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

Abstract

Ludzki organ womeronasalny (VNO) był przedmiotem pewnego zainteresowania w literaturze naukowej i znacznych spekulacji w literaturze popularnonaukowej. A function for the human VNO has been both dismissed with ridicule and averred with conviction. Kwestia funkcji VNO została niepotrzebnie powiązana z osobnym pytaniem, czy istnieje jakiekolwiek miejsce dla komunikacji feromonowej wśród ludzi, tematem, który sam w sobie grzęźnie w sprzecznych definicjach. Niniejszy przegląd jest próbą rozważenia dowodów przemawiających za i przeciw funkcji ludzkiego VNO, odłączenia tej kwestii od kwestii komunikacji feromonowej i wreszcie dostarczenia roboczej definicji „feromonu”. Konieczna jest dalsza praca eksperymentalna w celu rozstrzygnięcia sprzecznych dowodów za i przeciw funkcji ludzkiego VNO, ale wydaje się, że komunikacja chemiczna występuje wśród ludzi. Jednak kilka przykładów podawanych w literaturze nie spełnia proponowanej definicji komunikacji za pomocą feromonów: „substancje chemiczne uwalniane przez jednego członka gatunku jako komunikacja z innym członkiem, dla ich wzajemnej korzyści”.

Wprowadzenie

Narząd womeronasalny (VNO) jest obwodowym narządem zmysłów dodatkowego układu węchowego. Sparowane narządy znajdują się u podstawy przegrody nosowej lub w dachu jamy ustnej u większości płazów, gadów i ssaków. Istnieje wiele przykładów zaangażowania układu womeronasalnego w komunikację chemiczną, chociaż komunikacja feromonowa nie jest wyłączną domeną układu womeronasalnego. Wzrost stężenia hormonu luteinizującego i testosteronu w surowicy krwi samców myszy i chomików narażonych na bodźce chemosensoryczne pochodzące od samic wydaje się być całkowicie zależny od integralności układu womeronasalnego (Coquelin i in., 1984; Pfeiffer i Johnston, 1994). Indukcja wzrostu macicy i rui u samic nornika preriowego, normalnie wynikająca z ekspozycji na samce, jest również zależna od nienaruszonego VNO (Tubbiola i Wysocki, 1997). Istnieje wiele innych zachowań i reakcji fizjologicznych, do których przyczyniają się zarówno bodźce womeronasalne, jak i węchowe (Wysocki i Meredith, 1987; Johnston, 1998), a także takie, w których główny system węchowy wydaje się być krytyczny (patrz niżej). U niektórych gatunków ssaków, np. u węży, chemorecepcja womeronasalna może być wykorzystywana do śledzenia ofiar (Halpern, 1987), co raczej nie jest funkcją feromonów. Nie zbadano dokładnie, czy systemy womeronasalne u ssaków mają podobne funkcje komunikacyjne, które nie są społeczne. U ludzi od dawna toczy się spór o to, czy VNO w ogóle istnieje u dorosłych. Ostatnie obserwacje endoskopowe i mikroskopowe sugerują, że u większości dorosłych narząd ten istnieje przynajmniej po jednej stronie. Ten przegląd dotyczy jego funkcji.

Opis: dowody anatomiczne, rozwojowe i genetyczne

Struktura

Bezsporne jest istnienie VNO w ludzkim zarodku, podobnego do VNO innych gatunków (Boehm i Gasser, 1993). Zawiera on komórki bipolarne podobne do rozwijających się womeronasalnych neuronów czuciowych innych gatunków, a także generuje komórki produkujące hormon uwalniający hormon luteinizujący (LHRH), podobnie jak u innych gatunków (Boehm i in., 1994; Kajer i Fischer Hansen, 1996). Autorzy ci wykazali, że w późniejszym okresie rozwoju struktura ta staje się coraz bardziej uproszczona. Ci ostatni nie byli w stanie znaleźć żadnej struktury VNO na późniejszych etapach (19 tygodni), chociaż inni wykazali uproszczoną, ale wyraźną strukturę VNO, która nadal zwiększa swoje rozmiary do co najmniej 30 tygodni (Bohm i Gasser, 1993; Smith i in., 1997). Liczne doniesienia na temat struktury identyfikowanej jako VNO w przegrodzie nosowej u dorosłych ludzi są zgodne co do tego, że jest to ślepo zakończony uchyłek w błonie śluzowej przegrody, otwierający się przez wgłębienie (dół VNO) do jamy nosowej ∼2 cm od nozdrza. Lokalizacja tej struktury jest zgodna z lokalizacją VNO u embrionów (Trotier i in., 2000) i ma ona podobną uproszczoną formę, bez dużych naczyń krwionośnych, zatok jamistych i podtrzymującej chrząstki. Struktura ta jest opisywana co najmniej jednostronnie u 90% lub więcej badanych w niektórych doniesieniach lub u 50% lub mniej w innych. Trotier i wsp. wykazali ostatnio, że endoskopowy wygląd dołka VNO może być różny, jednoznaczny podczas jednej inspekcji i niewidoczny podczas późniejszej, lub odwrotnie (Trotier i wsp., 2000). Rzeczywisty odsetek osób z co najmniej jednym dołkiem VNO może być więc w wielu badaniach niedoszacowany. Trotier i wsp. szacują, że ∼92% osób z pewnymi dowodami obecności co najmniej jednego VNO pit u osób bez operacji przegrody nosowej, badanych wielokrotnie, ma znacznie niższą liczbę po operacji przegrody (Trotier i wsp., 2000). Standardowa operacja przegrody może spowodować usunięcie VNO i istnieją niepotwierdzone doniesienia o niekorzystnym wpływie usunięcia womeronasalu, ale brak jest systematycznych badań. W badaniach histologicznych u zwłok lub w tkance przegrody usuniętej podczas operacji nosa, kilku autorów (Moran i in., 1991; Johnson i in., 1994; Trotier i in., 2000) opisuje ślepo zakończoną rurkę wyścieloną ze wszystkich stron pseudostratyfikowanym nabłonkiem i z towarzyszącymi gruczołami podśluzówkowymi. Wydaje się wysoce prawdopodobne, że struktura ta jest pozostałością narządu womeronasalnego u dorosłego człowieka. Użycie słowa organ w tym kontekście nie zakłada funkcji.

Najlepszy przypadek: Zdecydowana większość dorosłych ludzi ma VNO.

Najgorszy przypadek: Istnieje uchyłek nabłonka nosa, który jest wyjątkowo konsekwentnie zlokalizowany w oczekiwanej pozycji VNO.

Opinia: Istnieje dorosły ludzki VNO.

Mikroanatomia

Nabłonek wyściełający ludzki VNO jest niepodobny do nabłonka VNO u innych gatunków i niepodobny do nabłonka węchowego lub oddechowego u ludzi (Moran i in., 1991; Stensaas i in., 1991). Istnieje wiele wydłużonych komórek prezentuj±cych mikrofilarn± powierzchnię do ¶wiatła organu, ale większo¶ć z nich nie jest podobna do mikrofilarnych vomeronasal sensory organs (VSNs) innych gatunków. Nie wykazano, aby miały one aksony wychodzące z nabłonka ani aby nawiązywały kontakt synaptyczny z aksonami w nabłonku, więc jeśli są chemoczułe, nie mają oczywistego sposobu komunikacji z mózgiem.

Dwa badania dorosłego ludzkiego nabłonka vomeronasal odnotowały obecność komórek dwubiegunowych przypominających VSNs znalezione u innych gatunków i we wczesnych ludzkich embrionach. Komórki te zawierają substancje markerowe charakterystyczne dla komórek neuronalnych. Takami i wsp. oraz Trotier i wsp. stwierdzili barwienie enolazy specyficznej dla neuronów (NSE) w tych komórkach (Takami i wsp., 1993; Trotier i wsp., 2000). Z obu raportów jasno wynika, że liczba takich komórek jest niewielka: ∼4 na 100 μm powierzchni nabłonka (Takami i in., 1993) lub mniej (Trotier i in., 2000). Nie stwierdzono również zabarwienia białka markera węchowego (OMP) charakterystycznego dla VSN wszystkich innych badanych gatunków. Nikt nie był w stanie wykazać, że te podobne do VSN komórki w VNO dorosłego człowieka zwężają się ku dołowi, tworząc aksony na swoich bazalnych końcach. Aksony są obserwowane w nabłonku (Stensaas i in., 1991), ale nie w ciągłości lub w kontakcie synaptycznym z komórkami nabłonka. Wiązki aksonów są odnotowywane w błonie podśluzowej (Stensaas i in., 1991), ale nie wydają się powstawać z wiązek aksonów penetrujących lamina propria w taki sam sposób, jak w nabłonku womeronasalnym innych gatunków. Ponadto fakt, że kilka ludzkich komórek VNO wykazuje morfologiczne podobieństwo do VSNs nie wyklucza chemowrażliwości w innych typach komórek. Ludzki nabłonek womeronasalny różni się wyglądem zarówno od nabłonka czuciowego i nieczułego w VNO innych gatunków, jak i od nabłonka „oddechowego” nosa (Moran i in., 1991; Stensaas i in., 1991). Funkcja tych komórek nie jest natychmiastowo oczywista na podstawie ich morfologii. Jednak brak OMP i jakichkolwiek doniesień o genach receptorów womeronasalnych (patrz poniżej) oznacza, że wszelkie takie komórki są zupełnie inne od znanych VSN u innych gatunków.

