Сенсорные системы

Обоняние

Восприятие запахов — обонятельный эпителий и мозг.

Обонятельная система — обонятельный эпителий и обонятельная луковица

Обоняние: как запах становится ощущением

Обоняние — способность воспринимать запахи, то есть распознавать молекулы веществ, находящиеся в воздухе. Когда мы вдыхаем, часть воздуха попадает в верхнюю область носовой полости, где расположены особые рецепторные клетки. Они связываются с пахучими молекулами и превращают химический сигнал в нервные импульсы. Мозг получает эти импульсы и создаёт ощущение знакомого или нового запаха.

Обоняние помогает не только получать удовольствие от ароматов еды, цветов или парфюма. Оно предупреждает об опасности: дыме, утечке газа, испорченной пище, химических веществах. Вместе со вкусом обоняние формирует значительную часть ощущения пищи. Общий принцип работы органов чувств разобран в разделе Сенсорные системы.

👃
Запах — это химия в воздухе. У предмета нет «запаха» как отдельного свойства, которое можно увидеть. Он выделяет или испаряет летучие молекулы — достаточно лёгкие, чтобы распространяться с воздухом. Когда эти молекулы достигают рецепторов в носу, мозг распознаёт их сочетание как запах кофе, хвои, дыма или еды.

Где находится орган обоняния

Орган обоняния расположен не во всём носу, а в небольшой области в самой верхней части носовой полости — высоко под основанием черепа. Эта область называется обонятельным эпителием. Эпителий — это слой клеток, покрывающий поверхность или выстилающий полость; в данном случае он содержит чувствительные обонятельные рецепторы.

Обонятельный эпителий занимает верхнюю часть носовой полости, участок верхней носовой перегородки и верхнюю носовую раковину. Его площадь у взрослого человека составляет примерно 5–10 см². Остальная слизистая оболочка носа преимущественно согревает, увлажняет и очищает вдыхаемый воздух.

Над обонятельным эпителием находится тонкая решётчатая кость. Через её многочисленные отверстия проходят тонкие волокна обонятельного нерва к обонятельной луковице — первой «станции» обработки запаха на нижней поверхности лобной доли мозга.

Путь запаха: от молекулы до мозга

Чтобы запах был воспринят, пахучей молекуле нужно пройти несколько этапов — от воздуха у ноздри до нервных центров мозга.

  1. Пахучие молекулы входят в нос вместе с воздухом при вдохе или попадают в носовую полость изо рта во время еды — через носоглотку при выдохе. Второй путь называют ретроназальным обонянием (от лат. «retro» — «назад» + «nasus» — «нос»).
  2. Молекулы растворяются в тонком слое слизи, покрывающем обонятельный эпителий. Слизь нужна не только для увлажнения: она создаёт среду, в которой молекулы могут добраться до рецепторов.
  3. Обонятельные рецепторные нейроны связывают молекулы своими рецепторными белками. Нейрон — нервная клетка; это особый случай, когда рецептором служит сама нервная клетка.
  4. В клетке возникает электрический сигнал, который по её тонкому отростку проходит через решётчатую кость в обонятельную луковицу.
  5. В обонятельной луковице сигналы от однотипных рецепторов объединяются в небольших структурах — клубочках (гломерулах). Затем обработанная информация идёт по обонятельному тракту в другие отделы мозга.
🧠
Необычный путь к коре. Большинство сенсорных сигналов сначала проходит через таламус — «переключающую станцию» мозга. Первичная обонятельная информация поступает в кору без обязательного первичного переключения в таламусе. Поэтому запахи особенно тесно связаны с памятью и эмоциями: обонятельные пути имеют прямые связи с лимбической системой — сетью структур, участвующих в эмоциях и формировании памяти.

Как рецепторы различают тысячи запахов

У человека примерно 400 типов обонятельных рецепторов. Каждый рецептор лучше связывается с определённой группой молекул, но не работает по принципу «одна молекула — один запах». Одна пахучая молекула способна активировать несколько типов рецепторов, а один тип рецептора может отвечать на несколько похожих веществ.

Поэтому запах кодируется не одним сигналом, а комбинацией активности множества рецепторов — своеобразным «узором». Мозг распознаёт этот узор, сравнивая его с сохранёнными в памяти. Такой принцип позволяет относительно небольшому числу типов рецепторов различать огромное количество запахов и их смесей.

Число запахов, которые способен различить человек, трудно измерить точно: оно зависит от методики, концентрации веществ и опыта конкретного человека. Поэтому корректнее говорить не о фиксированном числе, а о высокой способности обоняния различать сложные сочетания летучих молекул.

Обоняние и вкус: почему еда кажется безвкусной при насморке

В быту словом «вкус» часто называют всё ощущение от еды. Но собственно вкус, который воспринимают рецепторы языка, включает всего несколько базовых качеств: сладкое, солёное, кислое, горькое и умами (вкус веществ, характерных для белковой пищи).

