Запахи, мозг, эмоции

Кандидат медицинских наук

А. Л. РЫЛОВ

Не одно столетие волнуют ученых загадки пяти чувств, доставляющих человеку всю информацию об окружающем его мире. В ходе многолетних исследований изучено анатомическое устройство органов чувств, накоплено огромное количество сведений об их работе. И лет пятьдесят назад казалось, что в этой области все уже более или менее ясно. Система органов чувств животных и человека представлялась чем-то вроде телефонной сети, в которой рецепторы — нервные клетки глаза, уха, носа — соединены своими отростками, как телефонные аппараты проводами, с мозгом, устроенным наподобие центрального телефонного узла. Запахи, цвета, звуки, воспринимаемые рецепторами, зашифровываются в виде нервных импульсов, которые по отросткам нервных клеток передаются в соответствующие отделы мозга; там они расшифровываются, превращаются в образы внешнего мира и переадресуются в те структуры мозга, которые ведают поведением. При этом периферийным органам чувств — анализаторам отводилась лишь скромная роль передаточных инстанций: вся переработка поступающей извне информации предоставлялась центральному узлу.

Однако мало-помалу исследователи стали убеждаться, что дело обстоит не так просто и что «телефонный» принцип неприменим к работе не только всей нервной системы, но даже отдельных нервных клеток: оказалось, что все они не просто передают поступающие сигналы, но и на доступном им уровне так или иначе перерабатывают полученные сообщения. Например, уже в начальных звеньях цепи — рецепторах есть нервные клетки, реагирующие только на знакомый им стимул — определенный запах, звук, форму светового пятна. Некоторые нервные клетки по-разному отвечают на сигналы в зависимости от состояния животного: если оно испытывает потребность в пище, воде, особи противоположного пола, то часть нейронов, входящих в состав анализаторов, повышает свою чувствительность к соответствующим раздражителям. Таким образом, узнавание и переработка внешних сигналов начинается уже с самых первых этапов восприятия.

Этот ступенчатый, подчиненный определенной иерархии процесс оказался необычайно сложным. Потребуются, вероятно, еще многие десятилетия, чтобы разобраться, как именно с помощью анализаторов отражается в сознании объективный мир. К тому же уже сейчас ясно: чтобы понять, как работают органы чувств, физиологам придется заниматься и проблемами, казалось бы, прямо не связанными с восприятием.

В этой статье мы попытаемся рассказать о некоторых современных исследованиях в области одного из пяти чувств человека и животных — обоняния.

ЧЕМ МЫ НЮХАЕМ

Об обонятельной системе исследователи знают много меньше, чем, например, о зрении или слухе. Неизвестность начинается с порога, уже там, где и у человека, и у всех других млекопитающих в верхней части носовой полости находится рецептор запахов — обонятельный эпителий, желтоватое поле площадью около двух с половиной квадратных сантиметров.

До сих пор никто не может точно ответить на вопрос: что пахнет? Вот молекула пахучего вещества попала на обонятельный эпителий, адсорбировалась на поверхности покрывающей его защитной жидкости, соприкоснулась с ресничками обонятельных клеток. А дальше? Какая энергия действует на обонятельный анализатор? Это пока неизвестно. Не знаем мы с определенностью и того, воспринимают ли разные обонятельные клетки разные запахи или же одна клетка может узнать многие из них.

Но вот обонятельная клетка так или иначе узнала определенный запах. На ее оболочке возник электрический импульс. По отростку клетки — нервному волокну, называемому аксоном, импульс проходит через тонкую пористую кость внутрь черепа и попадает в одну из двух обонятельных луковиц — образований белого цвета, которые находятся в передней части мозга и как бы выдвинуты далеко вперед; у крыс эти образования, на долю которых приходится около 4% веса всего мозга, действительно напоминают луковицы.

В луковице аксоны, идущие от обонятельных клеток, оканчиваются, но нервный импульс идет дальше. Он переходит на другие нервные клетки — митральные. Те, в свою очередь, через свои аксоны передают импульсы в другие структуры мозга, расположенные на его передней нижней поверхности. Когда-то их называли обонятельным мозгом: считалось, что именно они различают запахи. Однако оказалось, что, во-первых, эти отделы мозга выполняют и многие другие функции, а во-вторых, даже если их разрушить, животное не теряет способности распознавать запахи. Какая же часть моз­га расшифровывает запахи? Неизвестно — вот еще одна загадка обонятельной системы.

ЗАПАХИ-УМИРОТВОРИТЕЛИ И ЗАПАХИ-ПРОВОКАТОРЫ

В клетку к крысе пускают мышь. Спала ли крыса, умывалась ли, ела или пила, она немедленно бросается на мышь и кусает ее. Не прошло и пяти секунд, как мышь убита. То же происходит и с цыпленком, черепахой, крысенком, лягушкой — словом, с любым мелким животным, какое помещают в клетку.

