Нейрогастрономия

Антон Захаров, физиолог, популяризатор науки, один из создателей популяризаторского агентства «Чайник Рассела»

Антон Захаров,
физиолог, популяризатор науки, один из создателей популяризаторского агентства «Чайник Рассела»

Лекция прочитана в рамках проекта «Курилка Гутенберга».

Со школы каждый помнит, что человек различает четыре вкуса и эти вкусы воспринимают разные части языка. Кончик отвечает за сладкое; кислое и соленое воспринимаются краями, а у основания находятся рецепторы горького. И первое, и второе утверждение неверны, и известно это уже давно. Более того, привычный нам «вкус» определяется далеко не только вкусовыми ощущениями.

Вкус, с точки зрения физиолога, — это специфическое ощущение, которое вызывается воздействием химических веществ, растворенных в слюне, на определенные рецепторы на поверхности клеток, сигнал от которых в дальнейшем проходит по определенным нервным путям в отдельную область коры головного мозга. Сейчас известно, что на поверхности нашего языка около 5 тыс. вкусовых сосочков, каждый из которых включает около 50 клеток вкусовых рецепторов, причем внутри одного сосочка находятся рецепторы, отвечающие за распознавание разных вкусов. То есть все части нашего языка чувствительны ко всем вкусам.

Как у любого другого чувства, у вкуса есть биологический смысл. Он заключается в выяснении химической природы нашей еды, причем каждый вкус рассказывает свою историю. Сладкий дает понять, что пища богата простыми углеводами — наиболее легким и универсальным для нашего организма источником энергии. Соленый сообщает о том, что в пище есть натрий, а значит, и другие простые минералы, которые необходимы для поддержания нормального водно-солевого баланса. Кислый вкус является индикатором содержания в пище кислот, а это обычно значит, что пища еще не созрела или уже испортилась в процессе ферментативного брожения. Горький предупреждает о том, что пища, которую мы едим, может быть ядовита. Вариантов того, что может нас отравить, много, и цена ошибки максимально высока, поэтому и вариантов рецепторов горького намного больше, чем рецепторов сладкого, соленого или кислого. Вместо одного или нескольких вариантов рецепторов остальных вкусов существует больше 20 вариантов рецепторов горького, причем у разных людей представлены разные варианты. То есть вкусы у людей могут различаться не только на психологическом, но и на чисто физиологическом уровне. Например, наличие гена одного из вариантов рецепторов горького, чувствительного к веществу под названием пропилтиоурацил, обеспечивает повышенную чувствительность ко вкусу алкоголя, жирной пищи и, помимо прочего, брокколи. Кроме того, обладатели этого варианта рецептора обычно стройнее, реже становятся алкоголиками и имеют еще несколько преимуществ для своего здоровья.

К четырем школьным вкусам в 1985 году добавили вкус глутамата натрия, а также некоторых других аминокислот и продуктов распада нуклеиновых кислот, японское название которого — умами — плохо переводится на европейские языки, потому что в чистом виде вещества, вызывающие этот вкус, не используются ни в одной европейской кухне. В Азии ситуация другая: приправы со вкусом умами встречаются, и, видимо, поэтому вкус умами в Японии выделен в качестве отдельного еще в 1908 году. Умами — это приятный вкус, вызывающий ощущение, похожее на сытость, поэтому глутамат натрия у нас часто называют усилителем вкуса, хотя такая формулировка неверна. У глутамата есть свой собственный специфический вкус, который вы легко узнаете, если попробуете в чистом виде (сейчас эта приправа продается в некоторых магазинах восточной кухни). Но описать его, скорее всего, покажется непростой задачей. Как и у других вкусов, у умами есть своя биологическая роль: он сообщает, насколько еда богата белками, необходимыми для построения клеток нашего организма.

Совсем недавно ученые пришли к относительному согласию насчет того, что можно выделить еще и шестой базовый вкус — жирный. Вкус жирной пищи хорошо знаком каждому, поэтому возникает вопрос: неужели ученые настолько менее внимательны, чем обычные люди? На самом деле только недавно удалось найти именно рецепторы к веществам, содержащимся в жирной пище. До этого считалось, что жирный вкус — просто специфическое тактильное ощущение языка, связанное с особенностями текстуры жирной пищи. Ведь язык — это чрезвычайно чувствительный в тактильном отношении орган. Чтобы представить насколько, посмотрите на сенсорного гомункула Пенфилда, где размеры разных частей тела представлены пропорционально их тактильной чувствительности.

