嗅覚の仕組み

五感のなかで、嗅覚はもっとも古い。進化史のうえで視覚や聴覚を数億年さかのぼる。嗅覚系は、それ以前の感覚装置を洗練させたものではない——それこそが元々の感覚装置であり、他のどの感覚が発達するよりも前に、脊椎動物の神経系がその周りに組み上げられたものだ。この歴史は解剖に見てとれる。嗅覚は、他のあらゆる感覚とは根本的に異なるかたちで脳に配線されており、その違いが、嗅覚の働きについて奇妙に思えるほとんどすべてを説明する——解剖とは無関係に見えることまで含めて。たとえば、なぜ特定の匂いは三十年前の記憶を一秒とかからず解き放つのに、同じ出来事の写真を見ても知的な再構成しか引き出せないのか。

末梢の装置

匂いの検出は嗅上皮から始まる——鼻腔の天井にある、およそ五平方センチメートルの特殊化した組織の小さな一片だ。薄い粘液層に覆われ、およそ六百万個の嗅覚受容ニューロン（ORN）が詰まっている。その一つひとつが特殊化した感覚細胞で、樹状突起を粘液のなかへ伸ばし、その先端に八本から二十本の繊毛をもつ。実際の検出が起きるのは、この繊毛だ。

匂い分子——空気中を漂う、揮発性の、たいていは有機の分子——は粘液層に溶け込み、繊毛の膜に埋め込まれた受容体タンパク質に結合する。これらのタンパク質はGタンパク質共役型受容体（GPCR）であり、他の多くの感覚シグナルやホルモンシグナルを仲介するのと同じ大きな一族に属する。結合は古典的なGPCRカスケードを引き起こす。受容体がGタンパク質（Golfと呼ばれる）を活性化し、それがアデニル酸シクラーゼを活性化し、環状AMPが産生され、膜のイオンチャネルが開き、カルシウムイオンが流入し、ニューロンが脱分極して、軸索を伝って脳へ向かう活動電位が生じる。

ORNにはもう一つ変わったところがある。むき出しのニューロンなのだ。目や耳のニューロンが非神経組織の層に守られているのに対し、嗅覚受容ニューロンは環境と直に接している。摩耗し、死に、置き換えられる——生涯にわたって絶え間なく、おおよそ三十日から六十日の入れ替わり周期で。これが嗅覚を、身体のなかでもっとも神経可塑性の高い系の一つにしている。末梢のセンサー配列が、たえず自分自身を作り直しているのだ。同時にそれは脆さでもある。嗅上皮を傷つけるものは何であれ嗅覚を乱しうる。ウイルス感染（COVID-19を含む）が嗅覚脱失を起こしうるのはそのためだ。

組み合わせコード

ヒトゲノムはおよそ八百の嗅覚受容体遺伝子配列をコードしている。そのうち機能しているのはおよそ四百で、残りは偽遺伝子、つまり嗅覚により強く依存していた祖先ではおそらくずっと大きかった受容体レパートリーの、不活性な名残だ。マウスは機能するOR遺伝子をおよそ千もつ。イヌもおよそ千で、これが彼らの並外れた感度の一因になっている。

数万種の匂いを嗅ぎ分ける動物にしては、四百の受容体は心もとない仕組みに聞こえる。解像度は組み合わせコードから生まれる。

匂い分子は単一の受容体に結合するのではない。複数の受容体に同時に、それぞれ異なる親和性で結合する——あるものには弱く、あるものにはより強く。受容体の側も複数の匂い分子に、やはり異なる親和性で応答する。匂いの知覚は、どの受容体が発火したかにコードされているのではない。受容体配列全体にわたる活性化のパターンにコードされている。単音ではなく和音だと考えればいい。嗅覚の「和音」の一つひとつが、どの受容体がどれだけの強さで活動しているかという特定のパターンであり、このパターンこそが匂いの分子的な正体だ。四百の受容体が生む組み合わせパターンは、理論上は膨大な知覚の空間をコードできる——識別可能な匂いの数は数千億にのぼるという推定もあるが、通常の条件下での実際の上限はもっと低い。

重要なのは、たった一つの受容体遺伝子の変異が、特定の匂いの知覚を大きく変えうることだ。PNASに発表された研究は、単一のORの機能的な変異が、試験された六十八の匂いのうち13%で知覚を変えたことを見いだしている——もっと冗長性があると予想されていた。つまり、個々の受容体変異は互いの単なる予備コピーではないということだ。固有の仕事をしているものがあり、それを失えば嗅ぐものが変わる。

嗅球

嗅覚受容ニューロンの軸索は篩板——前頭葉の底にある、孔だらけの頭蓋骨の一区画——を直に貫き、嗅球でシナプスを作る。嗅球は鼻腔の上、脳の下面に位置する小さな構造だ。ここが最初の処理拠点になる。

