Искусственный «нос» сообщает людям о наличии определенных запахов

Фото из открытых источников

Исследователи протестировали экспериментальное устройство, позволяющее людям, утратившим нормальное обоняние, определять присутствие определённых запахов. Вместо того, чтобы использовать обонятельный путь, по которому носовые клетки посылают сигналы по обонятельным нервам в мозг, технология использует менее известный нервный путь в носу, передающий другие ощущения, включая остроту васаби и прохладу мяты.

«Это интересное исследование», — говорит Зара Патель, ринолог из Стэнфордского медицинского центра, не принимавшая участия в работе, опубликованной в журнале Science Advances. «Это не восстановление обоняния, а активация другой системы». Но она и другие исследователи предупреждают, что пока неясно, насколько полезной может быть подобная технология для людей с потерей обоняния, или аносмией.

У человека около 400 различных обонятельных рецепторов, которые, как считается, позволяют носу улавливать миллиарды запахов. Однако люди могут частично или полностью потерять обоняние по разным причинам, включая черепно-мозговую травму и вирусные инфекции, такие как COVID-19.

Люди с длительной аносмией отмечают значительное снижение качества жизни и повышенный риск психических расстройств, отмечает Халина Стэнли, научный сотрудник CNRS, французского национального исследовательского агентства, и соавтор новой статьи. «Идея о том, что потеря обоняния не так страшна, как потеря другого чувства, на самом деле совершенно неверна».

Исследование, проведённое другой группой в 2018 году, показало, что электроды, помещённые в пазухи рядом с обонятельной луковицей — областью мозга, обрабатывающей обонятельные сигналы, — могут стимулировать восприятие запахов, например, при употреблении запахов лука или фруктов. Сейчас учёные работают над созданием имплантатов, которые могли бы более непосредственно и целенаправленно стимулировать обонятельную луковицу — подобно кохлеарным имплантатам, которые восполняют утраченный слух, распознавая звуки и стимулируя слуховой нерв. Однако такая технология будет сложной и инвазивной, и в настоящее время она далека от того, чтобы стать терапией.

В текущем исследовании предлагается альтернативное решение. Тройничный нерв получает сигналы со всего лица, включая носовую полость, где он помогает определять температуру вдыхаемого воздуха, а также наличие раздражителей. (Определённые химические вещества в пище, активирующие окончания тройничного нерва, например, капсаицин в перце чили, способствуют ощущению острого, холодящего или жгучего вкуса.)

«Мы хотели попытаться задействовать это чувство, чтобы люди, утратившие обоняние, могли обнаруживать и различать запахи», — объясняет Мустафа Бенсафи, руководитель исследований CNRS. Для этого он, Стэнли и его коллеги разработали систему с химическим сенсором, разработанным французской компанией Aryballe. Он распознаёт определённые запахи и кодирует каждый из них в определённый набор электрических сигналов, напоминающий азбуку Морзе. Эти сигналы затем передаются через электроды, закреплённые на внутренней стенке носа.

В ходе первых экспериментов исследователи подключили к устройству девять человек — пятеро с нормальным обонянием и четверо с нарушениями обоняния — чтобы проверить, способны ли они улавливать электрические сигналы, исходящие из ноздрей. Обе группы участников ощущали стимуляцию, описывая её как слегка неприятную и раздражающую.

Учёные также проверили, способны ли люди различать четыре разных запаха с помощью этой установки. Они подносили ароматические палочки к отверстию датчика запаха, который преобразовывался в электрический сигнал. Устройство, например, преобразовывало запах сирени в два импульса с интервалом в 400 миллисекунд, тогда как запах малины — в четыре импульса с интервалом в 100 миллисекунд.

Некоторые участники могли различать стимуляцию, вызванную разными запахами, хотя и не могли назвать соответствующие запахи. Другие же справились с этой задачей с трудом. После внесения некоторых изменений в эксперимент, направленных на упрощение, команда обнаружила, что по крайней мере в некоторых экспериментах, проведенных в разных исследовательских центрах, участники могли надежно различать два запаха. Стэнли говорит, что с помощью тренировки люди, вероятно, смогут научиться связывать определенные электрические паттерны с реальными запахами.

Эрик Холбрук, отоларинголог из Массачусетской больницы глаза и уха и Гарвардской медицинской школы, изучающий стимуляцию обонятельной луковицы, говорит, что этот подход имеет потенциальные возможности применения. Миниатюрная версия этой технологии может использоваться для предупреждения людей с аносмией о нескольких ключевых запахах, указывающих на опасность, например, запаха природного газа, для которых носимый датчик может быть удобнее, чем портативное устройство.

Однако, по словам Холбрука и других исследователей, эта технология вряд ли сможет охватить все восприятие запахов. Даже при обучении ассоциировать запахи и схемы стимуляции, эта технология не способна кодировать широкий спектр запахов, воспринимаемых человеком, не говоря уже о том, чтобы вызывать в мозге связанные с ними эмоции и воспоминания, говорит он.

Стэнли говорит, что исследователи изучают способы более эффективного цифрового кодирования запахов и создания некоторых шаблонов электрической стимуляции, которые будут более приятны для пользователя.

Тем не менее, она признаёт, что команда сталкивается с многочисленными техническими проблемами, особенно при разработке самого датчика запаха. В отличие от микрофона, который может записывать любой звук из любого источника, современные самые чувствительные датчики запаха обычно улавливают максимум несколько запахов. Датчик также должен работать быстро и точно при различных температурах и влажности, а также в диапазоне интенсивности запахов. «Химия довольно сложная», — говорит Стэнли.