تصاویر بویایی و سیستم عطر و طعم در مغز انسان

تصاویر بویایی و سیستم عطر و طعم در مغز انسان

درک ”عطر و طعم“ یکی از کارکردهای پیچیده انسان است که تقریبا شامل تمام حواس به ویژه حس بویایی که خود در برگیرنده تصاویر بویایی ایجاد شده در مسیر سیستم بویایی است، می‌شود. سیستم‌های ادراکی در مغز انسان به طور دقیقی به سیستم‌های یادگیری، حافظه، احساسات و تکلم پیوند خورده‌اند، بنابراین مکانیزم‌های عصبی پراکنده‌ای در هوس‌ها و تمایلات غذایی مشارکت دارند. شناخت بیشتر از نقش سیستم عطر و طعم در مغز و ارتباط آن با عادت غذایی برای درکی عمیق‌تر از اینکه ”چرا افراد میل به خوردن آنچه که می‌خورند، دارند“ و همچنین برای ایجاد توصیه‌هایی بهتر در مورد رژیم غذایی و تغذیه لازم است.

بسیاری از انسان‌ها برای حس بویایی خود اهمیت بسیار کمی قائل می‌شوند. نقش برجسته‌ی بویایی در حس کردن عطر و طعم غذاهایی که می‌خوریم و تاثیرگذاری بر چیزی که میل به خوردن آن داریم، عمدتا ناشناخته باقی مانده است. چنین موضوعی باعث تأسف است زیرا رژیم غذایی ما انسان‌ها منجر به یک بحران سلامت عمومی در بسیاری از کشورهای غربی شده است. آگاهی از اهمیت بویایی برای درک عطر و طعم و شکل‌گیری واکنش‌های احساسی و شناختی نسبت به غذاها و نوشیدنی‌ها به بهبود سلامتی کمک کرده و موجب جلوگیری از وضعیت‌های مزمنی مانند چاقی مفرط و دیابت می‌شود.

تلاش این مقاله بر مرور پیشرفت‌های اخیر در مورد مکانیزم‌های مغز از درک بویایی، و مطرح کردن فرضیه‌هایی برای ترکیب این مکانیزم‌ها با تئوری‌های فعلی از زیرساخت عصبی عطر و طعم به عنوان یک درک چند سیستمی پیچیده می‌باشد. امیدوارم که این کار به پر شدن شکاف میان عصب‌شناسان، روان‌شناسان رفتاری، دانشمندان و متخصصان علوم تغذیه و سیاست‌گذاران عمومی که مانع از ارتباط موثر میان آن‌ها در خلال دستورالعمل‌های مربوط به ”علت چیزی که می‌خوریم“ و ”نحوه‌ی داشتن یک رژیم غذایی سالم“ می‌شود، کمک کند. تمرکز من بر سه جنبه حیاتی مکانیزم‌های مغز از بویایی بوده است: چگونه مولکول‌های عطر و بو به صورت تصاویر بویایی به عنوان یک اساس برای درکِ بو ارائه شدند؛ اهمیت گیرنده‌های بویایی در حفره دهان برای درک عطر و طعم؛ و ارتباط نزدیک میان مکانیزم‌های مغز برای عطر و طعم، و سیستم مغز برای احساسات و تمایلات.

مولکول‌های عطر و بو (Odor) به وسیله تصاویر بویایی نشان داده شده‌اند

تحریک عطر و بوییِ سلول‌های حسی بویایی در بینی، شامل کنش مولکول‌های عطر و بو با پروتئین‌های گیرنده‌های بویایی می‌شود. کشف ژن‌های کدکننده‌ی این پروتئین‌ها در سال ۱۹۹۱ توسط Richard Axel و Linda Buck، حس بویایی را به رتبه اول در میان تلاش‌های علمی رسانده و نه تنها راهی برای فهمیدن انتقال ژنتیکی حس بویایی (و چشایی) در سطح گیرنده را باز کرد، بلکه ابزارهای ژنتیک و مولکولی جدید برای دنبال کردن ساختار مسیر بویایی در مغز را نیز فراهم کرد.

پروژه‌های ژنوم انسان نشان می‌دهند که خانواده ژن‌های سیستم بویایی بالغ بر بیش از ۱۰۰۰ عدد است که در میان ژنوم‌های گونه‌ی پستانداران بیش‌ترین می‌باشد. در اکثر پستاندران، بیشتر ژن‌ها عملکردی بوده اما در راسته‌ی نخستین‌ها، تعداد ژن‌های عملکردی کاهش می‌یابد. در مورد انسان‌ها این کاهش تا حدود ۳۵۰ بوده است (در پایگاه داده‌های گیرنده سیستم بویایی، بایگانی شدند). این باور که حواس بویایی انسان‌ها تحلیل رفته، تایید شده است. اگرچه ژن‌های سیستم بویایی کاملا به دقت بویایی سگ‌ها که توانایی فوق‌العاده‌ی ردیابی را با تنها ۸۵۰ ژنوم عملکردی دارند، برنامه‌ریزی نشده است.

