Как мы воспринимаем температуру
Аристотель считал, что у человека пять видов чувственного восприятия: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. Современная наука относит к отдельным чувствам, например, и термочувствительность (подробнее о том, почему за исследование присудили Нобелевскую премию, читайте в нашем тексте «Премия за самочувствие»), и ощущение равновесия, и положение частей своего тела в пространстве. В книге «Суперчувства: 32 способа познавать реальность» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Марией Елифёровой, журналистка Эмма Янг рассказывает о природе чувственного восприятия и о том, как можно тренировать и совершенствовать свои сенсорные способности. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным терморецепторам и тому, что сегодня наука понимает про наше чувство температуры.
Чтобы понять, как мы воспринимаем температуру, лучше вернуться назад во времени к истокам эволюции — непосредственно к общему предку как нанопланктона, так и всего животного царства.
Как выглядел этот древний предок в реальности, неизвестно. Но у него возникли сенсорные адаптации, унаследованные нами. Откуда мы это знаем? Дело в том, что, если покопаться в нашей ДНК, можно обнаружить гены, кодирующие сенсоры определенного класса, которые называются каналами с транзиторным рецепторным потенциалом (TRP-каналы). Если внимательно присмотреться к ДНК воротничкового жгутиконосца — представителя нанопланктона, плавающего в глубинах антарктических вод, — то вы обнаружите необычайно похожие гены. То есть перед нами поистине древнейшие сенсоры, и, хотя в ходе эволюции животного царства эти сенсоры приобрели множество на удивление разнообразных функций, их надсемейство, которое в совокупности называется «термочувствительные TRP-каналы», позволяет нам воспринимать температуру. Эти рецепторы присутствуют во всех органах вашего тела, включая мозг, печень и пищеварительный тракт, а также, естественно, в коже .
Отдельные терморецепторы TRP, расположенные на мембранах свободных нервных окончаний, реагируют на разные диапазоны температур. На что именно они реагируют и что мы в результате ощущаем — этот вопрос еще исследуется. Но, по новейшим представлениям, они выполняют следующие функции.
Сенсоры, реагирующие на тепло/жар:
Сенсоры, реагирующие на холод:
Теперь, когда вы знаете, на что реагируют эти конкретные типы рецепторов, становится совершенно понятно, отчего острый карри, палящий зной, капля крепкой кислоты и чашка кофе «обжигают», а мята и стакан воды «холодят». Но все-таки восприятие свежесваренного кофе как «горячего» или летнего дня в Дели как «жаркого» понятнее. Почему же салат с перцем чили стимулирует во рту тот же самый сенсорный рецептор?
Считается, что перец чили в ходе эволюции ради решения собственных задач научился «взламывать» систему температурного восприятия млекопитающих. Капсаицин, таким образом, можно рассматривать как химическое оружие в борьбе растения за то, чтобы его не съели. (Хотя, когда дело доходит до человека, это оружие не очень-то эффективно. Есть даже данные, что перец чили вводился в культуру как минимум пять раз, — вот как мы его любим! Однако мы в этом отношении исключение. Единственное другое известное млекопитающее, с удовольствием его поедающее, — это тупайя, и у нее имеется мутация гена TPV1, ослабляющая чувствительность к капсаицину.) Этот рецептор стремятся «взломать» и другие виды живых существ. Так, Дэвид Джулиус, который руководит обширной исследовательской работой по температурному восприятию в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, обнаружил, что с ним связываются также токсины некоторых видов пауков.
Если вы едите что-то слегка теплое и ощущаете жар или холод во рту, в горле или на губах, причина тому — химическая стимуляция температурных рецепторов, посылающих сигналы в мозг по тройничному нерву, который имеет ответвления в глазах, носу, во рту и на языке. «ТригеминальноеОт латинского названия тройничного нерва — nervus trigeminus. — Прим. ред. ощущение» — это не восприятие запаха или вкуса. Оно позволяет обнаруживать кислые и едкие вещества, такие как аммиак в отбеливателе, а также жар или прохладу от воздействия химических веществ (например, от перца чили или мятного леденца).
Другие части вашего тела, конечно, тоже чувствительны к жару чили или прохладе ментола. Намажьте предплечье ментоловой мазью, и вы ощутите в этом месте холодок, переходящий в легкое жжение и покалывание. Но особенно чувствительны губы, так как распределение всех этих рецепторов на коже неоднородно по плотности. Это нетрудно проверить самостоятельно. Прямо сейчас, в январе, когда я печатаю эти строки дома, в Йоркшире, за окном царит зима (кажется, прошло ужасно много времени с того дня, когда я включала вентилятор, упомянутый в главе 1). Дом отапливается, но тем не менее... Если я кладу пальцы правой руки на тыльную сторону левой, они чувствуют холодок. Если я теперь прижму пальцы к губам, будет явственно ощущаться холод.