嗅球は糸球体と呼ばれる構造に組織化されている。同じ種類の受容体を発現するORNがすべて収束する、球状のシナプスの塊だ。それぞれの糸球体は、そのニューロンが嗅上皮のどこに位置していようと関係なく、特定の一種類の受容体を発現する数千のニューロンから入力を受ける。上皮は分散しており、嗅球は組織化されている。糸球体のマップは、分散した受容体配列を、構造化された活動の空間パターンへと変換する——大まかに言えば、その匂いの化学的空間の地図だ。

嗅球の抑制性介在ニューロンは側方抑制を行い、隣接する活動を抑えてパターンを研ぎ澄ます。出力は——僧帽細胞と房飾細胞から——受容体の活性化パターンを表す洗練されたシグナルであり、より高次の処理へ渡される準備が整っている。

唯一の神経経路

ここから、この構造は奇妙になる。

他のすべての感覚——視覚、聴覚、触覚、味覚——は、皮質に届く前に信号を視床を経由させる。視床は脳の中央中継所だ。感覚情報を受け取り、処理し、意識的な知覚のために適切な皮質領域へ配る。この中継は一段階を加えるが、同時に重要なものも加える。信号が情動と記憶の中枢に届く前の、ある程度の皮質的な濾過とトップダウンの調節だ。

嗅覚は視床を完全に迂回する。

嗅覚は、視床の中継を迂回し、情動処理の際に活動することが多いとされる領域（扁桃体）、長期記憶の形成を担う領域（海馬）、そして高次の認知的推論と評価を担う領域（眼窩前頭皮質）に一次的なアクセスをもつ、唯一の感覚である。

嗅球は梨状皮質（匂いの質の知覚を扱う一次嗅覚皮質）へ直接投射し、同時に扁桃体へ、そして海馬の記憶系への入り口である嗅内皮質へも投射する。これらの投射は直接の解剖学的接続であり、視床中継を通る経路ではない。匂いは、理性の脳に届く前に、情動と記憶の脳に届く。

これは比喩ではない。測定可能な解剖学的事実であり、測定可能な機能的帰結をもつ。嗅覚情報は、他の感覚系とは違って、視床にいったん立ち寄る必要なく、嗅神経を通って大脳辺縁系へ直行できる。この信号は、他のあらゆる感覚が受ける皮質的な濾過の段階を飛ばしている。匂いへの情動的な反応が意識的な同定に先立ちうるのは、そのためだ——何を嗅いでいるのか分かる前に、何かを感じている。

プルースト効果

この構造の帰結がもっともよく見えるのは、嗅覚と記憶の関係においてだ。それは、記憶と他のどの感覚との関係とも質的に異なっている。

マルセル・プルーストは『スワン家のほうへ』の冒頭でそれを正確に描いた。紅茶に浸したマドレーヌの匂いが、どれだけ意識的に思い出そうとしても出てこなかった子供時代の記憶を、語り手のなかに溢れさせる。その記憶は不随意で、鮮明で、情動を帯び、刺激に対して不釣り合いなほど大きい。この現象——いまではプルースト効果と呼ばれる——を研究してきた神経科学者たちは、それが実在し、嗅覚に固有のものであることを確かめている。匂いによって喚起される自伝的記憶は、他のどの感覚モダリティが喚起する記憶よりも、より情動的で、より鮮明で、より古く、他の手段ではめったに想起されないものだと評価される傾向がある。

その仕組みは解剖からそのまま導かれる。嗅球から直接入力を受ける扁桃体は、記憶に情動のタグを付ける脳構造だ——どの経験が情動的な強度とともに符号化され、それゆえ後により容易に想起されるかを決める。同じく嗅覚経路と直接つながる海馬は、エピソード記憶の形成を担う。ある匂いが情動的に重要な文脈で初めて出会われたとき、扁桃体と嗅球の接続が、それが強い情動の重みとともに符号化されることを保証する。後になって同じ匂いに出会うと、同じ解剖学的経路が発火し、理性的な処理が始まりもしないうちに、情動記憶とエピソード記憶の系に直接届く。

もう一つ書き留めておくべき性質がある。嗅覚の記憶は、特定のかたちで干渉から守られているように見えるのだ。言語による想起は、思い出すたびにその記憶を少しずつ変えてしまう傾向がある。匂いに引き出された記憶は、おそらく言語的な皮質系を迂回するために、異常なほどの忠実さで想起されるように見える。概念的な痕跡から記憶を再構成しているのではない。匂いが、もとの経験のときに敷かれた連合の経路を直接に賦活しているのだ。