در واقع آزمون‌های رفتاری نشان می‌دهند که راسته‌ی نخستین‌ها به طور شگفت‌انگیزی حس بویایی خوبی داشته‌اند. همچنین این موضوع که کاهش در تعداد ژن‌های سیستم بویایی در انسان‌ها بیش از مقدار میانگین است، توسط مغزهای بسیار بزرگ شده‌شان با ظرفیت‌های افزایش یافته برای تحلیل و پردازش‌های پیچیده‌ی بو برای هدایت کردن رفتارهای مهم انسان، مورد بحث قرار گرفته است. همانطور که خواهیم دید، سهم قابل توجهی از ظرفیت این مغز بزرگ شده، به درک عطر و طعم و کنش‌های رفتاری به عطرها و طعم‌ها مربوط شده است.

آکسون‌های نورون‌های حسی در بافت پوششی سیستم تنفسی به پیاز بویایی رسانده شده‌اند، یعنی جایی که به مدل‌های شناخته شده‌ای به نام Glomeruli یا کلافک (شکل 1A) همرس می‌شوند.

مدارکی دقیق از ارتباط مکانیزم‌های دربرگیرنده‌ی بو در مغز با استفاده از اولین روش‌های تصویربرداری از مغز برای پیاز بویایی در دهه ۷۰ میلادی پدیدار شدند. همین موضوع نشانگر این بود که محرک عطر و بو در موش، الگوهایی فضایی از تحریک در لایه کلافک تولید می‌کند که همپوشانی دارند اما برای عطر و بوهای مختلف فرق می‌کند. این اصل اساسی که مولکول‌های عطر و بوهای متفاوت حاکی از الگوهای مختلف از تحریک فضایی در پیاز بویایی بوده‌اند، از اینجا گرفته شد. یک رشته‌ی شیمیایی همسان مانند آلدهیدها، منجر به الگوهایی که همپوشانی داشته اما متفاوت­اند می‌شود، همانطور که توسط ”دو داکسی دی گلوکز“ (۲-Deoxyglucose) و تصویربرداری  مغناطیسی عملکردیِ (fMRI) با دقت بسیار زیاد، نشان داده شده است. (شکل 1B) مطالعات رفتاری اینکه موش‌ها به راحتی می‌توانند چنین تفاوت‌های تک کربنی بین مولکول‌ها را تشخیص دهند را تایید کردند.

در نتیجه سیستم بویایی برای نشان دادن وجه حسی‌اش، مسیرهای حسی دیگر را به آنچه که این سیستم در الگوهای تحریک در فضای نورونی دو بُعدی استفاده می‌کند، تشبیه می‌کند. و چنین الگوهایی شبیه موارد دیگر سیستم‌های حسی، شامل تصاویر عطر و بو (Odor Images) یا نقشه‌ی عطر و بو (Odor Maps) هستند. تحقیقات بسیاری این یافته‌های اولیه در سیستم بویایی را تایید کرده و گسترش داده‌اند. برخی از مطالعات اخیر بر مشخص کردن اینکه چطور این تصاویر طی یک چرخه تنفسی تکامل می‌یابند تمرکز کرده‌اند، در صورتی که دیگران مشارکت الگوهای شلیک موقت (Temporal Firing Patterns) در فرآیندهای کدکننده را تحلیل کرده‌اند. کار بر روی ردیابی ارتباطات در پیاز بویایی، آشکار کردن محیط‌های پراکنده‌ای است که تصاویر را پردازش می‌کنند. چنین چیزی به تصاویر دو بُعدی امکان می‌دهد (شکل 1B) تا فضای عطر و بوی چند بُعدی نهادینه شده در ساختارهای پیچیده مولکول‌های عطر و بو را کد کنند. این قاعده کلی از بازنمایی ”مولکول-عطر و بو“ با الگوهای تحریک کلافک، در سرتاسر شاخه‌ها اجرا می‌شود. برخلاف این اتفاق نظر در حال توسعه، ایده تصاویر و نقشه‌های عطر و بو هنوز با تئوری‌های فعلی در مورد اساس نورونی از درک بو و عطر و طعم، و یا مطالعات روانشناختی از رابطه بین ساختار مولکول عطر و بو و پاسخ دریافتی، یکپارچه نشده‌اند. به نظر می‌رسد که این مقاومت ناشی از دست کم دو عامل است:

اول اینکه برخلاف تصاویر آگاهانه‌ای که از طریق سیستم بصری دریافت می‌کنیم، الگوهای عطر و بو که در پیاز بویایی به وجود می‌آیند ناآگاهانه هستند. زمانی که بویی را دریافت می‌کنیم به آن به عنوان یک تصویر سه بُعدی فکر نمی‌کنیم، با وجود اینکه از یک تصویر سه بُعدی در پیاز بویایی برخاسته است. ممکن است این غریزه ناخودآگاه، منعکس‌کننده این حقیقت باشد که مسیر بویایی انسان وابستگی قابل توجهی به تالاموس ندارد.