Najlepszy przypadek: Ludzkie VNO zawiera komórki przypominające neurony czuciowe, mimo że nie wykazują one wielu innych cech VSN u innych gatunków i nie zidentyfikowano aksonów. (Spekulacje) Inne komórki mogą być prawdopodobnie chemowrażliwe, chociaż nie ma na to dowodów w morfologii lub charakterystycznych wzorach barwienia jakiegokolwiek innego typu komórek.

Przypadek najgorszy: Ludzkie VNO jest pozbawione neuronów wykazujących cechy VSN u innych gatunków i pozbawione innych komórek z wyraźnymi aksonami opuszczającymi nabłonek womeronasalny.

Opinia: Nie ma oczywistych neuronów czuciowych.

Wyrażanie genów receptorów

Ostatnie dowody (Dulac i Axel, 1995; Herrada i Dulac, 1997; Matsunami i Buck, 1997; Ryba i Tirrindelli, 1997) sugerują, że gatunki ssaków z funkcjonalnymi VNO wyrażają dwie rodziny genów (V1R i V2R), które wydają się kodować białka błonowe z „siedmioma domenami transmembranowymi”, które uważane są za same cząsteczki chemoreceptorów. Geny te ulegają ekspresji w VSNs i są podobne pod względem organizacji transmembranowej do genów receptorów węchowych (Buck i Axel, 1991), ale różnią się w znacznej części sekwencją DNA. Geny te zostały nazwane „genami receptorów feromonów” (ang. putative pheromone receptor genes), chociaż w momencie ich odkrycia dowody na to, że mogą one kodować cząsteczki receptorów feromonów były wątłe. Ich ekspresja w nabłonku womeronasalnym nie jest gwarancją: niektóre feromony są wyraźnie wykrywane przez główny system węchowy (patrz niżej), a możliwe nieferomonowe funkcje systemu womeronasalnego (jak u węży) nie zostały zbadane. Ostatnio Leinders-Zufall i in. wykazali fizjologiczne odpowiedzi w VSN myszy na substancje, które u tego gatunku uznawane są za feromony (Leinders-Zufall i in., 2000). Reagujące neurony znajdowały się w apikalnej strefie nabłonka womeronasalnego, gdzie większość neuronów wydaje się wykazywać ekspresję członków klasy V1R genów przypuszczalnych receptorów womeronasalnych. Jest to najlepszy jak dotąd dowód na to, że niektórzy członkowie tej rodziny genów mogą być receptorami feromonów. Neurony były niezwykle wrażliwe i wysoce selektywne, cechy, których oczekujemy od neuronów receptorów feromonów u owadów. Elektryczne odpowiedzi na mocz z VSNs (Holy i in., 2000) dostarczają pewnych dowodów potwierdzających, ale raport ten nie odnosi się do pytań, które typy neuronów czuciowych odpowiadają, ani które składniki moczu są stymulujące.

Geny podobne do genów receptorów womeronasalnych są również obecne w genomie człowieka. Te znalezione we wstępnych poszukiwaniach w genomie są wyraźnie pseudogenami (Dulac i Axel, 1995; Herrada i Dulac, 1997), tzn. mają defekty w swojej sekwencji, które uniemożliwiłyby transkrypcję i translację oczekiwanego białka transmembranowego. Nie wszystkie ludzkie sekwencje związane z genami receptorów womeronasalnych zostały szczegółowo przebadane, więc te negatywne dowody należy traktować z pewną ostrożnością. Około 70% znanych genów receptorów węchowych zostało również zgłoszonych jako pseudogeny u ludzi (Rouquier i in., 1998), chociaż niższy odsetek jest zgłaszany w nowszych raportach (Lane i in., 2000), a ludzie nadal mają użyteczny i ważny zmysł węchu. W ostatniej pracy Rodriguez i wsp. donoszą o odkryciu wcześniej niewykrytego ludzkiego genu blisko spokrewnionego z rodziną V1R u gryzoni (Rodriguez i wsp., 2000). Nie podano, czy ulega on ekspresji w ludzkim nabłonku womeronasalnym, ale ulega on ekspresji w głównym nabłonku węchowym. Z powyższego wywodu powinno być jasne, że lokalizacja jej ekspresji nie wyklucza funkcji detektora feromonów. Jednak jego pokrewieństwo z genami womeronasalnymi zwierząt nie jest dobrym dowodem na taką funkcję i nie rzuca światła na kwestię funkcji womeronasalnej człowieka. Jeżeli ekspresja jednego z tych genów zostanie wykryta w ludzkim nabłonku womeronasalnym, interesuj±ce będzie ustalenie, czy ulega on ekspresji w komórkach przypominaj±cych bezaksonowe VSN, czy też w jednym z innych typów komórek. W obu przypadkach, odnowiony wysiłek w celu określenia, czy istnieje jakiekolwiek połączenie z mózgiem byłby krytyczny dla każdej hipotezy o funkcji.

Najlepszy przypadek: Ekspresja w ludzkim nabłonku węchowym genu związanego z tymi wyrażanymi w VSNs u zwierząt podnosi możliwość odkrycia innych nowych genów, które są wyrażane w ludzkich komórkach womeronasalnych. Istnieje również możliwość, że neurony zlokalizowane w głównym nabłonku węchowym u ludzi mogły przejąć funkcje przypisane VSNs u gryzoni.

Najgorszy przypadek: Receptor kodowany przez wyrażony gen z rodziny genów womeronasalnych może wiązać zwykły zapach u ludzi lub substancję, która jest feromonem u innych gatunków, ale nie u ludzi. Nie ma dowodów na to, że produkt białkowy tego genu, jeśli w ogóle istnieje, ulega ekspresji na błonie powierzchni apikalnej w miejscu dostępnym dla bodźców zewnętrznych.

Opinia: Nowo odkryty gen nie mówi nam nic o ludzkiej funkcji vomeronasal. Nazywanie tych genów genami receptorów feromonów jest spekulacją.

Połączalność

W gryzoniach i innych gatunkach z dobrze rozwiniętymi VNO aksony VSNs przechodzą w wiązkach do dodatkowej bańki węchowej (AOB) o charakterystycznej strukturze. U dorosłego człowieka nie ma śladu tej struktury (Humphrey 1940; Meisami i Bhatnagar, 1998), choć jest ona obecna u płodu (Chuah i Zeng, 1987), a u małp człekokształtnych i innych ssaków naczelnych Starego Świata stwierdza się jej brak (Wysocki, 1979; Stephan i in., 1982). Jest możliwe, że żarówka dodatkowa nie zostanie wykryta lub zostanie błędnie zidentyfikowana. AOB u mięsożerców z rodziny mustelowatych (fretka i tchórz) była opisywana jako nieobecna (Jawlowski, 1956) lub duża (Dennis i Kerr, 1969), ale ostatnie badania na fretkach wykazały małą AOB, nieco inaczej umiejscowioną niż u gryzoni (Kelliher i in., 1997) (K.R. Kelliher i in., wyniki niepublikowane). Rozciągnięcie, które ma miejsce podczas rozwoju cebulek węchowych i szypułek u wyższych naczelnych może zniekształcić istniejące małe AOB, chociaż normalne AOB jest obecne u naczelnych nowego świata i prosimian (Evans i Schilling, 1995). Wyraźne poszukiwanie takiej struktury u ludzi nie znalazło jej (Meisami i Bhatnagar, 1998).

