Kitabı oku: «Краткая история тела. 24 часа из жизни тела: секс, еда, сон, работа», sayfa 3

Секрет стимулирующего воздействия кофеина состоит в следующем: это вещество по своей химической структуре похоже на аденозин и соответственно имеет сродство с аденозиновыми рецепторами. Аденозин – эндогенное (то есть образующееся в самом организме) соединение, побочный продукт энергетического обмена, накапливающийся в организме по мере того, как клетки расходуют энергию. Чем больше тратится энергии, тем больше образуется аденозина. Он присоединяется к «своим» рецепторам, расположенным в основном в клетках мозга, и снижает их активность. Так, он уменьшает частоту сердечных сокращений и артериальное давление, выброс стимулирующих нейромедиаторов и вызывает сонливость. Кофеин подстегивает вашу активность, воздействуя на аденозиновые рецепторы «вместо» аденозина и мешая ему выполнять тормозящую функцию⁶². Это влияние кофеина на аденозиновые рецепторы настолько велико, что проявляется даже при малых дозах.

Таким образом, кофеин не возбуждает нервные клетки, но мешает им избавиться от возбуждения. Вопрос о том, стимулирует ли он работу мозга, пока остается открытым⁶³. В 2005 году австрийские ученые изучали воздействие кофеина на мозг с помощью магнитно-резонансной томографии⁶⁴. Перед началом эксперимента волонтеры должны были воздерживаться от кофе в течение 12 часов. Затем половина из них выпила чашку крепкого кофе, содержащую 100 миллиграммов кофеина, а вторая половина – плацебо⁶⁵. Через 20 минут участники эксперимента должны были выполнить ряд заданий на память и концентрацию, в то время как их мозг сканировали магнитно-резонансным томографом. Сканирование выявило у всех участников опыта всплеск активности отделов мозга, отвечающих за моторную и рабочую память. Однако у тех, кто принял кофеин, возросла (по крайней мере на 45 минут) активность и других отделов мозга, отвечающих за внимание и концентрацию. Исследователи полагают, что эти отдельные всплески нервной деятельности также могут объясняться воздействием кофеина на рецепторы аденозина.

Впрочем, есть и скептики⁶⁶. Нейробиолог Роланд Гриффитс из Университета Джонса Хопкинса предположил, что положительное воздействие на работу мозга, которое люди приписывают утренней чашке кофе, иллюзия. Кофе просто снимает симптомы абстиненции после ночного воздержания от него. Без кофе, полагает Гриффитс, ваша активность, скорее всего, повысится сама собой через час или два после пробуждения.

Возможно, он и прав. Но я не могу ждать. Иллюзия это или нет, я не могу жить без допинга, который избавляет меня от утренней бестолковости и помогает прийти в себя перед началом нового дня.

Глава 2
Восприятие

«Кофе?» – шепчу я спящему мужу. Не хочется его пугать, но мой шепот все же лучше вспышки яркого света или 70-децибельного звонка его будильника. Утро входит в сознание через сенсорное восприятие, мягкое или резкое. В течение нескольких секунд после пробуждения вы можете видеть звезды, чувствовать запах утренней росы в воздухе, ощущать прикосновение простыней или ночной рубашки из мягкого хлопка, в темноте разглядеть лицо лежащего рядом человека и услышать сонный ответ. Молекулы запаха поднимаются по носовым проходам и возбуждают обонятельные рецепторы. Нервные окончания, находящиеся прямо под кожей, откликаются на вес и фактуру материала, из которого сшита ваша одежда, какой бы мягкой и легкой она ни была, и преобразуют механическую энергию воздействия в нервные импульсы, которые мозг читает как прикосновение – грубое или нежное, шелковистое или шершавое. Звук голоса или звонок будильника приходит с движущимися волнами воздуха, которые с невероятной точностью перерабатываются в электрические сигналы, интерпретируемые как речь, пение птиц или музыка. А группа клеток, расположенных в сетчатке глаза, выхватывает изображение лица даже в тусклом свете темной спальни и сразу передает его в мозг.

