Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу

Но в чем функциональный смысл механизмов активации и подавления в кодировании запахов? Лу с коллегами предполагают, что они нужны для опознания и идентификации компонентов сложных смесей. Рассмотрим эффект комбинаторного кодирования в обонянии: «Если учесть, что любая молекула запаха в некоей средней концентрации может активировать от трех до пяти рецепторов, то смесь всего лишь десяти запахов может занять до 50 рецепторов, а это более десяти процентов семейства человеческих рецепторов. Это приведет к сокращению различий между двумя смесями десяти схожих веществ». В результате вы не сможете опознавать запахи при сравнении более сложных смесей (часто содержащих несколько десятков или даже сотен одорантов). Картины активности нейронов становятся все менее и менее четкими; это также связано с перекрыванием чувствительности рецепторов. Как мозг дифференцирует разные сложные смеси, учитывая этот невероятный уровень активации рецепторов и перекрывание картин активации? Нужно понизить активность рецепторов, чтобы улучшить опознание разных сложных сочетаний. Для этой цели и нужны механизмы подавления и активации.

Таким образом, эти открытия демонстрируют сдвиг парадигмы в поисках теории кодирования запаха. Они показывают, что рецепторный код для смесей коренным образом отличается от кода для отдельных молекулярных стимулов. Идея линейной и аддитивной комбинаторной модели кодирования запаха, как в случае слуха и зрения, полностью рухнула. Нельзя расшифровать обонятельный код, не понимая поведения рецепторов.

Значительная степень неопределенности заложена в модель кодирования запаха по комбинаторной схеме. Разные смеси одорантов могут создавать одну и ту же картину активации рецепторов, а это означает, что пространственное распределение обонятельных сигналов не позволяет однозначно идентифицировать запахи в смесях. Сравните эту идею с известным тезисом из области философии науки о «недоопределенности теории опытом», который был сформулирован французским физиком Пьером Дюэмом и расширен американским философом Уиллардом ван Орманом Куайном[294]. Тезис гласит, что один и тот же набор данных можно объяснить с привлечением разных и даже противоречащих друг другу теорий. Таким образом, одни и те же наблюдения могут быть интерпретированы совершенно иначе в зависимости от прочтения. Например, тот факт, что солнце встает на востоке и садится на западе, вполне совместим и с геоцентрической, и с гелиоцентрической моделью Вселенной: одни данные, разные модели. Теперь мы увидели, что ситуация аналогична и для комбинаторного кодирования запахов на уровне рецепторов. Так как же мозг узнает, что на самом деле происходит за пределами носа? Как нос может точно передать, с какими запахами он встречается? И в чем могла бы заключаться функция такого неопределенного кодирования?

Без модели, учитывающей поведение рецепторов, мы не сможем понять, как мозг придает смысл запахам, о чем сигнализирует и что отражает картина активности нейронов. Лу с соавторами отмечают, что их выводы о кодировании на уровне рецепторов имеют последствия для обработки сигнала центральной нервной системой. Они считают, что мозг идентифицирует запахи путем распознавания образов, а не через комбинаторное кодирование и топографическую репрезентацию: «Учитывая недавние исследования грушевидной коры мозга, указывающие на отсутствие топографического представления, существуют многочисленные предпосылки к рассмотрению альтернативных стратегий кодирования, которые также объясняют модулирующее действие рецепторов на первой стадии определения запахов». В двух последующих главах мы подробнее рассмотрим обоснованность этого заявления и возможность построения соответствующих альтернативных моделей.

А пока давайте заключим, что эффект, вызванный смесью запахов, нельзя предсказать, используя модели, описывающие кодирование запаха для отдельных компонентов. Хотя точные механизмы в основе этих эффектов все еще находятся на стадии изучения, мы видим, что общая теория обоняния должна исходить из ответа рецепторов на стимулы, а не из химической топологии, определяемой традиционной химией. Стивен Мангер комментирует: «То, что в конечном итоге видит мозг, возможно, совсем не связано с тем, что сделал бы отдельный компонент».

Где молекулярная наука встречается с парфюмерией