Сегодняшний выпуск традиционной рубрики про нейронауки в топовых научных журналах мы взяли у наших коллег и партнёров, портала N+1, где наши материалы публикуются в блоге нашего портала. Но о новой статье в журнале Science прекрасный материал написал редактор N+1 Олег Лищук, и мы с удовольствием представляем его вашему вниманию.
Нейробиолог из американского Университета Ратгерса Джон Макганн (John McGann) назвал точку зрения о слабом по сравнению с другими млекопитающими человеческом обонянии «мифом XIX века». По его мнению, люди умеют воспринимать запахи и пользуются этим ничуть не хуже своих эволюционных предков. Свои доводы он приводит на страницах журнала Science. Разберемся, насколько они убедительны.
Сопоставление относительных и абсолютных размеров обонятельных луковиц человека и мыши
John P. McGann / Science, 2017
Мнение о том, что люди обладают сравнительно слабым обонянием, широко распространено в научных и широких кругах. Анализируя его историческое происхождение, Макганн рассказывает о роли выдающегося французского анатома и антрополога Поля Брока.
Проводя сравнительные анатомические исследования, Брока заметил, что у человека лобные доли мозга значительно больше по размеру, чем у других животных, не обладающих сложными когнитивными навыками и речью. Нарушения этих функций наблюдались и у пациентов с повреждениями этого отдела мозга, из чего ученый сделал вывод, что человеческий интеллект физически базируется в сером веществе лобных долей.
Дальнейшее изучение показало, что обонятельные луковицы, расположенные под лобными долями и принимающие информацию от обонятельных нервов, у человека имеют меньший относительный размер, чем у большинства других млекопитающих, и соединены с остальным мозгом сравнительно тонкими обонятельными путями. Учитывая то, что поведение человека также в меньшей степени зависит от запахов, Брока решил, что в процессе эволюции обонятельные луковицы уменьшились, чтобы дать место массивным лобным долям, в результате чего человеческое обоняние существенно ослабилось.
На основании этой точки зрения ученый разделил всех млекопитающих на «обонятельных» (osmatique), для которых запахи имеют первостепенное значение, и «необонятельных» (anosmatiques). Последние, по его мнению, подразделяются еще на две категории: водные млекопитающие, такие как китообразные, у которых обонятельные структуры практически отсутствуют, и приматы (включая людей), обладающие крупными лобными долями и меньше использующие обоняние.
Эту классификацию поддержали последующие специалисты, такие как британский анатом Уильям Тернер (William Turner), американский невролог Чарлз Херрик (Charles Herrick) и другие. Свою роль сыграл и знакомый с работами Брока знаменитый психолог Зигмунд Фрейд. Он считал, что обоняние лежит в основе инстинктивного полового поведения у животных, а у человека утрачивает свое значение после детских анальной и оральной стадий, описанных в его теории психосексуального развития.
«Таким образом, Брока и Фрейд придали псевдонаучный глянец идее о том, что обоняние действует противоположно свободной рациональности, которая делает людей цивилизованными и отличает от других животных», — заключает Макганн.
Мнение о слабом обонянии человека сохранилось и по сей день. Как пишет Макганн, этому способствовали работы, показавшие, что из примерно 1000 человеческих генов обонятельных рецепторов лишь около 390 кодируют рецепторные белки, а остальные являются псевдогенами («сломанными» копиями генов), в то время как, например, у мыши это соотношение равняется примерно 1100 к 900. Это послужило основой для идеи о том, что способность воспринимать запахи утратила для человека ведущее эволюционное значение после того, как у него появилось развитое трехцветное зрение. Тем не менее, впоследствии было показано, что порядка 60 процентов человеческих «псевдогенов» на самом деле транскрибируются в матричную РНК в обонятельном эпителии (то есть псевдогенами, по сути, не являются), отмечает Макганн.
Еще одним доводом сторонников относительной слабости человеческого обоняния стали небольшие размеры обонятельных луковиц по отношению к мозгу в целом: у гоминид они составляют около 0,01 процента объема мозга против двух процентов у мыши. При этом до 96 процентов мозговых структур пропорциональны общему размеру мозга у разных млекопитающих.
