مکانیسم بویایی

برای مغز، حس بویایی پنجره‌ای گشوده به جهان است:

زمانی که عطری را از راه بینی استنشاق می‌کنیم، اطلاعات به‌سوی نورون‌های ما انتقال می‌یابد. اما این نورون‌ها با آن چه می‌کنند؟ و چه عاملی باعث می‌شود بویی برای ما خوشایند یا ناخوشایند باشد؟

چگونه یک بو می‌تواند خاطره‌ای را ـ گاه به‌طرزی بسیار نیرومند و فوری ـ به یاد ما آورد؟ به بیان کوتاه، حس بویایی ما چگونه عمل می‌کند؟ در اینجا، مسیر یک بو را از لحظه‌ی آشکارسازی تا درک و ادراک بررسی می‌کنیم.

وقتی بینی خود را در دسته‌ای از گل‌ها فرو می‌برید، تنها لحظه‌ای کوتاه کافی است تا اطلاعات نهفته در عطر گل به مغزتان برسد و واکنش‌هایی به‌تنوعِ «این بوی خوشی دارد»، «این مرا به یاد چیزی دلپذیر می‌اندازد» یا «این را دوست ندارم» برانگیزد.

بوی یک گل از چند صد مولکول بویای گوناگون تشکیل شده است که سبک و فرّارند. این مولکول‌ها توسط گیاه تولید می‌شوند، در هوا آزاد می‌گردند و به بینی ما می‌رسند. از همان لحظه، آشکارسازی و شناسایی آن‌ها در مغز طی مراحلی پی‌درپی انجام می‌گیرد که توسط سامانه‌ای ویژه از مغز ـ که در تمامی پستانداران وجود دارد ـ هماهنگ می‌شود: سامانه‌ی بویایی. پس برای هر یک از ما، همه‌چیز از بینی آغاز می‌شود و در ژرفای مغز پایان می‌یابد.

دریافت و آشکارسازی (Reception and Detection)

برهم‌کنش ما با یک بو از لحظه‌ی دم آغاز می‌شود؛ زمانی‌که صدها مولکول بو که در هوا معلق‌اند وارد بینی شده و تا انتهای حفره‌ی بینی ـ جایی‌که گیرنده‌های بویایی قرار دارند ـ پیش می‌روند. در آنجا، این مولکول‌ها در مخاط بینی (همان مایعی که هنگام سرماخوردگی از بینی جاری می‌شود) حل شده و برای مدتی کوتاه در آن نگه داشته می‌شوند.

جویدن غذا نیز موجب آزاد شدن مولکول‌های بو (odorant molecules) می‌شود که از طریق بویایی رترونازال (مسیر ارتباطی در انتهای حفره‌ی دهان) به بینی می‌رسند.

این نگه‌داری موقتی مولکول‌های بو به گیرنده‌های بویایی فرصت می‌دهد تا ماهیت آن‌ها را شناسایی کنند.

این گیرنده‌ها در انتهای سلول‌های تخصص‌یافته‌ای به نام نورون‌های بویایی (olfactory neurons) قرار دارند.

در بخش پشتی بینی ما میلیون‌ها نورون بویایی وجود دارد که هر یک صدها گیرنده روی سطح خود دارند؛ گیرنده‌هایی که در معرض هوا قرار گرفته‌اند تا بتوانند با مولکول‌های بو برهم‌کنش کنند. هر نورون تنها یک نوع گیرنده تولید می‌کند. در انسان حدود 400 نوع گیرنده وجود دارد، در جوندگان حدود 1000 نوع، و در فیل‌ها رکوردی نزدیک به 2000 نوع.

برای درک رابطه‌ی میان یک گیرنده و یک مولکول بو، باید به ساختار مولکول در مقیاس اتمی نگاه کنیم. این ساختار از چند بخش تشکیل شده است که هر بخش توسط یک گیرنده‌ی بویایی خاص شناسایی می‌شود.

یک مولکول بو که از دو بخش ساخته شده باشد (برای نمونه یک بخش خطی و یک بخش کروی) توسط دو نوع نورون بویایی مختلف شناسایی خواهد شد؛ هر کدام با یک نوع گیرنده. برعکس، یک گیرنده‌ی خاص می‌تواند یک شکل خاص را تشخیص دهد که در مجموعه‌ای از مولکول‌های متفاوت وجود دارد.

این ویژگی هوشمندانه‌ی سامانه‌ی آشکارسازی، آن را بسیار انعطاف‌پذیر می‌سازد و به آن امکان می‌دهد تا میلیون‌ها ترکیب مولکول-گیرنده را تشخیص دهد.

زمانی‌که یک ترکیب در سطح نورون‌های بویایی برقرار می‌شود، این سلول‌ها فعال می‌شوند؛ درست همان‌طور که یک کلید موتور خودرو را روشن می‌کند. سپس این نورون‌ها تحریک شده و سیگنالی را به مغز ارسال می‌کنند.

