Мнемонічне правило «кожен мисливець хоче знати де сидить фазан» допомагає багатьом з нас пам'ятати, на які кольори розпадається біле світло. Але людське око будує зоровий образ не за цими сімома кольорами. Наука вже звела всю палітру до трьох базових інгредієнтів: червоний, зелений, синій. З тим, яку мірку знімає з світу людський слух, ми теж вже розібралися. З пристроєм смаку, у якого як мінімум п'ять вимірювань, теж все більш-менш зрозуміло. А з яких - і скількох - частин складається запах? Хорошої відповіді на це питання досі немає.
Від камфори до мертвої щури
Гвоздика, мускус, камфору, креозот, котяча сеча, грейпфрут, фарба, сіно, мертві тварини, лаванда. Подібними словесними асоціаціями вчені під керівництвом Ендрю Дравінікса в 1982 році запропонували спеціально відібраним співробітникам лабораторій Американського товариства з випробування матеріалів (ASTM) описати, чим пахне конкретна хімічна речовина. Експерти повинні були нюхати тріски пробкового дерева, просочені розчином пахучих речовин в дипропіленгліколі, і відзначати, як їх аромати співвідносяться зі 147 дескрипторами. Одні визначення в цьому списку були дуже конкретними («кава», «кориця»), інші - навпаки, зовсім загальними («легка», «тепла», «нудотна»), багато хто перетинався або включав в себе один одного («квітковий» і «троянда»).
У серії експериментів 144 учасники розклали запахи 150 хімічних молекул на 147 компонент - вийшла база даних, в якій кожній молекулі відповідає набір дескрипторів з вагою від 0 до 5. Каталог із завідомо надлишковим числом дескрипторів вчені зібрали, щоб на основі нього структурувати нюхливий простір: виокремити найважливіше, відсікти зайве і отримати набір «атомарних запахів».
Аналогічні каталоги потім збирали й інші вчені, розширивши список речовин (наприклад, список Sigma-Aldrich включає вже більше тисячі), число опитаних учасників і кількість дескрипторів. Чи можна інакше підступитися до нюху - незрозуміло.
Нюх не схожий на інші почуття. На відміну від кольорів або звуків, для запахів немає ні стандартного словника, ні стандартних параметрів, що підходять хоча б для пахучих речовин, які активують наші чарівні рецептори.
Одну з перших відомих спроб класифікувати елементарні запахи здійснив психолог Ганс Геннінг, який 1915 року виділив шість базових запахів: квітковий, гнилісний, фруктовий, пряний, смолистий і запах гару. Він розташував їх по вершинах трикутної призми. У кожного запаху було три схожих на нього сусіди і два опоненти, на які він зовсім не схожий. Всі інші запахи, вважав Геннінг, результат змішання цих шести. Через півстоліття автор стереохімічної теорії нюху Джон Амур виділив уже сім фундаментальних запахів. Він розділив їх не просто за своїм розумінням, а за формою активних центрів рецепторів у людському носі або розподілу в них заряджених груп. Так вчений отримав п'ять «формальних» запахів: квітковий, мускусний, ефірний, камфорний і м'ятний, а сприйняття різкого і гнилісного запаху відніс до «зарядових».
Порядок почуттів
До опису кольору мова пристосовувалася довго, але в підсумку впоралася: коли ми чуємо слово «жовтий», «червоний» або «бузковий» будь-якою відомою нам мовою, то досить чітко уявляємо, який саме колір мається на увазі. Півстоліття тому лінгвісти навіть знайшли послідовність, в якій імена кольорів з'явилися практично в усіх мовах.
Згідно з теорією основних кольорів Берліна і Кея, першими в будь-якій мові повинні виникати слова для позначення білого і чорного. На другій стадії в мові з'являється червоний, потім зелений або жовтий, потім коричневий. Потім в різному порядку - рожевий, сірий, фіолетовий і помаранчевий. Хоча ця теорія спирається на дані про безліч мов різних сімей, вона продовжує викликати заперечення у лінгвістів, особливо прихильників гіпотези лінгвістичної відносності Сепіра - Ворфа.
Перший крок до розшифрування кольорового зору зробили натуралісти Нового часу, коли зайнялися складанням «колірних таблиць». Озброєні суворим словником для опису кольорів, натуралісти змогли перейти до наївної систематизації.