На первый взгляд кажется, что проще этого ничего быть не может: посредством пяти органов чувств в одну секунду создается достоверная картинка мира. Хотя любой, даже самый мощный, компьютер решает подобные задачи с трудом, вам это кажется настолько же естественным, как ходьба или дыхание. Однако, как недавно узнали ученые, в этом процессе нет ничего простого. Череда захватывающих открытий радикально усложнила наши представления о сенсорном восприятии – как будто в калейдоскопе внезапно сменилась картинка.

Возьмем обоняние. Не так давно считалось, что способность чувствовать запах, например вонь гниющих отбросов или автомобильных выхлопов, – это всего лишь малопонятная и не слишком важная функция мозга, в которой участвуют ограниченные участки «низших» структур мозга. Теперь же органы обоняния рассматриваются как чрезвычайно сложная и чувствительная система, которая может распознать тысячи разных запахов с помощью около 350 видов рецепторов и проанализировать их важность при участии различных отделов мозга, чтобы предупредить об опасности или оценить качество пищи⁶⁷. Для восприятия многих запахов достаточно миллиардных долей вещества, говорит Джей Готфрид, нейробиолог из Северо-Западного университета, так что мы можем различать два запаха, разница между которыми сводится всего к одному молекулярному компоненту⁶⁸.

Запахи – сложные органические молекулы, попадающие в носоглотку вместе с вдыхаемым воздухом, – улавливаются рецепторами слизистой оболочки носа. Миллионы обонятельных нервных окончаний, каждое из которых обладает десятками идентичных рецепторов, пронизывают слизистую носа, реагируя на внешние воздействие⁶⁹. Получаемые рецепторами сигналы передаются по аксонам – длинным отросткам нервных клеток, проникающим через маленькие отверстия в костях черепа в обонятельный бульбарный отдел мозга. Обнаруживая поразительную способность к самоорганизации, аксоны группируются таким образом, что тысячи аксонов, относящихся к нейронам с одинаковыми рецепторами, сходятся в одной и той же точке обонятельной луковицы. Каждый запах возбуждает какую-то часть группы, а затем мозг разносит соответствующий сигнал по разным отделам.

Характер запаха (свежий или тухлый, хороший или плохой) определяется в орбитофронтальной части коры головного мозга, той важнейшей части лобной доли мозга, которая отвечает за принятие решений, контроль эмоций, влечение и чувство долга⁷⁰. Интенсивность запаха (его остроту) иногда определяет мозжечковая миндалина – миндалевидное образование, отвечающее за страх и другие эмоции, но «только в том случае, если запах эмоционально возбуждает», уточняет Готфрид (как, например, запах льва возбуждает газель, в отличие от запаха травы)⁷¹.

В распознавании и анализе запаха – сильный или слабый, хороший или плохой – участвуют также отделы мозга, ответственные за память. Исследование, проведенное в 2005 году во Франции, показало, что при интерпретации запахов активируются участки памяти в обоих полушариях, – возможно, для того, полагают исследователи, чтобы способствовать выработке ассоциаций, которые помогают идентифицировать запах⁷². Как сказал один ученый, «нужно сначала вспомнить запах, а потом идентифицировать его»⁷³.

Некоторые запахи способны увлечь нас в глубины личных воспоминаний. Например, мне запах бекона напоминает летние дни детства, когда я просыпалась от запаха жарящихся ломтиков копченой свиной грудинки и корюшки – замечательной маленькой рыбки, которую мой дедушка рано утром ловил в темных водах озера Мичиган и жарил внукам на завтрак. Долгие годы множество свидетельств отдельных людей заставляло предположить, что запахи служат необычайно ярким напоминанием о пережитом. Это явление известно как «феномен Пруста», названный в честь знаменитого романиста, который описал, как вкус печенья «мадлен» возрождает в памяти детские воспоминания. Ученые доказали, что стимуляция обоняния действительно пробуждает воспоминания сильнее, чем «подсказки» всех прочих органов чувств⁷⁴. И они сохраняются дольше других сенсорных воспоминаний⁷⁵. Это тем более поразительно, что обонятельные клетки эпителия полости носа живут всего несколько месяцев, а затем их заменяют новые, которые заново устанавливают связь с клетками мозга.