Эту реакцию несколько усложняет тот факт, что температура частей тела, воспринимающих температуру среды, тоже имеет значение. Если вы окунете одну руку в ведро с холодной водой, а другую — в ведро с горячей, затем опустите обе руки в ведро с тепловатой водой, то из-за характера предыдущей стимуляции рецепторов правая рука будет ощущать ее как горячую, а левая — как прохладную. Вскоре, однако, система стабилизируется, и вы будете верно воспринимать воду как чуть теплую.
Хотя ладони и кончики пальцев не так чувствительны к температуре, как губы, они все-таки хорошо справляются со своей задачей. И те виды температурной информации, которые они способны собрать, обеспечивают вас самыми разнообразными знаниями. Например, если вы закроете глаза, вытянете руки ладонями вверх, а кто-то положит вам на одну ладонь металлический брусок, а на другую — деревянный, вы определите, где какой, просто благодаря тому, что металл быстрее понижает температуру вашей кожи, чем дерево, а потому ощущается как более холодный.
Впрочем, определение подобных различий — не основная функция наших температурных сенсоров. У них две главные задачи. Первая — предоставлять информацию, необходимую для того, чтобы вы могли поддерживать базовую температуру тела на уровне 36,5–37,5 ºC. А так как при выходе за границы этого диапазона тело и мозг перестают нормально функционировать, трудно представить более важную задачу. Вторая — подавать сигнал тревоги, если к вам прикасается нечто опасно горячее или холодное.
Сам гипоталамус, главный орган управления гомеостазом, содержит температурные рецепторы. Но сигналы от кожных рецепторов тоже важны для регуляции температуры тела. Если вы сидите за письменным столом или на диване и вам вдруг кажется, что в комнате слишком холодно, вы можете встать и взять свитер. Если вам слишком тепло, вы можете снять часть одежды. Да, в распоряжении вашего мозга есть различные способы регулировать температуру, но там, где без труда способны помочь мышцы, вы почувствуете импульс подчиниться его бессознательной воле.
Если температура у вас в офисе или дома изменится хотя бы чуть-чуть, вы это заметите. Однако столь удивительная чувствительность вовсе не предполагает точной оценки степени изменений — и мы обычно их переоцениваем. Вот почему, если вы слегка приоткрываете окно, кто-то непременно начинает возмущаться, утверждая, что стало жутко холодно. Эта преувеличенная реакция представляет интерес не только для специалистов в области эстезиологии, но и, что довольно неожиданно, для другой группы людей.
Внезапный «холод» — кажущееся резкое падение температуры — мистиками часто воспринимается как знак того, что комнату посетило привидение. (Конечно же, речь идет о комнате со сквозняками. Как известно, привидения предпочитают обветшалые замки, а не экодома с температурным контролем и плотно прилегающими створками окон и дверей.)
Этот эффект весьма интересует парапсихолога Киарана О’Киффа из Нового университета Бакингемшира. В книге «В поисках сверхъестественного» (In Search of the Supernatural), написанной О’Киффом совместно с Иветтой Филдинг, авторы описывают расследование, проведенное в замке Хивер (графство Кент). Когда-то в нем жила Анна Болейн, и он действительно выглядит «как замок прямиком из сказки». Рассказывая о том, как он готовится разместить в огромном обеденном зале электронные датчики температуры, О’Кифф отмечает, что в сообщениях о встречах с призраками в замке Хивер упоминается внезапный холод:
Однако стоит иметь в виду, что связь между явлениями призраков и падением температуры широко обсуждается в средствах массовой информации и, вероятно, уже заранее заложена в сознании наблюдателя... Здесь, в замке Хивер, я особое внимание уделяю архитектуре здания и воздуховодам, например каминам...
Холодный сквозняк из камина в сочетании с изрядной долей измышлений запросто может породить фантазии о встречах с «призраками».
Однако мы реагируем не только на малейшее охлаждение тела. И столбику ртути вовсе не обязательно подниматься высоко, чтобы наши мысли потекли в другом направлении.
