятная и не слишком важная функция мозга, в которой участвуют ограниченные участки «низших» структур мозга. Теперь же органы обоняния рассматриваются как чрезвычайно сложная и чувствительная система, которая может распознать тысячи разных запахов с помощью около 350 видов рецепторов и проанализировать их важность при участии различных отделов мозга, чтобы предупредить об опасности или оценить качество пищи[67 - Rainer W. Friedrich, “Odorant receptors make scents”, Nature 430, 511–512 (2004).]. Для восприятия многих запахов достаточно миллиардных долей вещества, говорит Джей Готфрид, нейробиолог из Северо-Западного университета, так что мы можем различать два запаха, разница между которыми сводится всего к одному молекулярному компоненту[68 - J. A. Gottfried, “Smell: central nervous processing”, in T. Hummel and A. Welge-Luessen, eds., Taste and Smell: An Update (Advances in Otorhinolaryngology) (Basel, Switzerland: Karger, 2006), 44–69; интервью с Джеем Готфридом, сентябрь 2006 года.].

Запахи – сложные органические молекулы, попадающие в носоглотку вместе с вдыхаемым воздухом, – улавливаются рецепторами слизистой оболочки носа. Миллионы обонятельных нервных окончаний, каждое из которых обладает десятками идентичных рецепторов, пронизывают слизистую носа, реагируя на внешние воздействие[69 - Z. Zou et al., “Odor maps in the olfactory cortex”, Proceedings of the National Academy of Sciences 102:21, 7724–7729 (2005); Z. Zou and L. B. Buck, “Combinatorial effects of odorant mixes in olfactory cortex”, Science 311, 1477–1481 (2006); R. Ranganathan and L. B. Buck, “Olfactory axon pathfinding: who is the pied piper?”, Neuron 35:4, 599–600 (2002).]. Получаемые рецепторами сигналы передаются по аксонам – длинным отросткам нервных клеток, проникающим через маленькие отверстия в костях черепа в обонятельный бульбарный отдел мозга. Обнаруживая поразительную способность к самоорганизации, аксоны группируются таким образом, что тысячи аксонов, относящихся к нейронам с одинаковыми рецепторами, сходятся в одной и той же точке обонятельной луковицы. Каждый запах возбуждает какую-то часть группы, а затем мозг разносит соответствующий сигнал по разным отделам.

Характер запаха (свежий или тухлый, хороший или плохой) определяется в орбитофронтальной части коры головного мозга, той важнейшей части лобной доли мозга, которая отвечает за принятие решений, контроль эмоций, влечение и чувство долга[70 - A. K. Anderson et al., “Dissociated neural representations of intensity and valence in human olfaction”, Nature Neuroscience 6:2, 196–202 (2003); Stephan Hamann, “Nosing in on the emotional brain”, Nature Neuroscience 6, 106–108 (2003).]. Интенсивность запаха (его остроту) иногда определяет мозжечковая миндалина – миндалевидное образование, отвечающее за страх и другие эмоции, но «только в том случае, если запах эмоционально возбуждает», уточняет Готфрид (как, например, запах льва возбуждает газель, в отличие от запаха травы)[71 - T. W. Buchanan et al., “A specific role for the human amygdala in olfactory memory”, Learning and Memory 10:5, 319–325 (2003); интервью с Джеем Готфридом, сентябрь 2006 года.].

В распознавании и анализе запаха – сильный или слабый, хороший или плохой – участвуют также отделы мозга, ответственные за память. Исследование, проведенное в 2005 году во Франции, показало, что при интерпретации запахов активируются участки памяти в обоих полушариях, – возможно, для того, полагают исследователи, чтобы способствовать выработке ассоциаций, которые помогают идентифицировать запах[72 - J. Plailly, “Involvement of right piriform cortex in olfactory familiarity judgements”, Neuroimage 24, 1032–1041 (2005).]. Как сказал один ученый, «нужно сначала вспомнить запах, а потом идентифицировать его»[73 - Это Тим Джейкоб из Кардиффского университета. См.: http://www.cf.ac.uk/biosi/staff/jacob/teaching/sensory/taste.html и http://www.cardiff.ac.uk/biosi/staff/jacob/index.html.].