Najlepsi kandydaci na VSNs, te wyrażające NSE, nie zostały prześledzone w łączności z aksonami, podobnie jak żadne inne komórki ludzkiego VNO. Jeden z charakterystycznych markerów wiązek aksonów, białko S100, wyrażane w komórkach glejowych otaczających aksony, nie został zaobserwowany przez Trotier i wsp. w ludzkim nabłonku VNO lub w jego pobliżu (Trotier i wsp., 2000). Nie jest jasne, czy kilka izolowanych aksonów może pozostać niezauważonych przy użyciu tej metody. Istnieją aksony w obrębie ludzkiego VNO i wiązki aksonów owinięte komórkami Schwanna leżące u jego podłoża (Stensaas i in., 1991; Jahnke i Merker, 2000), więc jest to nieco zaskakujące, że Trotier i in. nie stwierdzili ekspresji S100 w pobliżu VNO (Trotier i in., 2000). Wiele aksonów w tym regionie należy do innych dobrze poznanych układów jamy nosowej, układu trójdzielnego, autonomicznego i nervus terminalis. Układ trójdzielny obejmuje nerwy somatosensoryczne i chemosensoryczne ogólne, z których większość lub wszystkie mogą być nocyceptywne (Thurauf i in., 1993). Wiązki nerwowe autonomicznego układu nerwowego kontrolują naczynia krwionośne i gruczoły. Nerw końcowy (nervus terminalis) (Brookover, 1914; Pearson, 1941) charakterystycznie łączy VNO z mózgiem u płodu i wyraźnie utrzymuje się u ludzi dorosłych (Brookover, 1914). Nerw ten wydaje się być drogą migracji neuronów LHRH (GnRH) do mózgu z nabłonka węchowego/vomeronasal na wczesnym etapie rozwoju, u ludzi, jak i u innych gatunków (Schwanzel-Fukuda i Pfaff, 1989; Ronkliev i Resko, 1990; Boehm i in., 1994). Jego utrzymywanie się u dorosłych sugeruje pewną ciągłą funkcję, podobnie jak jego wewnętrzna struktura u gatunków, u których jest on najbardziej widoczny (White i Meredith, 1995). Nie ma dowodów na to, że nerw ten jest chemosensoryczny lub że ludzki nerw terminalis przenosi aksony VSNs (chociaż te dwa nerwy biegną razem u większości ssaków), ale może unerwiać nabłonek womeronasalny (Witkin i Silverman, 1983; Wirsig i Leonard, 1986).

Najlepszy przypadek: (Spekulatywny) Jeśli w ludzkim VNO istnieją VSNs, ich aksony mogą przedostawać się do mózgu pojedynczo lub w małych wiązkach wyrażających niewykrywalne poziomy białka S100. Odpowiednik AOB mógłby być obecny, jeśli zniekształcony podczas normalnego rozwoju tak, aby być nierozpoznawalny jako oddzielna struktura.

Najgorszy przypadek: Nie ma dowodów na połączenia nerwowo-aksonalne między jakimikolwiek ewentualnie komórkami czuciowymi w VNO a mózgiem i nie ma dowodów na AOB.

Opinia: Jest to jedna z dużych przeszkód dla hipotezy funkcji ludzkiego VNO.

Dowody pozytywne?

Żadne ze spekulacji na temat womeronasalnych neuronów chemosensorycznych nie byłyby warte większego rozważenia, gdyby nie istniały pewne pozytywne dowody na nie-olbrzymią, nie-trigeminalną funkcję chemosensoryczną zlokalizowaną w regionie ludzkiego VNO. Dowody te pochodzą niemal wyłącznie z pracy Monti-Bloch i współpracowników. Opisują oni elektrofizjologiczną odpowiedź na aplikację małych ilości steroidowych substancji chemicznych ograniczonych do regionu VNO. Ponieważ badania te są wspierane częściowo przez korporacje, które mają komercyjny interes w wykorzystaniu wyników, wyniki te są szeroko dyskontowane przez społeczność akademicką. Jednakże, powinny być one oceniane na podstawie ich zalet. W opublikowanych pracach nie ma poważnych błędów w metodologii, które byłyby oczywiste, więc należy je traktować poważnie. Istnieje również dowód w tych raportach dla systemowej odpowiedzi fizjologicznej do tej stymulacji i chociaż anegdotyczne dowody sugerują brak świadomej odpowiedzi w przebudzonych podmiotów ludzkich, istnieją dowody na zmianę nastroju. Dowody fizjologiczne są krytycznie oceniane w następnej sekcji; dowody behawioralne są rozważane później.

Fizjologia

Jeśli odpowiedzi fizjologiczne mają być przypisane chemicznej stymulacji VNO, musi istnieć pewność, że bodźce były rzeczywiście ograniczone do VNO. Ponieważ nie ma niezależnego kryterium dla substancji chemicznych, które stymulują VSNs, natura bodźca nie jest gwarantem stymulacji VNO. Jedyne opublikowane próby rejestracji odpowiedzi na bodźce stosowane wybiórczo do ludzkiego VNO pochodzą od Monti-Blocha i współpracowników. Zanotowano trzy rodzaje odpowiedzi: lokalne odpowiedzi elektryczne, odpowiedzi z izolowanych komórek i odpowiedzi systemowe. Pierwszym rodzajem odpowiedzi jest lokalny ujemny potencjał elektryczny, określany jako „elektrovomeronasogram” (EVG) (Monti-Bloch i Grosser, 1991), rejestrowany z rejonu kanału VNO u przebudzonych ludzi. Nazwano go przez analogię do elektroolaktogramu (EOG), który może być rejestrowany z powierzchni nabłonka węchowego w odpowiedzi na stymulację zapachową (Ottoson, 1956; Getchell i Getchell, 1987). Bodźce testowane pod kątem odpowiedzi EVG obejmowały steroidy, które miały być podobne do substancji chemicznych ekstrahowanych z ludzkiej skóry, w tym androstadienony i związki estratetraenylowe, jak również konwencjonalne zapachy. Steroidy wywoływały wyraźne reakcje EVG, natomiast konwencjonalne zapachy nie. W obu przypadkach bodźce dostarczane były bezpośrednio do kanału VNO przez wewnętrzną część pary koncentrycznych rurek, z których zewnętrzna służyła do usuwania nadmiaru bodźców, aby zapobiec ich rozprzestrzenianiu się na inne obszary nosa. W eksperymentach kontrolnych ten sam stymulator był kierowany do miejsc położonych kolejno dalej od dołka, co powodowało spadek amplitudy EVG do niewykrywalnego poziomu w niewielkiej odległości od dołka (Monti-Bloch i Grosser, 1991). Wyniki te interpretuje się jako dowód na to, że chemoczułość jest ograniczona do dołka i że bodziec jest ograniczony do małego obszaru w pobliżu końcówki stymulatora. Ten sam stymulator skierowany na nabłonek węchowy pozwalał na wywoływanie EOG przez konwencjonalne zapachy. Kilka steroidów skutecznych w generowaniu EVG z VNO nie wywoływało odpowiedzi EOG z nabłonka węchowego. Badani generalnie nie zgłaszali żadnych odczuć związanych z bezpośrednią chemiczną stymulacją VNO, nawet gdy rejestrowano EVG, ale zgłaszali odczuwanie zapachu, gdy wywoływano EOG. Autorzy doszli do wniosku, że EVG było zsumowanym potencjałem receptorowym wielu VSN reagujących na bodziec. Istnieją problemy z tą interpretacją (patrz poniżej), ale wydaje się, że istnieje jakiś proces zlokalizowany w lub w pobliżu kanału VNO, który wytwarza, selektywnie, elektryczną odpowiedź na małe ilości niektórych substancji chemicznych. Vomeropherin” został zaproponowany jako nazwa dla substancji chemicznych, które wywołują tę odpowiedź oraz jako ogólny termin dla substancji, które stymulują VNO u każdego gatunku (Berliner et al., 1996). Jak dotąd nie ma innych cech wyróżniających takie substancje chemiczne.

Jako drugi rodzaj odpowiedzi, Monti Bloch i wsp. przedstawili również wstępne dowody na to, że komórki dwubiegunowe zaaspirowane z ludzkiego VNO wykazują elektryczną odpowiedź na niektóre „vomeropheriny” (Monti-Bloch i wsp., 1998b). Są to steroidy wywołujące EVG, związane z substancjami chemicznymi skóry, które ta grupa uznała za ludzkie feromony. Eksperymenty te nie zostały opublikowane w pełnym, recenzowanym raporcie. Wobec niezwykle rzadkiego występowania komórek dwubiegunowych wykazujących ekspresję NSE, wydaje się mało prawdopodobne, że to właśnie te komórki są zaangażowane w ten proces. Jeśli ten wstępny raport zostanie potwierdzony, może to rzucić światło na inne komórki biorące udział w odpowiedzi na EVG. Jednakże, jak wspomniano powyżej, każda lokalna odpowiedź VNO musi zostać przekazana do mózgu zanim zostanie ustanowiona sensoryczna ścieżka komunikacyjna.

