Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Представьте на минуту, что вы воспринимаете мир так, как это делает ваш мозг. Будучи мозгом, вы не можете идентифицировать запах иначе, чем через происходящее в носу. Все, что вы «видите» (более подходящего слова не найти) – это сигналы от рецепторов и активность нейронов на нескольких стадиях их обработки. Когда, как быстро и в каком порядке поступают сигналы, судя по всему, имеет большее значение, чем откуда они поступают. Это заставляет изменить точку зрения. Вместо того чтобы концентрироваться на запахах как неизменных матрицах, следует рассмотреть принципы работы нейронов, с помощью которых обонятельные сигналы расцениваются как запахи и разделяются на более или менее стандартные воспринимаемые образы. Как мы обсуждали в предыдущих главах, обработка обонятельных сигналов основана на оценке частоты встречаемости и новизны непредсказуемой и постоянно изменяющейся информации из нашего химического окружения. В этой главе мы поговорим о том, что для работы с запахами мозг должен выступать в роли некоего измерительного аппарата.

Что делает ваш мозг, когда предсказывает будущее? Он оценивает окружающее пространство во все стороны от вас. Например, как далеко или близко от вас какой-то предмет? Движется ли он, и если движется, то медленно или быстро? Меняются ли со временем его свойства, или он остается сравнительно стабильным? Опасен он или нет? И так далее. Это не свойства самого объекта или среды как таковых. Скорее это суждения о воздействии на воспринимающий организм (см. главы 3–5). Так механизмы кодирования смесей запахов требуют гибкой интеграции и классификации нерегулярных сигналов в различном поведенческом контексте.

Эта идея несовместима с представлением о стереотипной топографической карте, на которой смысл запаха отображен в виде фиксированной картины активации нейронов. Активность нейронов, кодирующая смеси ароматов, запускается поведением рецепторов и не позволяет получить четкую карту, связывающую стимул и ответ. Обонятельные стимулы нельзя зафиксировать на аддитивной шкале, поскольку их кодирование и вычисление не аддитивные – ни в луковице, ни тем более в обонятельной коре.

Альтернативная гипотеза гласит, что обонятельные сигналы отражают изменение сигналов в окружающей среде по отношению к ожидаемым, полученным «сверху». Будучи соотношением (мы уже говорили об этом в главе 6), запахи являются интерпретацией сочетаний и величин сигналов.

Для измерения окружающего пространства мозгу нужен способ структуризации и калибровки входящих сигналов. Для этого есть несколько механизмов на разных этапах обработки сигнала. Мы видели, что на периферии выборочная адаптация служит для калибровки системы, чтобы оценивать изменения в химическом окружении для некоторого фона. На уровне мозга для измерительной активности не нужна пространственная карта, хотя она может формироваться и использоваться в определенных целях или в определенные моменты. Мы видим, что в обонятельной системе информация, содержащаяся в стимуле, сначала распадается на несколько фрагментов, которые затем комбинируются и сравниваются между собой для создания общего сенсорного образа. Теперь мы более подробно рассмотрим механизмы обработки сигналов в центральной нервной системе, которые осуществляют структурирование и управляют этим распределением, а также интегрируют обонятельные сигналы в ходе различных параллельных процессов.

Кодирование запахов происходит в динамическом формате. Обонятельная система может приписывать разные значения одному и тому же стимулу. Вслед за Фриманом нейробиолог Жиль Лоран из Института Макса Планка во Франкфурте считает, что это важнейший элемент, который нужно учитывать при моделировании кодирования запахов, и приводит доказательства в пользу сетевых моделей вместо дискретных хемотопических представлений. Для кодирования многомерных сигналов в изменяющихся условиях принятия решений система использует два основных процесса: формирование обширного кодирующего пространства и широкое распределение нейронных сигналов[345].