Такое поведение для большинства крыс необычно: как правило, если к крысе в клетку подсадить мышь, крыса просто обнюхает ее и оставит в покое. Как считают некоторые этологи, хищническая агрессивность для крыс не характерна.

Дело объясняется просто: у этой крысы разрушены обонятельные лукови­цы, и она не может различать запахи.

Откуда же у нее такая агрессивность? Может, крыса, лишенная обоняния, неспособна есть, и убивать ее заставляет голод? Действительно, новорожденные крысята с удаленными обонятельными луковицами часто гибнут от недоедания. Но взрослые животные при добывании пищи успешно возмещают отсутствие обоняния зрением, а у нашей крысы-убийцы в клетке достаточно корма. К тому же если пустить к ней в клетку несколько мышей, она съест одну-две, не больше, но не перестанет убивать.

А не становится ли крыса убийцей оттого, что не ощущает запаха своих жертв? Может быть, здоровой крысе этот запах сообщает, что ничего страшного в новом соседе для нее нет, а после операции она не доверяет глазам и убивает на всякий случай, чтобы обезопасить себя?

Действительно, в контактах грызунов друг с другом и с иными животными запахи играют громадную роль, не меньшую, чем словесное общение у людей. Достаточно нанести на любой предмет несколько капель кадаверина — вещества, появляющегося при разложении крысиных трупов, — и крысы начнут старательно закапывать предмет, как поступают с умершими сородичами. Подопытная крыса может отличить по запаху другой крысы, вознаграждали ее вкусной пищей за нажатие на педаль или нет, и в зависимости от этого сама быстрее или медленнее обучается этой реакции. От запаха мыши-самца, впервые попавшего в колонию, прерывается беременность у самок, а запах мочи взрослых сам­цов мышей необходим для нормального развития самцов-детенышей: без него у них плохо формируются механизмы, ответственные за агрессивные и оборонительные реакции.

Запахи важны и как непосредственные стимулы для животного, встретившего возможную мишень для атаки и находящегося в раздумье: атаковать или нет? Известно, что у крыс, мышей, леммингов и многих других грызунов в моче взрослых самцов есть вещества, которые вызывают нападения со стороны других самцов, а в моче самок — вещества, сдерживающие агрессию со стороны самцов, но зато стимулирующие к атакам других самок. По запаху грызуны безошибочно отличают доминирующих самцов, на которых нападать опасно. Редко кто нападает и на совсем молодых самцов, в моче которых запахи — провокаторы атак отсутствуют.

Значит, запахи и в самом деле могут предотвращать нападения у крыс. Но лишь тогда, когда они исходят от их сородичей! Мыши же, цыплята и лягушки становятся добычей крыс так редко, что трудно представить себе, зачем бы им понадобилось выделять пахучие вещества, которые защищали бы их от крысиных атак. К тому же межвидовая агрессия (как правило, это хищничество) может только усиливаться запахом жертвы. А тут все наоборот: среди крыс, не чувствующих запахов после удаления обонятельных луковиц, убийц несравненно больше, чем среди нормальных животных. В чем же дело?

ТОРМОЗА ЭМОЦИИ

Вспомним еще раз условия нашего эксперимента. Крысы-убийцы отличаются от обычных тем, что у них разрушены обонятельные луковицы. Они, естествен­но, не различают запахов. Но только ли этим объясняется их необычное поведение?

Попытаемся это проверить. Ведь нарушение обоняния можно вызвать и другими способами: например, перерезать обонятельный нерв, ведущий к обонятельным луковицам, или разрушить клетки обонятельного эпителия, нанеся на него пасту с сернокислым цинком. И оказывается, что в этих случаях у крыс не появляется никакой особой агрессивности, хотя запахов для них теперь тоже не существует!

По-видимому, дело не в запахах, а в самих обонятельных луковицах. Не могут ли они помимо обработки информации, которую несут запахи, выполнять и какие-то иные функции? Подобное «совмещение профессий»  для мозга вещь не такая уж необычная. Еще в 30-е годы было доказано, например, что отдельные звенья зрительного анализатора занимаются не только переработкой информации, приходящей с сетчатки глаза. Слепые крысы, обученные ориентироваться в лабиринте по запаху, теряли этот навык, когда у них удаляли часть коры, расшифровывающую зрительные импульсы. Может быть, и обонятельные луковицы, помимо своих основных обязанностей, служат для каких-то иных целей?

