Human Vomeronasal Organ Function: A Critical Review of Best and Worst Cases

Abstract

Het menselijk vomeronasaal orgaan (VNO) is het onderwerp geweest van enige belangstelling in de wetenschappelijke literatuur en van aanzienlijke speculatie in de populair-wetenschappelijke literatuur. Een functie voor het menselijk VNO is zowel met spot afgewezen als met overtuiging beweerd. De vraag naar de functie van het VNO is nodeloos verbonden met de afzonderlijke vraag of er een plaats is voor feromooncommunicatie bij de mens, een onderwerp dat zelf verzandt in tegenstrijdige definities. Dit overzicht is een poging om het bewijs voor en tegen de VNO-functie bij de mens af te wegen, om die vraag los te koppelen van de vraag naar feromooncommunicatie en om tenslotte een werkdefinitie van ‘feromoon’ te geven. Er is verder experimenteel werk nodig om de tegenstrijdige bewijzen voor en tegen een VNO-functie bij de mens op te lossen, maar chemische communicatie tussen mensen lijkt voor te komen. Verschillende in de literatuur vermelde voorbeelden voldoen echter niet aan de voorgestelde definitie van communicatie door feromonen: “chemische stoffen die door een lid van een soort worden vrijgegeven als communicatie met een ander lid, tot wederzijds voordeel”.

Inleiding

Het vomeronasaal orgaan (VNO) is het perifere zintuig van het accessoire olfactorische systeem. De gepaarde organen bevinden zich aan de basis van het neustussenschot of in het dak van de mond bij de meeste amfibieën, reptielen en zoogdieren. Er zijn talrijke voorbeelden van vomeronasale betrokkenheid bij chemische communicatie, hoewel feromooncommunicatie niet het exclusieve terrein van het vomeronasale systeem is. De toename van serum luteïniserend hormoon en testosteron wanneer mannelijke muizen en hamsters worden blootgesteld aan chemosensorische stimuli van wijfjes blijkt absoluut afhankelijk te zijn van de vomeronasale integriteit (Coquelin et al., 1984; Pfeiffer and Johnston, 1994). Inductie van baarmoedergroei en oestrus bij vrouwelijke prairiewoelmuizen als normaal gevolg van blootstelling aan mannetjes is ook afhankelijk van een intact VNO (Tubbiola en Wysocki, 1997). Er zijn talrijke andere gedragingen en fysiologische reacties waarbij zowel vomeronasale als olfactorische inputs bijdragen (Wysocki en Meredith, 1987; Johnston, 1998) en sommige waarbij het belangrijkste olfactorische systeem van cruciaal belang lijkt te zijn (zie hieronder). Bij sommige niet-mammalia, bijvoorbeeld bij slangen, kan vomeronasale chemoreceptie worden gebruikt voor het volgen van prooien (Halpern, 1987), wat waarschijnlijk geen feromoonfunctie is. Of de vomeronasale systemen bij zoogdieren soortgelijke niet-sociale communicatiefuncties hebben, is niet grondig onderzocht. Bij de mens bestaat er al lang onenigheid over de vraag of er überhaupt een VNO is bij volwassenen. Recente endoscopische en microscopische waarnemingen suggereren dat er bij de meeste volwassenen aan ten minste één zijde een orgaan aanwezig is. In dit overzicht wordt de functie ervan onderzocht.

Beschrijving: anatomisch, ontwikkelings- en genetisch bewijs

Structuur

Het bestaan van een VNO in het menselijk embryo, vergelijkbaar met de VNO’s van andere soorten, is onbetwist (Boehm en Gasser, 1993). Het bevat bipolaire cellen die vergelijkbaar zijn met de zich ontwikkelende vomeronasale sensorische neuronen van andere soorten en genereert ook luteïniserend hormoon releasing hormoon (LHRH)-producerende cellen zoals bij andere soorten (Boehm et al., 1994; Kajer en Fischer Hansen, 1996). Deze auteurs toonden aan dat de structuur later in de ontwikkeling meer vereenvoudigd werd. De laatsten konden in latere stadia (19 weken) geen VNO-structuur vinden, hoewel anderen een vereenvoudigd maar duidelijk VNO hebben aangetoond dat tot ten minste 30 weken in omvang blijft toenemen (Bohm en Gasser, 1993; Smith et al., 1997). Talrijke rapporten van een structuur geïdentificeerd als het VNO in het neustussenschot bij volwassen mensen zijn het erover eens dat het een blind eindigend diverticulum is in het septale slijmvlies dat via een depressie (de VNO-put) in de neusholte ∼2 cm in van het neusgat opent. De plaats van deze structuur komt overeen met de plaats van het VNO in embryo’s (Trotier et al., 2000) en het heeft een vergelijkbare vereenvoudigde vorm, zonder grote bloedvaten, caverneuze sinussen of ondersteunend kraakbeen. De structuur wordt ten minste unilateraal gerapporteerd in 90% of meer van de proefpersonen in sommige rapporten en in 50% of minder in andere rapporten. Trotier et al. toonden onlangs aan dat de endoscopische verschijning van de VNO-put kan variëren, eenduidig bij één inspectie en onzichtbaar bij een latere inspectie, of vice versa (Trotier et al., 2000). Het werkelijke percentage van individuen met ten minste één VNO-put kan dus in veel studies worden onderschat. Trotier et al. schatten dat ∼92% met enig bewijs van ten minste één VNO-put bij personen zonder septale chirurgie meerdere malen zijn onderzocht, maar een aanzienlijk lager aantal na septale chirurgie (Trotier et al., 2000). Standaard septale chirurgie kan de VNO’s verwijderen en er zijn anekdotische meldingen van nadelige effecten van vomeronasale verwijdering, maar geen systematische studie. In histologische studies bij kadavers of in septaal weefsel dat tijdens neuschirurgie werd verwijderd, beschrijven verschillende auteurs (Moran et al., 1991; Johnson et al., 1994; Trotier et al., 2000) een blind eindigend buisje dat aan alle zijden bekleed is met een pseudo-gestratificeerd epitheel en met geassocieerde submucosale klieren. Het lijkt zeer waarschijnlijk dat deze structuur het volwassen menselijke overblijfsel is van het vomeronasale orgaan. Het gebruik van het woord orgaan in deze context veronderstelt geen functie.

Beste geval: De overgrote meerderheid van de menselijke volwassenen heeft een VNO.

Worst geval: Er is een divertikel van het neusepitheel dat toevallig opmerkelijk consequent op de verwachte plaats van het VNO ligt.

Opinion: Er is een volwassen menselijk VNO.

Microanatomie

Het epitheel dat het menselijk VNO bekleedt, verschilt van dat van VNO’s bij andere diersoorten en van dat van olfactorisch of respiratoir epitheel bij de mens (Moran et al., 1991; Stensaas et al., 1991). Er zijn veel langgerekte cellen die een microvillar oppervlak presenteren aan het lumen van het orgaan, maar de meeste zijn niet vergelijkbaar met microvillar vomeronasale sensorische organen (VSNs) van andere soorten. Er is niet aangetoond dat zij axonen hebben die het epitheel verlaten, noch dat zij synaptisch contact maken met axonen in het epitheel, dus als zij chemosensitief zijn, hebben zij geen duidelijke manier van communicatie met de hersenen.

Twee studies van het volwassen menselijke vomeronasale epitheel hebben de aanwezigheid gerapporteerd van bipolaire cellen die lijken op de VSN’s gevonden in andere soorten en in vroege menselijke embryo’s. Deze cellen bevatten markerstoffen die kenmerkend zijn voor neurale cellen. Takami et al. en Trotier et al. vonden neuron-specifieke enolase (NSE) kleuring in deze cellen (Takami et al., 1993; Trotier et al., 2000). Uit beide rapporten blijkt dat het aantal van dergelijke cellen klein is: ∼4 per 100 μm epitheliaal oppervlak (Takami et al., 1993) of minder (Trotier et al., 2000). Geen van beide vond de olfactorische marker proteïne (OMP) kleuring kenmerkend voor VSNs van alle andere onderzochte soorten. Niemand heeft kunnen aantonen dat deze VSN-achtige cellen in de volwassen menselijke VNO taps toelopen om axonen te vormen aan hun basale uiteinden. Axonen worden waargenomen in het epitheel (Stensaas et al., 1991), maar niet in continuïteit of in synaptisch contact met epitheelcellen. Axonbundels worden gerapporteerd in de submucosa (Stensaas et al., 1991), maar lijken niet te ontstaan uit axonbundels die de lamina propria penetreren op dezelfde manier als in vomeronasale epithelia van andere soorten. Bovendien sluit het feit dat enkele menselijke VNO-cellen een morfologische gelijkenis vertonen met VSN’s, chemosensitiviteit in andere celtypen niet uit. Het menselijke vomeronasale epitheel verschilt in uiterlijk van zowel de sensorische als de niet-sensorische epithelia in de VNO’s van andere soorten en van het nasale ‘respiratoire’ epitheel (Moran et al., 1991; Stensaas et al., 1991). De functie van de cellen is niet onmiddellijk duidelijk uit hun morfologie. De afwezigheid van OMP en van vermoedelijke vomeronasale receptor-genen (zie hieronder) betekent echter dat dergelijke cellen sterk verschillen van bekende VSN’s in andere soorten.

