Нос определяет запахи в трехзначной логике

Исследователи из Манчестерского университета (University of Manchester), похоже, опровергли господствовавшую две с половиной тысячи лет теорию восприятия запахов. Эта теория утверждает, что молекулы летучих веществ и реагирующие на них рецепторы подходят друг другу, «как ключ к замку». Иными словами, восприятие запахов основано на точном кодировании. Эта теория идет еще от представлений греческого философа Демокрита, который считал, что приятные запахи возникают от круглых атомов, а дурные запахи -- от «острых».

Похоже, что эта стройная теория сильно упрощает реальное положение вещей. Потому что, по мнению авторов работы, наряду с точной кодировкой «ключ-замок» в восприятии запахов действует и «размытая» кодировка. Используя сравнение из области цифровых технологий, можно сравнить ее с «дифером» -- это небольшое количество шума, добавляемое к звуковому сигналу и улучшающее разрешение малых уровней цифрового сигнала.

Специалист факультета наук о жизни Манчестерского университета доктор Мэтью Кобб (Dr. Matthew Cobb) объясняет: «До сих пор мы считали, что при восприятии запаха каждая летучая молекула идеально соответствует одному или нескольким обонятельным рецепторам, которые распознают ее. Если молекула-ключ подходит к замку, рецептор отвечает сигналом, и возникает запах. Но, оказалось, так происходит не всегда».

Доктор Кобб и его коллега доктор Кэти МакКроэн (Dr Cathy McCrohan) при участии аспиранта Дерека Хоэра (Derek Hoare) опубликовали результаты своего исследования в Journal of Neuroscience. Они использовали личинку мухи-дрозофилы с единственным работающим обонятельным нейроном -- простая модель носа, состоящая всего из одной нервной клетки. Личинки дрозофилы служили тестовой группой и сравнивались с контрольной группой личинок, у которых в наличии полный комплект из 21 обонятельного нейрона. Личинкам предъявляли разные запахи и регистрировали реакцию нейронов.

Ожидалось, что некоторые обонятельные нейроны должны давать четкие ответы на тот или иной запах в виде либо возбуждения, либо торможения. Но, к удивлению ученых, большинство клеток давали «размытый» ответ: иногда они отвечали на запах, а иногда -- нет. Причем, это не зависело ни от вида запаха, ни от его концентрации, ни от длительности запахового стимула, ни от возраста личинки. Единственный обонятельный нейрон у «экспериментальной» личинки дрозофилы вел себя точно так же. По-видимому, нейроны в своей работе сочетают принципы точной и размытой кодировки. В последнем случае ответ нейрона непредсказуем. Исследователи полагают, что «размытая» кодировка запахов вызывает различную степень активации соответствующих зон мозга, что и лежит в основе распознавания запахов.

«Нос позволяет нам заглянуть в мозг, -- объясняет Мэтью Кобб. -- Мозг -- это не компьютер, он более сложен, поскольку допускает размытую кодировку и шумы. И именно таким путем мы воспринимаем все разнообразие запахов». Реальные запахи состоят из композиций множества химических веществ, например, запах вишни определяется сочетанием 200 различных молекул. Вероятно, восприятие таких сложных запахов невозможно без сочетания точной и неточной кодировок: «да»+«нет»+«может быть». Доктор Кобб сравнивает распознавание сложных запахов с распознаванием лиц, которое не зависит от угла, под которым мы видим знакомое лицо.

В планах исследователей на будущее – изучить, как личинки мух распознают запахи смеси химических веществ. «Мы также хотим заняться другими организмами, например жуками, которые по количеству обонятельных рецепторов приближаются к людям», -- говорит Мэтью Кобб. Он хочет привлечь к сотрудничеству других ученых, изучающих обоняние на мышах и на человеке.

«В недавнем прошлом мы считали, что мозг человека работает как машина, -- резюмирует ученый. -- Потом стали сравнивать его с компьютером, потом -- со Всемирной глобальной сетью. Но, судя по всему, он еще сложнее, хотя бы потому, что включает не только точные, но и непредсказуемые процессы».