СКОЛЬКО МЕТОДОВ, СТОЛЬКО И СХЕМ

В биологии у каждого метода исследования есть свои преимущества и ограничения. Методы 2-ДГ и фМРТ позволяют запечатлеть схемы активности, раскинувшиеся на всю обонятельную луковицу, но при этом требующие постоянной подачи раздражителя (вместо кратких выбросов одорированного вещества), а их разрешение не дает возможности отчетливо запечатлевать отдельные гломерулы. Как уже упоминалось в главе 7, помимо 2-ДГ и фМРТ ученые разработали множество других методов аппаратного исследования. Некоторые завязаны на микроскопии и наблюдении за активацией отдельных гломерул. Клетки предварительно маркируются флуоресцентными красками, чувствительными к изменениям электрической активности, или фиксируются малейшие изменения в микроциркуляции – эта группа называется оптическими методами. Другие методы регистрируют электрофизиологическую активность нервных клеток. В сравнении с 2-ДГ и фМРТ эти методы более узкие и специализированные, их охват меньше, а детализация – выше. При исследовании обонятельной реакции на упомянутую ранее группу альдегидов специализированными методами было установлено, что общий принцип схем клеточной активности – пересекаются, но отличаются – сохраняется и на уровне отдельных гломерул.

У методов, использующих микроскопию, есть существенный минус – с их помощью можно увидеть только тыльную сторону обонятельной луковицы, то есть 10–15 % ее поверхности. Это примерно то же самое, как смотреть на чье-то лицо, но видеть лишь одно ухо или бровь.

Кенсаку Мори и его токийские коллеги нашли способ избавиться от этого ограничения. В 2010 году они опубликовали исследование, в котором метод микроскопии был успешно использован для изучения и поперечного сечения обонятельной луковицы. Их открытие позволило исследовать схемы активности как никогда ранее. Им удалось запечатлеть схемы активации широкого спектра запахов. Общий принцип построения схем таков – запахи с близкой химической структурой молекул активируют находящиеся поблизости другие гломерулы; гломерулы, реагирующие на схожие группы запахов, как правило, располагаются кластерами.

ОБРАЗЫ ЗАПАХА, РАСПОЗНАВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ЛИЦА

Все упомянутые исследования подкрепляли и дополняли результаты, полученные с помощью 2-ДГ. Схемы активности были выявлены у нескольких видов позвоночных, в том числе рыб, саламандр, мышей, крыс, кроликов и обезьян; обнаружились они и у беспозвоночных (в части мозга, отвечающей за обонятельное восприятие), в том числе у медоносных пчел, фруктовых мушек и у табачного бражника. Все это доказывает, что гломерулы являются характерной чертой обонятельных систем у самых разных представителей фауны, а также что функция гломерул неразрывно связана со схемами активности. В совокупности результат этих исследований позволяет предположить, что запахи как минимум частично кодируются в виде пространственных схем активности, а это позволяет нам сделать первый вывод о механизме обоняния в целом: нейронной основой кодирования запаха является дифференциальная активация обонятельных гломерул. Мы вняли Эдгару Адриану, посоветовавшему «присмотреться к гломерулам», и не разочаровались.

Появление новых доказательств состоятельности первоначальных гипотез позволило по-новому взглянуть на нейронную подоплеку обоняния. Мы впервые могли утверждать, что, подобно тому как непространственный механизм восприятия звуковых частот проявляется в виде частотной карты в улитке внутреннего уха, так и сиюминутная модальность запаха отображается в виде схем активности, возникающих в обонятельной луковице. Это и подразумевается под «использованием нейронного пространства непространственной модальностью».

ОБРАЗЫ ЗАПАХА И ЛИЦА

В пользу гипотезы о схожести обоняния с системой зрительного восприятия говорит и то, что молекулы запаха отображаются в виде пространственных схем. Когда мы смотрим на что-то, то воспринимаем это в виде пространственной схемы – зрительного образа. Проводя аналогию между этими системами, я предлагаю следующую гипотезу: когда мы чувствуем запах, то воспринимаем его как пространственную схему активности, которую мы также можем назвать «обонятельным образом» или же «образом запаха».