Best case: Het menselijke VNO bevat cellen die lijken op sensorische neuronen, ook al vertonen deze niet veel van de andere kenmerken van VSN’s bij andere soorten en zijn er geen axonen geïdentificeerd. (Speculatief) Andere cellen zouden chemosegevoelig kunnen zijn, ook al is daarvoor geen bewijs in de morfologie of karakteristieke kleuringspatronen van enig ander celtype.

Het slechtste geval: Het menselijke VNO is verstoken van neuronen die de kenmerken vertonen van VSN’s bij andere diersoorten en verstoken van andere cellen met duidelijke axonen die het vomeronasale epitheel verlaten.

Opinion: Er zijn geen duidelijke sensorische neuronen.

Putatieve receptor genexpressie

Recent bewijsmateriaal (Dulac en Axel, 1995; Herrada en Dulac, 1997; Matsunami en Buck, 1997; Ryba en Tirrindelli, 1997) suggereert dat zoogdiersoorten met functionele VNO’s twee families van genen (V1R en V2R) tot expressie brengen die lijken te coderen voor membraaneiwitten met een ‘zeven transmembraandomein’, waarvan gedacht wordt dat het de chemoreceptormoleculen zelf zijn. Deze genen komen tot expressie in de VSN’s en lijken qua schijnbare transmembraanorganisatie op de olfactor-receptorgenen (Buck en Axel, 1991), maar verschillen in een groot deel van hun DNA-sequentie. Deze genen werden “vermoedelijke feromoonreceptorgenen” genoemd, hoewel er op het moment van hun ontdekking weinig bewijs was dat zij codeerden voor feromoonreceptormoleculen. Hun expressie in het vomeronasale epitheel is geen garantie: sommige feromonen worden duidelijk gedetecteerd door het belangrijkste olfactorische systeem (zie hieronder) en mogelijke niet-feromoon functies van het vomeronasale systeem (zoals bij slangen) zijn niet onderzocht. Onlangs toonden Leinders-Zufall et al. fysiologische reacties aan in VSN’s van muizen op stoffen die bij die soort als feromonen zijn gerapporteerd (Leinders-Zufall et al., 2000). De reagerende neuronen bevonden zich in de apicale zone van het vomeronasale epitheel, waar de meeste neuronen leden van de V1R klasse van vermoedelijke vomeronasale receptor genen tot expressie lijken te brengen. Dit is het beste bewijs tot nu toe dat sommige leden van deze genfamilie feromoonreceptoren zouden kunnen zijn. De neuronen waren extreem gevoelig en zeer selectief, kenmerken die we zijn gaan verwachten van feromoonreceptor-neuronen bij insecten. Elektrische reacties op urine van VSNs (Holy et al., 2000) leveren enig ondersteunend bewijs, maar dit rapport gaat niet in op de vragen welke sensorische neurontypen reageren, noch welke componenten van urine stimulerend zijn.

Gen die lijken op de vomeronasale receptor genen zijn ook aanwezig in het menselijk genoom. Degenen die bij de eerste zoekacties door het genoom zijn gevonden, zijn duidelijk pseudogenen (Dulac en Axel, 1995; Herrada en Dulac, 1997), d.w.z. dat zij defecten in hun sequentie hebben die de transcriptie en translatie van het verwachte transmembraan-eiwit zouden verhinderen. Niet alle menselijke sequenties die verband houden met vomeronasale receptor-genen zijn in detail onderzocht, zodat dit negatieve bewijs met enige voorzichtigheid moet worden bekeken. Van ongeveer 70% van de bekende olfactorische receptorgenen is ook gemeld dat het pseudogenen zijn bij de mens (Rouquier et al., 1998), hoewel een lager percentage wordt gemeld in recentere rapporten (Lane et al., 2000), en de mens heeft nog steeds een nuttig en belangrijk reukvermogen. In een recent artikel meldden Rodriguez et al. de ontdekking van een voorheen onontdekt menselijk gen dat nauw verwant is met de V1R familie in knaagdieren (Rodriguez et al., 2000). Of het tot expressie komt in het menselijke vomeronasale epitheel werd niet gerapporteerd, maar het komt wel tot expressie in het belangrijkste olfactorische epitheel. Uit het bovenstaande moge duidelijk zijn dat de plaats waar het tot expressie komt een feromoondetectorfunctie niet uitsluit. De verwantschap met dierlijke vomeronasale genen is echter geen goed bewijs voor een dergelijke functie en werpt geen licht op de kwestie van de menselijke vomeronasale functie. Als expressie van een van deze genen wordt ontdekt in menselijk vomeronasaal epitheel, zal het interessant zijn te weten of het tot expressie komt in cellen die lijken op axonloze VSN’s of in een van de andere celtypen. In beide gevallen zou een hernieuwde poging om vast te stellen of er een verband is met de hersenen van cruciaal belang zijn voor elke hypothese over de functie.

Beste geval: De expressie in menselijk reukepitheel van een gen dat verwant is aan genen die tot expressie komen in VSN’s bij dieren, verhoogt de mogelijkheid dat andere nieuwe genen worden ontdekt die tot expressie komen in menselijke vomeronasale cellen. Ook bestaat de mogelijkheid dat neuronen die zich in het belangrijkste reukepitheel van de mens bevinden, functies hebben overgenomen die bij knaagdieren aan VSN’s waren toegewezen.

Het ergste geval: De receptor gecodeerd door het tot expressie gebrachte gen van de vomeronasale genenfamilie zou een gewone geur bij de mens kunnen binden of een stof die een feromoon is bij andere soorten maar niet bij de mens. Er is geen bewijs dat het eiwitproduct van het gen, als het al bestaat, tot expressie komt op het apicale oppervlaktemembraan op een plaats die toegankelijk is voor externe stimuli.

Opinion: Het pas ontdekte gen vertelt ons niets over de menselijke vomeronasale functie. Het noemen van deze genen als putatieve feromoonreceptorgenen is speculatief.

Connectiviteit

In knaagdieren en andere soorten met goed ontwikkelde VNO’s gaan de axonen van VSN’s in bundels naar een accessoire olfactorische bol (AOB) met karakteristieke structuur. Er is geen spoor van deze structuur in volwassen mensen (Humphrey 1940; Meisami en Bhatnagar, 1998), hoewel het aanwezig is in de foetus (Chuah en Zeng, 1987), en het is over het algemeen gemeld ontbreekt in resusapen en andere oude wereld primaten (Wysocki, 1979; Stephan et al., 1982). Het is mogelijk dat een accessoire bol onopgemerkt blijft of verkeerd wordt geïdentificeerd. De AOB van de marterachtigen (fret en bunzing) is beschreven als afwezig (Jawlowski, 1956) of groot (Dennis en Kerr, 1969), maar recent werk bij fretten toont een kleine AOB, enigszins anders geplaatst dan bij knaagdieren (Kelliher et al., 1997) (K.R. Kelliher et al., ongepubliceerde resultaten). De uitrekking die optreedt tijdens de ontwikkeling in de olfactorische bollen en peduncles van hogere primaten zou een eventuele kleine AOB kunnen vervormen, hoewel een normale AOB aanwezig is bij primaten en halfapen uit de nieuwe wereld (Evans en Schilling, 1995). Een expliciete zoektocht naar een dergelijke structuur bij de mens heeft het niet gevonden (Meisami en Bhatnagar, 1998).

