20.7: Fizjologia węchu i szlaku węchowego

Ludzie wykrywają zapachy za pomocą wyspecjalizowanych komórek znajdujących się w górnej części jamy nosowej, zwanych neuronami receptorów węchowych (ORN). ORN posiadają struktury przypominające włosy zwane rzęskami, które są podatne na wrażenia z wdychanego powietrza. Kiedy cząsteczka substancji zapachowej wiąże się ze specyficznym receptorem na komórkach rzęsek, prowadzi to do serii zdarzeń, które ostatecznie powodują, że ORN wysyła sygnały elektryczne do opuszki węchowej w mózgu za pośrednictwem nerwów węchowych.

Opuszka węchowa, zlokalizowana w przedniej części mózgu, odpowiada za przetwarzanie i rozpoznawanie zapachów. Po otrzymaniu sygnałów z ORN opuszka węchowa wysyła informacje do innych części mózgu, w tym do ciała migdałowatego (związanego z emocjami) i hipokampu (związanego z pamięcią). Integracja węchu z innymi zmysłami pomaga nam lepiej postrzegać otoczenie.

Ludzki układ węchowy potrafi wykryć tysiące zapachów, każdy o unikalnej strukturze chemicznej. Co ciekawe, dla każdej cząsteczki substancji zapachowej nie ma oddzielnych receptorów. Zamiast tego każdy receptor może wykryć wiele zapachów, a mózg interpretuje mieszankę aktywowanych receptorów, aby zidentyfikować konkretny zapach. Ponadto na zdolność rozpoznawania zapachów wpływają osobiste doświadczenia i czynniki kulturowe. Możemy kojarzyć określone zapachy z konkretnymi wspomnieniami lub emocjami, co prowadzi do subiektywnego postrzegania zapachu.

Gdy cząsteczka substancji zapachowej zwiąże się z receptorem, aktywuje białko G, które aktywuje enzym zwany cyklazą adenylanową. Cyklaza adenylanowa wytwarza cząsteczkę zwaną cyklicznym monofosforanem adenozyny (cAMP). Cząsteczki cAMP wiążą się i otwierają kanały jonowe, umożliwiając przepływ dodatnio naładowanych jonów, takich jak sód (Na^+) i wapń (Ca^2+) do komórki. Napływ dodatnio naładowanych jonów generuje sygnał elektryczny, który przemieszcza się wzdłuż neuronu czuciowego i jest przekazywany do opuszki węchowej poprzez nerw węchowy. Sygnały są integrowane i przetwarzane w opuszce węchowej, umożliwiając mózgowi rozpoznawanie i rozróżnianie różnych zapachów. Informacje węchowe są wysyłane do innych części mózgu, w tym do ciała migdałowatego (związanego z emocjami) i hipokampa (związanego z pamięcią).

Szlak węchowy u ludzi polega na wdychaniu cząsteczek zapachu do nosa i wiązaniu ich z wyspecjalizowanymi komórkami receptorowymi w nabłonku węchowym. Stamtąd sygnały są wysyłane do opuszki węchowej, struktury znajdującej się u podstawy przodomózgowia. Sygnały są następnie przekazywane do dwóch pobliskich obszarów mózgu: pierwotnej i wtórnej kory węchowej. Pierwotna kora węchowa rozpoznaje zapachy i kojarzy je ze wspomnieniami lub reakcjami emocjonalnymi. Natomiast wtórna kora węchowa przetwarza informacje sensoryczne na temat intensywności, kierunkowości i czasu trwania zapachów. Ponadto ostatnie badania wykazały, że niektóre ścieżki nerwowe z pierwotnej kory węchowej mogą nawet bezpośrednio łączyć się z innymi częściami mózgu zaangażowanymi w emocje i zachowanie. Oznacza to, że zmysł węchu odgrywa znacznie większą rolę w zachowaniu i emocjach, niż kiedyś sądzono.

Uważa się, że pierwotna kora węchowa i obszary mózgu odpowiedzialne za pamięć również biorą udział w wykrywaniu feromonów. Feromony to sygnały chemiczne wydzielane przez zwierzęta (w tym ludzi), które wpływają na zachowanie lub fizjologię innych przedstawicieli tego samego gatunku. U ludzi feromony powiązano z pociągiem seksualnym, chociaż związek ten jest nadal słabo poznany. Ostatnie badania sugerują, że niektóre składniki ludzkiego potu mogą działać jak feromony i można je wykorzystywać do przekazywania emocji, a nawet wpływania na nastrój. Aby w pełni zrozumieć jego skutki, potrzebne są dalsze badania nad rolą układu węchowego w zachowaniu i emocjach.

Narządy węchu są odpowiedzialne za węch lub zmysł węchu.

Proces węchu rozpoczyna się, gdy rzęski węchowe wychwytują cząsteczki zapachu.

Substancje zapachowe wiążą się z receptorem sprzężonym z białkiem G, który może aktywować enzym cyklazę adenylową. Powstałe w ten sposób tworzenie cAMP z ATP otwiera kanały sodowe, powodując napływ jonów sodu w celu depolaryzacji błony.

Jeśli depolaryzacja jest wystarczająco silna, aby osiągnąć próg, powstały impuls nerwowy jest przenoszony przez aksony węchowe do opuszki węchowej.

Tutaj aksony łączą się z komórkami mitralnymi, tworząc kłębuszki nerkowe; każdy kłębuszek otrzymuje sygnały z neuronów posiadających te same typy receptorów węchowych.

Aksony komórki mitralnej tworzą drogi węchowe, które przenoszą informacje do mózgu.

Niektóre z tych aksonów przenoszą sygnały do płata czołowego w celu świadomego wykrywania i interpretacji zapachów.

Pozostałe aksony rzutują do układu limbicznego, który wywołuje reakcje emocjonalne na różne zapachy, takie jak zapachy kojarzące się z niebezpieczeństwem, przyjemnością, wstrętem, a nawet apetytem, i generuje odpowiednie odruchy.