Чем же обусловлено подобное воздействие запахов на память? Как полагает нейробиолог Линда Бак, «ароматные» воспоминания выдерживают испытание временем, потому что обонятельные клетки (старые или новые), заключающие в себе рецептор определенного запаха, всегда посылают свои сигналы в одну и ту же точку мозга⁷⁶.

Таким образом, нужно поговорить и об удивительной структуре обонятельной системы.

Первый глоток кофе не похож ни на что. Чтобы получить максимальное удовольствие от кофейного аромата, задержите напиток во рту, прежде чем проглотить его. Пары́ кофе проникнут из вашей глотки через нёбо в полость носа, а затем в обонятельную луковицу, чтобы прошептать: «А вот и я!» – вашему мозгу.

Возможно, вы уверены, что богатый вкус кофе ощущаете языком. Но букет кофе – как и любой другой букет – на 75 % состоит из запаха. Пригубите кофе «суматра», и язык подскажет вам лишь одно: кофе горький. Дана Смолл рассказывает: замечательный вкус кофе – это на самом деле замечательный аромат, который мы отождествляем со вкусом, потому что он воспринимается через рот.

Смолл и ее коллеги из Гарвардского университета обнаружили, что в мозге существует особая сенсорная система для обработки запахов, поступающих через рот⁷⁷. Ученые провели эксперимент, в ходе которого в горло и ноздри волонтеров вставляли маленькие трубочки. Затем в разные трубки направили четыре различных запаха и просканировали мозг с помощью магнитно-резонансного томографа. Было обнаружено, что сигналы о запахах, связанных с пищей и поступивших разным путем (через горло и через нос), интерпретировались разными участками мозга. А это, по мнению Смолл и ее коллег, позволяет предположить, что в мозге существует как минимум две отдельные обонятельные подсистемы: одна распознает запахи удаленных объектов, другая – тех, что находятся во рту. Вторая подсистема задействуется, только когда мы жуем или глотаем.

«Важнейший факт, связанный с вкусовыми стимуляторами, – это то, что они вызывают основные человеческие эмоции – радость (сладкое) и раздражение (горькое)», – пишет Гордон Шеферд, нейробиолог из Йеля⁷⁸. Они заложены в мозге с рождения. Реакция на ароматную составляющую вкуса, напротив, в основном вырабатывается со временем, замечает он, что объясняется, по всей вероятности, огромным разнообразием запахов в кухнях мира.

До недавнего времени наука мало знала о восприятии через рот. Сегодня инструменты генной инженерии и сканеры мозга позволяют приподнять завесу тайны над механизмом восприятия запаха. Те 25 % букета, которые определяются вкусом, распознаются вкусовыми рецепторами, расположенными в сосочках языка. Каждый рецептор отвечает за один из пяти вкусов: соленый, сладкий, кислый, горький и умами. Последний (от япон. umai – хороший и mi – вкус) отвечает за пикантный аромат таких продуктов, как куриный бульон, сыр пармезан, грибы и бекон.

Едва ли не в каждом учебнике вы найдете схемы, показывающие, какой вкус воспринимает тот или иной участок языка: кончик – сладкое, боковые края – кислое и т. д. Однако вопреки этим расхожим представлениям клетки, ответственные за распознавание пяти основных вкусов, разбросаны по всей поверхности языка. Некоторые из них расположены в глотке, гортани и надгортаннике, но основные – во вкусовых сосочках языка⁷⁹.

Любопытно, что вкусовые сосочки больше всего напоминают луковицу. Каждый из них состоит из сотни вкусовых клеток с рецепторами, которые и воспринимают вкус. Частички пищи, проникая через крошечные отверстия в сосочках, встречаются с рецепторами, которые посылают сигналы в соответствующий отдел коры головного мозга⁸⁰. Мозг сопоставляет вкусовые ощущения с информацией о качестве и структуре – так сказать, «ротовым ощущением» пищи (которое делает хрустящий картофельный чипс восхитительным, а раскисший – неаппетитным), а в случае со жгучим красным перцем и другой острой пищей – с болевыми ощущениями, чтобы сформировать полное восприятие сладкого домашнего вкуса бананового хлеба или пряного голубя в вине.