De beste kandidaten voor VSNs, die welke NSE tot expressie brengen, zijn niet getraceerd in connectiviteit met axonen en evenmin hebben andere cellen van het menselijke VNO. Een karakteristieke marker van axon bundels, het S100 eiwit, uitgedrukt in gliale cellen rondom axonen, werd niet waargenomen in of nabij het humane VNO epitheel door Trotier et al. (Trotier et al., 2000). Het is niet duidelijk of een paar geïsoleerde axonen onopgemerkt zouden kunnen blijven met deze methode. Er zijn axonen binnen het humane VNO en onderliggende bundels van Schwann cellen (Stensaas et al., 1991; Jahnke en Merker, 2000), dus het is enigszins verrassend dat Trotier et al. vonden geen S100 expressie in de buurt van het VNO (Trotier et al., 2000). Veel van de axonen in deze regio behoren tot andere goed herkende systemen van de neusholte, de trigeminus, autonome en nervus terminalis systemen. Het trigeminale systeem omvat somatosensorische en algemene chemosensorische zenuwen, waarvan de meeste of alle nociceptieve zenuwen kunnen zijn (Thurauf et al., 1993). Zenuwbundels van het autonome zenuwstelsel controleren bloedvaten en klieren. De nervus terminalis (Brookover, 1914; Pearson, 1941) verbindt op karakteristieke wijze de VNO en de hersenen bij de foetus en blijft duidelijk bestaan bij menselijke volwassenen (Brookover, 1914). De zenuw blijkt de weg te zijn voor migratie van LHRH (GnRH) neuronen naar de hersenen vanuit het olfactorische/vomeronasale epitheel vroeg in de ontwikkeling, zowel bij de mens als bij andere diersoorten (Schwanzel-Fukuda en Pfaff, 1989; Ronkliev en Resko, 1990; Boehm et al., 1994). De persistentie ervan bij volwassenen suggereert een blijvende functie, evenals de interne structuur bij de soorten waar hij het meest prominent aanwezig is (White en Meredith, 1995). Er zijn geen aanwijzingen dat deze zenuw chemosensorisch is of dat de nervus terminalis axonen van VSNs draagt (hoewel de twee bij de meeste zoogdieren samen voorkomen), maar hij kan het vomeronasale epitheel innerveren (Witkin and Silverman, 1983; Wirsig and Leonard, 1986).

Best case: (Speculatief) Als er VSN’s zijn in het menselijke VNO, zouden hun axonen afzonderlijk of in kleine bundels, die niet detecteerbare niveaus van S100 proteïne tot expressie brengen, hun weg naar de hersenen kunnen vinden. Het equivalent van de AOB zou aanwezig kunnen zijn, indien vervormd tijdens de normale ontwikkeling, zodat het niet herkenbaar is als een afzonderlijke structuur.

Het slechtste geval: Er is geen bewijs voor zenuw-axon verbindingen tussen mogelijke zintuigcellen in het VNO en de hersenen en geen bewijs voor een AOB.

Opinion: Dit is een van de grote obstakels voor de hypothese van de menselijke VNO functie.

Positief bewijs?

Geen van de speculaties over vomeronasale chemosensorische neuronen zou veel overweging waard zijn als er niet enig positief bewijs zou zijn voor een niet-olfactory, niet-trigeminale chemosensorische functie gelokaliseerd in het gebied van de menselijke VNO. Dit bewijs komt bijna uitsluitend uit het werk van Monti-Bloch en collega’s. Zij rapporteren een elektrofysiologische respons op de toepassing van kleine hoeveelheden steroïde chemicaliën, beperkt tot het VNO gebied. Omdat deze studies gedeeltelijk worden gesteund door bedrijven die er commercieel belang bij hebben de bevindingen te exploiteren, worden de resultaten door de academische gemeenschap op grote schaal afgewezen. Ze moeten echter op hun merites worden beoordeeld. Er is geen sprake van ernstige methodologische fouten die duidelijk uit de gepubliceerde documenten naar voren komen, zodat zij serieus moeten worden genomen. Er zijn in deze rapporten ook aanwijzingen voor een systemische fysiologische respons op deze stimulatie en hoewel anekdotisch bewijs suggereert dat er geen bewuste respons is bij wakkere menselijke proefpersonen, zijn er wel aanwijzingen voor een verandering van de stemming. Het fysiologisch bewijs wordt kritisch geëvalueerd in de volgende sectie; het gedragsbewijs wordt later bekeken.

Physiologie

Als fysiologische reacties moeten worden toegeschreven aan chemische stimulatie van het VNO, moet er vertrouwen zijn dat de stimuli inderdaad beperkt bleven tot het VNO. Aangezien er geen onafhankelijk criterium is voor chemicaliën die VSN’s stimuleren, is de aard van de stimulus geen garantie voor VNO stimulatie. De enige gepubliceerde pogingen om reacties te registreren op stimuli die selectief worden toegepast op het menselijk VNO komen van Monti-Bloch en collega’s. Er zijn drie soorten reacties gerapporteerd: lokale elektrische reacties, reacties van geïsoleerde cellen en systemische reacties. Het eerste type respons is een lokale negatieve elektrische potentiaal, het “electrovomeronasogram” (EVG) genoemd (Monti-Bloch en Grosser, 1991), geregistreerd vanuit de VNO-putregio bij wakkere mensen. De naam is afgeleid van het electro-olfactogram (EOG) dat kan worden opgenomen van het oppervlak van het reukepitheel als reactie op geurstimulatie (Ottoson, 1956; Getchell en Getchell, 1987). Stimuli getest voor een EVG reactie opgenomen steroïden beweerd te zijn vergelijkbaar met chemicaliën geëxtraheerd uit de menselijke huid, met inbegrip van androstadienones en estratetraenyl verbindingen, evenals conventionele geuren. De steroïden veroorzaakten duidelijke EVG reacties; de conventionele geuren niet. In beide gevallen stimuli werden direct geleverd aan de VNO put door de binnenste van een paar concentrische buizen, waarvan de buitenste werd gebruikt om overtollige stimulus scharrelen om verspreiding naar andere delen van de neus te voorkomen. In controle-experimenten werd dezelfde stimulator achtereenvolgens gericht op plaatsen verder van de put, hetgeen resulteerde in een afname van de EVG-amplitude tot ondetecteerbare niveaus op korte afstand (Monti-Bloch en Grosser, 1991). Deze resultaten worden geïnterpreteerd als bewijs dat de chemosensitiviteit beperkt is tot de put en dat de stimulus beperkt is tot een klein gebied nabij de punt van de stimulator. Dezelfde stimulator gericht op het olfactorische epitheel maakte het mogelijk conventionele geuren een EOG op te wekken. Verschillende steroïden die effectief waren in het opwekken van een EVG van het VNO faalden in het opwekken van een EOG respons van het olfactorisch epitheel. De proefpersonen rapporteerden over het algemeen geen sensatie van directe chemische stimulatie van het VNO, zelfs wanneer een EVG werd geregistreerd, maar zij rapporteerden een geursensatie wanneer een EOG werd opgewekt. De auteurs concludeerden dat het EVG het opgetelde receptor potentieel was van vele VSNs die reageerden op de stimulus. Er zijn problemen met deze interpretatie (zie verder), maar er schijnt een proces te zijn in of nabij de VNO-put dat selectief een elektrische reactie opwekt op kleine hoeveelheden van sommige chemicaliën. Vomeropherine’ is voorgesteld als naam voor chemische stoffen die deze reactie uitlokken en als algemene term voor stoffen die het VNO stimuleren bij alle soorten (Berliner et al., 1996). Tot dusver zijn er geen andere onderscheidende kenmerken voor dergelijke chemische stoffen.

Als tweede type reactie hebben Monti Bloch et al. ook voorlopig bewijs gerapporteerd dat bipolaire cellen die uit de menselijke VNO-put zijn afgezogen een elektrische reactie vertonen op sommige ‘vomeropherines’ (Monti-Bloch et al., 1998b). Dit zijn de EVG-opwekkende steroïden die verwant zijn aan huidchemicaliën waarvan deze groep heeft voorgesteld dat het menselijke feromonen zijn. Deze experimenten zijn niet gepubliceerd in een volledig “refereed” rapport. Gezien de extreme zeldzaamheid van NSE-expressieve menselijke vomeronasale bipolaire cellen, lijkt het onwaarschijnlijk dat dit de betrokken cellen zijn. Als dit eerste verslag wordt bevestigd, kan het licht werpen op andere cellen die bijdragen tot EVG-responsen. Maar, zoals hierboven besproken, moet elke lokale VNO reactie worden doorgegeven aan de hersenen vooraleer een sensorische communicatieweg tot stand komt.

