Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

По мнению Шеферда, решение в вычислительных механизмах, лежащих в основе восприятия запахов. Возможно, эти процессы не отличаются в корне от того, что происходит в зрительной системе, но используют наименее изученный механизм визуального кодирования, который отвечает за распознавание лиц. «Я думаю, что новая технология распознавания лиц имеет большое значение для точной количественной характеристики нестандартной схемы активации обонятельных клубочков – это еще один пример того, какие преимущества обоняние может получить от основных направлений науки и технологии».

Лица, как и запахи, не описываются простыми признаками, такими как форма или группы форм (иначе все мы были бы художниками). В лицах завораживает то, что мы выделяем их по индивидуальным признакам на фоне общей картины. Идея Шеферда интересна в связи с важнейшей особенностью распознавания запахов – ее индивидуальным подходом, особенно с учетом контекста. Шеферд убежден, что аналогия с распознаванием лиц поможет понять активность луковицы: «Такое предположение станет реальным с новой технологией распознавания лиц или чего-то подобного, когда они будут применены для распознавания картины активности клубочков». Возможно, вычислительная аналогия Шеферда окажется верной и без сохранения концепции топографии.

Непредсказуемость действия стимулов, в том числе нестандартность химической топологии при распознавании запахов, не означает, что не существует закономерностей, которые можно моделировать. Это просто указывает на необходимость другого подхода к созданию модели. Нам нужно заново обдумать, что именно система вычисляет и отображает.

Особенность функционирования обонятельной системы «в природе» – непредсказуемость химических стимулов из окружающей среды и их взаимодействия с сенсорной системой. Томас Клеланд из департамента психологии в Корнеллском университете предположил, что луковица отображает не классы химических веществ, а химическую среду. Точнее, луковица отслеживает статистику изменений запахов в окружающей среде[337]. Возможно, активность луковицы соответствует статистике химического окружения.

Такая функциональная топология требует достаточной гибкости и пластичности сигнальной системы, а не анатомической близости (как в зрении). В частности, необходима оптимальная настройка для передачи изменчивости и частоты входных сигналов. Эта настройка основана на двух важнейших элементах обонятельной системы – генетике рецепторов и ингибировании.

Генетика рецепторов играет критическую роль в статистическом отслеживании изменений химического окружения за счет настройки диапазона рецепторов (вспомните, что она определяет сродство лигандов к рецепторам). Это может объяснять перекрывание картин активности при действии специфических одорантов. Пространственная организация луковицы отражает не топологию стимулов, а приблизительный диапазон настройки.

Ингибирование в микросетях луковицы в этом контексте служит для усиления контраста и разделения сходных стимулов. Локальная обработка обонятельных сигналов в микросетях вставочных нейронов не просто координирует и уточняет пространственные картины. Важно, что она индуцирует формирование временной картины, определяющей специфические обонятельные сигналы, и способствует их дальнейшему разделению, особенно по сравнению с запахами со схожими химическими признаками или с другими стимулами с перекрывающейся картиной активации. Поэтому в главе 8 мы поговорим о том, как принципы временного кодирования определяют распознавание и классификацию запахов.

На основании системного теоретического подхода мы теперь можем заключить, что отображение запахов на уровне нейронов определяется не химической топологией, а классами химических соединений из окружающего пространства. Терри Экри едко заметил: «Мозг – не немецкий химик!» (на что Шеферд мгновенно отреагировал: «Но мозг немецкого химика – да»). Картина на уровне нейронов отображает взаимодействие организма с внешним окружением. И указывает на необходимость моделирования этого окружения в тех условиях, в которых находится система. В результате, учитывая центральную роль рецепторов в функционировании системы, о которой мы говорили в этой главе, далее нам следует обратиться к вопросам обработки сигнала в центральной нервной системе: как мозг учится отслеживать и запоминать внешние закономерности в поведении стимулов?

Глава 8. Измеряем запахи не по карте