Ale nie wykazano żadnego anatomicznego połączenia, Monti-Bloch et al. wywnioskowali fizjologiczne połączenie z mózgiem, ponieważ dostarczenie bodźca do dołka VNO wywołało kilka systemowych odpowiedzi (Monti-Bloch i Grosser, 1991, 1998a,b). Należą do nich zmiany ciśnienia krwi i częstości akcji serca, niewielkie, ale znaczące zmiany poziomu hormonów (Monti-Bloch i in., 1998a) oraz pewne zmiany nastroju (Grosser i in., 2000). Należy zauważyć, że te ogólnoustrojowe odpowiedzi zostały uzyskane przy użyciu tego samego stymulatora, który jest używany do zapisów EVG, co ogranicza bodziec do dołka VNO. W innych badaniach (Berliner i in., 1996) stosowano inny typ stymulatora, który nie został szczegółowo opisany i dla którego nie przeprowadzono eksperymentów kontrolnych w celu określenia rozprzestrzeniania się bodźca. Nie jest więc jasne, czy w tych eksperymentach bodźce były ograniczone do obszaru VNO. Co więcej, wielokrotne dostarczanie bodźców przez dłuższy czas sprawiłoby, że bardziej prawdopodobna byłaby stymulacja na niskim poziomie innych nosowych układów czuciowych lub ogólnoustrojowe wchłanianie stymulujących substancji chemicznych. Zmiany hormonalne wywoływane przez steroidowe substancje chemiczne w tych badaniach nie są dowodem na fizjologiczne połączenie między regionem VNO a mózgiem i nie dostarczają dowodów na funkcję VNO.

Mechanizmy fizjologiczne

Źródła EVG

Uważa się, że powolny potencjał ujemny rejestrowany z dołu VNO jest sumą potencjałów generowanych przez wiele neuronów czuciowych reagujących na stymulację chemiczną. Dla EOG, podobnego ujemnego potencjału rejestrowanego z nabłonka węchowego, jest to rozsądne wyjaśnienie. W pobliżu elektrody znajdują się setki do tysięcy węchowych neuronów czuciowych, z których każdy dostarcza niewielką ilość prądu. Jeśli generatorami prądu w ludzkim układzie womeronasalnym są komórki dwubiegunowe NSE-pozytywne (brak widocznych aksonów nie dyskwalifikuje ich jako lokalnych generatorów prądu), trudno jest wyjaśnić wielkość rejestrowanego EVG.

Porównanie z EOG

W węchowych neuronach czuciowych kanały transdukcyjne otwierają się w odpowiedzi na zapachy, powodując przepływ ładunku dodatniego do wewnątrz, do apikalnych końców komórek. Z komórek tych wypływa taki sam ładunek w głąb nabłonka. Obwód elektryczny jest uzupełniany przez prąd płynący zewnątrzkomórkowo z głębi do powierzchni. Spadek napięcia wzdłuż tej drogi prądu przez opór zewnątrzkomórkowy wytwarza różnicę potencjałów, zapisywalną zewnątrzkomórkowo, między powierzchnią (ujemną) a głębią (dodatnią). Każda reagująca komórka wytwarza niewielki prąd, a tym samym niewielką różnicę potencjałów, ale wiele komórek zorientowanych w tym samym kierunku i aktywowanych razem sumuje swoje prądy i generuje odpowiednio większą różnicę potencjałów między głębią a powierzchnią. Konwencjonalna elektroda powierzchniowa EOG rejestruje część tej różnicy potencjałów dzięki niewielkiemu prądowi płynącemu długą drogą przez przewodzące tkanki głowy i mijającemu elektrodę referencyjną obwodu rejestrującego. Jednak większość prądu przechodzi bezpośrednio przez grubość nabłonka, przez przestrzeń pozakomórkową i nieaktywne komórki. W wypełnionym płynem VNO prąd może łatwo przechodzić z rejonu aktywnych komórek do rejonu nieaktywnego. Tam, gdzie jest bardzo mało aktywnych komórek, zwłaszcza jeśli są one rozmieszczone w dużych odstępach, istnieje wiele dróg transepitelialnych dla prądu. Opór jest niski i potencjał jest niewielki. W przypadku ludzkiego VNO odnotowano zaledwie jeden przypuszczalny neuron czuciowy na sekcję (Trotier i in., 2000), choć najwyraźniej nie badali oni każdej sekcji. Dokładna lokalizacja elektrody rejestrującej w eksperymentach z EVG nie jest dobrze opisana, ale jej efektywna objętość jest prawdopodobnie ukierunkowana na obszary w pobliżu otworu (VNO pit). Jeśli nie istniało wcześniej niezaobserwowane gęste nagromadzenie komórek dwubiegunowych w pobliżu otworu narządu, prawdopodobieństwo zarejestrowania wykrywalnego „EVG” z tych komórek jest bardzo małe.

Potencjalne artefakty

Alternatywne wyjaśnienia dla chemicznie selektywnej odpowiedzi elektrycznej EVG obejmują artefakty fizykochemiczne, nieneuronalne potencjały biologiczne, takie jak odpowiedzi wydzielnicze lub naczynioruchowe, i wreszcie inne komórki nerwowe lub włókna nerwowe.

Artefakty fizykochemiczne. Można je łatwo wygenerować w systemie, w którym do rejestracji potencjałów powierzchniowych błony śluzowej używa się gołej metalowej elektrody. Stały potencjał złącza DC spowodowany polaryzacją rozwija się na gołej metalowej elektrodzie w kontakcie z powierzchnią śluzu nabłonka. Jakikolwiek ruch względny, na przykład przez transjenty ciśnienia podczas stymulacji parą chemiczną, zmieni opór pomiędzy elektrodą a śluzem, powodując większą lub mniejszą część potencjału złącza, która będzie widziana przez system rejestrujący. Zmiana ta mogłaby się pojawić jako sygnał elektryczny zależny od bodźca. Jednakże, w opisywanych zapisach EVG używano „niepolaryzowalnej” elektrody z chlorku srebra/srebra (Monti-Bloch i Grosser, 1991; Monti-Bloch i in., 1998b), która nie powinna generować prawie żadnego potencjału złącza. Artefakty wynikające ze zmian w sprzężeniu elektroda-śluz mogą być wytwarzane, jeśli potencjały stałe powstają w innym miejscu obwodu rejestrującego. Jednakże, tego rodzaju artefakty mechaniczne nie zależą od gatunku chemicznego bodźca, podczas gdy amplituda i przebieg czasowy zapisów EVG zależą od substancji chemicznej użytej jako bodziec (Monti-Bloch i Grosser, 1991). Odmienne potencjały mogłyby być rejestrowane dla różnych bodźców, gdyby sprzężenie pomiędzy elektrodą a błoną śluzową zmieniało się pomiędzy bodźcami, np. gdy eksperymentator zmieniał położenie elektrody lub gdy następowało wysychanie błony śluzowej wraz z upływem czasu. Trudno sobie jednak wyobrazić, aby tego rodzaju zmiany mogły powodować stałe różnice pomiędzy substancjami chemicznymi w sposób przypadkowy, zwłaszcza jeśli bodźce były powtarzane w przypadkowej kolejności, jak to powinno mieć miejsce w takim eksperymencie. Opublikowane raporty nie podają wystarczających szczegółów, aby ocenić, czy tak właśnie było. Artefakty elektryczne zależne od gatunku substancji chemicznych mogą wystąpić także w dwóch innych okolicznościach: jeśli substancje chemiczne bodźca adsorbują się na metalowych elektrodach tworząc przejściowe potencjały powierzchniowe lub jeśli właściwości przewodzące niektórych bodźców zmieniają opór elektryczny otaczającej tkanki. W zapisach EOG można zastosować niemetaliczny mostek agar/solina, aby uniknąć tego pierwszego problemu, ale jego większe rozmiary mogły uniemożliwić jego zastosowanie w zapisach EVG. W każdym razie, bardzo małe ilości substancji chemicznych używanych w opublikowanych eksperymentach EVG nie powinny mieć tak dużych efektów. Tak więc, ogólnie rzecz biorąc, fizykochemiczne artefakty wydają się mało prawdopodobne jako wyjaśnienie dla opublikowanych nagrań EVG.

Biologiczne potencjały nieneuronalne. Mają one kilka możliwych źródeł. Potencjały wydzielnicze są generowane, gdy komórki gruczołowe wydzielają swoją zawartość. Może to nastąpić w odpowiedzi na lokalne podrażnienie, na odpowiedź neuronalną, która następnie aktywuje gruczoł, lub, co można sobie wyobrazić, poprzez cząsteczki receptorowe wyrażone na powierzchni samych komórek gruczołowych. Wokół ludzkiego VNO znajduje się wiele gruczołów, a wiele z nich opróżnia się do światła VNO (Trotier i in., 2000). Potencjały wydzielnicze mogą mieć wpływ na EOG rejestrowane z błony śluzowej węchu (Okano i Takagi, 1974) i mogą przyczyniać się do EVG. Rozszerzenie naczyń krwionośnych może również generować potencjał w wyniku działania mięśni gładkich lub modulować istniejący wcześniej potencjał w wyniku zmian oporu tkankowego. Niektóre substancje chemiczne dostające się do nosa wywołują odpowiedź immunologiczną z komórek tucznych i innych komórek błony śluzowej (Suzuki i in., 1999). Inne substancje mogą wywoływać procesy rozpadu metabolicznego (Gu i in., 1999). Każdy z tych procesów może wywołać wydzielanie śluzu lub rozszerzenie miejscowych naczyń krwionośnych w wyniku uwalniania cytokin (zewnątrzkomórkowych cząsteczek komunikacyjnych o krótkim zasięgu) z aktywowanych komórek. Bodźce chemiczne, które aktywują nocyceptywne zakończenia nerwowe, również wywołują serię lokalnych reakcji spowodowanych uwalnianiem substancji P i innych cytokin z zakończeń nerwowych (Suzuki i in., 1999). Efekty te obejmują wydzielanie i rozszerzenie naczyń krwionośnych. Błona śluzowa nosa jest zwykle bogata we wszystkie te mechanizmy.

