Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Возникает интересный вопрос. Как мозг узнает, с какими веществами он имеет дело? Проведем аналогию с ситуацией, описанной в романе «Флатландия»[284][285]. Флатландия – это вымышленный двумерный мир с двумерными обитателями. Однажды жители Флатландии увидели трехмерный предмет, движущийся через их двумерное пространство. В плоском мире встреча с трехмерным предметом отражается в виде двумерной картины. Теперь представьте себе пространство рецепторов как аналог этого мира, а мозг – как аналог жителя Флатландии, наблюдающего за этой картиной. Представьте себе, что через Флатландию движется сферический предмет, например мяч. Сначала это маленькая точка, которая сначала постепенно разрастается до круга, а потом опять превращается в маленькую точку и исчезает. Теперь представьте перемещение другого предмета, например вращающегося волчка. Он начинает двигаться точно таким же образом! Глядя на плоскость Флатландии, нельзя сказать, является ли двумерный рисунок отображением сферы или вращающегося волчка. В обонянии та же ситуация: картина активации рецепторов, формирующая образ запаха, может быть вызвана наборами разных молекул. Смеси разных одорантов могут создавать одну и ту же картину активации. Подождите-ка, скажете вы. Безусловно, комбинаторика рецепторов подразумевает, что некоторые смеси могут создавать перекрывающиеся картины активации. И все же теоретически отдельные компоненты смеси можно идентифицировать, исключая двойную активацию на уровне рецепторов. Наверное, сделать это не очень просто, но можно. Некоторая неоднозначность при этом сохранится, но общую теорию кодирования запаха для отдельных молекул запаха вывести легче, чем иметь дело со смесями. Однако для мозга это нетривиальная задача, так как проблема осмысления рассредоточенных сигналов на уровне рецепторов на этом не заканчивается, поскольку одоранты в смеси могут блокировать действие друг друга.

Такое подавление стимулов на уровне рецепторов не встречается в других системах чувств. Возможно, это уникальная особенность обоняния. Нет данных, что такое происходит со зрением или слухом. Насколько известно, такого не бывает со вкусовыми или тактильными ощущениями или в какой-то иной сенсорной модальности. «Я не знаю никакой другой сенсорной системы, где бы такое происходило, – восхищается Фаерштейн. – Фотоны зеленого света активируют зеленые колбочки, но при этом не подавляют синие или красные колбочки. Существует антагонизм цветов и все такое прочее, но это уже потом, верно? – Он указывает на свою голову. На уровне рецепторов такого механизма нет. – Фотон красного света с достаточно высокой интенсивностью может слегка активировать колбочки зеленого света. Но он их не блокирует, никакого подавления тут нет».

Действительно ли на самом первом этапе кодирования запаха может происходить подавление? Результаты недавнего исследования, проведенного в лаборатории Фаерштейна, показывают именно это[286]. В большинстве исследований фокус внимания сместился на важные вопросы, касающиеся обработки сигналов центральной нервной системой, однако в лаборатории Фаерштейна продолжают анализировать рецепторы. Фаерштейн считает, что функции рецепторов еще недостаточно изучены. «И мы начали заниматься смесями», – рассказывает он. Но как понять, блокируют ли запахи друг друга, или просто их действие по активации рецепторов перекрывается в результате комбинаторного кодирования? Фаерштейн поясняет, что какую бы смесь вы не наносили на эпителий, «результат будет меньше, чем при суммировании действия отдельных компонентов. Поскольку некоторые рецепторы видят два или три признака, и происходит двойной подсчет».

Ответ был получен с появлением удивительного нового микроскопа SCAPE[287]. SCAPE расшифровывается как swept confocally-aligned planar excitation (сканирующий конфокальный оптическо-плоскостной микроскоп). Фаерштейн смеется: «Это просто удачное сокращение. По сути, это вариант микроскопии плоскостного освещения. Но с ускоренным сканированием, так что в образце ткани вы очень быстро можете зафиксировать много клеток – а это действительно значительное улучшение». SCAPE обеспечил новые экспериментальные возможности для получения терабайтов информации. Он дал возможность сканировать живых существ целиком, например, движущуюся муху: ученые направляют в ее сторону какие-то запахи и наблюдают за ее мозгом в действии. Так же точно можно сканировать фрагменты тканей размером больше мухи или личинки, например, срезы мозга мыши. Новое в этом приборе то, что он позволяет сканировать срезы неповрежденных тканей и при этом регистрировать активность отдельных клеток – и то и другое с невероятно высокой скоростью и высоким разрешением.