調香にとって、この帰結は些細ではない。ある香りが何かを感じさせる——くつろぐ、自信が湧く、懐かしい、安心する、官能をかき立てられる——と誰かが言うとき、それは詩的な言い回しではない。脳のなかでもっとも情動に直結した感覚経路を介した、大脳辺縁系の直接的な賦活の記述である。

遺伝子の鼻——受容体レベルの個人差

どの人間の鼻も、単なる感度の違いをはるかに超えたところで遺伝的に固有だ。

嗅覚受容体遺伝子ファミリーは、ヒトゲノムのなかでもっとも変異に富むものの一つである。個人はそれぞれ固有の遺伝的変異のセットをもち、それが嗅覚知覚の違いを生む。平均して、二人の人間は自分たちの匂い受容体対立遺伝子の30%以上で機能的な違いをもっている。これは目の色が少し違うようなものではない——感覚のオーケストラに違う楽器が並んでいるようなものだ。同じ化合物を嗅いでいる二人は、実質的に異なる受容体配列を活性化し、したがって実質的に異なる組み合わせパターンを符号化しているかもしれない。深い意味では、同じものを嗅いではいないのかもしれない。

特異的無嗅覚がこれを具体的にする。よく研究された例がandrostenoneだ。ヒトの汗とトリュフに含まれるステロイド化合物で、およそ30〜40%の人には知覚できない。嗅ぎ取れる人のなかでも、心地よくほのかにムスク的だと感じる者もいれば、鋭く尿を思わせると感じる者もいる。この違いは嗅覚受容体OR7D4の特定の変異と相関する。同じ分子、質的に異なる三つの経験——一つではない。androstenoneを含む素材（トリュフ、ある種のムスク、熟成チーズ、腋窩）についての評価が個人によってこれほど大きく振れる理由が、ここにある。

似たような特異的無嗅覚は、isovaleric acid（汗とチーズを思わせる化合物）や、青々とした草の分子cis-3-hexen-1-ol、そして他にも何十という化合物について存在する。糖尿病性ケトアシドーシスのacetoneを嗅げない人は多い——本シリーズの疾患についての記事で論じたとおり、臨床的に意味のある事実だ。解剖学的にはまったく正常でありながら、広く嗅覚が低下している（多くの匂いに対して感度が落ちている）人もいる。その説明は、その人がもつ機能的なOR遺伝子の固有の組み合わせにある。

実際的な含意は、嗅覚の感度が単一の形質ではないということだ。それは匂いの空間全体にわたって変動する、受容体ごとのプロファイルである。ある種の化合物には研ぎ澄まされた感度をもちながら、別の種類には機能的に無嗅覚でありうる。同じ香水を二人がまったく同じように辿ることがないのは、このためだ。

訓練と熟達——皮質の次元

熟練した調香師やソムリエ、茶師が感覚的な意味で違う嗅ぎ方をしているのか——彼らの末梢装置がより敏感なのか——という問いは興味深く、その答えはおおむね否だ。訓練を積んだ調香師の受容体の顔ぶれは、素人のそれと実質的に変わらない。訓練が変えるのは、受容体が送ってくるものを脳がどう処理するかである。

嗅覚の訓練ではいくつかのことが起きる。もっとも重要なのは語彙の獲得だ。特定の質に対する言葉をもてば、それを正確に符号化し、取り出せるようになる。語彙をもたずに嗅覚刺激を同定しようとする素人の被験者は、その刺激に対してラベル——たとえ恣意的なものであっても——を与えられた被験者よりも有意に成績が悪い。言語は知覚を組織化する足場なのだ。構造化された語彙で訓練された調香師（これはシトラス、これは「ウッディ・アーシー」の特定の質、これがクミンとコリアンダーシードの違い）が複雑な混合物をより正確に解きほぐせるのは、より豊かな入力を受け取っているからではなく、それを処理するための符号化の構造をもっているからだ。

語彙を超えて、訓練は嗅覚処理への認知資源の配分を変える。素人における嗅覚は、大半が前注意的なレベルで処理されている——匂いは登録され、反応を引き起こすが、意図的な分析的注意を向けられることはめったにない。訓練された評価者は、嗅覚のチャンネルに焦点を絞った注意を割り当てることを学び、それが皮質の関与を高め、複雑な混合物のより分析的な分解を可能にする。眼窩前頭皮質——より高次の嗅覚認知を扱う領域——の活動は、熟達とともに増大する。

第三の要因は記憶の拡張だ。嗅覚の専門家は、嗅覚の参照記憶の膨大な図書館を蓄えている。見慣れない組成に出会ったとき、彼らはそれを、素人がまったくもたない既知の素材と組み合わせのカタログに照らし合わせている。これは感度の話ではない。蓄えられた経験から築かれたパターン認識の話だ。