Hoewel geen anatomisch verband werd aangetoond, leiden Monti-Bloch et al. een fysiologisch verband met de hersenen af omdat stimulus toediening aan de VNO pit verschillende systemische reacties uitlokte (Monti-Bloch and Grosser, 1991, 1998a,b). Deze omvatten veranderingen in bloeddruk en hartslag, kleine maar significante veranderingen in hormonale niveaus (Monti-Bloch et al., 1998a) en enkele veranderingen in stemming (Grosser et al., 2000). Het is belangrijk op te merken dat deze systemische responsen werden verkregen met dezelfde stimulator die gebruikt werd voor EVG opnamen, die de stimulus beperkt tot de VNO put. Andere studies (Berliner et al., 1996) gebruik gemaakt van een ander type stimulator die niet werd beschreven in detail en waarvoor er geen controle-experimenten om stimulus verspreiding te bepalen. Zo is het niet duidelijk in deze experimenten dat stimuli werden beperkt tot de VNO regio. Bovendien herhaalde stimulus toediening over een langere periode zou laag niveau stimulatie van andere nasale sensorische systemen of systemische opname van stimulus chemicaliën waarschijnlijker maken. De hormonale veranderingen opgewekt door steroïde chemicaliën in deze studies zijn geen bewijs voor een fysiologische verbinding tussen de VNO regio en de hersenen en leveren geen bewijs voor de VNO functie.

Physiologische mechanismen

Bronnen van de EVG

Van de trage negatieve potentiaal geregistreerd uit de VNO pit wordt beweerd dat het de opgetelde potentiaal is die wordt opgewekt door vele sensorische neuronen die reageren op chemische stimulatie. Voor de EOG, een soortgelijke negatieve potentiaal geregistreerd vanuit het olfactorische epitheel, is dit een redelijke verklaring. Er zijn honderden tot duizenden olfactorische sensorische neuronen dicht bij de elektrode, die elk een minieme hoeveelheid stroom afgeven. Als de huidige generatoren in het menselijke vomeronasale systeem de NSE-positieve bipolaire cellen zijn (hun gebrek aan aantoonbare axonen diskwalificeert hen niet als lokale stroomgeneratoren) is het moeilijk om de grootte van de opgenomen EVG.

Vergelijking met de EOG

In olfactorische sensorische neuronen transductiekanalen openen in reactie op geuren produceren een inwaartse stroom van positieve lading in de apicale uiteinden van de cellen. Er is een gelijke stroom van lading uit deze cellen in de diepte van het epitheel. Het elektrische circuit wordt gecompleteerd door stroom die extracellulair van de diepte naar de oppervlakte stroomt. De spanningsval langs deze stroomweg door de extracellulaire weerstand veroorzaakt een extracellulair meetbaar potentiaalverschil tussen het oppervlak (negatief) en de diepte (positief). Elke reagerende cel produceert een minieme stroom en dus een miniem potentiaalverschil, maar vele cellen die allemaal in dezelfde richting georiënteerd zijn en samen geactiveerd worden, tellen hun stromen bij elkaar op en genereren een overeenkomstig groter potentiaalverschil tussen de diepte en de oppervlakte. Een conventionele EOG oppervlakte-elektrode registreert een deel van dit potentiaalverschil door de kleine stroom die op een lange weg door de geleidende weefsels van het hoofd en langs de referentie-elektrode van het registratiecircuit loopt. Het grootste deel van de stroom gaat echter direct door de dikte van het epitheel, door de extracellulaire ruimte en inactieve cellen. In het met vloeistof gevulde VNO kan de stroom gemakkelijk van een gebied met actieve cellen naar een inactief gebied lopen. Waar er zeer weinig actieve cellen zijn, vooral als zij ver uit elkaar liggen, zijn er veel transepitheliale paden voor de stroom. De weerstand is laag en er wordt weinig potentiaal ontwikkeld. In het geval van de menselijke VNO zo weinig als een vermeende sensorische neuron per sectie is gemeld (Trotier et al., 2000), hoewel zij blijkbaar niet onderzocht elke sectie. De precieze locatie van de opname elektrode in EVG opname-experimenten is niet goed beschreven, maar de effectieve opname volume zal waarschijnlijk worden bevooroordeeld in de richting van de regio’s dicht bij de opening (VNO put). Tenzij er een eerder niet waargenomen dichte ophoping van de bipolaire cellen dicht bij de opening van het orgaan, de waarschijnlijkheid van het opnemen van een detecteerbare “EVG” van deze cellen is zeer klein.

Potentiële artefacten

Alternatieve verklaringen voor een chemisch selectieve EVG elektrische respons omvatten fysisch-chemische artefacten, niet-neurale biologische potentialen, zoals secretoire of vasomotor reacties, en, ten slotte, andere zenuwcellen of zenuwvezels.

Physisch-chemische artefacten. Deze kunnen gemakkelijk worden gegenereerd in een systeem waar een kale metalen elektrode wordt gebruikt om mucosale oppervlakte potentialen registreren. Een constante DC junction potentiaal als gevolg van polarisatie ontwikkelt zich op een blote metalen elektrode in contact met het mucus oppervlak van het epitheel. Elke relatieve beweging, bijvoorbeeld door druktransiënten tijdens stimulatie met een chemische damp, zal de weerstand tussen elektrode en slijm veranderen, veroorzakend een groter of kleiner deel van het knooppuntpotentiaal om door het opnamesysteem worden gezien. Deze verandering zou verschijnen als een stimulus-afhankelijk elektrisch signaal. Echter, de gerapporteerde EVG opnamen gebruikten een “niet-polariseerbare” zilver/zilverchloride elektrode (Monti-Bloch en Grosser, 1991; Monti-Bloch et al., 1998b), die bijna geen junction potential zou moeten genereren. Artefacten als gevolg van veranderingen in de elektrode-slijm koppeling zou kunnen worden geproduceerd als DC potentialen zouden ontstaan elders in de opname circuit. Echter, dit soort mechanische artefacten zou over het algemeen niet afhangen van de chemische species van de stimulus, terwijl de amplitude en het tijdsverloop van de EVG opnamen zijn afhankelijk van de chemische stof gebruikt als stimulus (Monti-Bloch en Grosser, 1991). Verschillende potentialen kunnen worden opgenomen voor verschillende stimuli als de koppeling tussen elektrode en mucosa zijn om te veranderen tussen stimuli, bijvoorbeeld wanneer de experimentator de elektrode positie aangepast of als er uitdroging van de mucosa met het verstrijken van de tijd. Het is echter moeilijk voorstelbaar dat dit soort veranderingen door toeval consistente verschillen tussen chemicaliën kunnen opleveren, vooral als de stimuli in willekeurige volgorde worden herhaald, zoals bij een dergelijk experiment het geval zou moeten zijn. De gepubliceerde rapporten geven niet genoeg details om te kunnen beoordelen of dit is gebeurd. Chemische species-afhankelijke elektrische artefacten kunnen ook optreden in twee andere omstandigheden: als de stimulus chemicaliën adsorberen op de metalen elektroden waardoor voorbijgaande oppervlakte potentialen ontstaan of als de geleidende eigenschappen van sommige stimuli de elektrische weerstand van het omringende weefsel veranderen. In EOG opnamen een niet-metalen agar / zout brug kan worden gebruikt om de eerste probleem te voorkomen, maar de grotere omvang kan hebben uitgesloten het gebruik ervan voor EVG opnamen. In ieder geval is het niet te verwachten dat de zeer kleine hoeveelheden chemicaliën die in de gepubliceerde EVG experimenten werden gebruikt, grote effecten van deze aard hebben. Aldus, in het algemeen, lijken fysico-chemische artefacten onwaarschijnlijk als verklaring voor de gepubliceerde EVG opnamen.

Biologische niet-neurale potentialen. Deze hebben verschillende mogelijke bronnen. Afscheidingspotentialen worden opgewekt wanneer kliercellen hun inhoud afscheiden. Dit kan gebeuren als reactie op plaatselijke irritatie, op een neurale reactie, die vervolgens de klier activeert, of, denkbaar, door receptormoleculen die tot expressie komen op het oppervlak van de kliercellen zelf. Er zijn veel klieren rond het menselijk VNO en veel daarvan monden uit in het VNO lumen (Trotier et al., 2000). Afscheidingspotentialen kunnen bijdragen aan de EOG opgenomen van de olfactorische mucosa (Okano en Takagi, 1974) en kunnen bijdragen aan de EVG. Bloedvatverwijding kan ook een potentiaal opwekken door gladde spierwerking of kan een reeds bestaande potentiaal moduleren als gevolg van veranderingen in de weefselweerstand. Sommige chemische stoffen die de neus binnenkomen, lokken een immuunrespons uit van mestcellen en andere cellen in de mucosa (Suzuki et al., 1999). Andere stoffen kunnen metabole afbraakprocessen op gang brengen (Gu et al., 1999). Elk van deze processen kan slijmsecretie of verwijding van lokale bloedvaten uitlokken, door het vrijkomen van cytokines (korte-afstands extracellulaire boodschappermoleculen) uit de geactiveerde cellen. Stimulerende chemicaliën die nociceptieve zenuwuiteinden activeren, veroorzaken ook een reeks lokale reacties door het vrijkomen van substance P en andere cytokinen uit de zenuwuiteinden (Suzuki et al., 1999). De effecten omvatten secretie en bloedvatverwijding. Neusslijmvlies heeft de neiging rijk te zijn aan al deze mechanismen.