Том Харди, Идрис Эльба и Джерард Батлер — все они фигурируют в «списке самых горячих мужчин» 2020 г. (по крайней мере, по версии радиостанции Heart). Фитнес- тренер Джо Уикс тоже попал в этот список. (И, скажу откровенно, как одна из бесчисленных мамаш, каждое утро пыхтевших под уроки физкультуры для школьников, которые Уикс выкладывал на YouTube во время локдауна из-за коронавируса, для меня там все же было кое-что привлекательное, помимо желания сохранить фигуру.)
Мы обычно применяем определение «горячий» к каждому, кто вызывает хотя бы минимальное сексуальное возбуждение. Но, разумеется, сами-то объекты нашего интереса вовсе не горячие. Это мы слегка нагреваемся, вернее, отдельные части нашего тела.
Чтобы объяснить это, достаточно обратиться к исследованию, в котором участвовали полуголые люди и использовались инфракрасные камеры. Добровольцы мужского и женского пола, раздетые ниже пояса, сидели (каждый в уединении) и смотрели различные видео — от лучших эпизодов телесериала «Мистер Бин» и канадских передач о туризме до порнографических фильмов. Все это время одна из камер была направлена на их гениталии.
Не ставя их в известность, исследователи из Университета Макгилла из другой комнаты отслеживали изменения температуры тела испытуемых до сотой доли градуса. Результаты показали, что скачок температуры гениталий, вызванный усилением кровотока, наступает только при просмотре порнографических сюжетов. В среднем и у мужчин, и у женщин температура в этом месте поднималась примерно на 2 ºC.
Если бы такой скачок температуры произошел во всем теле, они бы слегли с лихорадкой. Так что да, в пределах одной части тела им стало очень горячо. Избыточная реакция даже на незначительные изменения вполне оправданна. Когда речь идет о регуляции температуры тела, у нас очень маленький допуск на ошибку. Нам не обязательно верно оценивать всякое изменение, независимо от того, вызвано оно процессами снаружи или внутри тела. Но из-за особенностей работы нашей терморецепторной системы могут возникать другие, куда более странные эффекты.
Температурные рецепторы, действительно, можно найти на концах нервных волокон, чья главная задача, по-видимому, передавать эту информацию в мозг. Однако это далеко не все, как показывает блестящий эксперимент, проведенный еще в середине XIX в.
Его не составит труда провести самостоятельно. В идеале — с кем-то вдвоем.
В 1846 году немецкий физиолог и один из основоположников экспериментальной психологии Эрнст Генрих Вебер сообщил, что, когда он помещал холодную монету на лоб добровольцам, те говорили, что она кажется равной по весу двум теплым (в остальном идентичным) монетам, а то и тяжелее их.
Удивительное и озадачивающее открытие Вебера оставалось незамеченным более века. Затем в 1978 году двое американских ученых, Джозеф Стивенс и Барри Грин, решили сами проверить его результаты. Они обнаружили, что Вебер прав и, более того, не только лоб можно обмануть подобным образом. Тот же эффект имел место, когда холодные и теплые грузики помещали на предплечья испытуемым. И он был значительным. Вес холодного десятиграммового грузика ощущался таким же, как стограммового, но нагретого до температуры кожи.
Как такое возможно? Дальнейшие исследования показали, что окончания нервных волокон группы С, посылающих в основном осязательные сигналы, также реагируют на холод, но слабо. Так как их основная роль (с которой они лучше всего справляются) — сообщать о прикосновении, то мозг, получая от них сигналы, думает, что эти сигналы сообщают о степени давления, а не холода, и поэтому холодная монета кажется тяжелее.
На самом деле Стивенс и Грин сделали множество удивительных открытий, связанных с температурой, например такие:
Однако иллюзия с монетой не похожа на иллюзию с шахматной доской, описанную в главе 1. Это не тот случай, когда мозг обманывает нас ради нашего же блага. Скорее, это явление связано со способом передачи сенсорных данных в мозг. Но эта иллюзия помогает продемонстрировать, что некоторые, на первый взгляд странные, сенсорные ощущения (холодная монета кажется тяжелее — разве такое бывает?) могут быть реальными и вполне объяснимыми.
И если говорить о странностях, лишь недавно получивших объяснение, стоит подробнее остановиться на TRPV1 — рецепторе, отвечающем за ощущение сильного жара. Дело в том, что у некоторых животных он приспособлен к выполнению совершенно необычайных задач.
Подробнее читайте:
Янг, Э. Суперчувства : 32 способа познавать реальность / Эмма Янг ; Пер. с англ. [Марии Елифёровой] — М. : Альпина нон-фикшн, 2024. — 540 с.