К описанию цвета язык приспосабливался долго, но в итоге справился: когда мы слышим слово «желтый», «красный» или «сиреневый» на любом известном нам языке, то довольно четко представляем, какой именно цвет имеется в виду. Полвека назад лингвисты даже нашли последовательность, в которой имена цветов появились практически во всех языках.
Первый шаг к расшифровке цветного зрения сделали натуралисты Нового времени, когда занялись составлением «цветовых таблиц». О том, что первичных цветов три, впервые заговорил английский натуралист и иллюстратор Ричард Валлер еще в 1686 году. Он разделил все цвета на три группы: синие, желтые и красные.
Экспериментальное доказательство концепция получила в середине XX века, в частности, в работах финско-венесуэльского физиолога Гуннара Светихина, которые подтвердили, что на первой стадии восприятия нейроны действительно разделяют зрительный стимул на три компоненты. В зависимости от длины на свет реагируют три типа колбочек:
• β (отвечает за синий цвет, с максимумом поглощения в районе 440 нанометров),
• γ (зеленый цвет, максимум около 540 нанометров),
• ρ (красный цвет, 570 нанометров).
Вкратце кодирование цвета можно описать так: все три типа фоторецепторов улавливают электромагнитные волны оптического спектра. Потом состояние рецепторов по трем каналам передается в головной мозг, а тот уже, суммируя эти три сигнала, раскрашивает наблюдаемый нами мир. Канал в данном случае — не морфологическое понятие, а информационное. В терминах восприятия каждый такой информационный канал можно назвать перцептом. Таким образом, на каждый тип фоторецепторов приходится по одному перцепту. Три типа клеток, три перцепта, три измерения цветового пространства.
Обоняние, судя по всему, устроено сложнее. Чтобы структурировать обоняние по аналогии с восприятием цвета, нужно упорядочить: слова для описания запахов, молекулярные структуры и нейрофизиологические данные — и затем найти правила, которые управляют связями между тремя этими доменами.
При этом сложности возникают на обоих концах этой цепочки. Непонятно, как упорядочить огромное число дискретных стимулов — пахучих молекул и их смесей. В отличие от электромагнитных и акустических волн, которые очень понятно ранжируются по длине, молекулярные кусочки вещества нельзя так просто взять и выстроить вдоль единой непрерывной шкалы. Неясно, как быть с формализацией обонятельных образов, для которых в языке до сих пор нет универсального словаря.
Одну из первых известных попыток классифицировать элементарные запахи совершил психолог Ганс Геннинг, который в 1915 году выделил шесть базовых запахов: цветочный, гнилостный, фруктовый, пряный, смолистый и запах гари. Он расположил их по вершинам треугольной призмы. У каждого запаха было три похожих на него соседа и два оппонента, на которые он совсем не похож. Все остальные запахи, считал Геннинг, результат смешения этих шести.
Через полвека автор стереохимической теории обоняния Джон Амур выделил уже семь фундаментальных запахов. Он разделил их не просто по своему разумению, а по форме активных центров рецепторов в человеческом носу или распределению в них заряженных групп. Так ученый получил пять «формальных» запахов: цветочный, мускусный, эфирный, камфорный и мятный, а восприятия резкого и гнилостного запаха отнес к «зарядовым».
Интересно, что у вкуса — ближайшего родственника обоняния есть понятный короткий словарь, есть и понимание того, как устроены и кодируются стимулы. Консенсуса по вопросу размерности вкусового пространства все еще нет, типы рецепторов строго пока не исчислены, но все сходятся во мнении, что независимых каналов передачи данных о вкусе в мозг пять или шесть, а, следовательно, базовых вкусов также может быть пять или шесть.
Споры о количестве вкусов вызваны как раз обонянием. Значительная доля того, что человек воспринимает как вкус, — на самом деле не то, что воспринимают вкусовые рецепторы. По разным оценкам, от 75% вкуса — это запах, который попадает на обонятельные рецепторы через носоглотку.
За восприятие запахов отвечают обонятельные нейроны, дендриты которых выходят на поверхность обонятельного эпителия в носу. Сколько разных обонятельных рецепторов у человека — до сих пор точно неизвестно. В геноме человека нашли 339 последовательностей, похожих на гены обонятельных рецепторов.
