Философия запаха. О чем нос рассказывает мозгу - Энн-Софи Барвич

активность эпителия в упорядоченную или систематическую карту? Нейрогенетик Питер Момбертс, работавший с Акселем, получил ответ на этот вопрос в 1996 году[134].

Момбертс с коллегами установили интересную генетическую особенность обонятельной системы. Вспомните, как при открытии рецепторов выяснилось, что все обонятельные нейроны чаще всего экспрессируют лишь по одному гену рецептора и, следовательно, синтезируют рецепторы лишь одного типа.

Таким образом в экспериментальном плане чувствительные нейроны служили возможной альтернативой в исследованиях функционального поведения рецепторов. Если идентифицированы лиганды, возбуждающие какой-то чувствительный нейрон, значит, идентифицированы лиганды, активирующие его рецептор. С помощью генетических маркеров можно проследить, с каким участком луковицы эти рецепторы сообщаются посредством соответствующих нервов. Именно это проделал Момбертс.

Он обнаружил, что нейроны, экспрессирующие ген одного и того же рецептора, сходятся в одном клубочке, где сигналы рецептора появляются в виде дискретных пространственных участков. Конвергенция чувствительных нейронов показывала, что при активации специфического диапазона рецепторов под действием какой-то молекулы этот сигнал создает в луковице дискретные участки активности.

Молекула мускуса вызывает не такую картину активации, как молекула с цитрусовым или фруктовым запахом, и каждый одорант вызывает уникальную картину активации, как отпечаток пальца[135].

Изучение рецептивных полей обонятельной системы переместилось из обонятельного эпителия в луковицу. Через 15 лет после открытия рецепторов нейробиология обоняния получила доступ к связям между рецепторами и мозгом.

Quo Vadis[136], обоняние?

В середине 2000-х годов казалось, что обонятельная система действует посредством топографической организации аналогично другим сенсорным системам. Ожидалось также, что пространственное распределение картин активации в луковице воспроизводится в обонятельной коре. На протяжении десятилетия ничто не противоречило этим предположениям. По крайней мере казалось, что фрагменты складываются в единую картину. Интуитивно менее понятным было, какая информация кодируется картой запахов.

Топография луковицы не позволяла выявить какую-то упорядоченность запахов. Что же на самом деле отражалось на этой карте? Какие свойства запахов были связаны с такими нейронными корреляциями? По-видимому, содержание нейронных карт соответствовало значимой модели сигнала, отражающего особенности окружения. Было понятно, как мозг использует нейронное пространство для кодирования окружающего пространства с помощью зрения, однако к запахам эта идея оказалась неприменима, что мы и обсудим на последующих страницах книги.

Почти любой ученый от теоретика и практика нейробиологии до молекулярного биолога и от нейрогенетика и сенсорного психолога до специалиста по химии запахов согласится, что проблемы обоняния пока еще далеки от разрешения.

Нейробиолог Джоэл Мейнленд рассказывал, как он начал работать в этой области: «Вы не знаете основ. Вы не знаете, как на самом деле работают рецепторы. Вы не знаете, как кодируется интенсивность. Все эти вещи известны для зрения. Существуют первичные цвета, и можно предсказать, какой цвет получится, если их смешать, но вы не можете сделать ничего подобного в отношении обоняния. Здесь оставалось множество открытых вопросов, которые выглядели объемными и важными, и потому область казалось близкой к идеалу для исследований».

Когнитивный психолог Йонас Олофссон из Стокгольмского университета так выразил необходимость поисков более качественной теории и экспериментальных данных: «Я думаю, что философское и психологическое понимание роли обоняния очень важно для интерпретации биологии, в том числе в качестве эволюционного биологического ответа. Обоняние зависит от локального окружения. Понимание свойств контекста, функциональных особенностей ситуации – без этого мы не сможем понять, какая биологическая активность развивается и почему».

«Что нас ограничивает теперь – данные или теория? – спрашивает нейроинформатик Рик Геркин из университета Аризоны. – В контексте машинного обучения мы определенно ограничены данными, поскольку модель машинного обучения вытягивает из данных все, что только возможно. Единственный способ ее улучшить – в получении дополнительных данных. Однако в теоретическом аспекте нам все еще не хватает теории. [Современная модель] не показывает, как работает обоняние. Так что, возможно, кто-нибудь сможет предложить элегантную теорию с участием рецепторов, нейронов и всего остального и заявить: «Вот так работает обоняние», – причем на основании тех же самых данных».

Биофизик Андреас Мершин из Массачусетского технологического института качает головой: «Вся идея в том, что для решения многих проблем нам нужна уйма данных… О мой Бог, если бы только у меня было достаточно обонятельных рецепторов с известной специфичностью, если бы у меня было достаточно генов и первичных элементов структуры, я бы добился успеха! Но эта идея несостоятельна. Никогда еще не было так, чтобы на текущем этапе развития науки нам не хватало данных. Бывали времена, когда нам их действительно не хватало, но в области обоняния, в поисках лекарств и во всем, чем я занимаюсь, мы не ограничены наличием данных».

Олофссон отмечает: «Нам безусловно нужно больше задумываться о роли обоняния и об интерпретации аксональных картин – и почему они так организованы. Я думаю, это требует постановки многих теоретических и практических вопросов».

Обоняние готово к вопросам. Нам нужно осмыслить данные, которые у нас есть. Мершин соглашается: «Про обоняние можно говорить, не испытывая серьезного давления типа: “О нет. Мы точно знаем, как все работает!” Мы не знаем даже, как устроено зрение. Это миф – что мы знаем. Если я его подтвержу – вы можете это напечатать, нет проблем, – но если я его подтвержу, то люди подумают, что они знают, поскольку существует множество учебников… Обоняние описано не так хорошо, и это дает чуть больше свободы. Но, по моему мнению, это универсальная система. Это модель для нейробиологии, это модель для нейрофизики. Это способ узнать суть эмерджентных[137] свойств. Это также способ понять эволюционную биологию. Это способ разобраться в ошибочных представлениях о связи структуры и функции. А еще – в описании и классификации».

Междисциплинарная сущность обоняния является как проблемой, так и преимуществом, по мнению Лесли Воссхолл, которая указывает на необходимость мыслить вне готовых схем: «Я редукционист, – смеется она. – И я именно тот человек, который должен выступать против [упрощения], поскольку я по своей специальности стремлюсь свести вещи к простейшим составляющим. Но при этом, возможно, теряется много важного…»

Где мы могли недоглядеть? По мнению Терри Экри, дело в восприятии. «Вы не можете разрешить проблему обоняния, пока не сформулируете основные представления о нем… Вы должны иметь возможность ответить: что значит быть запахом? А вариациями одного и того же запаха? Но мы не можем четко отразить это в нашей речи».

Современные тенденции в обонятельной нейробиологии обращаются к типичному философскому вопросу: что именно мы пытаемся измерить и нанести на карту нейронного пространства в первую очередь? Что такое запах на самом деле?

Глава 3. Носовой интеллект: запахи и познание

Спросите шесть человек, изучающих обоняние, что такое запах, и вы получите шесть (или больше) разных ответов. Химик