Температура пищи – еще одна часть картины. Тепло усиливает ощущение сладости и горечи (вот почему горячий кофе такой вкусный)⁸¹. Действительно, даже изменение температуры языка – охлаждение или нагрев – вызывает у каждого второго человека вкусовые ощущения. В 2005 году группа ученых заявила об открытии странного феномена «теплового вкуса»⁸². При стимуляции языковых рецепторов сладкого вкуса открывается специальный канал. Оказалось, что тепло также открывает этот канал, активируя вкусовые рецепторы даже в том случае, когда пробовать нечего.

Всем известно, что мы ощущаем вкус по-разному. Возьмем сладкоежек или тех, кто терпеть не может кориандр либо анчоусы. Широко известна нелюбовь Джорджа Буша-старшего к брокколи. А вкус оливок? Одни воспринимают его как божественную смесь соленого, кислого и горького, а другим он напоминает корабельное житье, когда, по описанию Эмерсона, «задыхаешься от вони застоявшейся трюмной воды, ядовитых миазмов и застарелой нефти»⁸³. Однако только в последние годы стало известно, насколько различны наши вкусовые ощущения, особенно восприятие горечи.

Организм человека обладает набором из примерно 25 рецепторов горечи, которые, как считается, развились в результате эволюции для выявления яда в растениях и пище. «Практически в каждом растении, съедобном или нет, содержатся токсины, от которых мы можем заболеть», – говорит Пол Бреслин из Центра вкуса и обоняния имени Монелла⁸⁴. Разборчивость маленьких детей, часто отвергающих горькие овощи и фрукты, может быть эволюционным инструментом защиты организма от отравления. Похожим образом тошнота и отвращение к некоторой пище во время беременности могли выработаться для защиты плода от природных токсинов. Женщины более чувствительны к горечи, чем мужчины, хотя эта чувствительность изменяется в течение жизни, возрастая в период полового созревания и достигая пика в начале беременности. После наступления менопаузы эта чувствительность снижается, – возможно, потому, что отпадает необходимость защищать плод в утробе.

Ученые недавно обнаружили некоторые вариации генов рецепторов горечи, выделив около 200 немного различающихся форм рецепторов⁸⁵. Бреслин выяснил, в частности, что люди с определенной вариацией одного гена считают водяной кресс, брокколи, листья горчицы и другие подобные овощи (содержащие вещества, вредные для щитовидной железы) на 60 % более горькими, чем люди с другой вариацией⁸⁶. Так что, хотя мы и обладаем одинаковым набором из примерно двух десятков генов, ответственных за рецепторы горечи, каждый из нас наделен своей уникальной системой восприятия, которая заставляет нас или морщить нос, или пускать слюнки перед тарелкой овощей, во вкусе которых ощущается горчинка.

* * *

Мои гены диктуют мне и то, какую кофточку надеть к брюкам или юбке. Сочетается или нет алый с нефритово-зеленым – это мы решаем, следуя подсказке генов, которые различны не только у разных людей, но и у мужчин и женщин. Вот вам возможное объяснение жарких супружеских споров при выборе цвета одежды и краски для стен. Эти гены сформировались у наших предков-приматов в далеком прошлом.

Однажды мне представилась замечательная возможность посмотреть в глаза родственнику-примату, шестилетнему шимпанзе по имени Джек. Годами я слышала о том, насколько мы близки к шимпанзе на эволюционной лестнице, сколько у нас одинаковых участков молекул ДНК (то есть генов), как мы схожи по анатомии и физиологии. Обменявшись взглядами с восприимчивым, умным и забавным Джеком, я уверилась в близости нашего родства еще больше. Разумеется, разница была: у Джека уши больше, а голова меньше, чем у меня. Ноги короче, пальцы ног выглядят по-другому, а руки он использует для ходьбы. Он не молится, не поет колыбельных и не сплетничает о приятелях – по крайней мере, насколько я могу судить. Однако смотреть ему в глаза – пусть и более темные, но так похожие на мои – было удивительно и трогательно-волнующе.

Джек ничего не любит так, как виноград и другие мелкие фрукты, которые получает в награду. Он покачивает их на нижней губе, выдвигая ее так далеко, как только можно, а затем перекатывает лакомство обратно и стряхивает в рот.

