あなたの感覚は過小評価されているかもしれません!今日はまた嗅ぐ方法をお見せしましょう

制作：中国科学普及協会

著者: 王家銀 (中国科学院深圳先進技術研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国科学普及の最先端科学技術プロジェクトは、最先端科学技術の最新動向を理解するために、「トップ科学ジャーナルの理解を助ける」と題する一連の記事を開始しました。これは、権威あるジャーナルから優れた論文を選び、できるだけ早く平易な言葉で解釈するものです。トップジャーナルを通して科学の視野を広げ、科学の楽しさを味わいましょう。

人間の感覚システムでは、匂いはそれほど重要ではないと考えられることが多いようです。調査によると、若者の半数以上が携帯電話やノートパソコンを手放すよりも嗅覚を失うことを望んでいるという。

しかし、イスラエルのワイツマン科学研究所の最新の研究では、考えさせられる発見がありました。嗅覚を失った人は、匂いを感知する能力を失うだけでなく、呼吸の仕方さえも変化するのです。 2024年10月22日にNature Communications誌に掲載されたこの研究は、嗅覚障害が健康に与える影響についての理解に新たな視点をもたらします。

この研究に使用したウェアラブルデバイスの概略図。左の写真は首の後ろに固定された装置を示し、右の写真は鼻カニューレを介して接続された装置を示しており、これにより各鼻孔の空気の流れを個別に測定できます。

（画像出典：参考1）

分子から脳へ：嗅覚系の精巧なメカニズム

まず、嗅覚システムがどのように機能するかについてお話ししましょう。私たちの鼻腔の上部には、約 5 平方センチメートルの特別な領域があり、そこに 500 万個の嗅覚ニューロンが分布しています。嗅覚器官の樹状突起は嗅覚繊毛まで伸びており、嗅覚繊毛は粘液層の中に浮かんでおり、匂いを感知するための第一防衛線を形成しています。

脳と感覚知覚

（写真提供：veerフォトギャラリー）

私たちが空気を吸い込むと、匂い分子はこの粘液に溶解し、嗅繊毛の受容体に結合します。このプロセスは、鍵を錠前に差し込むようなものです。つまり、それぞれの匂い分子が固有の「鍵」であり、嗅覚受容体が対応する「錠前」なのです。人間には約 400 種類の嗅覚受容体遺伝子があり、何千種類もの匂いを区別することができます。

匂い分子が受容体に結合すると、ニューロン内で一連の生化学反応が引き起こされ、最終的に電気信号が生成されます。これらの信号は、まず予備処理のために脳の嗅球に送られ、その後、梨状皮質や扁桃体を含む複数の脳領域に直接投影されます。この独特な神経経路は、匂いがなぜ私たちの感情や記憶にそれほど強い影響を与えるのかを説明しています。

さらに驚くべきことは、嗅覚系が極めて可塑性が高いということです。嗅覚ニューロンは、成人の体内で継続的に再生できる唯一の感覚ニューロンであり、その一部は毎月新しくなり、システムの感度を維持するのに役立つと考えられます。この繊細なシステムに問題が発生すると、嗅覚を感知する能力に影響するだけでなく、呼吸パターンの変化など、さまざまな方法で全体的な健康にも影響を及ぼします。これが、嗅覚の喪失がこれほど広範囲にわたる影響を及ぼす理由です。

過小評価されている感覚

視力を失うことは全世界を失うことと同じであり、聴力を失うことは他人とコミュニケーションをとるための架け橋を失うことと同じであり、嗅覚を失うことはおいしい食べ物を味わう喜びを失うことと同じであるとよく言われます。この考え方は 19 世紀に広まり、有名な心理学者フロイトでさえ、匂いは単なる「動物の行動」であると信じていました。しかし、現実は人々が想像するよりもはるかに複雑です。

研究によると、嗅覚を失った人は生活の質が低下するだけでなく、さまざまな予期せぬ健康リスクに直面することになるそうです。うつ症状を経験したり、孤独感や感情の麻痺を感じたり、さらには寿命が短くなる可能性も高くなります。さらに衝撃的なのは、統計によると嗅覚障害のある高齢者の死亡リスクは健常者の3倍であるということです。