Некоторые запахи способны увлечь нас в глубины личных воспоминаний. Например, мне запах бекона напоминает летние дни детства, когда я просыпалась от запаха жарящихся ломтиков копченой свиной грудинки и корюшки – замечательной маленькой рыбки, которую мой дедушка рано утром ловил в темных водах озера Мичиган и жарил внукам на завтрак. Долгие годы множество свидетельств отдельных людей заставляло предположить, что запахи служат необычайно ярким напоминанием о пережитом. Это явление известно как «феномен Пруста», названный в честь знаменитого романиста, который описал, как вкус печенья «мадлен» возрождает в памяти детские воспоминания. Ученые доказали, что стимуляция обоняния действительно пробуждает воспоминания сильнее, чем «подсказки» всех прочих органов чувств[74 - S. Chu and J. J. Downes, “Odour-evoked autobiographical memories: psychological investigations of the Proustian phenomena”, Chemical Senses 25, 111–116 (2000).]. И они сохраняются дольше других сенсорных воспоминаний[75 - C. Miles and R. Jenkins, “Recency and suffix effects with serial recall of odours”, Memory 8:3, 195–206 (2000).]. Это тем более поразительно, что обонятельные клетки эпителия полости носа живут всего несколько месяцев, а затем их заменяют новые, которые заново устанавливают связь с клетками мозга.

Чем же обусловлено подобное воздействие запахов на память? Как полагает нейробиолог Линда Бак, «ароматные» воспоминания выдерживают испытание временем, потому что обонятельные клетки (старые или новые), заключающие в себе рецептор определенного запаха, всегда посылают свои сигналы в одну и ту же точку мозга[76 - Z. Zou et al., “Odor maps in the olfactory cortex”; Ranganathan and Buck, “Olfactory axon pathfinding”; M. Pines, “The memory of smells”, in Seeing, Hearing, and Smelling the World: A Report from the Howard Hughes Medical Institute, http://www.hhmi.org/senses/d140.html, retrieved March 25, 2005.].

Таким образом, нужно поговорить и об удивительной структуре обонятельной системы.

Первый глоток кофе не похож ни на что. Чтобы получить максимальное удовольствие от кофейного аромата, задержите напиток во рту, прежде чем проглотить его. Пары? кофе проникнут из вашей глотки через нёбо в полость носа, а затем в обонятельную луковицу, чтобы прошептать: «А вот и я!» – вашему мозгу.

Возможно, вы уверены, что богатый вкус кофе ощущаете языком. Но букет кофе – как и любой другой букет – на 75 % состоит из запаха. Пригубите кофе «суматра», и язык подскажет вам лишь одно: кофе горький. Дана Смолл рассказывает: замечательный вкус кофе – это на самом деле замечательный аромат, который мы отождествляем со вкусом, потому что он воспринимается через рот.

Смолл и ее коллеги из Гарвардского университета обнаружили, что в мозге существует особая сенсорная система для обработки запахов, поступающих через рот[77 - D. M. Small et al., “Differential neural responses evoked by orthonasal versus retronasal odorant perception in humans”, Neuron 47, 593–605 (2005).]. Ученые провели эксперимент, в ходе которого в горло и ноздри волонтеров вставляли маленькие трубочки. Затем в разные трубки направили четыре различных запаха и просканировали мозг с помощью магнитно-резонансного томографа. Было обнаружено, что сигналы о запахах, связанных с пищей и поступивших разным путем (через горло и через нос), интерпретировались разными участками мозга. А это, по мнению Смолл и ее коллег, позволяет предположить, что в мозге существует как минимум две отдельные обонятельные подсистемы: одна распознает запахи удаленных объектов, другая – тех, что находятся во рту. Вторая подсистема задействуется, только когда мы жуем или глотаем.