Про те, що первинних кольорів три, вперше заговорив англійський натураліст і ілюстратор Річард Валлер ще в 1686 році. Він зібрав таблицю кольорів і забезпечив їх короткими словесними описами, в яких в першу чергу вказувався склад барвника і способи його отримання. Валлер розділив всі кольори на три групи: сині, жовті та червоні.
До повноцінної теорії цю ідею розвинули вже в XIX столітті: сформулював її Томас Юнг, допрацював Гельмгольц, а потім Максвелл показав, як можна математично уявити кольори у вигляді лінійної комбінації трьох компонент. Експериментальний доказ концепція отримала в середині XX століття, зокрема, в роботах фінсько-венесуельського фізіолога Гуннара Светіхіна, які підтвердили, що на першій стадії сприйняття нейрони дійсно поділяють зоровий стимул на три компоненти. Залежно від довжини на світло реагують три типи колбочок:
- (відповідає за синій колір, з максимумом поглинання в районі 440 нанометрів),
- (зелений колір, максимум близько 540 нанометрів),
- (червоний колір 570 нанометрів).
До влаштування рецепторів вчені дісталися ще через тридцять років, у 80-ті роки. В результаті, по-перше, стало зрозуміло, як людина сприймає немонохроматичні кольори (наприклад, рожевий або коричневий). А по-друге, ми отримали спосіб ефективно кодувати кольори - схема RGB багато в чому повторює принцип роботи зорової системи.
Коротко його можна описати так: всі три типи фоторецепторів вловлюють електромагнітні хвилі оптичного спектру. Потім стан рецепторів по трьох каналах передається в головний мозок, а той вже, підсумовуючи ці три сигнали, розфарбовує світ, що спостерігається нами. в даному випадку - не морфологічне поняття, а інформаційне. У термінах сприйняття кожен такий інформаційний канал можна назвати перцептом. Таким чином, на кожен тип фоторецепторів припадає по одному перцепту. Три типи клітин, три перцепти, три вимірювання колірного простору.
Нюх, судячи з усього, влаштовано складніше. І хоча ми вже знаємо, як влаштовані пахучі молекули і організований нюшний мозок, про нюшливі перцепти ми поки розуміємо досить мало - ні що вони з себе представляють, ні, тим більше, скільки їх. Щоб структурувати нюх за аналогією зі сприйняттям кольору, потрібно впорядкувати: слова для опису запахів, молекулярні структури і нейрофізіологічні дані - і потім знайти правила, які керують зв'язками між трьома цими доменами.
При цьому складнощі виникають на обох кінцях цього ланцюжка. Незрозуміло, як упорядкувати величезну кількість дискретних стимулів - пахучих молекул і їх сумішей. На відміну від електромагнітних і акустичних хвиль, які дуже зрозуміло ранжуються за довжиною, молекулярні шматочки речовини не можна так просто взяти і вибудувати вздовж єдиної безперервної шкали. Неясно, як бути з формалізацією нюшних образів, для яких у мові досі немає універсального словника. Тому і списки словесних характеристик в опитуваннях такі довгі і різні в кожному дослідженні.
Цікаво, що зі смаком - найближчим родичем нюху - таких проблем людина уникла. У смаку є зрозумілий короткий словник, є і розуміння того, як влаштовані і кодуються стимули. Консенсусу з питання розмірності смакового простору у вчених все ще немає, типи рецепторів строго поки не обчислені, але всі сходяться на думці, що незалежних каналів передачі даних про смак в мозок п'ять або шість, а, отже, базових смаків також може бути п'ять або шість. Суперечки про кількість смаків викликані якраз нюхом. Значна частка того, що людина сприймає як смак, - насправді не те, що сприймають смакові рецептори мовою. За різними оцінками, не завжди підтвердженими науково, від 75 до 95 відсотків смаку - це запах, який потрапляє на нюльні рецептори через носоглотку.
Образ креозоту
За сприйняття запахів відповідають нюх нейрони, дендрити яких виходять на поверхню нюшного епітелію в носі. Скільки різних нюшливих рецепторів у людини - досі точно невідомо, але їх не два, не три, не п'ять і навіть не десять. У геномі людини знайшли 339 послідовностей, схожих на гени нюшливих рецепторів. А значить, розмірність нюшного простору не може бути більше цього числа. І це якщо виключити можливі часові вимірювання, адже інтервали між сигналами від рецепторів теж можуть бути важливі.