Гомункул Пенфилда (www.cgsociety.org)

Гомункул Пенфилда (www.cgsociety.org)

Вообще, восприятие пищи — процесс, который, как сегодня считается, очень сильно зависит от всех органов чувств и даже от нашего отношения к тому, что мы едим. Примеров тому найдено немало.

То, что мы обычно называем вяжущим вкусом, на самом деле также ощущение изменения вязкости слюны тактильными рецепторами языка. Некоторые химические вещества, содержащиеся в хурме и кизиле, связывают белки нашей слюны друг с другом, и она становится более густой. Терпкий вкус вина или очень крепкого чая имеет, кстати, ту же природу. Острый вкус не входит в шесть базовых, известных сейчас, тоже потому, что не является вкусом в строгом понимании физиологов. Капсаицин, содержащийся в перце, аллилгорчичное масло в горчице и другие вещества, делающие пищу острой, возбуждают не вкусовые, а терморецепторы, которые есть не только на языке, но и на всей поверхности кожи. Возбуждение терморецепторов на груди или спине, когда ставят горчичники, вызывает ощущение тепла или жжения, а во рту мы трансформируем это ощущение в острый вкус. Кстати, большинство веществ, возбуждающих терморецепторы, нерастворимы в воде, и запивать острую пищу надо чем-нибудь жирным, например молоком.

Из свежих открытий стоит упомянуть влияние на восприятие пищи слуха и зрения. Например, недавно стало понятно, что существенной составляющей вкуса хрустящих продуктов (чипсов, огурцов или морковки) является именно их хруст. Если хруст убрать, давая людям пробовать эти продукты в наушниках, то оценки свежести и вкуса сильно упадут. Оказалось также, что мы более чувствительны к сладкому в тишине, а вкус мяса, наоборот, лучше воспринимается в шумной обстановке. А использование пищевых красителей и правильно сформированных ожиданий способно заставить даже профессиональных сомелье перепутать белое вино с красным. Цвет, кстати, влияет не только на вкус, но и на количество съедаемой пищи. Эксперименты продемонстрировали, что если цвет пищи сильно контрастирует с цветом тарелки, то мы съедим меньше. И наоборот, если еда внешне сливается с тарелкой, то количество съеденного увеличивается. Важен и размер тарелок: если пользоваться небольшими тарелками, то чувство сытости приходит при меньшем количестве съеденной пищи.

Но, пожалуй, сильнее всего на восприятие пищи влияет запах. Ведь мы с вами ощущаем запахи, не только когда вдыхаем аромат пищи, которую собираемся есть, но и тогда, когда еда уже во рту и мы выдыхаем воздух. Именно такой тип обоняния, который называется ретроназальным, позволяет отличить картошку от моркови и курицу от говядины. И любой человек, который пробовал обедать с заложенным носом, прекрасно знает об этом. Люди вообще различают запахи лучше, чем им кажется. Оказывается, мы настолько хорошо нюхаем, что вполне способны пройти по следу, как собака. Группа ученых из Америки и Израиля проводила эксперименты, в процессе которых добровольцам предлагалось пройти по десятиметровому следу, оставленному на траве эфирными маслами, входящими в состав шоколада. Две трети испытуемых за десять минут справились с задачей с завязанными глазами и с закрытыми ушами, но с открытым носом. Любопытно, но для этого было необходимо вдыхать запах обеими ноздрями. При закрытой одной ноздре результаты оказались куда хуже.

Пример трехмерной карты активности нейронов в обонятельной луковице, в которой закодированы несколько разных запахов (Anat Arzi, Noam Sobel "Olfactory perception as a compass for olfactory neural maps")

Пример трехмерной карты активности нейронов в обонятельной луковице, в которой закодированы несколько разных запахов (Anat Arzi, Noam Sobel «Olfactory perception as a compass for olfactory neural maps»)