Присмотримся повнимательнее к поведению крыс, у которых удалены обонятельные луковицы. Вот перед вами две клетки: в одной крыса нормальная, в другой — с удаленными луковицами. Вы стучите пальцем по клетке или попросту сильно дуете на ту и другую крысу. Нормальная подбежит к передней стенке клетки и начнет разглядывать вас — не больше; оперированная же подпрыгнет или метнется в сторону. Просуньте в клетку деревянную палочку — нормальная крыса обнюхает ее и отойдет, а оперированная в ярости бросится на нее и начнет грызть или же в страхе отскочит.

Подобное поведение называется гиперэмоциональным. О том, что крысы после удаления обонятельных луковиц отличаются «несдержанностью эмоций», свидетельствуют самые разнообразные эксперименты. Такие крысы начинают прыгать и пищать при ударах тока меньшей силы, чем обычные. Они кусаются, когда экспериментатор берет их в руки, вплоть до того, что приходится брать их специальными щипцами. В ответ на внезапный громкий стук у них значительно сильнее ускоряется сердцебиение, чем у нормальных, а в моче появляется больше веществ, выделяемых надпочечниками при стрессе.

Да и мышей крысы с удаленными луковицами убивают совсем не так, как обычные. Экспериментаторы заметили, что они кидаются на мышь неумело, неловко, в слепой ярости, как бросаются на любой движущийся предмет, попавший в клетку. Усилена их агрессивность и в столкновениях с сородичами.

Похоже, что лишение обонятельных луковиц словно отключает установленные в мозге тормоза, которые контролируют интенсивность эмоциональных реакций.

Так исследователи обнаружили в обонятельных луковицах важный механизм управления работой мозга — он удерживает уровень эмоциональности в границах, соответствующих внешним условиям. Все хорошо знают, что происходит, когда эта система тормозов не срабатывает. Мы часами не можем уснуть, вспоминая обиду, и вновь и вновь представляем себе, как надо было ответить обидчику; мы срываемся на крик в семейной ссоре, не можем сдерживать раздражения на работе; или же, наоборот, когда нас что-то развеселило, мы расходимся все больше и больше, не замечая, что кому-то наше веселье в тягость. Не очень приятно вспоминать потом те моменты, когда этот механизм в нас отказывает.

Природа приложила много стараний, чтобы тормоза эмоций были надежны. Она многократно продублировала их в мозге, и обонятельные луковицы — лишь часть этой системы. Пока нам неясно, есть ли какая-нибудь специализация среди подобных механизмов или же все они одинаково регулируют лишь общую эмоциональность. Для чего так старалась природа, понять легко. Прежде всего, гиперэмоциональные животные и люди неспособны нормально ориентироваться в обстановке: не случайно ведь говорят о «слепой ярости» или «глухой тоске». К тому же эмоциональное возбуждение требует большого напряжения сил, интенсивной работы всего организма, и прежде всего системы кровообращения: оттого так и страдает сейчас человек от болезней сосудов и сердца, что его эмоциональные тормоза оказались слишком ненадежными в условиях перегрузок современной цивилизации; но это другая большая проблема и другой большой разговор.

ОТ КРЫС-УБИИЦ К ИСЦЕЛЕНИЮ ЧЕЛОВЕКА

Сейчас уже никто не думает, что обонятельные луковицы — всего лишь переключатели на пути, по которому мчатся в мозг обонятельные импульсы. Это сложные структуры, напоминающие своим строением кору больших полушарий. Кроме митральных клеток, связанных с обонятельным рецептором, здесь есть еще мелкие нейроны, называемые звездчатыми,— таких много и в коре, где им принадлежат, по-видимому, самые сложные, «творческие» функции. Как и кора больших полушарий, обонятельные луковицы обладают постоянной ритмической электрической активностью, которая не прерывается и во сне, и в отсутствие каких бы то ни было запахов. В общем, как отмечал английский исследователь мозга Уле Грос Кларк, обонятельные луковицы — не что иное, как «выдвинутая на периферию часть полушарий головного мозга».

Для того чтобы выполнять свои сложные и разнообразные функции, обонятельные луковицы должны быть связаны с другими отделами мозга. И действительно, к ним ведут нервные волокна из многих структур обоих полушарий, а они, в свою очередь, рассылают широко разветвленные пучки нервных окончаний по всему мозгу.

Некоторые клетки обонятельных луковиц выделяют в мозг нервный медиатор — гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК). После удаления луковиц в мозге снижается содержание не только ГАМК, но и другого медиатора — серотонина. Нейронов, которые синтезировали бы серотонин и где-то его выделяли, в обонятельных луковицах пока не нашли, — возможно, они влияют на систему серотонина лишь опосредованно. Зато нейронов, синтезирующих ГАМК, в луковицах достаточно. Этот медиатор не только используется внутри луковиц, но и экспортируется во многие другие отделы мозга.

