для вас нарисовала, старая карта оказывается бесполезной. Я должна начертить новую карту, позволяющую вам добраться до места встречи. Короче говоря, карты плохо справляются с отображением
новых вещей.
В случае кода такой проблемы нет. Для передачи нового смысла я могу создавать новые слова и сочетания слов с помощью существующего алфавита. Изменилось место встречи? Не беда! Я могу описать вам новый путь, используя тот же набор букв, только в другом сочетании. Эта гибкость очень важна для мозга, особенно в области таких явлений, для которых характерно что-то новое. Мозг создает новые картины активности нейронов для отображения новых вкусов, предметов или мест.
Хотя карты и коды во многом различаются, они не противоречат друг другу. Они функционируют совместно, поддерживая фактически любую нашу деятельность. Например, мы используем карты частот, такие как A1, и распределенное кодирование для превращения давления звуковых волн, зафиксированных ухом, в знакомые голоса (это мама) и слова, которые мы понимаем (она зовет меня домой). Карты и коды обычно существуют в разных областях мозга, которые действуют сообща, посылая сигналы туда и обратно. Но в некоторых частях мозга коды и карты совмещаются, особенно там, где карты разделены на зоны, такие как зоны вкуса в первичной вкусовой коре. Например, нейроны в зоне сладкого вкуса могут использовать распределенное кодирование для отображения специфических аспектов сладости. А нейроны на нейтральной территории, между зонами, с помощью распределенного кодирования могут отображать новый аромат. Этот счастливый союз позволяет совмещать гибкость кода с преимуществами карт. Возможно, человеческая карта первичной вкусовой коры как раз демонстрирует такое компромиссное решение. Ученым придется провести дополнительные исследования, чтобы узнать это наверняка.
Обоняние для выживания и действия
Ощущение вкуса является жизненно важным, а ощущение запаха – самым удивительным и загадочным из всех наших химических чувств. Невозможно переоценить значение запахов для представителей всего царства животных. Акулы, змеи, комары, грифы, барсуки и колибри – лишь немногие из тех животных, которые пользуются обонянием в поисках пищи.
Запах может быть показателем социального статуса, как у термитов, распознающих королеву по пахучим выделениям. Запахи управляют репродукцией удивительно разнообразными способами: пятнистая гиена размазывает по траве пахучие анальные выделения, сообщая о своем репродуктивном статусе, а самец одного из видов бычков начинает ритуал многочасового ухаживания, когда чует выделения из яичников фертильной самки. Запах важен для установления родительских и семейных связей и позволяет новорожденным существам узнавать мать и приближаться к ее соскам для кормления. Альбатросы и другие морские птицы с помощью обоняния прокладывают путь над бескрайним океаном[74]. Короче говоря, обоняние важно буквально для всех аспектов жизни животных. Но как животные извлекают необходимую информацию из запахов и какие карты использует для этого их мозг?
Обоняние, или чувство запаха, – это замечательный пример распознавания на молекулярном уровне. Поговорим об обонянии у мышей. В выстилку носовых ходов мыши встроено около 10 миллионов рецепторов примерно тысячи разных видов[75]. Каждая молекула из воздуха может связываться с рецепторами разных видов, и каждый вид рецепторов может связывать несколько разных молекул. В результате мышь способна обнаруживать и идентифицировать намного больше, чем тысячу запахов, хотя имеет только тысячу видов рецепторов.
Когда молекула из воздуха взаимодействует с рецептором в носу животного, связанные с рецептором нейроны посылают в мозг сигнал. Такие сигналы направляются напрямую к двум структурам мозга, называемым обонятельными луковицами, которые выделяются на передней поверхности мозга у мыши, человека и других животных. В правой и левой обонятельных луковицах содержатся подробные карты запахов, свободным образом организованные в виде зон в зависимости от структуры молекул, которые они отображают, например, в зависимости от длины углеродной цепи или принадлежности к группе карбоновых кислот, фенолов или алифатических эфиров. Возможно, химическая терминология ничего вам не говорит, но эта структурная информация – ключ к пониманию того, к какому типу веществ относится данная молекула и, следовательно, насколько она для нас важна. Карта обонятельной луковицы играет роль на первом этапе процесса восприятия запаха, определяя и отображая информацию о том, какого типа молекула попала нам в нос.
Из обонятельной луковицы информация направляется в несколько отделов мозга. Среди них у грызунов и человека лучше всего изучена пириформная кора. Эксперименты показывают, что эта область играет ключевую роль в распознавании новых запахов. Как можно догадаться, учитывая небольшие возможности карт в отображении новой информации, пириформная кора представляет запахи не с помощью карт, а с помощью кода. На рис. 23 показано функционирование этого кода – то, как набор нейронов в пириформной коре мыши отображает разные запахи через разные картины активации[76]. Активно возбуждающиеся нейроны выделены черным цветом, нейроны со слабой активностью – серым.
В настоящий момент о пириформной коре и распределенном кодировании в ней мы знаем больше, чем о каких-либо других отделах мозга, занятых обработкой обонятельной информации. И все же ученые обнаружили в мозге несколько других интересных участков, организованных в виде обонятельных зон. Одна из трудностей в обнаружении таких зон связана со сложным строением обонятельной системы и невероятным разнообразием идентифицируемых молекул и видов рецепторов. В первую очередь трудности возникают из-за того, что запахи можно сгруппировать или связать друг с другом на картах огромным числом способов. Чтобы найти в мозге карту запаха, ученые сначала должны понять, какие признаки или категории следует искать. Это справедливо в отношении всех карт мозга, но в системе обоняния это особенно сложно.
Один подход к обнаружению обонятельных карт мозга заключается в том, чтобы изучать существ с наименее сложной обонятельной системой. Например, канальный сомик, обитающий в реках и озерах Северной Америки, имеет лишь около сотни видов обонятельных рецепторов и распознает только несколько групп молекул, включая нуклеотиды, аминокислоты и соли желчных кислот. Хотя молекулы нуклеотидов и аминокислот достаточно сильно различаются по структуре, обе группы молекул содержатся в живых организмах в большом количестве и для канального сомика означают одно и то же – пищу. Напротив, соли желчных кислот производятся печенью и выделяются с фекалиями или мочой других рыб. Как анальная паста для гиен, так эти соли желчных кислот служат сомам для общения, позволяя узнавать о других находящихся поблизости представителях вида.
Ученые, изучавшие обоняние у сомиков[77], в первую очередь проанализировали карты обонятельных луковиц (рис. 24). Они обнаружили три зоны для трех групп молекул – нуклеотидов, аминокислот и солей желчных кислот. Это соответствует данным для других видов животных: карты обонятельных луковиц организованы в зависимости от структуры молекул запаха. Однако обонятельные луковицы сомиков отправляют информацию в другой отдел мозга рыбы, где ученые обнаружили другую