Donoszono (ponownie bez szczegółów eksperymentalnych), że EVG nie jest eliminowane przez miejscowo działającą lidokainę, środek miejscowo znieczulający, lub atropinę, autonomicznego antagonistę układu cholinergicznego (Monti-Bloch i in., 1998b). Żaden z opisanych powyżej procesów nie musi angażować potencjałów czynnościowych nerwów, więc nie zostałby wyeliminowany przez blokowanie transmisji nerwowej za pomocą środków znieczulenia miejscowego. Oczekiwano by, że atropina zablokuje niektóre odruchowe odpowiedzi wydzielnicze i niektóre rozszerzenia naczyń, ale wiele funkcji autonomicznych, w tym rozszerzenie naczyń w VNO (chomik) (Meredith i O’Connell, 1979), nie są wrażliwe na atropinę. Jakiekolwiek potencjały generowane przez którykolwiek z tych mechanizmów musiałyby być dość szybkie, aby być odpowiedzialne za obserwowane EVG. To (oraz niewrażliwość EVG na środki znieczulenia miejscowego) prawdopodobnie wykluczyłoby odruchowe wydzielanie lub odpowiedź wazomotoryczną, która zależałaby od transmisji do OUN i z powrotem. Odruchowe zmiany przepływu krwi w odpowiedzi na środki drażniące do nosa są wyraźnie zbyt wolne (patrz niżej). Odruchowe zmiany spowodowane uwalnianiem cytokin są nadal możliwe.

Reakcje neuronalne. Drażniące substancje chemiczne, które stymulują zakończenia nerwowe chemoreceptorów układu trójdzielnego nosa, wytwarzają potencjał neurogramowy, wykrywalny na dużych obszarach przegrody nosowej, który koreluje z odczuciami bólowymi (Kobal, 1985; Hummel et al., 1996). Potencjał ten jest silnie redukowany przez środki znieczulenia miejscowego, co sugeruje zaangażowanie napięciowych kanałów sodowych, oraz (u szczurów) przez kapsaicynę, co sugeruje zaangażowanie małych, prawdopodobnie nocyceptywnych, zakończeń nerwowych. Potencjał ten wyraźnie poprzedza zmiany w przepływie krwi (Thurauf i in., 1993). Nie jest jasne, czy potencjał ten jest generowany przez propagację potencjałów czynnościowych, przez depolaryzację zakończeń nerwowych, czy też jest konsekwencją szybkiego lokalnego działania cytokin. Nie wiadomo, czy podobny potencjał przyczynia się do powstawania EVG, chociaż niewrażliwość EVG na działanie środków znieczulających miejscowo wyklucza jakikolwiek udział generowania potencjału czynnościowego (lub innej funkcji kanałów sodowych bramkowanych napięciem). Innym systemem neuronalnym w tej okolicy nosa, który jest kandydatem na źródło EVG, jest nervus terminalis. System terminalny jest skoncentrowany w rejonie VNO i sugerowano, że jest on chemosensoryczny, ale nie wykazano, że tak jest (Meredith i White, 1987; Fujita i in., 1991). W błonie śluzowej poniżej i w pobliżu ludzkiego VNO występuje dość duża gęstość niemyelinowanych aksonów (Stensaas i in., 1991; Jahnke i Merker, 2000), z których część może być niemyelinowanymi końcowymi odgałęzieniami włókien nerwu trójdzielnego lub włókien terminalnych, które są również generalnie niemyelinowane. Depolaryzacja włókien nerwowych, zwłaszcza bardzo cienkich, generuje niewielki potencjał zewnątrzkomórkowy. Jeśli włókna byłyby bardzo gęste i wszystkie zorientowane w tym samym kierunku, mogłyby być w stanie wytworzyć potencjał wykrywalny na powierzchni błony śluzowej. Pęczki zawierające do 200 włókien nerwowych zostały opisane w błonie śluzowej nosa, ale nie są one ograniczone do obszaru VNO (Cauna i in., 1969) i są najprawdopodobniej zakończeniami nerwu trójdzielnego. Więcej niż jedna taka wiązka może być konieczna do wygenerowania wykrywalnego potencjału, zwłaszcza jeśli włókna nie reagują wszystkie razem. Cauna i wsp. nie podali całkowitej gęstości tych wiązek na jednostkę powierzchni błony śluzowej, a ich wrażliwość chemiczna, jeśli w ogóle istnieje, jest całkowicie nieznana. Ogólnie rzecz biorąc, zakończenia włókien nerwowych wydają się mało prawdopodobne jako generatory potencjału takiego jak EVG. Jednak odpowiedź nerwu trójdzielnego na substancje drażniące pokazuje, że system, którego jedynymi obwodowymi komponentami wydają się być wolne zakończenia nerwowe, może generować potencjał powierzchniowy, choć niekoniecznie poprzez sumowanie się poszczególnych potencjałów nerwowych. Obwodowe nocyceptywne zakończenia nerwowe, które są wrażliwe na kapsaicynę, tak jak potencjał nerwu trójdzielnego, są znane z uwalniania substancji P, prostaglandyn i prawdopodobnie innych cytokin (Devor, 1991). Działanie tych substancji na otaczające tkanki może przyczynić się do obserwowanej odpowiedzi. Gdyby okazało się, że EVG jest generowane przez niektóre z zakończeń nerwowych widocznych w błonie śluzowej, proces tego rodzaju musiałby być również brany pod uwagę w przypadku potencjału EVG.

Podsumowanie: odpowiedzi elektryczne

Jasne jest, że potencjały zależne od gatunków chemicznych mogą być generowane w sąsiedztwie VNO przez mechanizmy inne niż womeronasalne. Niektóre z nich są wykluczone przez charakter odpowiedzi EVG lub przez kontrole w opublikowanych eksperymentach, chociaż niektóre ważne kontrole nie zostały szczegółowo opisane. Zakończenia nerwu trójdzielnego i elementy układu odpornościowego są rozmieszczone w całym nosie, więc odpowiedzi z tych układów nie powinny być ograniczone do obszaru VNO. Gruczoły są zlokalizowane w nosie, w tym w VNO (Stensaas i in., 1991; Trotier i in., 2000). Potencjały elektroneurogramu podobne do tych z układu trójdzielnego mogłyby również wydawać się bardziej zlokalizowane, gdyby w VNO lub w jego pobliżu znajdowało się skupisko zakończeń nerwowych. Udział samego potencjału trójdzielnego wydaje się mało prawdopodobny, ponieważ ma on inną wrażliwość na środki znieczulenia miejscowego i ponieważ układ trójdzielny z pewnością reaguje na drażniące substancje chemiczne na większym obszarze. Zakończenia Nervus terminalis są zlokalizowane w VNO, ale ich chemowrażliwość jest wątpliwa. Doniesienie, że środki znieczulenia miejscowego nie blokują EVG wskazuje, że transmisja nerwowa nie jest zaangażowana, co wyklucza odruchy z OUN. Nie jest wykluczona odpowiedź miejscowa mediowana przez cytokiny. Inną możliwością jest bezpośrednia odpowiedź komórek posiadających receptory dla działających substancji chemicznych, niezależnie od tego, czy są to neurony czuciowe VNO, zakończenia nerwów trójdzielnych lub końcowych, nieneuronalne komórki wydzielnicze czy inne. Wszelkie składniki komórkowe zdolne do generowania wykrywalnego potencjału musiałyby być skupione i mieć wspólną orientację, aby ich indywidualne potencjały mogły się sumować. Neurony czuciowe VNO, jeśli są one ograniczone do komórek dwubiegunowych wykazujących ekspresję NSE, są mało prawdopodobnymi kandydatami z powodu ich rzadkości, nawet jeśli wierzymy, że te komórki są VSNs.

