Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Активность на входе в грушевидную кору распределенная и рассеянная; она зависит от конкретного индивидуума и от временных факторов. Воссхолл комментирует: «Мне нравится идея, что грушевидная кора представляет собой такую читающую, пишущую и исправляющую логическую машину, которая отображает информацию, не имеющую фиксированной локализации или идентичности. Я не знаю, как это прочесть, и я не думаю, что кто-нибудь знает. Но мне это кажется важным… Самое ужасное, что у нас есть четыреста клубочков и есть некая геометрическая структура, в которой четыреста клубочков укладываются на карту грушевидной коры, формируя спираль или куб, но это не решает проблему восприятия. У нас нет достаточной информации о коде, чтобы оперировать картинками».

Такая случайность функциональна. Информация разбивается на множество фрагментов, которые сравниваются и группируются в результате различных превращений. Именно так обонятельная система способствует удивительной гибкости поведения в ответ на стимулы с разным смыслом в разных природных сочетаниях. Для осмысления происходящего «Энигма» использует два механизма: нисходящие сигналы, определяющие ожидание, и временное кодирование, структурирующее отношения входных данных.

Карта исходящих сигналов

Может быть, пришло время для обратного проектирования. Цзоу Донцзин предложил анализировать в этом контексте картины исходящих, а не поступающих сигналов. «Меня интересует выход из грушевидной коры. Вероятно, он не так дезорганизован, как мы думали. Здесь может быть некая организация, например, какой-то новый тип конвергенции».

В 2014 году Стюарт Фаерштейн и Фред Чен изучали грушевидную кору, повернув проблему обратной стороной[353]. Вместо того, чтобы задаваться вопросом, что сообщает сигнал (то есть исследовать его эфферентные связи), они смотрели, откуда он идет (афферентные связи). В частности, они следили за проекциями из двух доменов орбитофронтальной коры высшего порядка (агранулярного островка и латеральной орбитофронтальной коры) обратно в грушевидную кору. Им повезло. Исследователи из лаборатории Фаерштейна обнаружили две различимые популяции нейронов с почти неперекрывающейся топографической организацией. Это указывает на наличие нисходящей организации: сигналы в грушевидной коре регулируются за счет системы обратной связи с высшими отделами коры головного мозга.

Цзоу объясняет: «Это вставочные клетки, но их отростки идут в разные отделы. Мы начинаем предполагать, что существует некий уровень переорганизации для сигналов, выходящих из грушевидной коры». Однако это предварительные результаты. «Проблема в том, что грушевидная кора огромна. Есть много других участков, в которые она направляет сигналы. Пока это не изучено досконально».

Тем или иным образом нисходящие эффекты определяют интеграцию обонятельных сигналов; сигналы в грушевидной коре структурируются на выходе. Эти идеи подтвердились в 2017 году в лаборатории Александра Флейшмана при анализе нейронных подсетей и временных картин активации в грушевидной коре[354]. Это тоже еще не окончательные данные, но они уже направляют нас к новой модели.

Ключ в межнейронных связях. Плотная ассоциативная сеть в грушевидной коре способствует широкому распределению и мгновенной интеграции обонятельных сигналов в соседние процессы. Значение обонятельного сигнала в меньшей степени зависит от его организации на входе и больше от его участия в параллельных процессах. Мы видим, что представление сигнала на уровне нейронов в сердце обонятельной коры, где в каждый момент времени происходят бесчисленные комбинации, соединения и перекрестные активации, на самом деле является процессом. Грушевидная кора обеспечивает гибкость сигнальной активности, информируемой активностью нисходящих связей. Главная задача мозга в отсутствие четкого пространственного порядка – в расчете наличия, силы, конкуренции и последовательности сигналов. Нисходящие процессы определяют интеграцию сигналов и связывают категоризацию запахов с опытом, ожиданием и эффектами в перекрестных модальностях.

Это половина истории того, как мозг производит измерения окружающего пространства путем отбора информации и определения приоритетов. Вторая половина относится к регуляции входных сигналов. Порядок появления – временная последовательность нейронных картин – определяет конкуренцию входных сигналов и их интеграцию с другими сигналами для оценки с точки зрения особенностей, известности или новизны. Временное кодирование обонятельных сигналов осуществляется с помощью двух механизмов – очередности кодирования на уровне рецепторов и популяционного кодирования на уровне нейронов.

Очередность кодирования