Van EVG is gemeld (ook weer zonder experimentele details) dat het niet wordt geëlimineerd door topische lidocaïne, een plaatselijk verdovingsmiddel, of atropine, een autonome cholinerge antagonist (Monti-Bloch et al., 1998b). Bij geen van de hierboven beschreven processen zijn noodzakelijkerwijs zenuwactiepotentialen betrokken, zodat ze niet zouden worden uitgeschakeld door de zenuwtransmissie met plaatselijke verdovingsmiddelen te blokkeren. Van atropine zou worden verwacht dat het sommige reflexsecretorische reacties en sommige vasodilatatie blokkeert, maar veel autonome functies, waaronder vasodilatatie in het VNO (hamster) (Meredith en O’Connell, 1979), zijn niet gevoelig voor atropine. Potentialen opgewekt door één van deze mechanismen zouden vrij snel moeten zijn om verantwoordelijk te zijn voor de waargenomen EVGs. Dit (en de ongevoeligheid van EVG voor lokale anesthetica) zou waarschijnlijk een reflex secretie of vasomotorische respons uitsluiten die afhankelijk is van transmissie naar het CZS en terug. Reflexmatige veranderingen van de bloedstroom als reactie op irriterende stoffen in de neus zijn duidelijk te traag (zie verder). Reflexveranderingen als gevolg van het vrijkomen van cytokines zijn nog steeds een mogelijkheid.

Neural responses. Irriterende chemicaliën die de chemoreceptor zenuwuiteinden van het nasale trigeminale systeem stimuleren, produceren een neurogram potentieel, detecteerbaar over grote gebieden van het neustussenschot, dat correleert met pijnsensaties (Kobal, 1985; Hummel et al., 1996). De potentiaal wordt sterk verminderd door plaatselijke verdovingsmiddelen, wat wijst op de betrokkenheid van spanningsgevoelige natriumkanalen, en (bij ratten) door capsaïcine, wat wijst op de betrokkenheid van kleine, waarschijnlijk nociceptieve, zenuwuiteinden. De potentiaal gaat duidelijk vooraf aan veranderingen in de bloedstroom (Thurauf et al., 1993). Of deze potentiaal wordt opgewekt door voortplanting van actiepotentialen, door depolarisatie van de zenuwuiteinden, of het gevolg is van snelle lokale cytokine actie is niet duidelijk. Of een soortgelijke potentiaal bijdraagt tot de EVG is niet bekend, hoewel een eventuele bijdrage van actiepotentiaalgeneratie (of andere spanningsafhankelijke natriumkanaalfunctie) uitgesloten lijkt door de ongevoeligheid van de EVG voor lokale anesthetica. Het andere neurale systeem in deze regio van de neus dat een kandidaat is voor de bron van de EVG is de nervus terminalis. Het terminalis systeem is geconcentreerd in de VNO regio en er is gesuggereerd dat het chemosensorisch zou zijn, maar het is niet aangetoond dat het zo is (Meredith en White, 1987; Fujita et al., 1991). Er is een redelijk hoge dichtheid van ongemyeliniseerde axonen in de mucosa onder en nabij de menselijke VNO (Stensaas et al., 1991; Jahnke en Merker, 2000), waarvan sommige de ongemyeliniseerde eindtakken van trigeminus zenuwvezels of terminalis vezels zouden kunnen zijn, die ook over het algemeen ongemyeliniseerd zijn. Depolarisatie van zenuwvezels, vooral van zeer fijne vezels, genereert weinig extracellulaire potentiaal. Als vezels in hoge dichtheid zijn en allemaal in dezelfde richting georiënteerd zijn, kunnen zij een potentiaal produceren die waarneembaar is aan het oppervlak van het slijmvlies. Er zijn bundels tot 200 zenuwvezels gerapporteerd in het neusslijmvlies, maar deze zijn niet beperkt tot de regio van het VNO (Cauna et al., 1969) en zijn hoogstwaarschijnlijk trigeminusuiteinden. Meer dan een dergelijke bundel zou nodig kunnen zijn om een detecteerbare potentiaal te genereren, vooral als de vezels niet allemaal samen reageren. De totale dichtheid van deze bundels per oppervlakte-eenheid van de mucosa werd niet gerapporteerd door Cauna et al. en hun chemische gevoeligheid, zo die er al is, is volledig onbekend. In het algemeen lijken zenuw vezel uiteinden onwaarschijnlijk als generatoren van een potentiaal zoals de EVG. Echter, de trigeminus respons op irriterende stoffen toont aan dat een systeem waarvan de enige perifere componenten vrije zenuwuiteinden lijken te zijn, een oppervlakte potentiaal kan opwekken, hoewel niet noodzakelijk door sommatie van individuele zenuwpotentialen alleen. Van perifere nociceptieve zenuwuiteinden die gevoelig zijn voor capsaïcine, zoals het trigeminuspotentiaal, is bekend dat zij substantie P, prostaglandines en mogelijk andere cytokines vrijgeven (Devor, 1991). De werking van deze stoffen op de omliggende weefsels zou kunnen bijdragen tot de waargenomen respons. Indien zou blijken dat de EVG wordt opgewekt door sommige van de zenuwuiteinden die zichtbaar zijn in de mucosa zou een dergelijk proces ook in aanmerking moeten worden genomen voor de EVG potentiaal.

Samenvatting: elektrische responsen

Het is duidelijk dat chemische species-afhankelijke potentiëlen in de buurt van de VNO kunnen worden opgewekt door niet-vomeronasale mechanismen. Sommige daarvan zijn uitgesloten door de aard van de EVG respons of door de controles in de gepubliceerde experimenten, hoewel sommige belangrijke controles niet in detail zijn beschreven. Trigeminus zenuwuiteinden en de componenten van het immuunsysteem zijn verspreid over de hele neus, zodat reacties van deze systemen niet beperkt zouden moeten zijn tot de regio van het VNO. Klieren zijn gelokaliseerd in de neus, ook in het VNO (Stensaas et al., 1991; Trotier et al., 2000). Elektroneurogram potentiëlen vergelijkbaar met die van het trigeminale systeem zouden ook meer gelokaliseerd kunnen lijken als er een concentratie van zenuwuiteinden in of nabij het VNO zou zijn. Bijdragen van het trigeminuspotentiaal zelf lijken onwaarschijnlijk omdat het een andere gevoeligheid heeft voor lokale anesthetica en omdat het trigeminussysteem zeker over een groter gebied reageert op irriterende chemicaliën. Nervus terminalis endings zijn gelokaliseerd in het VNO, maar hun chemosensitiviteit is twijfelachtig. Het feit dat lokale anesthetica de EVG niet blokkeren wijst erop dat zenuwtransmissie niet betrokken is, wat CNS reflexen uitsluit. Een lokale reactie gemedieerd door cytokines is niet uitgesloten. De andere mogelijkheid is een directe reactie van cellen die receptoren voor de werkzame chemicaliën tot expressie brengen, of het nu gaat om VNO sensorische neuronen, trigeminus of terminalis zenuwuiteinden, niet-neurale secretorische cellen of andere. Alle cellulaire componenten die in staat zijn een detecteerbare potentiaal te genereren zouden geclusterd moeten zijn en een gemeenschappelijke oriëntatie moeten hebben opdat hun individuele potentiëlen zouden samenkomen. VNO sensorische neuronen, als deze beperkt zijn tot de NSE-expresserende bipolaire cellen, zijn onwaarschijnlijke kandidaten vanwege hun spaarzaamheid, zelfs als men gelooft dat deze cellen VSN’s zijn.

Belang van de EVG respons

Wat de bron ook is, de gemelde selectiviteit van de EVG respons is opzienbarend. Het vertegenwoordigt informatie die, indien overgebracht naar het CZS, een communicatiefunctie zou kunnen hebben. Als het EVG wordt gegenereerd door primaire sensorische neuronen of afferente zenuwuiteinden, is de verbindingsroute naar het CZS duidelijk en is een bijdrage aan chemische communicatie waarschijnlijk. Als het EVG wordt gegenereerd door secretorische cellen of andere zuiver perifere cellen, is de verbinding met het CZS niet duidelijk en is een bijdrage tot de chemische communicatie twijfelachtiger. In beide gevallen worden EVG’s waarschijnlijk niet rechtstreeks gegenereerd door de bipolaire cellen die NSE tot expressie brengen. Misschien zijn andere cellen in het menselijk VNO VSN’s met de juiste gevoeligheid en geometrie, maar als dat zo is, zijn ze nog niet herkend.