دوم اینکه الگوهای عطر و بو پیچیده و بسیار نامنظم هستند (شکل ۱). بنابراین شناخت تصاویر عطر و بو نمونه‌ای از شناخت الگو است. به نظر می‌رسد که این موضوع مشابه تشخیص الگوهای دیداری پیچیده مانند چهره‌های انسان است. درست همانطور که شناسایی یک چهره در تصاویر بصری‌اش کدگذاری می‌شود، شناسایی یک مولکول عطر و بو یا یک شیء معطر پیچیده، مانند بوی یک گل یا رایحه قهوه نیز در یک تصویر عطر و بو کدگذاری می‌شود.

بنابراین به نظر می‌رسد شناخت الگوی ناخودآگاه از تصاویر عطر و بو در عمق درک بویایی نهفته است. این دیدگاه توسط دانشمندان علوم تغذیه با مفاهیم­شان از اساس نورونیِ عطر و طعم یکپارچه شده است. عصب‌شناسان و روان‌شناسان فرصت دارند تا آزمایش‌های درست و متناسب برای آزمودن این فرضیه که ما برای توصیف کردن نقش بو در درک عطر و طعم استفاده خواهیم کرد را دنبال کنند.

شکل یک: تصاویر عطروبو در لایه گلومرولِ سیستم بویایی

A دیاگرام ارتباط بین لایه‌های سلولِ گیرنده­ی سیستم بویایی در بینی و کلافک از پیاز بویایی را نشان می‌دهد. B تصاویر fMRI از الگوهایی که همپوشانی دارند اما متفاوت­اند در لایه کلافک از پیاز بویاییِ موش که در معرضِ اجزایِ رشته‌های آلدهیدِ راست زنجیر دیده شده که از چهار به شش اتم کربن تغییر می‌کند. قسمت پایین‌ترِ تصویر در سمت چپِ صفحه با تصویر میانی از لایه کلافک سیستم بویایی همخوانی دارد، همانطور که در a نشان داده شده است.

گیرنده‌های بویایی در حفره دهان برای درک عطر و طعم ضروری هستند

بویایی به خاطر داشتن طبیعت دوگانه‌اش منحصر به فرد است، این که می‌تواند سیگنال‌هایی هم با منشا بیرونی (حفره بینی-Orthonasal) و هم با منشا درونی (حفره دهان-Retronasal) در بدن را حس کند. (جدول زیر)

جدول یک: به این تضاد جالب توجه کنید؛ درک سیستم بویایی در حفره بینی شامل بازه وسیعی از انواع عطر و بوهای پردازش شده تنها از طریق مسیر سیستم بویایی می‌شود، در مقایسه با درک سیستم بویایی در حفره دهان که شامل مواد فرّار غذا شده که در ترکیب با مسیرهای مغزی بسیاری پردازش شده­‌اند.

تحریک حفره بینی (گیرنده‌های بویایی) به  عمل بو کشیدن از خارج از بینی برای فعال کردن سلول‌های حسی در بافت پوششی سیستم تنفسی اشاره دارد (شکل 2A). این مسیری است که برای حس کردن عطر و بو در محیط بیرونی استفاده می‌شود. (جدول) تصاویر عطر و بوی حاصل در پیاز بویایی، در معرض پردازش توسط کورتکس بویایی قرار گرفته و به کورتکس بویایی اولیه در کورتکس اوربیتوفرونتال، بخشی از قسمت جلویی لوب پیشانی، رسانده شدند. این ورود مستقیم به بالاترین مرکز شناختیِ مغز، ویژگیِ خاصِ بویایی است که برای تجربه عطر و طعم انسان حیاتی است.

تحریک حفره دهان در حین بلعیدن غذا، زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌های معطر و فرّار از غذا در دهان آزاد شده و با حرکت دهان، بالا و پایین رفته و از انتهای حفره دهان، مستقیم از طریق نازوفاریکس به بالا و بافت پوششی سیستم تنفسی می‌روند. حس بویایی (از طریق) حفره بینی در این حس مشارکتی ندارد. تحریک حس بویایی در حفره دهان می‌تواند از طریق شناسایی محرک‌های عطر و بو در انتهای دهان یا با آزاد شدن آن‌ها از غذای بلعیده شده مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد. مارسل پروست اینکه چگونه یک کیک مَدِلین خیس خورده در چای، خاطرات قوی دوران کودکی را به خوبی زنده می‌کند را وصف کرده، و چنین چیزی در وهله اول از طریق مسیر حفره دهان اتفاق افتاده و تنها زمانی که نفس بین بلعیدن یا جویدن از بینی به بیرون داده می‌شود، فعال می شود (شکل 2B). به دلیل اینکه در دهان مولکول‌ها از غذا بلند می‌شوند آن‌ها مربوط به دهان هستند، به عبارت دیگر آن‌ها چنان که در دهان حس شده باشند، درک می‌شوند. به نظر می‌رسد که هوای مملو از مولکول‌های غذا در حفره دهان، بخشی از مزه غذا بوده و نشان داده شده که برای شناسایی عطر و طعم ضروری است. بنابراین اگرچه که بخش بزرگی از عطر و طعم ناشی از بو است اما آن به مزه نسبت داده شده و بنابراین تقریبا به طور کامل از درک آگاهانه ما مخفی مانده است. برای جلوگیری از دادن یک معنی مضاعف به مزه (Taste)، گیرنده‌های بویایی در حفره دهان را به عنوان یک وجه حسی که با لفظ عطر و طعم (Flavor) پوشیده شده، یکی می‌کنیم.