تفسیر (Interpretation)

اطلاعات منتقل‌شده از نورون‌های بویایی به نخستین ایستگاه پردازش بازنمایی بو در مغز می‌رسد: پیاز بویایی (olfactory bulb). این ساختار جفتی است (در واقع از دو پیاز تشکیل شده) و یکی از بخش‌های قدامی‌ترین مغز به شمار می‌رود که در زیر استخوان میان دو چشم ما قرار گرفته است.

مانند سایر نواحی مغز، پیاز بویایی نیز از نورون‌ها ساخته شده است. نقش تخصصی این نورون‌ها در اینجا، پردازش اطلاعات دریافتی از نورون‌های بویایی و ایجاد نوعی «کارت شناسایی» برای هر مولکول بو است. نورون‌های پیاز بویایی سپس این کارت شناسایی را به بخش‌هایی از مغز که مسئول پردازش ادراک حسی (قشر پیریفورم)، حافظه (قشر انتورینال و هیپوکامپ) و هیجان‌ها (مجتمع آمیگدال) هستند، ارسال می‌کنند.

به‌نوبه‌ی خود، هر یک از این ساختارهای مغزی اطلاعات را به قشر اربیتوفرونتال (orbitofrontal cortex) می‌فرستند؛ جایی‌که ادراک آگاهانه‌ی بو رخ می‌دهد.

این مسیر بسیار مستقیم است: تنها دو نورون میان گیرنده‌ی بویایی و قشر مغزی قرار دارند، و این ویژگی، منحصر به حس بویایی است.

در دیگر سامانه‌های حسی ـ مانند بینایی و شنوایی ـ اتصالات به‌طور غیرمستقیم‌تری برقرار می‌شوند، مدار عصبی طولانی‌تر است و محرک‌ها کمتر اثر هیجانی فوری دارند.

برای درک بهتر پیوند میان یک بو با ادراک، حافظه و هیجان‌ها، لازم است به‌طور جداگانه به نقش هر یک از این ساختارهای مغزی در سامانه‌ی بویایی توجه کنیم.

رمزگشایی (Decoding)

قشر پیریفورم (piriform cortex) که شکلی شبیه گلابی دارد، مسئول شناسایی «کارت‌های هویتی» (molecular identity cards) بوهاست. بر اساس مجموعه‌ای از مولکول‌های شناخته‌شده‌ی بی‌شمار، این ناحیه از مغز اطلاعات منتقل‌شده از طریق پیاز بویایی (olfactory bulb) را به‌کار می‌گیرد تا حس یک شیء بویای یکپارچه را شناسایی کند، مانند بوی گل رز یا یاس بنفش.

حافظه‌سازی و به خاطر سپردن (Memorising)

هیپوکامپوس (hippocampus) این امکان را فراهم می‌کند که «فیلم» رویدادهایی که روزانه تجربه می‌کنیم به حافظه سپرده شود. هر مکانی که در طول روز می‌رویم، در اینجا بازنمایی می‌شود، همراه با زمانی که آنجا بوده‌ایم و کاری که انجام داده‌ایم. این ساختاری است همچون کتابخانه‌ای از خاطرات که از همه‌ی حواس ما بهره می‌گیرد. با کمک این کتابخانه، می‌توانیم آگاهانه تصمیم بگیریم به یک رویداد خاص فکر کنیم. برای مثال، من می‌توانم عطر مادرم را به یاد آورم. اما این اطلاعات می‌تواند بدون اندیشیدن آگاهانه نیز دوباره در ذهنم زنده شود، به شکلی ناخودآگاه.

این گونه یادآوری ناگهانی و غیرارادی همان چیزی است که در صحنه‌ی معروف «مادلنِ پروست» رخ می‌دهد: جایی که راوی در جست‌وجوی زمان از دست‌رفته هنگام چشیدن مادلنی که در چای فرو برده است، خاطرات فراموش‌شده‌ی کودکی‌اش را به یاد می‌آورد؛ زمانی که عمه‌اش همان نوع شیرینی را به او می‌داد. بویایی، همچون چشایی، قادر است این گونه واکنش کاملاً غیرمنتظره را برانگیزد، به دلیل پیوند بسیار قوی میان پیاز بویایی و هیپوکامپوس؛ پیوندی میان محرک بسیار کوچک بویایی و احیای دقیق رویدادهای زندگی ما.

هیجان (Emotion)

مجتمع بادامه‌ای‌شکل آمیگدالوئید (amygdaloid complex یا آمیگدالا) رویدادهایی را که تجربه می‌کنیم با هیجان مثبت یا منفی رنگ‌آمیزی می‌کند. فعالیت آن تحت تأثیر ورودی‌های حسی، به‌ویژه بوها، قرار دارد. این ساختار به‌شدت فعالیت هیپوکامپوس را تنظیم می‌کند، اما همچنین بر قشر پیشانی (frontal cortex) نیز اثر می‌گذارد، از جمله قشر اربیتوفرانتال (orbitofrontal cortex) که در انسان‌ها به‌طور ویژه‌ای رشد یافته و جایگاه شناخت و تخیل به‌شمار می‌رود.