Ważność odpowiedzi EVG

Cokolwiek jest źródłem, zgłoszona selektywność odpowiedzi EVG jest zaskakująca. Stanowi ona informację, która, jeśli zostanie przekazana do OUN, może pełnić funkcję komunikacyjną. Jeśli EVG jest generowany przez pierwotne neurony czuciowe lub aferentne terminale nerwowe, ścieżka połączenia z OUN jest oczywista, a wkład w komunikację chemiczną jest prawdopodobny. Jeśli EVG jest generowane przez komórki wydzielnicze lub inne komórki czysto peryferyjne, połączenie z OUN nie jest jasne, a udział w komunikacji chemicznej bardziej wątpliwy. W obu przypadkach EVG prawdopodobnie nie są generowane bezpośrednio przez komórki dwubiegunowe, które wykazują ekspresję NSE. Być może inne komórki w ludzkim VNO są VSNs z odpowiednią wrażliwością i geometrią, ale jeśli tak, to są one jeszcze nierozpoznane.

Najlepszy przypadek: Lokalna odpowiedź elektryczna pochodzi z komórek chemosensorycznych regionu VNO, ale jest mało prawdopodobne, że są to zbyt rzadkie komórki dwubiegunowe. Systemowe odpowiedzi na stymulację ograniczone do dołu VNO stanowią fizjologiczny dowód na funkcję chemosensoryczną w tym regionie

Przypadek najgorszy: (Spekulatywny) Lokalna odpowiedź jest artefaktem, aczkolwiek zaskakująco zależnym od natury bodźca, być może z powodu ruchu elektrody pomiędzy stymulacjami. Alternatywnie, odpowiedź może pochodzić z niechemosensorycznych komórek bez połączeń z mózgiem. Odpowiedzi systemowe mogą być spowodowane przeciekiem bodźców do obszaru węchowego.

Opinia: EVG jest najlepszym dowodem na selektywny proces chemosensoryczny w regionie VNO. Systemowe odpowiedzi na ograniczoną stymulację regionu VNO są ważną przeszkodą dla hipotezy, że nie ma specjalnej chemoczułości w tym regionie.

Funkcja: dowody z komunikacji chemicznej?

Istnieją dość wyraźne dowody na komunikację chemiczną wśród ludzi. Najbardziej godnym uwagi przykładem jest tendencja do synchronizacji cykli miesiączkowych u kobiet, które żyją razem (McClintock, 1971). Stern i McClintock niedawno wydedukowali obecność dwóch substancji, które mogą pośredniczyć w tej odpowiedzi, gdy wyciągi z wydzielin skóry są umieszczone na górnej wardze (Stern i McClintock, 1998). Tak więc, sygnały są najprawdopodobniej substancjami chemicznymi przenoszonymi drogą powietrzną. Tendencja do synchronizacji wynika albo ze skracania albo wydłużania cyklu przez wydzieliny produkowane w różnych fazach cyklu dawcy. Zaangażowane substancje nie są znane i chociaż efekt wydaje się być chemosensoryczny, nie ma dowodów na to, że jest to spowodowane womeronasalnym wejściem sensorycznym. Jacob i McClintock również niedawno zgłosiły ludzkiej reakcji behawioralnej na zapach; zmiany nastroju wywołane przez androstadienon i 1,3,5(10)16 estratetraen-3-ol (Jacob i McClintock, 2000). Są to substancje, które wywołują dymorfizm płciowy EVG i są spokrewnione z substancjami chemicznymi skóry uważanymi za ludzkie feromony. Jacob i McClintock donoszą o utrzymywaniu się bardziej pozytywnego nastroju u kobiet w obecności androstadienonu w okolicznościach, w których osoby z grupy kontrolnej wykazywały coraz bardziej negatywny nastrój. Odpowiedź nie może być przypisana do vomeronasal systemu, ponieważ bodźce zostały umieszczone na górnej wardze, nie ograniczone do VNO. Grosser et al. również zgłosić znacznie mniej negatywny nastrój u osób narażonych na androstadienone niż u osób z grupy kontrolnej (Grosser et al., 2000). W ich eksperymentach androstadienon był aplikowany bezpośrednio do VNO, co jest znacznie lepszym argumentem przemawiającym za pośrednictwem vomeronasal. Jednakże, podobnie jak w przypadku EVG, odpowiedzi wynikające ze stymulacji w rejonie VNO niekoniecznie są mediowane przez VSNs.

Czy którekolwiek z tych odkryć są dowodem na istnienie ludzkich feromonów, to już inna kwestia. Żaden z nich nie spełnia testu na komunikację feromonową proponowaną poniżej, tj. dowód, że komunikacja jest korzystna (w sensie ewolucyjnym) zarówno dla nadawcy, jak i odbiorcy. Osoby badane w tych badaniach nie miały świadomej percepcji stymulacji zapachowej, co może być cechą wejścia womeronasalnego, choć nie jest warunkiem sine qua non komunikacji feromonalnej. Sugestia, że wejście womeronasalne może być nieświadome (Lloyd-Thomas i Keverne, 1982) pochodzi częściowo z obserwacji połączeń systemu womeronasalnego w mózgu gryzoni. Istnieją bliskie połączenia z amygdala i układem limbicznym (Halpern, 1987; Meredith, 1991), siedzibą kontroli emocjonalnej, hormonalnej i autonomicznej, ale istnieją tylko pośrednie połączenia z korą mózgową, ogólnie uważaną za miejsce świadomości. Główny układ węchowy w ogóle ma dobre połączenia z korą mózgową, ale ma też połączenia z amygdalą. U chomików informacje feromonalne z głównego układu węchowego u zwierząt doświadczonych seksualnie wydają się być przekazywane do drogi womeronasalnej w migdale (Meredith, 1998). W tym przypadku informacja węchowa wydaje się być rezerwową dla pierwotnego systemu komunikacji womeronasalnej. Jednakże w przypadkach, gdy główna informacja węchowa jest jedyną ważną informacją o feromonach, nadal nie wiemy, czy informacja o głównych feromonach węchowych ma dostęp do kory mózgowej, czy też jest kierowana przez migdałek i podstawną część przodomózgowia. Tak więc komunikacja chemosensoryczna, która nie angażuje świadomości, jeśli mogłaby być udowodniona, nie jest diagnostyczna dla udziału vomeronasal. Chemosensoryczna odpowiedź w ludzkim mózgu bez świadomej percepcji stymulacji została zidentyfikowana przez fMRI przy użyciu innego steroidu „womeropherin”, octanu estra-1,3,5(10) tetraen-3-ylu, związanego z substancjami pozyskiwanymi z ludzkiej skóry (Sobel i in., 1999). Vomeronasal udział w tej odpowiedzi jest nieznany, ponieważ bodziec nie był ograniczony do organu.

Inne przykłady potencjalnej komunikacji chemosensorycznej są omówione przez Preti i Wysocki w kompleksowym przeglądzie (Preti i Wysocki, 1999). Dochodzą oni do wniosku, że komunikacja chemiczna ma miejsce i są skłonni nazwać chemiczne mediatory feromonami w niektórych przypadkach. Wnioski Preti i Wysockiego oparte są na konkretnych przykładach, ale podobne wnioski nie byłyby oburzające, jeśli chodzi o podstawowe zasady. Wewnątrzspecyficzna komunikacja chemiczna, z której część ma charakter womeronasalny, a część węchowy, jest powszechną cechą ssaków lądowych. Wyższe naczelne mają wysoko rozwinięte systemy wizualne i zredukowane systemy węchowe, ale nadal wykorzystują informacje węchowe. Wydaje się zaskakujące, że komunikacja węchowa/chemosensoryczna zostałaby utracona. Fakt, że komunikacja chemiczna nie wydaje się być silnym wyznacznikiem ludzkiego zachowania, nie jest dobrym logicznym argumentem za odrzuceniem funkcji womeronasalnej, co wydaje się być sugerowane przez Keverne’a (Keverne, 1999), bardziej niż za odrzuceniem funkcji węchowej. Wszelkiego rodzaju bodźce zmysłowe u ludzi, o ile nie sygnalizują bezpośredniego zagrożenia, są często podporządkowane czynnikom doświadczalnym i kulturowym. Wydaje się, że komunikacja chemiczna utrzymuje się pomimo jej pozornie niewielkiego wpływu. Stoddart zaproponował, że może istnieć ewolucyjna presja na utratę funkcji womeronasalnej u ludzi (Stoddart, 1991). Spekuluje on, że dla samców we wczesnych grupach hominidów ważne było, by nie być w stanie wykryć czasu owulacji u samic. Niezależnie od antropologicznych zalet tego argumentu, jest on logicznie okrężny w kontekście oceny funkcji VNO, ponieważ wychodzi z założenia, że nie ma ludzkiego VNO. Zakłada on również, że wykrywanie „feromonów” sygnalizujących stan reprodukcyjny byłoby funkcją womeronasalną.

