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

мира нейронами, а не непосредственное отражение мира. Иными словами, это вычисленный, а не физический признак. Физическую основу содержимого восприятия нужно искать, исходя из принципов действия системы кодирования.

Прекрасный пример для иллюстрации перцептивных вычислений в обонянии – белый запах, открытый Собелем[178]. Белый запах (или «обонятельный белый») – это запах с неопределенными характеристиками, который получается при смешивании тридцати с лишним молекул с разными неперекрывающимися химическими особенностями. Этот запах имеет удивительное свойство. Он не связан ни с каким обычным семантическим объектом вроде яблока. Такого запаха в природе нет. Бессмысленно спрашивать, какому типу предметов соответствует его содержимое, поскольку таких предметов не существует.

Кроме того, белый запах не имеет уникальной или определенной микроструктуры. Заметьте, что для приготовления этого запаха подойдет смесь из любых тридцати молекул с неперекрывающимися микроструктурными характеристиками. Белый запах не производится специфическим набором молекул или молекулярных характеристик. Мозг создает содержимое белого запаха, когда вынужден справляться с переизбытком физических информационных стимулов. Мозг создает белый запах, когда не знает, что делать – точно так же, как белый цвет в цветовом зрении. В случае зрения при восприятии мозгом всего спектра видимого света возникает переизбыток информации, с которым мозг не может справиться. И тогда он создает белый цвет.

Белый запах и белый цвет – расчетные признаки, созданные кодирующей системой.

Изучать белый запах экспериментальным путем непросто. Смесь должна содержать одоранты в равных долях. Однако из-за разной скорости испарения интенсивность запахов быстро меняется и влияет на сочетание компонентов смеси, изменяя воспринимаемые характеристики. Кристиан Марго объясняет подробно: «Все летучие вещества в обычных условиях испаряются. В закрытой системе равновесное распределение между жидкостью и паром постоянно для конкретных значений температуры и давления. По договоренности эту постоянную величину называют давлением пара. В обычных условиях такое равновесие для пахучих веществ и ароматов достигается редко, поскольку мы всегда имеем дело с открытыми системами, в которых движение воздуха увлекает за собой молекулы, или те исчезают в результате диффузии». При этом скорость испарения – важнейший параметр: «Скорость испарения может быть связана с давлением пара и энтальпией [расчетным свойством термодинамической системы] испарения. Есть и другие важные параметры, поскольку скорость испарения связана не с равновесием, а с тем, насколько быстро достигается равновесие».

Марго указывает на стоящее перед ним пиво, демонстрируя, как химия управляет процессами в обыденной жизни. «Спирт удерживается водой. Ему трудно, но он постоянно пытается создать равновесие между жидкой и газообразной формой. Он сотрудничает с частью воды. Но поскольку это незамкнутая система – есть ветер, и я иногда раскачиваю стакан – спиртовая фаза уходит. Так что процесс испарения, постоянного изменения сильно зависит от того, что находится в жидкой форме, участвуя во взаимодействиях, и в газообразной форме. Если бы спирт был в парафиновой среде, взаимодействие было бы минимальным. Спирт улетучивался бы достаточно легко. То же самое касается парфюмерных смесей. Есть компоненты, которые вступают в сильные взаимодействия, а есть компоненты, которые отталкивают друг друга. Если у вас есть масло, оно вытолкнет спирт и будет счастливо: просто уйди и оставь меня в одиночестве в моей гидрофобной среде», – смеется он.

Химик из Коннектикутского университета Томас Хеттингер указывает на дополнительную сложность – соотнесение интенсивности компонентов смесей: «Прежде всего, чрезвычайно сложно добиться соответствия интенсивности!» Смесь компонентов с равной интенсивностью – экспериментальный артефакт и не встречается в естественных условиях. «Нужно обеспечить, чтобы вместе находились тридцать разных веществ с равной интенсивностью, но в природе такого не бывает. У вас никогда не бывает тридцати веществ с одинаковой интенсивностью. Интенсивность одних всегда выше, чем других, а интенсивность некоторых намного выше. И поэтому в запахах преобладают отдельные химические компоненты», – добавляет Хеттингер. Это важно для психофизики обоняния, и случай белого запаха требует дополнительных исследований. Гилберт отмечал, что разница в давлении паров отдельных компонентов может оказывать менее выраженное влияние на восприятие (белый запах), и это указывает на силу феномена. «В концептуальном плане очень хорошо, что это было сделано», – заключает Марго.

Содержание обонятельного восприятия, как и цветового, определяется сенсорной системой, которая кодирует и вычисляет физические параметры на основании сигналов нейронов. Поэтому важно понять, что принципы кодирования в обонятельной системе отличаются от таковых в зрительной (см. главы 6–8), поскольку эти принципы определяют создание перцептивных категорий (см. главу 9). Но у модели обоняния с линейной связью между стимулом и ответом есть и другие недостатки.

Химия запахов чрезвычайно сложна. При кодировании запахов учитывается многомерность стимулов. На поведение одорантов при связывании с рецепторами оказывают влияние около пяти тысяч молекулярных параметров. Сравните это со зрительной системой, в которой длина волны определяет спектр видимого света. В следующих главах мы поговорим о том, как эти системы различаются в с позиции кодирования стимулов. А теперь давайте проанализируем сам факт того, что вычисление образов стимулов может происходить по-разному.

Запах вещей

Весь XX век химики надеялись научиться предсказывать запах на основании структуры молекул. Однако ими двигал интерес не к восприятию запахов, а к коммерческому производству синтетических парфюмерных материалов. «Я должен сказать, что этим занимались многие химики, – рассказывает Гилберт. – И отчасти это делалось в промышленности. Люди создавали новые молекулы и проверяли, можно ли их воспроизвести в коммерческих интересах. Эти ребята пытались представить себе… сделает ли гидроксильная группа запах более пряным? Существует ли какой-то химический код? Бесплодные затеи, поскольку запах здесь, – показывает он на голову. – Запах не кодируется никакими структурами».

В химии ароматов продолжаются исследования связи структуры молекул с запахом, часто без учета биологии. Как заметила Воссхолл, это результат прагматического мышления: «Им нужно создавать компоненты духов, которые составят фантастические ароматы, и у них нет большого интереса к фундаментальной науке. Они заняты бизнесом, они должны делать деньги. И поэтому им нужны ингредиенты, но у них нет времени на [биологические тонкости]».

Но химия не соответствует воспринимаемому пространству. Смит комментирует: «Фантазия химиков – то, что, узнав структуру одорантов, они узнают их перцептивные свойства. Так не работает. С натяжкой они могут к чему-то прийти, но это лучшее, что они сумеют сделать. Я не думаю, что это поможет нам глубже проникнуть в природу восприятия запахов как таковых или запахов как промежуточного звена между молекулой и нюхающим».

И все же что означает сходство молекул в рамках моделей, связывающих структуру молекул и их запах? Марго отмечает: «Есть много методов для подробного изучения, что делает две молекулы одинаковыми или разными. Не существует какого-то универсального правила, позволяющего сказать, что две молекулы схожи или несхожи, поскольку на бумаге они могут быть очень близки, но между ними – огромная пропасть. Так называемые энантиомеры [молекулы, являющиеся зеркальным