Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Еще одна проблема «Атласа» Дравнека – в недостатке методологии его психофизики. Дравнек подбирал описания самостоятельно. В компьютерных исследованиях, отражавших семантику «пространства признаков запаха» через словесные описания Дравнека, не было практических экспериментов по психофизике человека. Иными словами, они отражали пространство признаков запаха «по Дравнеку». Компьютерные методы исследований связи структуры вещества и его запаха имели те же недостатки, что и старые методы: они убирали биологию системы в черный ящик. А если бы в них были реальные психофизические данные?

Именно это было показано в статье Андреаса Келлера, Лесли Воссхолл и Пабло Мейера, опубликованной в 2017 году в журнале Science[271]. Статья примечательна по нескольким причинам. Во-первых, в ней использовались новые конкретные психофизические данные о реакции людей на запахи, взятые из обширного исследования, опубликованного в 2016 году (также Келлером и Воссхолл)[272]. Во-вторых, это был значительный массив данных. Ценность данных по обонянию человека нельзя переоценить. Келлер и Воссхолл работали с 49 участниками, которые понюхали и описали не менее 476 молекул (с помощью 19 семантических идентификаторов и рейтингов интенсивности и приятности). Келлер и Воссхолл проверили большой набор одорантов на необычно большом количестве участников (для такой слабо финансируемой области, какой является обоняние). «Это была удивительно скучная работа, – смеется Келлер. – Вы даете людям вещество и спрашиваете, чем оно пахнет. Трудно придумать что-нибудь менее интересное. Описательная наука в чистейшем виде. Но это было нужно. Так что мы сорвали яблоко и попробовали его».

В-третьих, статья замечательна по той причине, что отражает такой современный подход к научному сотрудничеству, как краудсорсинг[273]. В работе, опубликованной в Science в 2017 году, психофизические данные 2016 года были обработаны с помощью алгоритмов машинного обучения для выявления связи между структурой и запахом. Эксперимент строился следующим образом. Сначала подбирали добровольцев в рамках программы DREAM Challenges (открытая интернет-платформа для исследователей с описанием научной проблемы, в которой могут принять участие все желающие). Задача была достаточно понятной: найти алгоритм, описывающий два набора данных – список химических параметров молекул и результаты психофизического исследования 2016 года. Затем участникам выдали некоторое количество данных, на которых они могли проверить и настроить свои алгоритмы до представления окончательной версии. Келлер смеется: «В этом и заключалась задача: я составил набор данных, мы разделили их на две части и половину предоставили участникам. И спрашивали: если одно вещество пахнет так, предскажите, как будет пахнуть другое». Результаты, полученные с помощью двух лучших алгоритмов, были опубликованы, но сами алгоритмы – нет.

Победителями стали биоинформатик Юйфэн Чжан, который также выиграл несколько конкурсов по подбору алгоритмов для описания наборов данных из самых разных областей, и Рик Геркин, о котором мы уже упоминали. Следует подчеркнуть, что статья Келлера от 2017 года – до сих пор самый удачный пример использования больших массивов данных в области обоняния; она служит отправной точкой для аналогичных проектов в будущем.

И все же алгоритм – не объяснение. Статья «Предсказание восприятия запахов человеком на основании химической структуры молекул запаха» – важный пример поиска данных и подтверждение ряда существующих гипотез о значении элементов химической структуры. Однако коэффициент корреляции в этом исследовании был сравнительно низким – 0,3. Так что проект DREAM Challenges не привел к расшифровке кода носа.

На результаты работы, отчасти из-за привлекательности подхода с использованием больших массивов данных, обратили внимание научные журналисты, такие как писатель Эд Йонг[274]. Кроме того, исследование вызвало осторожную критику со стороны экспертов, в частности, Эйвери Гилберта. Беспокойство Гилберта касается не этого конкретного исследования, а компьютерного подхода к исследованиям обоняния в целом. Он указывает на отсутствие психологической теоретической базы. Словесное описание – это субъективный критерий для формирования перцептивных категорий. Обзор Гилберта показывает, насколько все еще разобщена эта сфера деятельности, поскольку биоинформатики в нейробиологии моделируют ощущение запаха почти в полном отрыве от когнитивной психологии.