Wśród gatunków, u których pewna komunikacja chemiczna może być przypisana do womeronasalnej drogi czuciowej, istnieje szereg przykładów, gdzie sygnały wydają się być nielotne i przekazywane przez bezpośredni kontakt między odbiorcą a źródłem bodźca (Meredith, 1983; Clancy i in., 1984). Nie ma jednak wymogu, aby chemoreceptory womeronasalne były stymulowane wyłącznie przez nielotne substancje chemiczne. Ani też wykazanie nielotnego sygnału chemicznego nie byłoby żadnym zapewnieniem, że system womeronasalny był zaangażowany.

Najgorsze/najgorsze przypadki: Nie można się niczego dowiedzieć o funkcji womeronasalnej, czy to u ludzi, czy u innych gatunków, z istnienia komunikacji chemicznej per se lub z jej cech, takich jak zaangażowanie lotnych versus nielotnych substancji chemicznych lub dostęp informacji do świadomości. Istnieją inne systemy sensoryczne, które mogłyby być involved.

Feromony

Co to jest feromon i czy jest to dobrze zdefiniowane, naukowo użyteczne pojęcie? Termin feromon został ukuty w celu opisania substancji chemicznej, która przenosi wiadomość o fizjologicznym lub behawioralnym stanie owada do członków jego własnego gatunku, powodując „specyficzną reakcję, na przykład określone zachowanie lub proces rozwojowy” (Karlson i Luscher, 1959). W oryginalnym opisie, a także w późniejszym, obszerniejszym przeglądzie przykładów (Karlson i Butenandt, 1959), jest jasne, że miała to być prawdziwa komunikacja, korzystna dla nadawcy i, w domyśle, dla odbiorcy. Karlson i Luscher stwierdzają: „organizm … tworzy dla siebie środki komunikacji … (Karlson i Luscher, 1959). Możemy być pewni, że autorzy nie mieli na myśli, że indywidualny organizm stworzył tę zdolność, ale że została ona ustanowiona i utrzymana przez dobór naturalny. Wymagałoby to, aby komunikacja przyczyniała się do ewolucyjnej „kondycji” zarówno nadawcy, jak i odbiorcy. Jeśli ten wymóg wzajemnej korzyści zostanie włączony jako wyraźna część definicji (Rutowski, 1981; Meredith, 1983), zastosowanie terminu staje się bardziej ograniczone, ale bardziej użyteczne naukowo. Wiele przykładów „specyficznej reakcji” na biologiczne substancje chemiczne jest zatem wyłączonych z kategorii „komunikacji feromonowej”. Wśród tych nieferomonowych reakcji znajduje się wewnątrzgatunkowe drapieżnictwo i obrona chemiczna, gdzie wyraźne korzyści odnosi albo tylko odbiorca, albo tylko nadawca. Komunikacja międzygatunkowa może być obustronnie korzystna, na przykład gdy informacja chemosensoryczna o chemikaliach obronnych przynosi korzyści odbiorcy, pozwalając na unikanie. Nevertheless, there seems to be some advantage to our communication in arbitrarily limiting the term pheromone to intra-specific communication.

Following Karlson and Luscher’s suggestion that responses could be behavioral or developmental, later authors have classified pheromone communications into two types: priming pheromones and releasing or signaling pheromones.

Priming feromony produkować zmiany stanu w odbiorniku, zwykle zmiany w wydzielaniu hormonów, które primes zwierzęcia do późniejszej odpowiedzi. Przykłady obejmują przyspieszenie dojrzewania u niedojrzałych samic myszy, które wprowadzają je w stan rozrodczy w obecności sygnałów chemicznych od dojrzałych samców (Vandenberg, 1983). W tym przypadku wzajemne korzyści są jasne, a dobry przypadek można zrobić dla wielu innych prymowania komunikacji feromonalnej w myszy. Wzajemne tłumienie rui u samic trzymanych w grupie („efekt Lee-Boota”) (van der Lee i Boot, 1955) pozwala zachować energię, którą normalnie wkłada się w cykl, gdy nie ma możliwości zajścia w ciążę. Tłumienie estrus występuje również u samic na czczo, gdzie zachowanie energii jest niezbędne (Wade i Schneider, 1992). W obecności bodźców ze strony samców, samice przebywające w grupie powracają do cyklu rujowego („efekt Whittena”) (Whitten, 1959), co jest reakcją korzystną dla obu stron. Tłumienie rozrodu u podporządkowanych samic, co może mieć miejsce u niektórych gatunków naczelnych (Barrett i in., 1993), może również wiązać się z zachowaniem wysiłku metabolicznego do czasu pojawienia się bardziej sprzyjających okoliczności. W przypadkach, gdy podporządkowane i dominujące samice są genetycznie spokrewnione, może nastąpić pewien wzrost inclusive fitness (inclusive fitness uwzględnia wkład osobnika w sukces reprodukcyjny spokrewnionych osobników, które noszą niektóre z tych samych genów).

Inna klasa feromonów, feromony uwalniające, były pierwotnie uważane za uwalniające stereotypowy wzorzec zachowania, który nie wymagał żadnych dalszych informacji do jego zakończenia. Koncepcja ta wydawała się niewłaściwa dla ssaków, gdzie odpowiedzi są często modyfikowane przez doświadczenie lub inne uwarunkowania, a odpowiedzi behawioralne są obecnie określane jako wywoływane przez feromony „sygnalizacyjne” (Bronson, 1971, 1976; Albone, 1984).

Preti i Wysocki zbadali doniesienia o ludzkiej komunikacji feromonowej. Doszli do wniosku, że istnieją dowody na priming feromonów u ludzi, w tym dane dotyczące zmian cyklu miesiączkowego (choć te ostatnie nie spełniają wyraźnie kryterium wzajemnych korzyści proponowanych tutaj) (Preti i Wysocki, 1999). Nie znaleźli solidnych dowodów na feromony sygnalizacyjne, ale zwracają uwagę, że na zachowanie ssaków, a zwłaszcza ludzi, wpływa wiele czynników. Nie należy oczekiwać natychmiastowej, niezmiennej reakcji na jakikolwiek bodziec. Tak więc, feromony sygnalizacyjne mogą przekazywać informacje, które zmieniają prawdopodobieństwo odpowiedzi osobnika, niekoniecznie wywołując natychmiastową obserwowalną reakcję. Być może nie musimy kategorycznie rozróżniać primingu i komunikacji sygnalizacyjnej: oba są zasadniczo informacyjne. Ponadto, jeśli skoncentrujemy się na komunikacji feromonowej, a nie na feromonowych substancjach chemicznych, unikniemy problemów definicyjnych związanych z substancjami chemicznymi, które mają różne znaczenia w różnych kontekstach lub dla różnych osobników, na przykład dojrzałe versus niedojrzałe lub męskie versus żeńskie. Fakt, że te same substancje chemiczne mogą być używane przez różne gatunki, w różnych kombinacjach lub różnych okolicznościach, również nie stanowi problemu.

Można argumentować (Beauchamp i in., 1976), że nie ma potrzeby tworzenia specjalnego terminu dla wzajemnie korzystnej komunikacji chemicznej, ale, jak podkreślają Karlson i Luscher (Karlson i Luscher, 1959), pewne rozróżnienie między komunikacją a przypadkowym wykorzystaniem informacji chemosensorycznej wydaje się użyteczne. Termin feromony nie zniknie tak długo, jak długo będzie budził fascynację opinii publicznej. Jego użycie w odniesieniu do klasy związków chemicznych, które przekazują informacje, wydaje się rozsądne, ale definicja jest ważna, jeśli termin ten ma być użyteczny w dyskursie naukowym. Zbyt sztywna definicja może sprawić, że jego zastosowanie do rzeczywistych sytuacji będzie tak ograniczone, że stanie się bezużyteczne. Wiemy, że nawet archetypowe feromony owadów nie są unikalnymi substancjami chemicznymi używanymi przez pojedyncze gatunki, jak zakłada się w niektórych definicjach. Podobnie, zbyt szeroka definicja dewaluuje termin i również czyni go bezużytecznym.

Istotą koncepcji jest to, że konkretna substancja chemiczna lub kompleks substancji chemicznych komunikuje znaczenie, a zatem musi być zidentyfikowany. Niespecjalistyczne funkcje systemów węchowych ssaków mogą polegać na prostym kojarzeniu kompleksu związków chemicznych z sytuacją zewnętrzną, co pozwala na późniejsze rozpoznawanie podobnych sytuacji. Poszczególne substancje chemiczne mogą być kojarzone z określonymi obiektami, ale może nie być konieczności identyfikacji tych substancji, a skojarzenia mogą być ponownie przypisane. Mechanizm ten jest mniej odpowiedni dla komunikacji, gdzie wiadomości mają specjalne znaczenia. Zaprogramowane znaczenie może być przypisane zapachom w innych kontekstach, zwłaszcza u bezkręgowców, gdzie osobniki mogą być przystosowane do znajdowania i konsumowania roślin żywicielskich za pomocą wyspecjalizowanych receptorów (Rostelien i in., 2000). Nie jest to komunikacja feromonowa, ponieważ nie przynosi obopólnych korzyści i nie jest wewnątrzspecyficzna. Komunikacja zapachowa między kwiatami a owadami zapylającymi jest wzajemnie korzystna, ale nie nazwałbym jej feromonalną, ponieważ występuje ona u różnych gatunków, nawet jeśli jej mechanizmy ewolucyjne mogą być podobne do tych, które utrzymują wewnątrzspecyficzną wzajemnie korzystną komunikację.