Профессия ГАМК — торможение; если подводить ГАМК к нервным клеткам, частота их разрядов снижается или они вообще умолкают. Введение ГАМК в организм крыс тормозит самые разные виды агрессии: и хищничество, и нападения на «чужаков» со стороны хозяев клетки. Тормозящее действие оказывает и серотонин, но если ГАМК вызывает общее торможение в центральной нервной системе, то серотонин, по-видимому, действует более прицельно — при недостатке его усиливаются реакции страха, боли, нарушается сон.

Таким образом, обонятельные луковицы контролируют эмоциональность как бы двумя рукоятками: для более грубой настройки — с помощью нейронов, выделяющих ГАМК, а для более тонкой — через нервные клетки, регулирующие обмен серотонина.

Конечно, еще далеко не все ясно в функциях обонятельных луковиц. Неясно, какие именно структуры мозга крыс, у которых луковицы удалены, более всего «виновны» в их гиперэмоциональности. Неизвестно, какое участие во всем этом принимает еще один медиатор — ацетилхолин: после удаления луковиц изменяется и его обмен в мозге, да не просто в мозге, а в так называемой миндалине — крупном подкорковом ядре, в которое ведут многие нервные волокна из луковиц и электрическое раздражение которого вызывает у крыс, кошек, обезьян припадки неукротимой ярости, а у людей чувство озлобления. Не через миндалину ли регулируют агрессивность обонятельные луковицы? Не ей ли адресованы их тормозные сигналы? Это выглядит тем более вероятным, что недавно было обнаружено: разрушение одного из ядер миндалины устраняет повышенную возбудимость крыс с удаленными луковицами, превращает их из убийц в тихонь.

Непонятно и то, почему через некоторое время после разрушения других структур, также участвующих в контроле эмоциональности, мозг каким-то образом вновь обретает свои тормозные способности, и животное успокаивается, а вот повышение эмоциональности после удаления луковиц носит затяжной, практически необратимый характер. Во всяком случае, крыса, ставшая после этого убийцей, так на всю жизнь и останется агрессором. Неужели эти луковицы так незаменимы?

И наконец, самый интересный вопрос: насколько то, что происходит в мозге крысы с удаленными луковицами, похоже на катастрофу человеческого мозга, когда неуправляемый, патоло­гически возбужденный больной бросает­ся на окружающих?

Как правило, физиологи с чрезвычайной осторожностью переносят на человека данные, полученные на животных. А все же некоторое сходство есть — по крайней мере, в том, что касается механизмов эмоционального срыва. Например, исследователи обнаружили, что содержание серотонина в мозге депрессивных больных, покончивших жизнь самоубийством, значительно ниже чем в мозге людей, умерших при других обстоятельствах. А ведь одной из причин депрессивных состояний считается стресс, то есть гиперэмоциональное перенапряжение — согласно одной из гипотез, при этом нарушается синтез серотонина.

Современная психиатрия располагает мощным оружием против депрессий — это трициклические антидепрессанты, препараты, повышающие уровень серотонина в мозге. И вот обнаружилось, что один из таких антидепрессантов — имипрамин начисто отбивает у крыс с удаленными луковицами охоту убивать мышей. Так оно и должно было быть — ведь он повышает содержание того самого серотонина, которого не хватает мозгу после потери обонятельных луковиц. С тех пор проверку на крысах с удаленными луковицами фармакологи применяют в качестве одного из тонких методов оценки эффективности антидепрессантов.

На таких крысах-убийцах испытывают и психотропные препараты другой группы — нейролептики, которые в отличие от антидепрессантов, наоборот, снижают эмоциональный тонус, делают животное и человека сонным, вялым, малоподвижным, ко всему безразличным. Достаточно ввести нейролептики аминазин и галоперидол агрессивному больному, находящемуся в состоянии маниакального возбуждения, и препарат действует лучше любой смирительной рубашки.

Однако нейролептики, вызывающие общее эмоциональное угнетение, — далеко не идеальные лекарства при лечении таких заболеваний. Они могут, например, обезвредить буйнопомешанного, снять острый приступ агрессивности, но не могут вернуть больному доброжелательность, миролюбие, спокойствие нормального человека, не заменяя его отупением и вялостью.

Для того чтобы научиться эффективно лечить психически больных, восстанавливать их эмоциональное состояние, возвращать их в мир здоровых людей, физиологи вновь и вновь удаляют у десятков и сотен крыс обонятельные луковицы, ставят с ними новые и новые эксперименты, дающие бесценную информацию о тайнах человеческого мозга.

(Химия и жизнь. 1983, № 9)