هیجان‌ها بخش جدایی‌ناپذیر ارزش هِدونیک (hedonic value) یک بو هستند؛ یعنی کیفیت خوشایند یا ناخوشایند آن، همان واکنش «دوست دارم/دوست ندارم» که نخستین مواجهه‌ی ما با یک بو را شکل می‌دهد. این ارزش هِدونیک با فعالیت در نواحی متعددی از مغز همراه است، از جمله قشر اینسولار (insular cortex) و قشر اربیتوفرانتال که در پیوند نزدیک با سیستم‌های دوپامینرژیک عمل می‌کنند؛ سیستم‌هایی که در کارکرد مغز در زمینه‌ی انگیزش و پاداش نقش دارند.

آگاهی (Awareness)

قشر اربیتوفرانتال (orbitofrontal cortex)، که در زیر حفره‌های چشمی قرار دارد، آخرین مرحله‌ی پردازش انبوه اطلاعاتی است که از هیپوکامپوس، آمیگدالا و قشر پیریفورم دریافت می‌شود. این ناحیه مرکز یکپارچه‌سازی است؛ جایی که ادراک آگاهانه‌ی بو شکل می‌گیرد، معمولاً کمتر از یک ثانیه پس از آغاز تشخیص یک رایحه.

تصویربرداری‌های مغزی همچنین نشان می‌دهد که زمانی که به احساسی که یک بو در ما ایجاد می‌کند می‌اندیشیم، بیشترین فعالیت بر دوش قشر اربیتوفرانتال است. جالب آن‌که این ناحیه فعال‌ترین بخش مغز در میان عطرسازان حرفه‌ای است. افزون بر این، این ناحیه نقشی حیاتی در تصمیم‌گیری پس از ادراک یک بو ایفا می‌کند: نزدیک شدن به بو یا گریز در جهت حفظ بقا؛ یا در شرایط کمتر تهدیدکننده، انتخاب میان خرید برند X یا برند Y با در نظر گرفتن عوامل مختلف.

مجموعه‌ی ساختارهایی که سامانه‌ی بویایی در پستانداران را تشکیل می‌دهند، امکان مقایسه‌ی همه‌ی بوهایی را که در زندگی روزمره با آن‌ها مواجه می‌شویم با آنچه در حافظه ذخیره کرده‌ایم فراهم می‌کند و این اطلاعات را دسته‌بندی می‌کند تا در شناسایی محرک بویایی مربوطه یاری‌رسان باشد.

با این حال، علی‌رغم سرعت و توانایی بالای سامانه‌ی بویایی در شناسایی و تمایز میان روایح، نام‌گذاری و توصیف کلامی یک بو، به‌ویژه هنگامی که ترکیبی از چندین بو باشد، نیازمند نوعی آموزش است. افراد ناآزموده در نام‌گذاری بوها با دشواری روبه‌رو می‌شوند و دلایل متعددی برای این توانایی ضعیف در شناسایی وجود دارد.

این سامانه در اصل برای پاسخ به نیازهای ابتدایی تکامل یافته است: تنها چند هزار سال پیش، انسان‌ها همچون دیگر جانوران بدون توانایی زبان در طبیعت زندگی می‌کردند. بوها عمدتاً برای تشخیص اطلاعات حیاتی برای بقا به کار می‌رفتند—مانند بوی گوشت فاسد—و برای تصمیم‌گیری سریع و مؤثر—مانند طرد کردن یا فرار در برابر خطر، همچون شکارچی یا آتش.

آیا این تنها «وجه» عملکرد بویایی است؟

داده‌های اخیر نشان می‌دهد که چنین نیست. شکارچی-گردآورندگان جنگل‌های بارانی استوایی در شبه‌جزیره‌ی مالایا با گروه‌های غیرشکارچی-گردآورنده‌ی همان ناحیه مقایسه شده‌اند. جمعیت شکارچی-گردآورنده‌ی (Semag Beri) قادرند بوها را به همان آسانی رنگ‌ها نام‌گذاری کنند و از یک واژگان بویایی غنی بهره می‌برند.

از این رو، آموزش—مانند آنچه دانشجویان شراب‌شناسی یا عطرسازی دریافت می‌کنند—کلید حل معضل به ظاهر «ناگفتنی بودن» بوها و بهبود توانایی نام‌گذاری و شناسایی آن‌هاست.

به لطف این ابزار شگفت‌انگیز که در اختیار داریم—که برخلاف باور رایج، ظرفیت آن در بدو تولد برای همگان تقریباً یکسان است—ما می‌توانیم با اندکی آموزش و تمرین، حس بویایی خود را پرورش دهیم و مجموعه‌ی عظیمی از روایح پیرامون خود را درک و قدردانی کنیم.

(ترجمه از کتاب)

به یاد پیام نیک‌زبان، استاد عزیزم که زود از میان ما رفت…