とはいえ、末梢の鼻が熟達と無関係だということではない。Joy Milneの「スーパー・スメラー」の能力には、本当に受容体感度の要素があるのかもしれない。しかし、プロの調香師が実践する種類の細かな識別——似た二つのローズ・アブソリュートを見分ける、組成のなかのオフノートを特定する、十種類の香水を横断してサフランのシグネチャーを追う——にとって、決定的な資源は皮質であって末梢ではない。

文化的な条件づけ——心地よい匂いは学習される

嗅覚についてもっとも根強い誤解は、快と不快が分子に内在する性質だというものだ。ほとんどまったくそうではない。よい匂いとは、よい文脈と結びつけられてきたものであり、悪い匂いとは、悪い文脈と結びつけられてきたものだ。

もっとも明快な証拠は異文化研究から来る。indole——L'Interditと白い花の文脈で本シリーズが繰り返し論じてきた分子——は、それを体臭の文脈で出会ってきた鼻にはアニマリックで暗く匂い、indoleの主な文脈が花である鼻には、花のように、魅力的に匂う。どちらの反応も「正しい」わけではない。どちらも学習された連合だ。

硫黄化合物を高濃度に含むドリアンは、東南アジアでは深く愛されており、西洋の初対面のほとんどには腐った下水と評される。違いは匂いではない。最初の曝露の文化的文脈だ。butyric acidはオルソネーザルには（外から知覚すれば）腐ったバターのように匂い、レトロネーザルには（食べているあいだに口の奥から知覚すれば）熟成チーズの旨みのある深みに寄与する。分子は同じだ。感情価を決めるのは文脈である。

「後天的な好み」が成り立つのはこのためだ。肯定的な文脈での反復した曝露によって、脳は当初は忌避的だった刺激を、中立あるいは魅力的なものとして符号化し直す。ウイスキー、コーヒー、ワイン、癖の強いチーズ——どれも大半の人には最初は忌避的で、どれも肯定的な文脈での反復した曝露を通じて快楽になる。

調香師や愛好家にとって、これは制約ではなく解放だ。楽しみうるものの空間は、内在的に心地よい分子の固定された集合によってではなく、曝露と連合によってのみ境界づけられているということだからだ。「難しい」素材——civet、castoreum、高濃度のindole、アニマリックな閾のきわにあるクミン——は、知識と意図的な曝露を通じて最初の出会いの文脈が整えられれば、興味深いものに、美しくさえなる。

レトロネーザルの次元

見過ごされがちな、嗅覚の最後の構造的性質。私たちが「味」と呼んでいるものは、その大半が匂いだ。

舌の味蕾が検出するのは五つの質——甘味、酸味、塩味、苦味、うま味——だけだ。それ以外、コーヒーの、イチゴの、シナモンの、ワインの「味」として経験しているものはすべて嗅覚である。正確にはレトロネーザル嗅覚だ。口のなかの食べ物から出た匂い分子が上咽頭を通って後ろから嗅上皮に届く。嗅球はこのレトロネーザルの信号を、オルソネーザルの匂いとは違うふうに処理するが（同じ分子でも、違う方向から来れば部分的に別の知覚として処理される）、受容体の層は同じだ。

風邪で鼻が詰まると食べ物の面白さがほとんど失われるのは、このためだ。五つの基本味は完全に働いているのに、嗅覚の成分——知覚される風味の複雑さの80〜90%——が失われている。コーヒーは苦い液体になる。ワインは酸っぱくなる。イチゴは甘くなる。味蕾は骨格の輪郭を与え、それ以外のほとんどすべては嗅覚が与えている。

調香を理解するうえでの含意は、嗅覚受容ニューロンの働き、組み合わせコードの機能、大脳辺縁系による匂いの処理について論じてきたことのすべてが、人々が風味として経験するものにも等しく当てはまるということだ。シェフと調香師は、同じ生物学的基盤の上で仕事をしている。美学の領域は違う。感覚の装置はおおむね共有されている。

嗅覚は古い。深いところに配線されている。記憶と恐れと欲望を扱う脳の部分に、理性の皮質へ許可を求めて立ち止まることなく、直接語りかける。人ごとに遺伝的に固有で、文化ごとに文化的に形づくられ、検出されるものを根本的には変えないまま知覚されうるものを広げるかたちで訓練できる。それは言語をもっとも強く拒む感覚でもある——私たちは匂いをいつも、類比によって、物への参照によって、それが生む情動によって記述する。色についてしたようには、嗅覚の質のための専用の語彙をついに作らなかったからだ。それを処理する大脳辺縁系は、言葉で話さない。

認知を迂回してもっと直接的な何かに届きたいなら、これはその上に芸術を築くべき正しい感覚だ。調香は、神経科学がそれを確かめるより前に、このことを理解していた。