Большая часть тонких оттенков еды — аромат кофе, клубники, ванили, жареного хлеба — воспринимается носом. Когда мы жуём и выдыхаем, ароматические молекулы поднимаются изо рта в носовую полость сзади. Это и есть ретроназальное обоняние. При насморке поток воздуха к обонятельному эпителию уменьшается, поэтому еда кажется «безвкусной», хотя вкусовые рецепторы языка продолжают работать.

🍓
Попробуйте зажать нос. Если закрыть нос и съесть кусочек яблока, сладость, кислота и текстура останутся, но характерный «яблочный» аромат резко ослабнет. После того как нос отпустить, ретроназальный поток снова донесёт молекулы к обонятельному эпителию, и знакомый вкус еды вернётся. Этот простой опыт показывает, насколько наше восприятие еды зависит от обоняния.

Почему запахи связаны с памятью и эмоциями

Обонятельная информация быстро попадает в структуры лимбической системы — группы участков мозга, связанных с эмоциями, мотивацией и памятью. Среди них важны миндалевидное тело (амигдала), участвующее в эмоциональной оценке событий, и гиппокамп, необходимый для формирования многих воспоминаний.

Поэтому определённый запах может внезапно вызвать яркое воспоминание или сильное чувство: аромат знакомого блюда — напомнить о доме, запах больницы — вызвать тревогу, а запах дыма — насторожить. Такая связь не означает, что запахи всегда «точно возвращают прошлое»: память зависит от личного опыта и контекста. Но прямые связи обонятельной системы с эмоциональными и памятными центрами делают эти ассоциации особенно заметными.

Адаптация: почему мы перестаём замечать постоянный запах

Обонятельная адаптация — быстрое снижение чувствительности к постоянному запаху. Зайдя в помещение, мы сначала замечаем его аромат, но через несколько минут часто перестаём обращать на него внимание. Это происходит частично на уровне рецепторов, а частично из-за обработки сигнала мозгом.

Адаптация полезна: она освобождает внимание для новых запахов, которые могут быть важнее. Но она же объясняет, почему человек не всегда замечает собственный запах одежды или помещения, в котором находится долго.

Что происходит при нарушениях

Нарушения обоняния могут возникать из-за препятствия для потока воздуха, повреждения обонятельного эпителия, нерва или участков мозга, обрабатывающих запахи.

Аносмия и гипосмия

Аносмия — полная потеря обоняния, гипосмия — его снижение. Частая причина — простуда, аллергический ринит (воспаление слизистой носа при аллергии) или воспаление пазух, когда отёк перекрывает доступ воздуха к обонятельной области. Возможны также последствия некоторых вирусных инфекций, травм головы, возрастных изменений и отдельных неврологических заболеваний.

Паросмия и фантосмия

Паросмия — искажённое восприятие реального запаха: привычная еда или парфюм могут казаться неприятными, «горелыми» или химическими. Фантосмия — ощущение запаха без внешнего источника. Такие состояния могут возникать после инфекций, травм, при заболеваниях носа или некоторых неврологических состояниях.

Потеря запаха и безопасность

Снижение обоняния влияет на качество питания и может создавать бытовые риски: труднее заметить дым, запах одоранта при утечке бытового газа или признаки порчи пищи. В таких случаях особенно важны исправные датчики дыма и газа, проверка сроков хранения продуктов и внимания к их внешнему виду.

Когда нужна медицинская оценка

Внезапная потеря обоняния, особенно после травмы головы, одностороннее стойкое нарушение, постоянные «несуществующие» запахи или сочетание потери обоняния с другими неврологическими симптомами — повод обратиться к врачу. Причина может находиться как в носовой полости, так и в нервной системе.

Связи с другими системами

  • Вкус: обоняние и вкусовая чувствительность вместе формируют восприятие еды. Ретроназальное обоняние объясняет большую часть её ароматических оттенков. Подробнее — в статье Вкус.
  • Дыхательная система: воздух и пахучие молекулы проходят через носовую полость, а воспаление слизистой и пазух может временно нарушать обоняние. Подробнее — в разделе Дыхательная система.
  • Нервная система: обонятельные рецепторные нейроны, луковицы, тракты и кора образуют нервный путь, тесно связанный с памятью и эмоциями. Подробнее — в разделе Нервная система.
  • Пищеварительная система: запах еды запускает подготовительные реакции пищеварения: выделение слюны и изменение активности желудка. Подробнее — в разделе Пищеварительная система.
  • Иммунная система: слизистая носа — один из барьеров на пути вдыхаемых частиц и микробов; воспалительный ответ при инфекции или аллергии может менять восприятие запахов.

Таким образом, обоняние — это химическое чувство. Летучие молекулы попадают в верхнюю часть носовой полости, связываются с рецепторами обонятельного эпителия и превращаются в нервные сигналы. Обонятельная луковица и связанные с ней участки мозга распознают сочетания этих сигналов как запахи, связывая их с едой, эмоциями, воспоминаниями и безопасностью. Без обоняния мир не исчезает, но становится заметно беднее и менее безопасным.