Наприклад, у кишкової палички цілих п'ять типів рецепторів для хімічної чутливості - еволюційного предка нюху, - але вся отримана від них інформація зливається в єдиний канал, в результаті чого простір смертоносних феноменів (або, як мінімум, простір прийнятих за запахом рішень) стає одномірним.
Бактерія чує градієнт концентрації поживних речовин і токсинів навколо і повзе ближче до їжі і подалі від небезпеки. Хоча куди саме вона пливе: до цукру, пептиду або в область з підвищеним вмістом кисню розібрати, судячи з усього, не може. Через недосконалість такого «монохромного» (тут, звичайно, краще сказати «моноосмічного») нюху бактерія не завжди встигає своєчасно реагувати на зміну градієнта концентрацій і замість того, щоб рухатися туди, де потрібної речовини стало багато, починає кувиркатися на місці.
"Ми не знаємо, чи працюють [нюх] рецептори [людини] незалежно один від одного, - пояснює нейробіолог Вальтер Баст з лабораторії Колд-Спрінг-Харбор. - Це можливо, але малоймовірно "Білкові частини рецепторів досить гнучкі, тому до одного рецептора можуть пристикуватися різні функціональні групи, а одну і ту ж молекулу можуть відчути різні рецептори.
До різкої зміни запаху молекули можуть призвести зовсім незначні зміни в її структурі. Наприклад, у карвона запах принципово відрізняється навіть для різних стереоізомерів: D-карвон пахне тміном, а L-карвон - м'ятою. Навіть одна і та ж речовина може пахнути по-різному для різних людей. Наприклад, наявність у людини декількох варіантів нюшливого рецептора, який вловлює андростенон, призводить до того, що ця сполука для одних людей пахне потім і сечею, для других - квітами, а треті взагалі не відчувають його запаху.
"Можна уявити сценарій, в якому рецептори не працюватимуть незалежно, - продовжує вчений. - Припустимо, організм протягом життя знаходиться в обмеженому середовищі і піддається впливу невеликої кількості пахучих речовин. У цьому випадку ймовірна ситуація, коли кожна з молекул, присутня в цьому середовищі, буде завжди активувати два [типу] рецептори пропорційно. Тоді вони відповідатимуть за один-єдиний вимір. Адже якщо ви знаєте, наскільки сильно ця конкретна молекула активує один з рецепторів, то ви автоматично будете знати, наскільки сильно вона активує другий. Тому число [типів] рецепторів абсолютно необов «язково збігається з числом вимірювань [простору нюху]».
Шифрування сигналу, отриманого нюхливими нейронами, відбувається на рівні нюшної цибулини. Сюди він приходить по аксонах перших нюхливих нейронів і через клубочки нюхавої цибулини передається далі, на мітральні і пучкові нейрони. Після цього сигнал по нюхливому тракту йде в тому числі до мигдалевидного тіла, орбітофронтальної кори і гіпокампу.
У цій складній архітектурі дуже важко знайти, де саме тут перцепт - і зрозуміти, з чого він складається. "Мені здається, що найбільш вдале визначення для нюшного перцепту запропонував Маркус Майстер, - говорить Баст. - У своїй роботі він визначив його як внутрішній стан сенсорної системи на тій стадії, де приймається рішення про відмінність або схожість [двох] стимулів, що надходять. На певному етапі перетворення молекули на нервовий сигнал ви [вже] можете сказати: це троянда, а це кава. І ось це стан нейронів, в якому людина визначає запах і може відрізнити один від іншого - це і буде перцепт ".
Спроби обмежити число вимірювань за кількістю стимулів теж не рятують. За оцінками, людина може за запахом відрізнити як мінімум кілька сотень окремих молекул. При цьому молекули, які людина може відчути, ймовірно, обмежені за молекулярною масою. У переважної більшості сполук, які надають запах їжі, молекулярна маса становить в середньому від 135 до 155, максимальна з відомих - близько 310.
У результаті кількість сумішей з цих речовин, які може вчути людина, виходить величезною. Деякі дослідники стверджують, що існує до трильйона різних нюшливих образів. Їм можуть відповідати як окремі молекули, так і суміші, які включають в себе до тридцяти пахучих речовин. Це екстраполяційна оцінка, і, можливо, завищена, але в будь-якому випадку число сприйманих запахів має бути величезним. Людське око розрізняє близько мільйона сумішей базових кольорів, що на шість порядків менше. Отже, для кодування запахів використовується більш ніж три вимірювання.
Поділитися