گیرنده‌های بویایی در حفره دهان و سیستم عطر و طعمِ مغز

دیدگاه مرسوم در مورد عادت غذایی در فرهنگ انسان‌ این است که عطر و طعم غذاهای آماده، بزرگ‌ترین عادت مشترک جهانی میان انسان‌ها است که توسط تمام افراد از سنین مختلف در بخشی از غذای روزانه تجربه شده است. همچنین عطر و طعم از جمله پیچیده‌ترین و قوی‌ترین در میان حواس انسان‌ها می‌باشد که تقریبا تمام وجه‌های حسی را درگیر می‌کند. به علاوه سیستم‌های پیچیده محرک تنفسی، بلع و چهره‌ای (مربوط به صورت) را نیز درگیر خود می‌کند. بنابراین عطر و طعم یک حس (منظور از میان حواس است) فعال است، ما از ”چشایی فعال“ استفاده می‌کنیم تا غذا را با زبان‌مان لمس کنیم همانطور که از لمس فعال استفاده می‌کنیم تا یک شئ را که با انگشت خود امتحان می‌کنیم، لمس کنیم. برخی از این سیستم‌ها در شکل 2B نشان داده شده‌اند. در قسمت فوقانی این سیستم‌های محرک و حسی، سیستم‌های شناختی برای حافظه، احساسات، تفکر انتزاعی و تکلم قرار گرفته‌اند. اهمیت تصاویر بویایی در حفره دهان طوری به تصویر کشیده شده است که در مقایسه با تصاویر بویایی در حفره بینی، این تصاویر (حفره دهان) با این ساختارهای مغزی در تعامل بیش‌تری هستند (شکل 2A با 2B را مقایسه کنید). در ادامه به طور مختصر سیستم‌های حسی اصلی را بررسی می‌کنیم.

مزه آشکارترین جزء از عطر و طعم غذا است. در اینجا تنها به ابعاد خاصی از مزه در ارتباط با نقش بویایی در عطر و طعم می‌پردازم. مسیر چشایی در انسان‌ها از هسته نواری شکلِ تنها در ساقه‌ی مغز به هیپوتالاموس و به ناحیه چشایی از تالاموسِ سوماتوسنسوری (حسی تَنی) می‌رسد و از آنجا تا قشر اولیه بویایی ادامه می‌یابد (شکل 2B). یک واقعیت کلیدی درباره تحریک چشایی این است که آن‌ها موجب تحریک بیشتر عواطف (احساسات) اساسی انسان از لذت (شیرینی) و انزجار (تلخی) می‌شوند که آموخته نشده‌اند و از زمان تولد در ساقه‌ی مغز پیوند خورده‌اند (به صورت یک استاندارد از آن زمان درآمده‌اند). در مقابلِ (حس) چشایی به نظر می‌رسد که پاسخ‌های حسی به تصاویر عطر و بو عمدتا آموخته شده‌اند که احتمالا دلیل تنوع بی‌شمار عطر و طعم‌ها در دنیای آشپزی شده است.

محققان با تصویربرداری از مغز، چگونگی عملکرد مسیرهای چشایی و بویایی را با هم و به طور جداگانه در انسان‌ها مطالعه و بررسی کرده‌اند. در سطح نئوکورتیکال، تحریک چشایی تنها مراکز چشایی اولیه در ناحیه زبان و اینسولار را تحریک کرده، در حالی که تحریک عطر و بو مطابق انتظار، تنها ناحیه بویایی اولیه (خارجی) در منطقه اوربیتوفرونتال از قشر پیش پشانی را تحریک می‌کند (شکل 2B). پس از آن محققان حضور همزمان محرک‌های چشایی و بویایی را آزمودند. چنین کاری تحریک را در بسیاری از مناطق تحریک شده با محرک‌های مستقل و همین‌طور تحریک اضافی در بخش‌های متصل به نواحی دریافت اولیه را افزایش داد (شکل 2B). این موضوع نشان‌دهنده آن است که اساس درکِ پیچیده‌تر از عطر و طعم، یک بازه وسیع‌تری از تحریک‌های یکدست است تا آنچه که از طریق افزایش ساده مسیرهای بویایی و چشایی اتفاق خواهد افتاد.