Шифрование сигнала, полученного обонятельными нейронами, происходит на уровне обонятельной луковицы. Сюда он приходит по аксонам первых обонятельных нейронов и через клубочки обонятельной луковицы передается дальше, на митральные и пучковые нейроны. После этого сигнал по обонятельному тракту идет в том числе к миндалевидному телу, орбитофронтальной коре и гиппокампу.
В этой сложной архитектуре очень трудно найти, где именно тут перцепт — и понять, из чего он складывается. Наиболее удачное определение для обонятельного перцепта предложил Маркус Майстер.
Обонятельный перцеп - внутреннее состояние сенсорной системы на той стадии, где принимается решение о различии или сходстве (двух) поступающих стимулов. На определенном этапе превращения молекулы в нервный сигнал вы (уже) можете сказать: это роза, а это кофе. И вот это состояние нейронов, в котором человек определяет запах и может отличить один от другого — это и будет перцепт.
Но у человека больше трехсот типов рецепторов, несколько сотен пахучих молекул, которые различает человеческий нос, до триллиона их смесей с разными запахами, довольно туманное определение обонятельного образа.
Да и еще нужно как-то связать три пространства: пространство молекул, пространство нейронной активности и пространство обонятельных перцептов — и сделать это оптимальным образом.
В 1977 году, еще до появления крупных баз имен запахов, психологи из Университета Дьюка предложили 12 добровольцам сравнить попарно запахи 19 веществ и ответить, похожи они или нет. По результатам этого опроса исследователи определили расстояния между веществами — чем больше респондентов говорили, что запахи отличаются, тем больше расстояние. Получившуюся карту запахов ученые смогли уместить в плоскость, назвав одно измерение «гедоническим» (вдоль этой оси запахи ранжировались по «приятности»), а другое — «тактильным» (это измерение разделяло запахи на резкие и мягкие).
Попытки использовать многомерное шкалирование показали, что можно определить схожесть запахов, выделить какие-то кластеры и составить карты соответствий, но вывести из них размерность пространства обоняния можно только с очень большими допущениями.
Один из способов увеличить достоверность данных — опереться на объективные свойства веществ, но искать между ними сходство, не преобразуя их в математические представления, а заходя со стороны чувств, которые эти вещества вызывают у людей.
Такая работа со словарем, конечно, сложнее: в отличие от молекулярных дескрипторов, характеристики образов — не количественные, а скорее качественные.
Объединив обонятельные карты веществ, ученые применили метод главных компонент, чтобы узнать минимальную размерность этого пространства. Оно оказалось шестимерным: то есть у запахов должно быть шесть независимых параметров, чтобы их описания можно было четко сравнить.
Причем самой главной категорией — то есть самой общей для всех запахов — оказалась гедоническая, «приятность», которую еще в 1977 году выбрали в качестве базовой психологи из Университета Дьюка. И если обратиться к другим исследованиям, то в этом даже нет какой-то особенной неожиданности — «приятность» неоднократно оказывалась центральной метрикой запаха и у других исследователей.
В сухом остатке: математические, нейробиологические и лингвистические приемы позволяют сузить диапазон поиска атомарных запахов: человеческое обонятельное пространство, как минимум, шестимерное и как максимум — 30-мерное. И кажется, что самая важная из характеристик запаха — его приятность.
Видимый нами цвет растянут в три стороны, вкус раскладывается на пять векторов. Но синий и соленый — это не хорошо и не плохо; можно предпочитать какой-то вкус или цвет другим, но сказать в строгом смысле, что один лучше другого, нельзя. А вот в самой основе обоняния, возможно, лежит моральное измерение.
Скорее всего у человека обонятельная система как и у кишечной палочки, все еще остается инструментом молекулярного анализа мира. Хеморецепция помогает кишечной палочке разобраться, где ей будет хорошо, а где — плохо. Она двигается по увеличению концентрации питательных веществ и против градиента токсинов.
И, как показывают эксперименты, где-то на самой его глубине мы остаемся верны тому же принципу, что и кишечная палочка — наши носы просто предпочитают одни вещества другим.
/Источник/
Journal information