«Важнейший факт, связанный с вкусовыми стимуляторами, – это то, что они вызывают основные человеческие эмоции – радость (сладкое) и раздражение (горькое)», – пишет Гордон Шеферд, нейробиолог из Йеля[78 - G. M. Shepherd, “Smell images and the flavour system in the human brain”, Nature 406, 316–321 (2006).]. Они заложены в мозге с рождения. Реакция на ароматную составляющую вкуса, напротив, в основном вырабатывается со временем, замечает он, что объясняется, по всей вероятности, огромным разнообразием запахов в кухнях мира.

До недавнего времени наука мало знала о восприятии через рот. Сегодня инструменты генной инженерии и сканеры мозга позволяют приподнять завесу тайны над механизмом восприятия запаха. Те 25 % букета, которые определяются вкусом, распознаются вкусовыми рецепторами, расположенными в сосочках языка. Каждый рецептор отвечает за один из пяти вкусов: соленый, сладкий, кислый, горький и умами. Последний (от япон. umai – хороший и mi – вкус) отвечает за пикантный аромат таких продуктов, как куриный бульон, сыр пармезан, грибы и бекон.

Едва ли не в каждом учебнике вы найдете схемы, показывающие, какой вкус воспринимает тот или иной участок языка: кончик – сладкое, боковые края – кислое и т. д. Однако вопреки этим расхожим представлениям клетки, ответственные за распознавание пяти основных вкусов, разбросаны по всей поверхности языка. Некоторые из них расположены в глотке, гортани и надгортаннике, но основные – во вкусовых сосочках языка[79 - D. V. Smith and R. F. Margolskee, “Making sense of taste”, Scientific American, March 2001, 32–39.].

Любопытно, что вкусовые сосочки больше всего напоминают луковицу. Каждый из них состоит из сотни вкусовых клеток с рецепторами, которые и воспринимают вкус. Частички пищи, проникая через крошечные отверстия в сосочках, встречаются с рецепторами, которые посылают сигналы в соответствующий отдел коры головного мозга[80 - Bernd Lindemann, “Receptors and transduction in taste”, Nature 413, 219–225 (2001).]. Мозг сопоставляет вкусовые ощущения с информацией о качестве и структуре – так сказать, «ротовым ощущением» пищи (которое делает хрустящий картофельный чипс восхитительным, а раскисший – неаппетитным), а в случае со жгучим красным перцем и другой острой пищей – с болевыми ощущениями, чтобы сформировать полное восприятие сладкого домашнего вкуса бананового хлеба или пряного голубя в вине.

Температура пищи – еще одна часть картины. Тепло усиливает ощущение сладости и горечи (вот почему горячий кофе такой вкусный)[81 - A. Cruz and B. G. Green, “Thermal stimulation of taste”, Nature 403, 889–892 (2000).]. Действительно, даже изменение температуры языка – охлаждение или нагрев – вызывает у каждого второго человека вкусовые ощущения. В 2005 году группа ученых заявила об открытии странного феномена «теплового вкуса»[82 - K. Talavera et al., “Heat activation of TRPM5 underlies thermal sensitivity of sweet taste”, Nature 438, 1022–1025 (2005).]. При стимуляции языковых рецепторов сладкого вкуса открывается специальный канал. Оказалось, что тепло также открывает этот канал, активируя вкусовые рецепторы даже в том случае, когда пробовать нечего.

Всем известно, что мы ощущаем вкус по-разному. Возьмем сладкоежек или тех, кто терпеть не может кориандр либо анчоусы. Широко известна нелюбовь Джорджа Буша-старшего к брокколи. А вкус оливок? Одни воспринимают его как божественную смесь соленого, кислого и горького, а другим он напоминает корабельное житье, когда, по описанию Эмерсона, «задыхаешься от вони застоявшейся трюмной воды, ядовитых миазмов и застарелой нефти»[83 - Ralph Waldo Emerson, Essays and English Traits, vol. 5, ch. 2, “Voyage to England” (Harvard Classics, 1909–1914). www.bartleby.com/5/202.html.]