Расположение глаз на нашем лице – это наследство пращуров, которым бинокулярное зрение помогало охотиться. И уникальностью цветового зрения человек, как и шимпанзе, обязан своим разборчивым плотоядным и травоядным предкам.

Различать все оттенки цветов – алый, бургундский, бирюзовый, оливковый – мне позволяет взаимодействие трех видов «колбочек» (клеток сетчатки), каждый из которых обладает пигментом, ответственным за цвет определенного участка спектра: красный, зеленый и синий. При помощи этой трихроматической системы мы можем распознавать до 2,3 миллиона оттенков цвета. Наш организм настолько чувствителен к красному и зеленому участкам спектра, что мы замечаем разницу при различии в 1 % длины волны.

Наши доисторические предки-млекопитающие имели дихроматическое зрение, как и некоторые их современные потомки, не воспринимая красной части спектра⁸⁷. Затем, 30–40 миллионов лет назад, в гене африканских приматов (включая наших предков), который отвечает за воспринимающие свет рецепторы, произошла мутация, и они начали различать и красный цвет. Это небольшое изменение, как полагают ученые, дало нашим обитающим на деревьях предкам явное преимущество в поисках пищи, выборе спелых плодов и нежных красных листочков вместо обычной зеленой листвы. (Это усовершенствованное цветовое зрение могло иметь большое значение для распознавания других важных объектов на фоне окружающей природы, например ядовитых змей с яркой окраской⁸⁸.)

Новые исследования говорят об индивидуальных вариациях в восприятии красной области спектра⁸⁹. Изучая ген, который несет информацию о белке, воспринимающем красный цвет, ученые обследовали 236 человек в разных уголках земного шара и обнаружили 85 вариаций этого гена – примерно в три раза больше, чем встречается в других генах. Эта вариация может давать каждому из нас свое понятие об оттенках.

Некоторые женщины обладают еще более дифференцированным цветовым зрением из-за особого красного фотопигмента⁹⁰. Если отвечающий за зрение участок коры головного мозга перерабатывает дополнительную информацию, поступающую от чувствительных к красному цвету клеток, эти женщины могут различать даже те оттенки цвета, которые большинству людей кажутся идентичными, а значит, видят мир в недоступном для остального человечества цвете.

Можно доказать, впрочем, что за простым актом цветовосприятия, когда мы выбираем рубашку, смотрим на светофор или восхищаемся картиной Ротко, кроется особенность зрительного аппарата, настроенного на поиски красной листвы и фруктов. Отсюда следует старый риторический вопрос: мой красный – это твой красный?

Ответ, скорее всего, будет отрицательным. Я воспринимаю помидор иначе, чем вы, – и его насыщенный красный оттенок, и терпкий кисловатый вкус. Как сказал великий психолог Уильям Джеймс⁹¹, мозг работает над полученной информацией «почти так же, как скульптор над каменной глыбой. Из одной и той же глыбы каждый высекает свое»⁹².

Если замечательным цветовым зрением мы обязаны предкам-приматам, то хороший слух могли получить от каких-то других созданий. Одеваясь, готовя обед или убирая со стола перед уходом на работу, одним ухом вы слушаете утренние новости, а другим ловите слова супруга, излагающего планы на вечер, или жалобы потерявших учебники детей, или раздражающий лай собаки на заднем дворе. Как, скажите мне, ваши уши улавливают малейшие вибрации звука, слабые и сильные, а затем превращают эту какофонию в понятные, разумные сигналы?

Кажется, что может быть проще, чем уловить источник звука и интерпретировать его – как сонату Баха или просьбу дочери-подростка помочь ей в поисках пропавшего носка. Однако это чрезвычайно сложный процесс. Когда мы слышим, как кто-то зовет нас по имени, и оборачиваемся на зов, мы полагаемся на способность нашего мозга вычислить направление, основываясь на незначительной разнице во времени, которое требуется звуку, чтобы достичь левого и правого уха, – на интерауральном интервале (если быть точными, речь идет о разнице в фазе звуковых волн)⁹³. «Потрясающе, что мы можем уловить интервал в несколько микросекунд. Это позволяет нам различать звуки, источники которых находятся всего в нескольких шагах друг от друга», – пишет нейробиолог Джордж Поллак⁹⁴.