呼吸の秘密

「あまり重要でない」感覚を失うことがなぜこのような深刻な結果をもたらすのでしょうか?この疑問を念頭に置いて、ワイツマン科学研究所の研究チームは慎重に設計された実験を実施しました。研究チームは、嗅覚を持たずに生まれた21人と、嗅覚が正常な31人に特別な検出装置を装着させ、24時間にわたって呼吸パターンを記録した。

結果、2 つのグループ間で全体的な呼吸速度に違いは見られなかったものの、より微妙なレベルでは違いが明らかであることがわかりました。正常な嗅覚を持つ人は、呼吸するたびに少量の空気を吸い込む傾向があり、こうした余分な吸入は本能的な「嗅覚探索」であると考えられています。これは、かすかな匂いを感知したときに無意識にさらに数回呼吸するのと同じです。嗅覚を失った人にはこのパターンがまったく見られず、1時間あたりの嗅覚刺激の回数が約240回少なくなります。

さらに驚くべきことは、この違いは起きているときだけでなく、睡眠中にも観察できることです。研究者たちは、呼吸パターンの違いだけで、その人が嗅覚を持っているかどうかを83％の精度で判断できることを発見した。

左の画像は、嗅覚障害のある被験者の 4 回の連続呼吸の記録を示しています。ソフトウェアによって識別されたピークは赤い円でマークされます。ここでは、呼吸の総数は 4 回で、吸気ピークの数も 4 回です。右側の画像は、正常な嗅覚を持つ参加者の 4 回の連続した呼吸の記録を示しています。ソフトウェアによって識別されたピークは赤い円でマークされます。ここでは、呼吸の総数は依然として 4 ですが、ピーク時の吸入回数は 9 に達します。

（画像出典：参考1）

匂いを超えた影響

この発見の重要性は、それだけにとどまりません。研究者らは、呼吸パターンの変化が脳活動のリズムに影響を及ぼす可能性があると指摘している。吸入するたびに、嗅球から始まって大脳皮質全体に広がる脳内の神経活動の連鎖が引き起こされます。正常な嗅覚を持つ人にとって、1 時間あたり 240 回の追加的な嗅覚刺激は、脳内の神経活動の 240 回の追加的な変動を意味します。

このような違いは気分、認知、さらには記憶の形成に影響を及ぼす可能性があります。研究により、呼吸のリズムは恐怖感情の認識、記憶の強化と回復、心的イメージの質、空間処理能力と密接に関係していることがわかっています。これは、嗅覚を失った人がうつ病や不安などの心理的問題に苦しむ可能性が高くなる理由を説明するかもしれません。

呼吸の再発見

この研究は、呼吸の重要性も認識させてくれます。医学の歴史を通じて、人々は呼吸パターンが健康に及ぼす重要な影響に長い間気づいていました。例えば、ポリオを治療する際、科学者たちは、基本的な呼吸速度を維持するだけでは十分ではないことを発見しました。患者はまた、数分ごとに深呼吸（ため息）をする必要がありました。そうしないと、肺胞が潰れてしまいます。

呼吸の頻度だけに集中するだけでは十分ではありません。呼吸パターンの微妙な変化が、身体的および精神的健康に大きな影響を与える可能性があります。嗅覚を失ったり、嗅覚を失ったりする人にとって、この発見は特に重要です。嗅覚の回復だけでなく、呼吸パターンの調整にも重点を置いた新しい治療法を開発する必要があるかもしれないからです。

人体のさまざまなシステムの間には複雑なつながりがあります。一見単純に見える嗅覚は、実は呼吸器系や神経系と密接に関係しています。嗅覚を失うことの影響は私たちが想像するよりもはるかに深刻です。研究の筆頭著者は、「嗅覚を失うと、匂いを感知する能力だけが失われるわけではない。この喪失は、呼吸パターンの変化から始まり、最終的には健康全体に影響を及ぼす連鎖的な影響を及ぼす可能性がある」と述べている。

参考文献:

1.Lior Gorodisky 他嗅覚のない人間は呼吸の仕方が違う