Как пишет Макганн, обонятельные луковицы входят в четыре процента исключений из этого правила. Причины этого могут заключаться в неравномерности эволюционного масштабирования разных мозговых структур и определенной независимости обонятельной системы от остального мозга. Кроме того, у других животных относительные размеры обонятельных луковиц также уменьшаются с увеличением мозга, что, однако, не влияет на восприятие запахов. Поэтому, считает ученый, более целесообразно сопоставлять не относительные, а абсолютные объемы этих структур. Так, у человека обонятельные луковицы имеют в среднем объем около 60 кубических миллиметров против примерно 27 кубических миллиметров у крысы и от 3 до 10 кубических миллиметров у мыши.
Еще одним важным фактором, определяющим функции обоняния, является число нейронов в обонятельном анализаторе. У тех видов млекопитающих, для которых оно установлено, разница не превышает 10 миллионов клеток. Это соответствует максимум 28-кратному разбегу по числу нейронов при 5800-кратном разбеге по массе тела. По мнению Макганна, подобное сопоставимое число нейронов у разных видов связано с тем, что все они живут в мире запахов и нуждаются в них примерно в равной степени (этот момент несколько спорен, поскольку обонятельное окружение разных видов может сильно варьировать, но и число нейронов все же отличается не в разы, а на порядки). В то же время, рост объема и клеточного состава мозговых структур происходит при необходимости выполнения расширенных функций, например, более четкой координации движений и т. д.
Количество нейронов в обонятельных луковицах разных видов млекопитающих
John P. McGann / Science, 2017
В отличие от грызунов и многих других млекопитающих у гоминид нейроны обонятельных луковиц не обновляются в течение жизни, что может показаться признаком рудиментарности обоняния. Тем не менее, пишет Макганн, необходимую пластичность человеческому обонятельному анализатору придают его гораздо более развитые корковые центры, интерпретирующие информацию о запахах и помещающие ее в контекстные и семантические сети мозга.
В финале Макганн приводит наиболее решительный аргумент в пользу силы человеческого обоняния — его функциональные способности. Как показало недавнее исследование, при неповрежденном анализаторе люди, как и другие млекопитающие, способны улавливать летучие соединения в количестве от нескольких молекул и различать до триллиона запахов, что в сотни миллионов раз превышает предыдущие оценки.
При этом чувствительность разных видов к различным запахам подвержена естественной вариабельности и во многом зависит от необходимости. Сравнение людей с другими млекопитающими показывает сопоставимую способность воспринимать запахи в целом, причем по отдельным соединениям (например, 3-меркапто-3-метилбутилформиату, n-пентаноевой и n-октаноевой кислотам) человек занимает лидирующие позиции.
Чувствительность к летучим веществам человека и животных
John P. McGann (adapted from Can Güven and Laska) / Science, 2017
Также автор статьи возражает против незначительного влияния обоняния на человеческое поведение. Он отмечает, что запахи могут вызывать специфические воспоминания и эмоции, влиять на активацию автономной нервной системы, дополнять восприятие стресса и аффекта и т. д. Они также играют важную роль в невербальном общении: запах каждого человека зависит не только от питания и окружающей среды, но и взаимодействует с иммунными маркерами тканевой совместимости, помогая распознавать родственных индивидов. Это, в свою очередь, может влиять на половой интерес, а также давать дополнительную информацию о тревожности или агрессии другого человека. Хотя подобные эффекты запахов редко воспринимаются сознательно, они могут приобретать выраженное значение в травмирующих обстоятельствах — так, обонятельные галлюцинации часто бывают одним из симптомов посттравматического стрессового расстройства.
«Наше чувство обоняния гораздо более важно, чем мы думаем», — заключает Макганн.
Текст: Олег Лищук
John P. McGann
Science 12 May 2017:
Vol. 356, Issue 6338, eaam7263
DOI: 10.1126/science.aam7263
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