Best case: De lokale elektrische respons is van VNO regio chemosensorische cellen, maar het is onwaarschijnlijk dat dit de te schaarse bipolaire cellen zijn. Systemische reacties op stimulatie beperkt tot de VNO-put vormen fysiologisch bewijs voor een chemosensorische functie in deze regio

Worst case: (Speculatief) De lokale respons is een artefact, zij het verrassend afhankelijk van de aard van de stimulus, misschien als gevolg van elektrode beweging tussen de stimulaties. Als alternatief kan de respons worden van niet-chemosensorische cellen met geen verbindingen naar de hersenen. Systemische responsen zouden te wijten kunnen zijn aan lekkage van stimuli naar het olfactorische gebied.

Opinion: De EVG is het beste bewijs voor een selectief chemosensorisch proces in het VNO gebied. Systemische reacties op beperkte stimulatie van het VNO gebied zijn een belangrijk struikelblok voor de hypothese dat er geen speciale chemosensitiviteit in dit gebied is.

Functie: bewijs uit chemische communicatie?

Er is vrij duidelijk bewijs voor chemische communicatie bij mensen. Het meest opmerkelijke voorbeeld is een tendens tot synchronisatie van menstruatiecycli bij vrouwen die samenleven (McClintock, 1971). Stern en McClintock hebben onlangs de aanwezigheid van twee stoffen afgeleid die deze reactie kunnen bemiddelen wanneer extracten van huidafscheidingen op de bovenlip worden gelegd (Stern en McClintock, 1998). Het is dus zeer waarschijnlijk dat de signalen door de lucht verspreide chemicaliën zijn. De tendens tot synchronisatie ontstaat door verkorting of verlenging van de cyclus door afscheidingen die in verschillende fasen van de cyclus van de donor worden geproduceerd. De betrokken stoffen zijn onbekend en hoewel het effect chemosensorisch lijkt te zijn, is er geen bewijs dat het te wijten is aan vomeronasale zintuiglijke input. Jacob en McClintock hebben onlangs ook een menselijke gedragsreactie op geur gerapporteerd; veranderingen in stemming uitgelokt door androstadienon en 1,3,5(10)16 estratetraen-3-ol (Jacob en McClintock, 2000). Dit zijn stoffen die seksueel dimorfe EVG’s uitlokken en verwant zijn met huidchemicaliën waarvan beweerd wordt dat het menselijke feromonen zijn. Jacob en McClintock melden dat vrouwen in aanwezigheid van androstadienon een positievere stemming behouden onder omstandigheden waarin controlepersonen een steeds negatievere stemming vertoonden. De respons kan niet worden toegeschreven aan het vomeronasale systeem omdat de stimuli op de bovenlip werden geplaatst en niet beperkt bleven tot het VNO. Grosser e.a. rapporteren ook significant minder negatieve stemming bij proefpersonen blootgesteld aan androstadienon dan bij controlepersonen (Grosser e.a., 2000). In hun experimenten werd androstadienon direct op het VNO aangebracht, een veel betere case voor vomeronasale bemiddeling. Maar, zoals bij de EVG, worden responsen ten gevolge van stimulatie in de regio van het VNO niet noodzakelijk gemedieerd door VSNs.

Of een van deze bevindingen bewijs is voor menselijke feromonen is een andere vraag. Geen van hen voldoet aan de test voor feromooncommunicatie die hieronder wordt voorgesteld, d.w.z. bewijs dat de communicatie voordelig is (in evolutionaire zin) voor zowel de zender als de ontvanger. De proefpersonen in deze studies hadden geen bewuste waarneming van geurstimulatie, wat een kenmerk van vomeronasale input zou kunnen zijn, hoewel geen conditio sine qua non voor feromooncommunicatie. De suggestie dat vomeronasale input onbewust zou kunnen zijn (Lloyd-Thomas and Keverne, 1982) komt gedeeltelijk van observaties van vomeronasale systeem verbindingen in het knaagdierbrein. Er zijn nauwe verbindingen met de amygdala en het limbisch systeem (Halpern, 1987; Meredith, 1991), de zetel van de emotionele, hormonale en autonome controle, maar er zijn slechts indirecte verbindingen met de hersenschors, die over het algemeen als de plaats van het bewustzijn wordt beschouwd. Het belangrijkste olfactorische systeem heeft in het algemeen goede verbindingen met de hersenschors, maar heeft ook verbindingen met de amygdala. Bij hamsters blijkt feromonale informatie uit het hoofdreuksysteem bij seksueel ervaren dieren te worden doorgegeven aan de vomeronasale pathway in de amygdala (Meredith, 1998). In dit geval lijkt de olfactorische informatie een back-up te zijn voor een primair vomeronasaal communicatiesysteem. In de gevallen waarin de olfactorische input de enige belangrijke informatie over feromonen is, hebben we echter nog steeds geen idee of de informatie over de belangrijkste olfactorische feromonen toegang heeft tot de cortex of wordt gerouteerd via de amygdala en de basale voorhersenen. Een chemosensorische communicatie waarbij het bewustzijn niet wordt ingeschakeld, als dat al zou kunnen worden aangetoond, is dus niet diagnostisch voor vomeronasale participatie. Een chemosensorische respons in de menselijke hersenen zonder bewuste waarneming van stimulatie is vastgesteld door fMRI met gebruikmaking van een ander ‘vomeropherine’-steroïde, estra-1,3,5(10) tetraen-3-ylacetaat, verwant aan stoffen die uit de menselijke huid worden geëxtraheerd (Sobel et al., 1999). Vomeronasale betrokkenheid bij deze reactie is onbekend, omdat de stimulus niet beperkt was tot het orgaan.

Andere voorbeelden van mogelijke chemosensorische communicatie worden besproken door Preti en Wysocki in een uitgebreid overzicht (Preti en Wysocki, 1999). Zij concluderen dat chemische communicatie inderdaad voorkomt en zijn bereid om de chemische bemiddelaars in sommige gevallen feromonen te noemen. De conclusies van Preti en Wysocki zijn gebaseerd op specifieke voorbeelden, maar een soortgelijke conclusie zou op grond van basisprincipes niet ongehoord zijn. Intra-specifieke chemische communicatie, waarvan een deel vomeronasaal en een deel olfactorisch is, is een algemeen kenmerk bij landzoogdieren. Hogere primaten hebben een sterk ontwikkeld visueel systeem en een beperkt olfactorisch systeem, maar gebruiken toch olfactorische informatie. Het zou verrassend zijn als alle olfactorische/chemosensorische communicatie verloren zou gaan. Het feit dat chemische communicatie niet sterk bepalend lijkt te zijn voor menselijk gedrag is geen goed logisch argument om de vomeronasale functie af te wijzen, zoals Keverne (Keverne, 1999) lijkt te suggereren, net zo min als het een argument is om de olfactorische functie af te wijzen. Zintuiglijke input van welke aard dan ook is bij mensen, tenzij het een teken van dreigend gevaar is, vaak ondergeschikt aan ervaringsdeskundige en culturele factoren. Chemische communicatie lijkt te blijven bestaan, ondanks haar schijnbaar geringe invloed. Stoddart heeft voorgesteld dat er evolutionaire druk zou kunnen zijn voor het verlies van de menselijke vomeronasale functie (Stoddart, 1991). Hij speculeert dat het voor de mannetjes in vroege hominidengroepen belangrijk was om niet in staat te zijn het tijdstip van de eisprong bij de vrouwtjes op te merken. Wat ook de antropologische waarde van dit argument moge zijn, het is logisch cirkelredenerend in de context van een evaluatie van de VNO-functie, omdat het uitgaat van de premisse dat er geen menselijk VNO is. Het gaat er ook van uit dat de detectie van ‘feromonen’ die de voortplantingstoestand aangeven, een vomeronasale functie zou zijn.

Onder de soorten waarbij enige chemische communicatie kan worden toegewezen aan de vomeronasale sensorische weg, zijn er een aantal voorbeelden waarbij de signalen niet-vluchtig lijken te zijn en lijken te worden overgebracht door direct contact tussen ontvanger en stimulusbron (Meredith, 1983; Clancy et al., 1984). Er is echter geen eis dat vomeronasale chemoreceptoren alleen door niet-vluchtige chemicaliën worden gestimuleerd. Evenmin zou het aantonen van een niet-vluchtig chemisch signaal een garantie zijn dat het vomeronasale systeem betrokken is.