در مقابل، یک پارچگیِ نئوکورتیکال در جوندگان بسیار کم است. اصل مهم این است که در انسان‌ها افزایش پردازش در این سطح بالای شناخت، مستقل از مجموعه گیرنده‌های با اندازه کوچک‌تر است. یک مقایسه مناسب با تکلم می‌تواند صورت گیرد: توسعه و گسترش تکلم انسان وابسته به سلول‌های بیشتر مو یا حس شنوایی دقیق‌تر نبوده بلکه بر پیچیدگی نواحی نئوکورتیکال برای پردازش پیچیده سیگنال‌های شنوایی با فرکانس کم تا متوسط بوده است. به طور مشابه می‌توان اظهار کرد که پردازش‌های اضافه شده و پیچیدگی عطر و طعم در سرتاسر این نواحی شناختیِ بزرگ، منحصر به انسان است. پردازش در این مورد شامل تصاویر عطر و بو همراه با حواس دیگری که در عطر و طعم مشارکت می‌کنند، می‌شود. اما این چطور اتفاق می‌افتد؟

تصاویر بویایی، عطر و طعم و تکلم

معمولا فرض بر این است که ارتباطی جزئی میان تکلم و بویایی برقرار است؛ برای مثال پیدا کردن واژه‌های مناسب برای توصیف مزه نوشابه دشوار است. فرض بر این بوده است که نام‌گذاری برای عطر و بو دشوار بوده زیرا پردازش عطر و بو و تکلم، متکی بر یک بستر است. ادراکات سیستم بویایی نیز همان‌طور که موثر از دیگر حواس است، به شدت تحت تاثیر نشانه‌های کلامی است. گرچه نام‌گذاری بوهای شناخته شده از طریق تصاویر عطر و بو ممکن است به اندازه نام‌گذاری تصاویر بصری مانند چهره، سخت نباشد اما هر دو دربرگیرنده دشواری‌های ذاتی از توصیف الگوهای مکانی پیچیده در کلمات هستند. ما در تشخیص چهره‌های انسان بسیار خوب عمل می‌کنیم اما توصیف آن‌ها شدیدا دشوار بوده و به طور مشابه توصیف یک بو نیز برایمان دشوار است.

ارتباط میان عطر و طعم و تکلم وقتی تصاویر عطر و بو در حفره دهان به عنوان ماده اصلی عطر و طعم در غذا در نظر گرفته می‌شود، جالب‌تر نیز می‌شود. پخت و پز در تکامل انسان نقشی اساسی داشته است؛ وعده غذاییِ به اشتراک گذاشته شده در دراز مدت به عنوان تعریف فعالیت اجتماعی انسان‌های اولیه در نظر گرفته شد. از میان این مفهوم اجتماعی، تکلم نه تنها در ارتباط با اقدامات شکار و جمع‌آوری برخاسته است، بلکه به عنوان ابزاری ضروری برای برقراری ارتباط درباره آماده‌سازی وعده غذایی و ارزیابی آن به لحاظ عطر و طعم‌های لذت‌بخش نیز بوده است. اینطور به نظر می‌رسد که مزیت سازگاری تکلم به انسان اجازه داد تا به تصاویر عطر و بو در ارتباط با عطر و طعم‌های جدیدی که در پخت و پز ایجاد می‌شوند، تسهیل فرآیند عصاره‌گیری مواد مغذی بیشتر از مواد خوراکی نامطلوبِ متفاوت مانند ریشه‌ها، دانه‌ها (مغزها) یا گیاهان سمی، یا به عنوان مزیت کشت و پرورش که در رقابت میان گروه‌های انسان‌های رقیب اعطا شد، برچسب‌های کلامی بچسباند.

شکل دو: سیستم بویایی دوگانه. A سیستم‌های مغز دربرگیرنده درک بو ازطریق سیستم بویایی در حفره بینی (با بالا کشیدن بینی). B سیستم‌های مغز دربرگیرنده درک بو از طریق سیستم بویایی در حفره دهان (بازدم – بیرون دادن نفس) با وجود غذا در حفره دهان. جریان هوا با خط‌های تیره و نقطه نشان داده شدند، خطوط نقطه‌ای نشان‌دهنده هوای حمل‌کننده مولکول‌های عطر و بو هستند.

ACC, accumbens; AM, amygdala; AVI, anterior ventral insular cortex; DI, doral insular cortex; LH, lateral hypothalamus; LOFC, lateral orbitofrontal cortex; MOFC, medial orbitofrontal cortex; NSt, nucleus of the solitary tract; OB, olfactory bulb; OC, olfactory cortex; OE, olfactory; PPC, posterior parietal cortex; SOM, somatosensory cortex; V, VII, IX, X, cranial nerves; VC, primary visual cortex; VPM, ventral posteromedial thalamic nucleus.

مرکز مجموعه­‌ی حسی اوربیتوفرونتال

قشر پیش پیشانی برای مدتی طولانی به عنوان بخشی کورتیکال در مغز انسان که برای برنامه‌ریزی، تفکر انتزاعی و حافظه‌ی فعال حیاتی است، شناخته شده است. و همان‌طور که در شکل 2B نشان داده شده، به ویژه در درک عطر و طعم نیز اهمیت دارد. مطالعات تشریحی در میمون‌ها نشان داد که علاوه بر ناحیه بویاییِ نئوکورتیکالِ اولیه، نواحی فرعی مختلف برای دریافت ارتباط از دیگر نواحی نئوکورتیکال شامل چشایی، شنوایی، لامسه و دیداری جدا شده است. همچنین نواحی فرعی با ارتباطات دوسویه با نواحی ساب کورتیکال کناری مانند آمیگدال‌ها و هیپوتالاموس نیز وجود دارند. سلسله­‌ی مفصلی از مطالعات فیزیولوژیک در میمون‌ها با آنچه که از سلول‌های منفرد ثبت شده در آن نواحی نشان داده‌اند که پاسخ‌ها به چشایی و تحریک هر دو حفره دهان و بینی کاملا به شرایط، خصوصا در ارتباط با یادگیری و پاداش بستگی دارند. نتایج مشابهی توسط بررسی fMRI در انسان‌ها نشان داده شده است. با وجود این مطالعات و بررسی‌ها به نظر می‌رسد که درک چشایی و به طور خاص درک بویایی بیشتر توسط ورودی‌های چند حسی (Multi-Sensory) تحت تاثیر قرار گرفته باشند تا درک در سیستم‌های دیگر، از جمله آن‌هایی که برای دیداری و شنوایی هستند.