Преимуществом этой гипотезы является возможность прибегнуть к обширным наработкам прошлых и текущих исследований схем зрительного восприятия. Поскольку образы запаха проявляются в виде нерегулярных схем активности, они не очень похожи на воспринимаемые зрительно геометрически правильные очертания, присущие многим объектам, и имеют скорее неправильные очертания, свойственные растениям, животным и, в особенности, человеческим лицам.

Люди превосходно разбираются в лицах. Классический пример – если перед вами целая комната женщин преклонных лет, вы сразу заметите, если одной из них будет ваша бабушка. В то же время, если вас попросят описать лицо вашей бабушки другому человеку, вам будет очень сложно – у нас банально не хватит словарного запаса и не найдется подходящей системы координат, чтобы описать, как именно работает наше восприятие в случае распознавания лица. Тем не менее мы делаем это безошибочно. Как же это работает?

Распознавание лиц является очень серьезной темой для изучения – она важна не только для создания и программирования искусственных систем распознавания зрительных образов, но и для правоохранительных ведомств, которым нужно создавать фотороботы по устному описанию свидетелей. Терри Ландау в своей книге «О лицах: эволюция человеческого лица» описывает процесс распознавания лиц следующим образом:

«То, что вы видите и узнаете в лице другого человека, определяется уникальной схемой, складывающейся из совокупности черт. Это и есть идентичность. Дело не в особенностях отдельных черт лица и не в расстоянии между ними. В данном случае значение имеет именно соотношение между совокупностью этих факторов [то есть в гештальте], благодаря которому мы можем распознать лицо преступника или своего друга. Лицо не получится поделить на части и проанализировать по отдельности. Когда вы смотрите на лицо, то чаще всего и вовсе не можете сказать, на что именно вы смотрите, ведь процесс вербального общения почти не пересекается с распознаванием образов. На лице закодирована идентичность, и мы воспринимаем ее целиком, без деталей. Сущность процесса распознания непросто уловить и сформулировать, но он происходит сразу на нескольких уровнях восприятия и дает нам один из наиважнейших социальных навыков – способность узнавать друг друга плюс воспринимать личность тех, кого мы видим».

То, что вы видите и узнаете в лице другого человека, определяется уникальной схемой, складывающейся из совокупности черт. Так что дело не в особенностях отдельных черт лица и не в расстоянии между ними.

Логично предположить, что аналогичным образом происходит и распознавание схем запахов в обонятельной луковице. Мы воспринимаем схему в целом, учимся соотносить ее с соответствующим «объектом запаха» и отличаем этот объект от схем иных запахов, даже если они очень близки по структуре, но несут иной поведенческий стимул.

Продолжая развивать эту аналогию, стоит отметить, что в цитате Ландау говорится именно про распознавание однократно увиденного лица – в таких случаях мы запоминаем лицо в целом, гештальт (за исключением одной наиболее заметной черты). Совсем по-иному работает механизм узнавания давно знакомого лица: в таком случае нам достаточно на мгновение заметить часть этого лица или увидеть его при слабом освещении. Особенно хорошо узнают лица по отрывочным визуальным признакам животные. Как пример можно привести пикселизированные фотографии Авраама Линкольна и портрета Моны Лизы. Несмотря на крайне низкое разрешение, мы спокойно узнаем их лица – мы постоянно повышаем наш навык распознавания схем и можем сопоставить сохраненный в памяти образ с воспринимаемым в текущий момент изображением, даже если оно размыто. Очевидно, что адаптационный компонент зрительного восприятия чрезвычайно важен – способность распознать добычу или хищника в промелькнувшей под сенью сумеречного леса тени является вопросом жизни или смерти, как и умение узнать лицо друга или врага, скрывающегося в тени. Большинство животных ориентируется в основном по запаху, следовательно, для них не менее жизненно важной является и способность идентифицировать образы запахов так, как зрение позволяет распознавать лица.