Beste/slechtste gevallen: Er valt niets te leren over de vomeronasale functie, bij de mens of bij andere soorten, uit het bestaan van chemische communicatie op zich of uit de kenmerken ervan, zoals de betrokkenheid van vluchtige versus niet-vluchtige chemicaliën of de toegang van informatie tot het bewustzijn. Er zijn andere zintuiglijke systemen die hierbij betrokken zouden kunnen zijn.

Feromonen

Wat is een feromoon en is het een welomschreven, wetenschappelijk bruikbaar concept? De term feromoon werd bedacht om een chemische stof te beschrijven die een boodschap over de fysiologische of gedragsmatige toestand van een insect overbrengt aan leden van zijn eigen soort, met als gevolg “een specifieke reactie, bijvoorbeeld een bepaald gedrag of een ontwikkelingsproces” (Karlson en Luscher, 1959). Het is duidelijk in de oorspronkelijke beschrijving, en in een later uitgebreider overzicht van voorbeelden (Karlson en Butenandt, 1959), dat dit echte communicatie moest zijn, voordelig voor de verzender en, bij implicatie, voor de ontvanger. Karlson en Luscher stellen: “het organisme … creëert voor zichzelf een middel tot communicatie … (Karlson en Luscher, 1959). We kunnen er zeker van zijn dat de auteurs niet bedoelden dat het individuele organisme dit vermogen schiep, maar dat het tot stand kwam en in stand werd gehouden door natuurlijke selectie. Dit zou vereisen dat de communicatie bijdraagt tot evolutionaire “fitness” voor zowel zender als ontvanger. Als deze eis van wederzijds voordeel als een expliciet onderdeel van de definitie wordt opgenomen (Rutowski, 1981; Meredith, 1983), wordt de toepassing van de term beperkter maar wetenschappelijk bruikbaarder. Vele voorbeelden van “een specifieke reactie” op biologische chemicaliën vallen dan buiten de categorie van “feromooncommunicatie”. Tot deze niet-feromoonreacties behoren intraspecifieke predatie en chemische verdediging, waarbij er een duidelijk voordeel is, hetzij alleen voor de ontvanger, hetzij alleen voor de afzender. Inter-specifieke communicatie kan wederzijds voordelig zijn, bijvoorbeeld wanneer chemosensorische informatie over verdedigingschemicaliën de ontvanger ten goede komt doordat hij deze kan vermijden. Niettemin lijkt er voor onze communicatie enig voordeel te zijn in het willekeurig beperken van de term feromoon tot intra-specifieke communicatie.

Naar aanleiding van de suggestie van Karlson en Luscher dat reacties gedragsmatig of ontwikkelingsgericht kunnen zijn, hebben latere auteurs feromooncommunicatie in twee typen ingedeeld: priming feromonen en het vrijgeven of signaleren van feromonen.

Priming feromonen veroorzaken een verandering in de toestand van de ontvanger, meestal een verandering in de hormonale afscheiding die het dier voorbereidt op een latere reactie. Voorbeelden hiervan zijn de versnelling van de puberteit bij onrijpe vrouwelijke muizen, waardoor zij in voortplantingsconditie komen in aanwezigheid van chemische signalen van rijpe mannetjes (Vandenberg, 1983). In dit geval is het wederzijdse voordeel duidelijk, en een goede zaak kan worden gemaakt voor vele andere priming feromonale communicatie bij muizen. De wederzijdse onderdrukking van oestrus bij in groep gehuisveste wijfjes (het “Lee-Boot Effect”) (van der Lee en Boot, 1955) spaart de energie die normaliter in het fietsen wordt gestoken wanneer er geen kans op zwangerschap bestaat. Onderdrukking van oestrus treedt ook op bij nuchtere wijfjes, waar energiebehoud essentieel is (Wade en Schneider, 1992). In aanwezigheid van mannelijke prikkels gaan in groep gehuisveste wijfjes weer oestrus fietsen (het “Whitten-effect”) (Whitten, 1959), duidelijk een wederzijds voordelige reactie. Reproductieve onderdrukking bij ondergeschikte wijfjes, zoals kan voorkomen bij sommige primatensoorten (Barrett et al., 1993), kan ook gepaard gaan met een behoud van metabolische inspanningen totdat zich gunstiger omstandigheden voordoen. In gevallen waarin de ondergeschikte en dominante wijfjes genetisch verwant zijn, kan er sprake zijn van enige toename in inclusieve fitness (inclusieve fitness houdt rekening met de bijdrage van een individu aan het voortplantingssucces van verwante individuen die drager zijn van enkele van dezelfde genen).

De andere klasse van feromonen, de vrijgevende feromonen, werd oorspronkelijk geacht een stereotiep gedragspatroon vrij te geven dat geen verdere informatie nodig had voor de voltooiing ervan. Dit concept leek niet geschikt voor zoogdieren, waar de reacties vaak worden gewijzigd door ervaring of andere omstandigheden, en er wordt nu gezegd dat gedragsreacties worden uitgelokt door ‘signalerende’ feromonen (Bronson, 1971, 1976; Albone, 1984).

Preti en Wysocki onderzochten verslagen van menselijke feromooncommunicatie. Zij concludeerden dat er bewijs is voor priming van feromonen bij de mens, met inbegrip van de gegevens over verschuivingen in de menstruatiecyclus (hoewel deze laatste niet duidelijk voldoen aan het hier voorgestelde criterium van wederzijds voordeel) (Preti en Wysocki, 1999). Zij vonden geen solide bewijs voor het signaleren van feromonen, maar zij wijzen erop dat het gedrag van zoogdieren, en vooral van mensen, door vele factoren wordt beïnvloed. Een onmiddellijke, onveranderlijke reactie op een stimulus mag niet worden verwacht. Signaalferomonen kunnen dus informatie doorgeven die de waarschijnlijkheid van een individu om te reageren verandert, zonder noodzakelijk een onmiddellijk waarneembare reactie op te roepen. Misschien hoeven we geen categorisch onderscheid te maken tussen priming en signalerende communicatie: beide zijn in wezen informatief. Als we ons concentreren op feromooncommunicatie in plaats van op feromoonchemicaliën, vermijden we bovendien definitieproblemen in verband met chemicaliën die een verschillende betekenis hebben in verschillende contexten of voor verschillende individuen, bijvoorbeeld volwassen versus onvolwassen of mannelijk versus vrouwelijk. Het feit dat dezelfde chemicaliën door verschillende soorten kunnen worden gebruikt, al dan niet in verschillende combinaties of verschillende omstandigheden, is ook geen probleem.

Het kan worden betoogd (Beauchamp et al., 1976) dat er geen behoefte is aan een speciale term voor wederzijds voordelige chemische communicatie, maar, zoals benadrukt door Karlson en Luscher (Karlson and Luscher, 1959), enig onderscheid tussen communicatie en een terloops gebruik van chemosensorische informatie lijkt wel nuttig. De term feromoon zal niet verdwijnen zolang hij de fascinatie van het publiek vasthoudt. Het gebruik ervan voor een klasse van chemische stoffen die informatie doorgeven lijkt redelijk, maar de definitie is belangrijk, wil de term nuttig zijn in het wetenschappelijk discours. Een te strikte definitie kan de toepasbaarheid op reële situaties zo beperkt maken dat ze nutteloos wordt. We weten dat zelfs archetypische insectferomonen geen unieke chemische stoffen zijn die door één soort worden gebruikt, zoals in sommige definities wordt verondersteld. Ook een te ruime definitie devalueert de term en maakt hem nutteloos.

De essentie van het concept is dat een bepaalde chemische stof of complex van chemische stoffen betekenis communiceert en dus geïdentificeerd moet worden. Niet-gespecialiseerde functies van het reukorgaan van zoogdieren kunnen een eenvoudige associatie inhouden tussen een complex van chemische stoffen en een externe situatie, waardoor latere herkenning van soortgelijke situaties mogelijk wordt. Bepaalde chemicaliën kunnen geassocieerd worden met bepaalde objecten, maar het kan zijn dat de chemicaliën niet geïdentificeerd hoeven te worden, en dat de associaties opnieuw kunnen worden toegewezen. Dit mechanisme is minder geschikt voor communicatie waarbij de boodschappen speciale betekenissen hebben. Voorgeprogrammeerde betekenis kan worden toegewezen aan geuren in andere contexten, met name in ongewervelde dieren, waar individuen kunnen worden aangepast aan het vinden en consumeren van waardplanten met behulp van gespecialiseerde receptoren (Rostelien et al., 2000). Dit zijn geen feromoon communicaties omdat ze niet wederzijds voordelig zijn en niet intra-specifiek. Geurcommunicatie tussen bloemen en bestuivende insecten is wederzijds voordelig, maar ik zou het niet als feromoon bestempelen omdat het over soorten heen voorkomt, ook al zijn de evolutionaire mechanismen vergelijkbaar met die welke intra-specifieke wederzijds voordelige communicatie in stand houden.