اجزای کامل تجربه ما از خوردن، همچنین از ساب مدالیته‌های (عناصر فرعی کوچک‌تری که کنار هم جمع می‌شوند و یک حس بزرگ را ایجاد می‌کنند) دستگاه حسی تنی (سوماتوسنسوری) ناشی می‌شوند: حس لامسه ظریف (Fine Touch)، حالت خامه‌ای، فشار عمیق (مثل تُردی)، دما و آزردگی (مثل سوختگی بر اثر فلفل). گسی که همانند آن در آب انگور تازه یافت می‌شود نیز، حسی از تن‌واری ارائه می‌دهد.

این سیستم‌ها و ساب مدالیته‌های آن‌ها که در شکل ۳ نشان داده شده‌اند، مسیرشان از حسگر به نواحی غشایی گیرنده در شکل 2B نشان داده شده‌اند. عطر و طعم نیز با غذایی که مصرف می‌شود، نفوذ می‌کنند.

به طور خلاصه، طبیعت چند ساختاریِ عطر و طعم از کورتکس اوربیتوفرونتال (شکل 2B) به این اشاره می‌کند که می‌توان این را نوعی از مرکز مجموعه حسی در مغز به حساب آورد، یکی از مناطقی که ما را آماده پذیرش پیشنهاد تبلیغ‌کنندگان به خریدن غذا در بسته‌هایی با رنگ‌های مختلف یا با بافتی تُردتر، می‌کند. این مرکز رابطه‌ای حیاتی و غیرمتقارن با نواحی تکلم انسان دارد (شکل ۳). از طرف دیگر انسان‌ها برای توصیف کردن الگوهای Spatialtemporal Patterns (الگوهایی که در بازه وسیعی ازپدیده‌های طبیعی اتفاق می‌افتند و با الگوی مکانی و موقت مشخص شده‌اند)، از تصاویر عطر و بو به عنوان بخشی از دریافت عطر و طعم، با کلمات مشکل دارند. از طرفی، تاثیری بسیار قوی از کلمات بر دریافت عطر و طعم و تمایلات ما وجود دارد.

از تصاویر بویایی تا تصاویر باب میل

بدین ترتیب دریافت عطر و طعم سیستم‌های حسی و محرک بسیاری را در بر می‌گیرد. اما برای اینکه یک عطر و طعم در هوس و مصرف غذای ما نقشی بازی کند، می‌بایست با سیستم‌های دیگر که در کنترل پیچیده تغذیه دخیل هستند هم متصل شود. تحقیقات اخیر برای نشان دادن اینکه چطور دریافت عطر و طعم ممکن است این سیستم‌ها را نیز تحریک کند، آغاز شده‌اند.

غشای سیستم بویایی و فعل و انفعالات آن با دیگر نواحی اطراف‌اش یک قطب مرکزی در این پردازش‌ها را شکل می‌دهند (شکل 2B, 3). در کورتکس دستگاه بویایی، تصاویر عطر و بو به شکل یک خاطره­ی ”محتوای نشانی‌پذیر“ بازسازی شده‌اند. (کورتکس دستگاه بویایی همچنین شامل یک حسگر برای آمینواسیدهای ضروری است که با ستاره در شکل ۳ نشان داده شده است.) تعدادی پژوهش، نواحی فرعی که با عطر و بوی غذا فعال می‌شوند را شناسایی کرده‌اند. این نواحی شامل کورتکس اوربیتوفرونتال، شکنج پاراهیپوکمپ (Parahippocampal Gyrus)، شکنج دوکی شکل قُدامی (Anterior Fusiform Gyrus)، انسولا (Insula)، جسم مخطط (Striatum) و سینگولات (Cingulate) می‌شوند. این‌ها عمدتا نواحی کورتکس مغز یا مراکز خیلی مرتبط با آن‌ها هستند. علاوه بر این مشخص شده است که کورتکس اوربیتوفرونتال و آمیگدال‌ها با میزان مطلوبیت غذاها ارتباط دارند، غذاهای لذت‌بخش تحریک کننده کورتکس اوربیتوفرونتال میانی و غذاهای نامطلوب تحریک‌کننده کورتکس اوربیتوفرونتال جانبی هستند. بنابراین امکان آغاز شناسایی احساسات متفاوت و شرح انگیزه درباره تغذیه در ارتباط با سطوح تحریک سیستم آمیگدال‌های گسترش یافته، از یک سطح خوشایند یا ناخوشایند بودنِ یک عطر و طعم برای دریافتن اینکه شدیدا توسط آن جذب و یا دفع شود، وجود دارد (شکل ۳).

