Нейрогастрономия. Почему мозг создает вкус еды и как этим управлять - Гордон Шеперд

Чем крупнее мозг, тем тоньше восприятие и сложнее моторика его обладателя. Наивысшей точки мыслительные процессы достигают в неокортексе, самой высокоорганизованной зоне мозга из когда-либо созданных живой природой, которая отвечает за формирование нашего сенсорного, моторного и внутреннего восприятия. Считается, что разрастание неокортикальной коры произошло благодаря доминирующей роли зрения в повседневной жизни высших приматов и человека. В то же время не стоит забывать, что возникшие при расширении новой коры колоссальные вычислительные мощности доступны и другим сенсорным системам, в том числе обонянию. Все это наконец подводит нас к главному посылу этой книги – у нас меньше рецепторных генов, но это с лихвой компенсируется в процессе обработки сенсорной информации на протяжении всего обонятельного тракта, который достигает пиковой интенсивности в неокортексе; именно благодаря мозговой активности человеческое восприятие мира запахов и вкусовых ощущений куда более полное и насыщенное, чем у других животных.

Именно благодаря мозговой активности человеческое восприятие мира запахов и вкусовых ощущений куда более полное и насыщенное, чем у других животных.

Наглядно проиллюстрировать этот тезис можно, сравнив человеческий мозг с мышиным. Как правило, в таких сравнительных иллюстрациях не учитывается масштаб и мозг изображается размером с человеческий, это создает ложное впечатление о размерах обонятельной луковицы и орбитофронтальной коры мозга мыши: они кажутся огромными по сравнению с аналогичными зонами человеческого мозга. Нередко одна картинка стоит тысячи слов, но к непропорциональным «сравнительным» иллюстрациям это явно не относится. На рис. 12.2 пропорции соблюдены: очевидно, что одна только обонятельная луковица у человека размером почти что с мышиный мозг, а орбитофронтальная кора и вовсе в несколько раз крупнее мышиной. Вывод очевиден – человеческий обонятельный тракт сохранил пропорции, свойственные другим млекопитающим, а вот объем и вычислительные мощности мозговых центров обработки стали гораздо больше. Именно эти увеличенные вычислительные мощности мозга и их способность обрабатывать обонятельные и вкусовые ощущения являются основным объектом изучения нейрогастрономии.

Рис. 12.2. Сравнение мозга человека и мыши. Схема показывает расположение систем мозга, сопряженных с различными видами деятельности и функциями организма

УНИКАЛЬНЫЕ СВЯЗИ И ПОДХОД К ОБРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИИ

Обонятельная зона неокортекса усиливает полученный от обонятельной коры объект запаха, преобразовывая его в доступный человеческому восприятию образ запаха. Чем объясняется эта способность?

Точного ответа мы не знаем, но у нас есть целых два варианта. Первый вариант предполагает, что улучшенное преобразование обонятельной информации обусловлено структурными особенностями этого участка. Второй же вариант допускает, что обонятельная кора является далеко не единственным источником информации и что данный участок связан со множеством других зон мозга.

Как же устроена эта «новая» кора? Она похожа на простую обонятельную кору, сложенную вдвое: состоит из двух толстых слоев, содержит больше подвидов пирамидальных клеток и промежуточных нейронов. Структура пирамидальных клеток в этих двух слоях такая же, как в обонятельной коре: ответвления аксонов осуществляют возвратное возбуждение, стимулируют другие пирамидальные клетки и активируют промежуточные нейроны, запуская механизмы обратной связи и латеральной ингибиции. Получается, что в случае базовых операций, таких как усиление и преобразование обонятельной информации, новая кора выполняет те же функции, что и простая, но на существенно более высоком уровне. В новой коре есть и новый тип клеток – звездчатые нейроны, которые (помимо всего прочего) служат своего рода внутренними ретрансляторами для сенсорной информации, поступающей как напрямую из обонятельной луковицы, так и опосредованно, из таламуса.

Как видите, на каждом последующем этапе обонятельного тракта к процессу преобразования подключаются новые, более мощные механизмы обработки сенсорной информации.

На каждом последующем этапе обонятельного тракта к процессу восприятия запаха подключаются новые, более мощные механизмы обработки сенсорной информации.

А что насчет связей? Вы уже знаете, что обонятельная кора получает информацию из обонятельной луковицы и передает ее в орбитофронтальную кору. Обонятельная кора связана и с другими частями мозга, но с неокортексом она соединяется лишь напрямую, через орбитофронтальную кору. В то же время у орбитофронтальной коры предостаточно важных связей со многими другими неокортикальными участками мозга.

На рис. 12.2 видно, что орбитофронтальная кора связана со всеми сенсорными трактами – соответствующие им участки неокортекса передают туда информационные проекции. Получается, что клетки орбитофронтальной коры потенциально способны совмещать обонятельную информацию с данными от других сенсорных систем, стимулируемых при поглощении пищи. Клетки также взаимодействуют с зонами неокортекса, отвечающими за поведенческие реакции. В первую очередь это амигдала (или миндалевидное тело), отвечающая за эмоции, и участки префронтальной коры, отвечающие за когнитивную гибкость и оценочное суждение. Эти связи необходимы для формирования комплексного вкусового ощущения – оно складывается из реакции разных органов чувств на пищу, находящуюся у нас во рту, и поведенческих статусов, таких как голод и насыщение. Мы также оцениваем вкусовое ощущение и решаем, нравится нам оно или нет, – подробнее об этом будет рассказано далее по тексту.

СОЗДАНИЕ ЗАПАХА

Зная строение обонятельного тракта, можем ли мы точно сказать, как он создает восприятие запаха? Оказывается, это не так уж просто. Мы тщательно изучили ранние стадии системы обонятельного восприятия благодаря экспериментам на лабораторных животных, ведь строение этих органов у мышей и крыс схоже с человеческим. К сожалению, в изучении орбитофронтальной коры грызуны нам помочь не могут – у них эта зона мозга маленькая, в то время как у обезьян и человека она достаточно крупная и играет куда большую роль в неокортикальных процессах обработки обонятельной информации. Таким образом, наши познания о базовых физиологических принципах обработки запаха в неокортексе достаточно малы, особенно в сравнении с изученными «от и до» ранними стадиями обработки запаха. Изучение неокортекса происходит исключительно за счет регистрации клеточной активности обезьян и функциональной томографии человеческого мозга.

Впервые исследованием этой проблемы занялись в 1970-х годах в Японии, когда Садаюки Такаги и его коллеги записали активность клеток мозга обезьяны, продемонстрировав таким образом все стадии работы обонятельного тракта, от обонятельной луковицы до орбитофронтальной коры; на каждой следующей стадии реакция клеток становилась все более специфичной, настроенной на конкретные типы молекул. Следующую серию исследований провели лишь в 90-х годах в лаборатории Эдмунда Роллса при Оксфордском университете – эти эксперименты показали, как клетки орбитофронтальной коры могут реагировать на разные сочетания вкусов и запахов. Изобретение функциональной томографии, а вместе с ней и возможности исследовать человеческий мозг позволило ученым подтвердить результаты предыдущих экспериментов и подкрепить их новыми данными. Благодаря этим и последующим исследованиям были сформулированы следующие принципы работы неокортикального уровня восприятия запаха.