Het wederzijds voordeel criterium voor feromoon communicatie sluit aangeleerde reacties niet uit, vooral het type inprenting, waarbij betekenis wordt toegekend in een of andere speciale omstandigheid. Het impliceert wel dat betekenis niet oneindig opnieuw toe te wijzen is; dat het niet alleen een associatie is, ook al zijn er gevallen waarin willekeurige geuren kunnen worden vervangen door voorgeprogrammeerde stimuli. Bijvoorbeeld, pasgeboren konijnen blootgesteld aan een commercieel parfum in combinatie met hun eerste voeding kan de geur gebruiken als informatie aan de tepel zoekgedrag normaal uitgelokt door tepel feromoon van de moeder (Hudson, 1985) te ontlokken. In dit geval is de chemische stof geen feromoon, hoewel een reactie die normaal door feromooncommunicatie wordt opgewekt, er door conditionering aan gekoppeld is. Voor de reactie op het natuurlijke feromoon is geen conditionering nodig. De plasticiteit van het zenuwstelsel van zoogdieren in de toewijzing van input/output routing strekt zich uit tot normaal stereotiepe relaties zoals deze responsen of het knipperen van de ogen, dat normaal wordt opgewekt door een luchtblazen, maar geconditioneerd kan worden tot een toon.

Het wederzijds voordeel criterium voor feromonen sluit ook emotionele (stemming) veranderingen niet uit als een geldige respons, zelfs als deze niet onmiddellijk het openlijke gedrag beïnvloeden. Wij weten dat bij de mens stemming toekomstig gedrag kan beïnvloeden (een teken van informatieoverdracht) en betrouwbare vertekeningen in gedrag zouden evolutionaire gevolgen kunnen hebben. Anderzijds is een verandering van stemming bij blootstelling aan een van de mens afgeleide chemische stof (Grosser et al., 2000; Jacob en McClintock, 2000) geen afdoende definitie van een feromoon. Er zijn veel biologische chemische stoffen waarvan kan worden verwacht dat ze gedrags- en stemmingsveranderingen oproepen. Sommige van deze reacties, zoals het vermijden van en walgen van fecale en lichaamsgeuren, kunnen cultureel bepaald zijn. Een voordeel voor de ontvanger in het vermijden van de overdracht van parasieten kan geassocieerd worden met het vermijden van fecale geuren, maar een gelijkaardig voordeel met betrekking tot algemene lichaamsgeuren is minder waarschijnlijk, en een voordeel voor de verzender in beide gevallen lijkt twijfelachtig als er geen duidelijke boodschap wordt overgebracht.

Het identificeren van wederzijds voordeel in een bepaald geval is niet altijd gemakkelijk, maar het criterium biedt een conceptueel kader voor het begrijpen van de totstandkoming van een chemische communicatie. Als er geen communicatie is, lijkt er geen reden om een speciale term te gebruiken. Wanneer een wederzijds voordeel niet redelijk lijkt, is communicatie verdacht.

Wat de definitie van feromoon ook is, er is geen bewijs dat feromonen noodzakelijkerwijs door het VNO worden gedetecteerd. Verschillende recente voorbeelden bij dieren met goed ontwikkelde VNO’s maken dit duidelijk. De reactie van pasgeboren konijnen op de tepel van de moeder (Hudson en Distel, 1986), waarnaar hierboven wordt verwezen, en de staande reactie van een ontvankelijk vrouwtjesvarken op het feromoon van het mannetje (Dorries et al., 1997) zijn beide afhankelijk van het belangrijkste olfactorische systeem. De herkenning van pasgeboren lammeren door ooien lijkt ook af te hangen van het reukorgaan (Levy et al., 1995), hoewel ook een vomeronasale bijdrage is gemeld (Booth en Katz, 2000). Dus, zelfs als een authentieke feromoonrespons zou worden gedocumenteerd bij de mens, zou dat geen bewijs zijn voor een functioneel VNO.

Daarnaast blijkt een van de voornaamste voorbeelden van olfactorische feromonen, tepelzoekgedrag bij konijnen, niet aangeleerd te zijn, hoewel hetzelfde reactiepatroon kan worden geconditioneerd op willekeurige geuren. De herkenning van het lam door een ooi wordt aangeleerd tijdens de eerste uren na het werpen. De herkenning van de feromoonsignatuur van een partner in het zwangerschapsblok of “Bruce-effect” bij muizen lijkt ook te zijn aangeleerd, maar dit is een vomeronasaal proces. Het is heel goed mogelijk dat in beide gevallen het aanleren bestaat uit het inprenten van een bepaalde combinatie uit een beperkte reeks signalen. Niettemin kunnen we de voorgeprogrammeerde, niet-ingeleerde aard van een reactie op een chemisch signaal niet als diagnostisch voor vomeronasale betrokkenheid gebruiken.

Beste geval: Het bestaan van een functioneel VNO bij de mens zou niet worden uitgesloten door de aan- of afwezigheid van feromooncommunicatie bij de mens, noch, indien aanwezig, door een van de kenmerken ervan, zoals aangeleerde versus afgeleerde responsen.

Worst geval: Vomeronasale functie is niet noodzakelijk om enig aspect van chemische communicatie bij de mens te verklaren, noch is het noodzakelijk voor feromonale communicatie.

Opinion: De term ‘feromoon’ is bruikbaar indien gedefinieerd in de context van wederzijds voordelige feromonale communicatie. Chemische communicatie komt voor bij mensen. Of het in deze zin feromoon is, moet nog worden vastgesteld. De aan- of afwezigheid van feromonen en feromonale communicatie staat los van het bestaan en/of de functionaliteit van een menselijk VNO.

Samenvatting: bewijs voor menselijke vomeronasale functie

Best case: VNO is een kleine maar niet onbelangrijke bijdrage aan de menselijke communicatie. Meer werk door onafhankelijke groepen is nodig om de gemelde elektrische en hormonale reacties te bevestigen. De expressie van een receptorgen van het vomeronasale type bij de mens doet de mogelijkheid rijzen dat dergelijke genen ten grondslag liggen aan chemosensitiviteit in het vomeronasale gebied.

Het slechtste geval: Het VNO is afwezig of indien aanwezig is het niet chemosensitief noch noodzakelijk functioneel in de communicatie. Het bewijs voor chemosensitiviteit is slecht gedocumenteerd en is niet allemaal onderworpen aan effectieve peer review. Het bewijs voor een communicatiefunctie zou artifactueel kunnen zijn.

Opvatting: Het EVG vormt bewijs voor een selectieve en gevoelige reactie op van de mens afkomstige chemicaliën die zich in de regio van het VNO bevinden. Systemische autonome reacties en emotionele veranderingen opgewekt door stimulatie in deze regio suggereren een zekere chemosensitiviteit, ook al is het anatomische substraat moeilijk aan te tonen en lijkt het onwaarschijnlijk dat het conventionele VSNs zijn. Zonder het positieve bewijs van EVG, autonome en psychologische reacties, zou een redelijk wetenschappelijk oordeel de rol van het detecteren van door de mens geproduceerde chemische stoffen die betrokken zouden kunnen zijn bij chemische communicatie, toewijzen aan het belangrijkste reukorgaan. Het negeren van het bewijs voor de vomeronasale functie omdat het meeste ervan met commerciële bagage komt, is echter geen rationele wetenschappelijke reactie bij gebrek aan bewijs voor vergissingen, vooringenomenheid of fraude. Er is een onafhankelijk onderzoek nodig om de bevindingen en veronderstellingen van de oorspronkelijke rapporten te testen, met de nodige controles en een volledige beschrijving van de experimentele details. Dit kan niet worden gedaan binnen de bladzijden van dit of enig ander tijdschrift. Het vereist laboratoriumtijd.

De auteur dankt Chemical Senses redacteur Robyn Hudson voor het opperen van het onderwerp en collega’s te talrijk om op te noemen voor het stimuleren van discussies over dit onderwerp. Daarnaast dank ik twee anonieme Chemical Senses reviewers voor nuttige suggesties ter verbetering van het manuscript. Dit werk werd ondersteund door een subsidie van de NIDCD (DC-00906).