شکل سه: سیستم عطر و طعم در انسان که غذای خورده شده را نظارت و ارزیابی می‌کند. دیاگرام نواحی که دربرگیرنده جبنه‌های ادراکی، عواطف، مربوط به حافظه، انگیزشی و کلامی از ارزیابی غذا که از طریق ورودی‌های عطر و طعم نقش داشتند را نشان می‌دهد. سمت چپ وجه‌های حسی مختلف و ساب مدالیته‌هایی که در درک عطر و طعم مشارکت دارند. قسمت میانی و سمت راست سیستم عطر و طعم مغز که غذای خورده شده را نظارت و ارزیابی می‌کند. نواحی قرمز منجر به درک حسی آگاهانه می‌شوند، خطوط بیرونی ضخیم نشان دهنده اهمیت زیاد آن‌ها در انسان‌ها و راسته نخستین‌ها هستند. نواحی سبز منجر به نظارت بر تغذیه ناخودآگاه می‌شود. کمبود در آمینواسیدهای ضروری توسط قشر بویایی قُدامی است (ستاره).

انگیزه خوردن در برگیرنده هوس‌ها، پرخوری و شرایطی مانند چاقی مفرط نیز می‌باشد، که در آن انرژی به کار رفته شدیدا از حد مصرف انرژی تجاوز می‌کند. پژوهش‌های مختلف بر روی حیوانات نشان داده که نواحی که در برگیرنده هوس‌ها بوده، شامل آمیگدال‌ها، سینگولات قدامی، کورتکس اوربیتوفرونتال، انسولا، هیپوکمپ، قشر خلفی جانبی پیش پیشانی و دُم‌دار (Caudate) می‌شوند. مطالعات تصویربرداری کاربردی در انسان‌ها برای تحریک این نواحی با قراردادن اشخاص در یک رژیم یکنواخت و خواستن از آن‌ها برای تصور کردن مزه، بو و بافت (به عبارت دیگر عطر و طعم) غذاهای مورد علاقه‌شان، آزموده شده‌اند. افزایش‌های مربوط به هوس در سیگنال وابسته به سطح اکسیژن خون در fMRI، در هیپوکمپ، انسولا و هسته دم‌دار (Caudate Nucleus) دیده شدند. مولفان محل این تحریک‌ها را به عنوان ”تصاویر باب میل“ تشخیص دادند.

نواحی تحریک شده در انسان‌ها به واسطه هوس‌های غذایی مشابه همان نواحی تحریک شده حین اعتیاد به مواد مخدر و الکل هستند. نتایج با فرضیه‌هایی با بستر مشترک (Common Substrate) سازگار هستند، ایده از بسیاری خطوط همگرای فعال برمی‌خیزد که نواحی مغزی که زمینه هوس‌های غذایی هستند با آن‌هایی که در سواستفاده از مواد مخدر و الکل‌اند، مکانیزم‌های سیستمی و سلولی به اشتراک می‌گذارند.

بنابراین، تصاویر بویایی در مسیر دستگاه بویایی برای به دست آوردن و مصرف کردن موضوع تامین‌کننده آن تصویر بویایی منجر به تصاویر دلخواه شده، و همین‌طور این موضوع حاکی از آن است که که این چرخه می‌تواند خود را تکرار کند. نکته کلیدی در این است که پرخوری یا چاقی مفرط دربرگیرنده نه تنها فهمیدن مراکز تغذیه هیپوتالاموس و واکنش آن‌ها به چربی‌ها، کربوهیدرات‌ها و پروتئین‌ها شده (شکل ۳) بلکه اینکه چگونه این مراکز به وسیله مکانیزم‌های مغز که در عطر و طعم آن غذاها و میل مصرف آن‌ها نهفته است، تحریک شده‌اند.

دانش تغذیه و وَرای آن

آزمون‌های رفتاری از تاثیرات عطر و طعم غذا و تمایل مصرف‌کننده برای آن‌ها، در علوم تغذیه که رشته‌ای کاملا ناشناخته برای عصب‌شناسان و متخصصان تغذیه است، پیش برده شده است. استفاده ترکیبی از روش‌های کروماتوگرافی گازی مربوط به آزمایش عطر و بو، ارتباطات لازم میان ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی غذاها و درک عطر و طعمی که تولید می‌کنند را مهیا کرده است. سطح جزییات در چنین پژوهشی می‌تواند دقیق باشد، در یک تحقیق به طور مثال نوع علفی که توسط گاو طی ساعات روز در فصول مختلف مصرف شده و ارتباط آن به ترکیب شیمیایی و کیفیت عطر و طعم پنیر تولید شده از شیر گاوها، را بررسی شده است. پژوهشی دیگر تغییر در انتشار مواد فرّار در حفره بینی در حین مراحل پیاپی درآشامیدن، جویدن و بلعیدن را بررسی کرد. چنین تحقیقی در تلاش برای بهبود روش‌های سنتی تولید غذاها با عطر و طعمی ذاتا غنی بوده، همان‌طور که در تلاش برای حفظ یا تشبیه این کیفیت‌ها در تولید برای بازارهای کلان بوده است. مطالعات و پژوهش‌های اخیر همچنین کاهشی در درک عطر و طعم در انسان‌ها با بالا رفتن سن، زمانی که سیستم بویایی در حفره دهان به نظر آسیب‌پذیرتر از سیستم بویایی در حفره بینی می‌رسد، را بررسی کردند.