У человека меньше работающих генов обонятельных рецепторов, чем у других животных, зато очень неплохо идет от них обработка сигнала. Более-менее детальные принципы работы обонятельной системы стали понятны намного позже, чем механизмы других сенсорных систем. Нобелевские премии за расшифровку работы зрительного и слухового анализатора дали в 1920-е и 1930-е годы соответственно. А премию за расшифровку работы обоняния — только в 2004 году. Прочие виды ощущений кодируются не очень большим количеством физических стимулов: зрение — это электромагнитные волны, слух — механические колебания давления воздуха, здесь меняются лишь параметры (длина волны или амплитуда). С физической точки зрения это очень похожие вещи, они однообразны. Понятно, что можно сделать рецептор, который будет воспринимать подобную физическую модальность. А что делать с запахами? Запахов потенциально бесконечное количество, и каждая отдельная молекула — это новый стимул, который, как считалось, должен требовать отдельный рецептор. Очень долго было непонятно, как мы можем воспринимать такое огромное количество разнообразных молекул. Оказалось, у млекопитающих несколько процентов генома (очень много!) посвящены обонятельным рецепторам. Это около тысячи генов. Соответственно — тысяча рецепторов и огромное количество взаимодействий между ними (у человека, правда, работает немногим более трети этих генов, что не меняет общей картины). Именно в этих взаимодействиях спрятаны те миллионы запахов, которые мы потенциально могли бы распознать. Белки обонятельных рецепторов очень похожи на рецепторные белки, которые есть на поверхности других клеток нашего организма. Но, в отличие от других рецепторных белков, обонятельные рецепторы не очень избирательны по отношению к конкретной молекуле. Каждый рецептор воспринимает целый спектр похожих друг на друга молекул, причем спектры разных рецепторных белков перекрываются. Получается, что молекулы пахучего вещества, попадая на обонятельный эпителий, активируют не один, а сразу много разных рецепторных белков. Рецепторные белки находятся на поверхности обонятельных нейронов (их несколько десятков миллионов), а эти нейроны взаимодействуют с нейронами внутри обонятельных гломерул. И запах каждого отдельного вещества кодируется именно здесь, в одновременном срабатывании тысяч нейронов внутри гломерулы. Так что каждый запах обладает индивидуальным трехмерным узором активности гломерулолярных нейронов. Получается, по сложности распознавания каждый запах соответствует целому букету параметров, которые в зрительной коре головного мозга могли бы закодировать целое лицо.

Важно понимать, что во всех предыдущих описаниях вкусовых и других сенсорных ощущений, влияющих на вкус, мы еще ни разу не доходили до описания происходящего на уровне коры головного мозга. А ведь там, в области орбитофронтальной коры, все эти ощущения собираются вместе на уровне отдельных нейронов, которые получают сигналы и от других областей мозга, отвечающих, например, за память или эмоции. А сигналы от этих нейронов собираются в еще более высокоуровневые комплексы. В результате каждое вкусовое ощущение превращается в вычислительный акт потрясающей сложности, на который воздействует огромное количество различных параметров.

Подобные исследования важны не только потому, что все мы в глубине души убежденные гедонисты и любим вкусно поесть. Только правильное понимание того, как устроен вкус, позволит составить такие диеты, которые наконец будут нормально работать, и поможет нам питаться по-настоящему здоровой пищей. Как показывают некоторые работы, ежедневная доза положительных эмоций, которые мы получаем, съедая что-то вкусное, очень важна для ощущения счастья! Знание того, что запах еды очень важен для нас, позволило помочь некоторым пациентам, страдающим от проблем с обонянием в результате старости или таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Решение оказалось элементарным: людям стали давать более приправленную пищу, и уже очень скоро качество их жизни выросло — они стали чувствовать себя лучше. Какие еще полезные практические открытия нас ждут на пути изучения физиологии вкуса, покажет уже совсем недалекое будущее.

Подробнее об этом можно прочитать в книге Gordon M. Shepherd «Neurogastronomy: how brain creates flavour and why it matters» и в статьях:

1. Spence Ch. Multisensory flavour perception // Current Biology. 6 May 2013. Vol. 23. Iss. 9. P. R365–R369.

2. Chaudhari N., Roper S. D. Cell biology of taste // J. Cell Biol. Vol. 190. No 3. P. 285–296.

3. Arzi A., Sobel N. Olfactory perception as a compass for olfactory neural maps // Trends in cognitive sciences. November Vol. 15. Iss.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Один комментарий

  • Zalman:

    Спасибо! Очень интересно.

    Сейчас врачи-диетологи и биологи пересматривают подходы к здоровому питанию. существовавшие 35 — 40 лет — вред холестерина и т.д.

Добавить комментарий

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com