Kryterium wzajemnej korzyści dla komunikacji feromonowej nie wyklucza wyuczonych odpowiedzi, zwłaszcza typu imprinting, gdzie znaczenie jest przypisywane w pewnych szczególnych okolicznościach. Ono sugerować że znaczenie być nieskończenie reassignable; że ono być właśnie stowarzyszenie nawet jeśli tam być instancja dokąd arbitralny zapach móc substytuować dla preprogrammed bodziec. Na przykład, nowonarodzone króliki wystawione na działanie komercyjnych perfum w połączeniu z ich pierwszym karmieniem mogą użyć tego zapachu jako informacji do wywołania zachowania poszukiwania sutka, normalnie wywoływanego przez feromon sutkowy matki (Hudson, 1985). W tym przypadku chemiczny nie jest feromon chociaż odpowiedź normalnie wywołane przez feromonalnej komunikacji został powiązany z nim przez warunkowania. Reakcja na naturalny feromon nie wymaga warunkowania. The plastyczność ssak układ nerwowy w przypisywanie wejście/wyjście trasowanie rozszerza się normalnie stereotypowy związek tak jak te odpowiedź lub oko mrugać, che normalnie wywoływać powietrze puff ale móc warunkować ton.

The wzajemny korzyść kryterium dla feromon także wykluczać emocjonalny (nastrój) zmiana jako ważny odpowiedź, nawet jeśli te natychmiast wpływać jawny zachowanie. Wiemy, że u ludzi nastrój może wpływać na przyszłe zachowanie (znak przekazywania informacji), a wiarygodne uprzedzenia w zachowaniu mogą mieć konsekwencje ewolucyjne. Z drugiej strony, zmiana nastroju przy ekspozycji na substancję chemiczną pochodzenia ludzkiego (Grosser i in., 2000; Jacob i McClintock, 2000) nie definiuje feromonu w sposób wystarczający. Istnieje wiele biologicznych substancji chemicznych, które mogą wywoływać zmiany zachowania i nastroju. Niektóre z tych reakcji, takie jak unikanie i obrzydzenie do zapachów kału i ciała, mogą być uwarunkowane kulturowo. Pewna korzyść dla odbiorcy w unikaniu przenoszenia pasożytów może być związana z unikaniem zapachów kału, ale podobna korzyść w odniesieniu do ogólnych zapachów ciała jest mniej prawdopodobna, a korzyść dla nadawcy w obu przypadkach wydaje się wątpliwa, jeśli nie jest przekazywana żadna konkretna wiadomość.

Identyfikacja wzajemnej korzyści w danym przypadku nie zawsze jest łatwa, ale kryterium zapewnia ramy koncepcyjne dla zrozumienia ustanowienia komunikacji chemicznej. Jeśli nie ma komunikacji, wydaje się, że nie ma powodu, aby używać specjalnego terminu. Gdzie wzajemna korzyść nie wydaje się uzasadnione, komunikacja jest suspect.

Choć definicja feromonu, nie ma dowodów, że feromony są koniecznie wykrywane przez VNO. Kilka ostatnich przykładów u zwierząt z dobrze rozwiniętymi VNO czyni to jasnym. Reakcja nowonarodzonych królików na sutek matki (Hudson i Distel, 1986), o której była mowa powyżej, oraz stała reakcja otwartej samicy świni na feromon samca (Dorries i in., 1997) zależą od głównego systemu węchowego. Rozpoznawanie nowonarodzonych jagniąt przez owce również wydaje się być zależne od głównego układu węchowego (Levy i in., 1995), chociaż odnotowano również udział układu womeronasalnego (Booth i Katz, 2000). Tak więc, nawet jeśli autentyczna odpowiedź feromonowa miałaby być udokumentowana u ludzi, nie byłoby to dowodem na funkcjonalny VNO.

Ponadto, jeden z pierwszorzędnych przykładów głównych feromonów węchowych, zachowanie związane z wyszukiwaniem sutków u królików, nie wydaje się być wyuczone, chociaż ten sam wzór odpowiedzi może być uwarunkowany na dowolne zapachy. Rozpoznawanie przez owcę jej jagnięcia jest wyuczone w ciągu pierwszych kilku godzin po porodzie. Rozpoznanie sygnatury feromonowej partnera w bloku ciąży lub „efekt Bruce’a” u myszy również wydaje się być wyuczone, ale jest to proces vomeronasal. W obu tych przypadkach może być tak, że uczenie się polega na imprintingu określonej kombinacji z ograniczonego zestawu sygnałów. Niemniej jednak, nie możemy używać zaprogramowanej, nienauczonej natury odpowiedzi na sygnał chemiczny jako diagnostycznej dla vomeronasal involvement.

Najlepszy przypadek: Istnienie funkcjonalnego VNO u ludzi nie zostałoby wykluczone ani przez obecność lub brak komunikacji feromonowej u ludzi, ani, jeśli jest obecna, przez żadną z jej cech, takich jak wyuczone versus niewyuczone odpowiedzi.

Przypadek najgorszy: Funkcja womeronasalna nie jest konieczna do wyjaśnienia jakiegokolwiek aspektu komunikacji chemicznej u ludzi, ani nie jest konieczna do komunikacji feromonowej.

Opinia: Termin „feromon” jest użyteczny, jeśli jest zdefiniowany w kontekście wzajemnie korzystnej komunikacji feromonalnej. Komunikacja chemiczna występuje u ludzi. Czy jest to feromonalne w tym sensie pozostaje do ustalenia. Obecność lub brak feromonów i komunikacji feromonalnej jest niezależna od istnienia i/lub funkcjonalności ludzkiego VNO.

Podsumowanie: dowody na ludzką funkcję vomeronasal

Najlepszy przypadek: VNO jest niewielkim, ale nie bez znaczenia czynnikiem przyczyniającym się do ludzkiej komunikacji. Więcej pracy przez niezależne grupy jest potrzebne, aby potwierdzić zgłoszone elektryczne i hormonalne odpowiedzi. Ekspresja genu receptora typu vomeronasal u ludzi podnosi możliwość, że takie geny mogą leżeć u podstaw chemowrażliwości w regionie vomeronasal.

Przypadek najgorszy: VNO jest nieobecny lub jeśli jest obecny, nie jest chemowrażliwy ani niekoniecznie funkcjonalny w komunikacji. Dowody na chemowrażliwość są słabo udokumentowane i nie wszystkie zostały poddane skutecznej wzajemnej weryfikacji. Dowody na funkcję komunikacyjną mogą być artefaktyczne.

Opinia: EVG stanowi dowód na selektywną i wrażliwą odpowiedź na substancje chemiczne pochodzenia ludzkiego zlokalizowane w rejonie VNO. Systemowe odpowiedzi autonomiczne i zmiany emocjonalne wywołane przez stymulację w tym regionie sugerują pewną chemowrażliwość, nawet jeśli substrat anatomiczny jest trudny do wykazania i wydaje się mało prawdopodobne, aby był konwencjonalnym VSNs. Gdybyśmy nie mieli pozytywnych dowodów z EVG, reakcji autonomicznych i psychologicznych, rozsądny osąd naukowy przypisałby rolę wykrywania substancji chemicznych pochodzenia ludzkiego, które mogą być zaangażowane w komunikację chemiczną, głównemu układowi węchowemu. Jednakże ignorowanie dowodów na funkcję womeronasalną, ponieważ większość z nich jest obciążona bagażem handlowym, nie jest racjonalną reakcją naukową w przypadku braku dowodów na błąd, stronniczość lub oszustwo. Niezależne dochodzenie jest wymagane w celu przetestowania ustaleń i założeń oryginalnych raportów, z odpowiednimi kontrolami i pełnym opisem szczegółów eksperymentalnych. To nie może być zrobione na stronach tego lub jakiegokolwiek czasopisma. Wymaga to czasu laboratoryjnego.

Autor dziękuje redaktorowi Chemical Senses Robyn Hudson za zasugerowanie tematu i kolegom zbyt licznym, by ich wymienić, za stymulowanie dyskusji na ten temat. Ponadto, dziękuję dwóm anonimowym recenzentom Chemical Senses za pomocne sugestie dotyczące poprawy manuskryptu. This work was supported by a grant from the NIDCD (DC-00906).