ساختارهای عطر و طعم در مغز انسان، در رابطه با جنبش‌های مردمی که در دهه ۱۹۸۰ آغاز شد تا پخت غذا را بر یک مبنای علمی قرار دهد، نیز ذینفع شدند. توضیح شیمی و فیزیکی آماده‌سازی غذا و اساس بیوشیمی عطر و طعم غذا موضوعی جالب توجه از ارتباطات متداول از دانش غذا است که با آنچه که ”خوراک‌شناسی مولکولی“ نام‌گذاری شده، مرتبط است. امکان تصور آینده‌ای برای نوروگاسترونومی (Neurogastronomy) آمیخته به بیوشیمی آماده‌سازی غذا، بیولوژی مولکولیِ گیرنده‌های سیستم بویایی و دانش تصاویر عطر و بو و سیستم عطر و طعم مغز، در اینجا مرور شد. چنین ترکیبی می‌تواند پتانسیل پیشرفتِ درک ما از تجربه انسان از خوردن و راه‌های شکل دادن به آن به سمت رژیم‌های سالم‌تر و خوش عطر و طعم‌تر، داشته باشد.

چالش‌ها

افزایش شواهد که مولکول‌های عطر و بو به صورت تصاویر عطر و بو کدگذاری شدند، موجب شد فرضیه‌های قابل آزمایش برای تحقیقات بعدی فراهم شود. بر اساس مطالعات حیوانی فعلی، استفاده از ابزارهای مولکولی و ژنتیکی برای مجموعه بزرگِ ژن گیرنده، اساس مولکولی از ساختارِ مسیر سیستم بویایی از سلول‌های حسی به غشای سیستم بویایی و احتمالا در نهایت به سطح نئوکورتیکال را نیز فراهم خواهد کرد. این با پژوهش‌های پردازش در فیزیولوژیک و تصویربرداری مغزی که در اینجا اشاره شدند، ترکیب خواهد شد تا درک جامعی از اساس عصبی تصاویر عطر و بو در طول سیستم بویایی در حفره بینی را شرح دهند.

گسترش این پژوهش‌ها تا سیستم بویایی در حفره دهان و اساس عطر و طعم، نیازمند تلاش‌های عده‌ی بیش‌تری از عصب‌شناسان برای یکپارچه کردن سیستم بویایی با چشایی و دیگر دستگاه‌های حسی و با کمک روان شناختی و مطالعات رفتار غذاخوردن می‌باشد. در این رویکرد چند رشته‌ای، مهارت دانشمندان علوم تغذیه و عصب‌شناسان نیز مورد نیاز است. به علاوه انسان‌شناسان نیاز به تهیه درک بهتری از نقش بویایی در پیشرفت آشپزی در فرآیند تکامل انسان دارند. این رویکرد یکپارچه می‌بایست امکان مبادرت کردن به پرسش‌های دشوار درباره درک عطر و طعم در انسان را برای محققان فراهم کند. ارتباط میان عطر و طعم و تغذیه چیست؟ چنین چیزی برای تکامل انسان حیاتی بوده و هسته نگرانی‌های فعلی درباره رژیم‌های سالم است. چرا غذاهای فست فود و عطر و طعم‌های به خصوصی، میل و هوس انسان را بر می‌انگیزانند؟ اگر بوی یک عطر و طعم، یک تصویر است، آنچه که در این پژوهش انجام گرفت اظهار می‌کند که تصویر بویایی نقشی بزرگ در جذب آنها (عطر و طعم‌های به خصوص) بازی می‌کند. آیا عطر و طعم یک غذای فست فوود، کاریکاتوری جذاب از تصاویرِ عطر و بوی یک غذای طبیعی است، مانند میکی موس که کاریکاتوری جذاب از یک موش واقعی است؟

دیدگاه مرسوم این است که ما به غذاها به وسیله ترکیبات بیوشیمیایی آن‌ها جذب می‌شویم، به خصوص با آن دسته از اجزایی که آن‌ها را شیرین یا چرب می‌کنند؛ اخیرا توجه‌ها به تحریک‌های بیوشیمیِ اجزای غذا در مراکز تمایل در مغز جلب شده است. در اینجا ما این نشانه که عطر و طعم عاملی مهم است را مرور کردیم. اگر قدرتی که تصاویر آگاهانه در زندگی روزمره ما دارند را تشخیص دهیم، قدرت تصاویر ناخودآگاه عطر و بو که بر عطر و طعم غالب‌اند برای تحقیق و بررسی به نظر ارزشمند می‌آیند.

منبع:

گوردون ام شپرد (نوامبر ۲۰۰۶)، مجله طبیعت، گروه نشر طبیعت، تصاویر بویایی و سیستم عطر و طعم در انسان.