Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу - Энн-Софи Барвич

и сохраняется в слуховой коре. Если мы заглянем в ваш мозг и обнаружим активацию специфических участков первичной слуховой коры, то узнаем, слышите вы звук с высокой или низкой частотой. Это пространственное распределение отражает не физический стимул как пространственный объект из окружающей среды, а элементы сигнала в нейронном пространстве.

РИС. 5.1. Картирование звуковых частот в слуховой коре. Показана пространственная организация базилярной мембраны. Входящие звуки разделяются по частоте от низких до высоких. Эта пространственная организация проецируется в первичную слуховую кору и там сохраняется. Источник: Lars Chittka and Axel Brockmann / Wikimedia Commons CC BY-SA 2.5.

Расположение источников звука в пространстве вокруг наблюдателя определяется несколькими способами, не напрямую через топографическое кодирование звукового спектра. Слуховая система использует разные приемы: кроме спектральных различий (которые отражаются в описанной выше топографии нейронов), локализация в пространстве выясняется расчетом разницы во времени прибытия и интенсивности стимула, достигающего двух ушей. Таким образом, слуховая система отличается от зрительной системы по механизмам кодирования и вычисления пространственных характеристик стимула. Восприятие боли – еще один пример для иллюстрации значительного различия между физическим и нейронным пространством. Восприятие боли – не дистальное чувство. Боль не имеет отношения к отдаленным предметам и их положению в пространстве. Боль, которую вы ощущаете, когда бьетесь коленом, ничего не говорит об угле стола, о который вы ударились. Тем не менее, боль воспринимается дискретным образом в феноменологическом пространстве вашего телесного опыта (боль в локте) через локализованную активность на уровне нейронов (одни области мозга возбуждаются, другие не реагируют). По отношению к телу и нейронам боль имеет пространственную локализацию. «Отчасти это аналогично ситуации, когда одно болевое ощущение в руке проявляется ближе к локтю, чем другое, – комментирует философ Крис Пикок из Колумбийского университета. – Испытываемые ощущения боли находятся между собой в пространственных отношениях, и действительно возможно, что одно из них ощущается ближе к локтю, чем другое». Однако такая пространственная характеристика не коррелирует с предметами из окружающей среды и их пространственными свойствами. «Признание этого факта полностью согласуется с восприятием боли как нерепрезентативного состояния»[268].

Пространственность[269] в восприятии (как телесная, так и удаленная) является моделируемой характеристикой. Для вычленения связи между признаками воспринимаемых образов и их нейронным отражением нужна модель, которая определяет, какие признаки кодируются и какой вклад они вносят в общий воспринимаемый образ. Моделируемое пространство регулируется поведением стимула по отношению к наблюдателю. Его построение зависит от предсказуемости стимула и эволюции сенсорной системы для облегчения важных для организма действий.

«У стимула как такового нет никаких пространственных свойств», – комментирует Стюарт Фаерштейн. Эпителий уничтожает пространственные свойства стимула, так «почему в его [нейронной] организации должно быть что-то пространственное? Это кажется чрезмерным упрощением, основанным, как обычно бывает, на работе зрительной или слуховой системы». Линда Бак разделяет точку зрения Фаерштейна о рассеивании стимула: «Обоняние устроено не так. Оно имеет распределенный характер».

Пространственность включена в восприятие запаха. Кодирование интенсивности запаха позволяет корректировать поведение в пространстве, но само пространство не кодируется, как в зрительной системе.

Вместо этого запах помогает ориентироваться, направляя общее, необонятельное моделирование внешнего пространства. Финджер делает вывод: «Таким образом, некая пространственная информация существует. Она просто не наносится на карту. Мне кажется, это больше похоже на внутреннее представление трехмерного мира. Вы просто накладываете какую-то информацию на ваше внутреннее представление о пространстве».

Следовательно, если мы хотим понять, как содержимое обонятельного восприятия отражается на уровне нейронов, нужно узнать, какие механизмы это делают. Запах – результат активности сенсорной системы. И мы наконец подходим к первым дверям в эту систему – к кодированию сигнала на уровне рецепторов.

Глава 6. Молекулы для восприятия

В воздухе за пределами нашего тела нас ждет множество химических веществ. Они обладают широчайшим диапазоном обонятельных признаков, поведенческих смыслов и чрезвычайно разнообразной молекулярной структурой. После того, как произошла фиксация носом, со всей информацией имеет дело мозг. Что при этом происходит? В отличие от цвета и звука, у запаха связь между его характеристиками и структурой стимула далеко не очевидна. Мы видели, что обонятельный стимул как таковой не объясняет запах. Так как же нос знает, что молекула цис-3-гексенола пахнет свежескошенной травой, а эфирная группа привносит фруктовые ноты? Как мозг решает, что он правильно интерпретирует эти химические признаки?

Ответы зависят от того, что, по нашему мнению, делают сенсорные системы при сканировании стимулов в поисках информации. Наше представление о восприятии основано на идее, что мозг эффективно осуществляет процесс экстраполяции, за счет которого сенсорные системы получают доступ к наблюдаемой природе вещей. Представление о восприятии как об экстраполяции соответствует предположению, что наши чувства фильтруют информацию из случайных и разнообразных сценариев для выявления устойчивых картин мира, закодированных в его физических характеристиках. В этом контексте представление на уровне нейронов – это отражение мозгом ранее встреченных, заученных картин для классификации текущей информации. В таком сценарии чувственное восприятие служит информационной воронкой, осуществляющей процесс отбора признаков в широчайшем мире случайностей и эффективно выделяющей значимые фрагменты. Но что такое «значимые фрагменты»? И как сенсорные системы их представляют?

Вот тут в случае обонятельной системы начинаются сложности. Все это не совсем понятно. Я не хочу сказать, что у нас нет данных. Напротив, на сегодняшний день нам известно невероятное множество подробностей о стимулах. Химики могут забросать вас информацией о структуре одорантов. Такие крупные компании, как Firmenich или Givaudan, собрали обширные базы данных с подробным описанием молекул для помощи в поиске новых синтетических вкусов и ароматов. Разница в один ангстрем[270] тут, дополнительный атом углерода там, и что насчет этой гидроксильной группы, которая передает электроны бензольному кольцу? Знание таких деталей настолько важно, что доступ к этим тщательно охраняемым частным базам данных закрыт.

Недостающее звено

Мы не понимаем в деталях, что обонятельная система делает со всеми этими свойствами и как мозг осмысляет их в виде запаха. И это удивительно, поскольку за последние три десятилетия мы многое узнали о биологических принципах обоняния (см. главу 2). Конечно, иногда вы встречаете комментарии о том, как мало мы знаем об обонянии (возможно, некоторые замечания в данной книге тоже вызывают подобное ощущение). Но если задуматься, сегодня мы знаем достаточно много. Просто мы осознали, как мало понимаем из того, что знаем. И дело не в том, что нам неизвестны основные элементы системы. Скорее, у нас больше структурных данных, чем мы можем осмыслить. Мы можем изучать специфические свойства молекул стимула