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

Обоняние относят к пяти классическим чувствам. Наряду со зрением и слухом, вкусом и осязанием оно позволяет нам воспринимать окружающий мир и адекватно на него реагировать. Зрение, слух и осязание являются физическими чувствами, которые проявляются ощущениями, возникающими в результате физического воздействия соответствующих раздражителей на органы чувств. Бросим для начала взгляд на функциональную сторону этого дела: при восприятии зрительных стимулов фотоны солнечного света или света искусственных источников отражаются от поверхностей различных предметов. От светлых поверхностей отражается больше фотонов, от темных – меньше. Фотоны, проникающие в глаз через роговицу, проходят через хрусталик, где фокусируются, а затем проходят через стекловидное тело. В сетчатке, выстилающей заднюю стенку глаза, пучок фотонов проходит еще через несколько клеточных слоев, прежде чем встречается с рецепторными клетками. Эти клетки представлены двумя типами: палочками, обладающими высокой чувствительностью и обеспечивающими черно-белое зрение, например ночью, в условиях низкой освещенности, и колбочками, которые отвечают за цветовое зрение и для нормальной функции которых требуется весьма много света. Эти рецепторные клетки «переводят» физическое раздражение на язык нервной системы, то есть на язык электрических импульсов. Эти электрические стимулы передаются по нервным волокнам в головной мозг, где подвергаются дальнейшей обработке.

Слух, в свою очередь, основан на восприятии звуковых волн, порождаемых колеблющимися структурами. Этими структурами могут быть мембраны динамика, голосовые связки взволнованного коллеги или двигатель автомобиля. Звуковые волны проводятся в какой-либо среде, как правило, в воздухе, частицы которого начинают колебаться с частотой исходных звуковых волн. Когда волны достигают нашей барабанной перепонки, она начинает колебаться, приводя в движение слуховые косточки – молоточек, наковальню и стремечко. Движения стремечка вызывают колебания в жидкости, заполняющей внутреннее ухо, синхронные с колебаниями источника звука. Во внутреннем ухе, в улитке, возникает бегущая волна, проходящая по завиткам спиральной улитки. В определенном месте, соответствующем частоте звука, амплитуда колебания жидкости становится максимальной. Энергия колебания возбуждает волосковые клетки, рецепторные клетки слуховой системы. Таким образом механическое давление волны превращается в электрический стимул, то есть волосковые клетки играют ту же роль, что палочки и колбочки сетчатки глаза. Электрические стимулы по слуховому нерву направляются в головной мозг, где подвергаются дальнейшей обработке. Для системы осязания тоже существуют специфические рецепторные клетки, переводящие энергию механического давления в энергию электрических нервных стимулов.

Задачей рецепторных клеток различных органов чувств является перевод с языка раздражителей внешнего мира в электрические стимулы, то есть перевод на «язык мозга»; процесс такого перевода называют трансдукцией. Для того чтобы понять, как работает орган чувства, надо разобраться в работе рецепторных клеток и рецепторов: как осуществляют такой перевод палочки и колбочки сетчатки глаза и волосковые клетки слуховой улитки? Детали трансдукции сложны и в разных органах чувств отличаются друг от друга, но в основе лежит одно и то же – рецепторные клетки располагают рецепторами, особыми белками, отвечающими на раздражение, в ходе которого они меняют свою конфигурацию (свою трехмерную форму). Следствием такого изменения является сдвиг электролитного равновесия в рецепторной клетке. В результате либо в самой рецепторной клетке, либо в других клетках возникает так называемый потенциал действия – преходящее изменение нормального электрического напряжения между цитоплазмой (внутренней средой клетки) и внеклеточным пространством. Этот потенциал действия от места своего возникновения охватывает всю клетку и передается на отростки нервных клеток, которые связывают органы чувств с головным мозгом. Так образуется электрическое раздражение, передающееся от органа чувств в мозг.

Особенность физических ощущений – зрения, слуха и осязания – заключается в том, что рецепторные клетки не вступают в непосредственный контакт с источником раздражения. Напротив, источник может быть удален от организма на значительное расстояние. Раздающийся после разряда молнии гром мы слышим за много километров, и для этого не нужно, чтобы молния ударила нам во внутреннее ухо. Фотоны, воспринимаемые нами в течение всего светового дня, преодолевают 150 миллионов километров, прежде чем отразятся от какого-нибудь дерева, проникнут в наши глаза и активизируют рецепторные клетки сетчатки.