Мы живем в ярком и шумном мире, в котором наши зрительные и слуховые системы засыпаны информацией. Но как насчет обоняния? Можем ли мы чему-нибудь научиться, изучая обоняние?

Нам очень легко описать кому-нибудь картину, одежду, в которой вчера был ваш коллега, или вашу новую любимую песню. Казалось бы, наша языковая система очень эффективно работает с нашими системами восприятия. Ранние психолингвисты предположили, что знания, полученные через зрение, и знания, полученные через лингвистический ввод, были представлены аналогичным образом, что облегчало разговор о зрении. В соответствии с этой идеей, пространственные представления, полученные из видения, и пространственные представления, полученные из языка, оказались сопоставимыми. В одном исследовании участники изучали пространственные схемы через визуальное восприятие или пространственные описания, а затем выносили суждения о направлении и расстоянии относительно пространственных представлений. Результаты показали, что участники показали одинаковые результаты как в визуальных, так и в языковых условиях.

В отличие от зрения, обоняние не так сильно связано с языком. Вы легко можете описать вчерашние посиделки с друзьями – кто во что был одет, кто что делал, но в вашей речи может совсем не быть слов, связанных с обонянием.

Люди без тренировки могут правильно назвать запах только примерно в 50% случаев, даже обычные повседневные запахи, такие как кофе и арахисовое масло. Этот недостаток именования весьма шокирует по сравнению с легкостью именования визуальных объектов. Отвлекитесь на минутку, осмотритесь, и представьте себе, что вы можете назвать только половину предметов и объектов, которые вы видите. Если такое произойдёт – это сигнал задуматься о серьёзных нарушениях. Часто это может быть перенесенного инсульта.

Но если услышать, прочитать или произнести слово «корица», то обонятельная кора мгновенно активируется, и отличить корицу становится сразу легче.

По сравнению со зрением, обоняние более «невыразимо» — обонятельные переживания действительно труднее передать словами. В английском и других языках, на которых говорят на Западе, существует очень мало слов, которые могли бы говорить только о запахах. Мы можем сказать про что-то «вонючее» или «ароматное», но трудно найти конкретные слова запаха, которые дали бы вам больше информации о запахе, кроме его приятности.

Считается, что приятность — это главное измерение, с помощью которого воспринимаются запахи, но на самом деле это ограничивает количество способов, которыми мы можем говорить о запахах. Вместо этого многие люди прибегают к разговору об источнике запаха, например, «пахнет бананом», «пахнет фруктами», что, следовательно, активирует другие концептуальные ассоциации с этим объектом, такие как форма и цвет.

Было высказано предположение, что из-за ограничений в мышлении и разговоре о запахах восприятие запахов и суждения могут быть легко сформированы вербальными ярлыками и визуальной информацией. Язык должен влиять на обоняние больше, чем другие модальности восприятия, потому что мы не можем видеть запахи, мы не можем легко локализовать их в пространстве и не можем легко их идентифицировать. Поэтому вместо этого мы ищем любую другую информацию в окружающей среде, например, язык, чтобы сообщить о восприятии запаха. Было показано, что присвоение запаху названия помогает различать запахи, например, определять, являются ли два запаха одинаковыми или разными. Язык также может изменить восприятие запаха. Простое обозначение того же запаха как «сыр» по сравнению с «запахом тела» может привести к различиям в оценках приятности. Аналогичным образом ученые обнаружили, что явная маркировка ароматов унисекс как мужских или женских заставляет участников воспринимать аромат как более мужской или женский. Эти эффекты были описаны как «обонятельные иллюзии».

Как это соотносится с влиянием языка на зрение? Множество исследований предоставили доказательства того, что язык может влиять на зрительное восприятие. Например, мы быстрее можем различать цвета или формы, если у них разные имена. Ученые обнаружили, что отличить цветную цель от отвлекающих факторов было легче, когда у отвлекающих факторов было другое название цвета, например, синяя цель с зелеными отвлекающими элементами, чем когда они были одинаковыми, например, зеленая цель с зелеными отвлекающими элементами, даже несмотря на цветовое расстояние между ними.  Точно так же обнаружили, что визуальный поиск цели среди отвлекающих факторов был проще, когда объекты были помечены как «2» и «5», по сравнению с отсутствием словесных меток.

Таким образом, язык может облегчить визуальную обработку. Но может ли язык изменить воспринимаемую идентичность визуального объекта так же, как запахи? Все мы знаем визуальную иллюзию вазы Рубина, в которой в один момент визуально воспринимаются два лица, в следующий момент — ваза. В этой иллюзии мы можем контролировать, какую интерпретацию мы видим, размышляя о каждой конкретной концепции.

Запах и мозг

Мы знаем об обонятельной коре меньше, чем знаем про другие чувства восприятия. Есть указание на то, что первичная обонятельная кора имеет подобласти, по-разному реагирующие на приятные запахи и неприятные запахи, и что разные области обрабатывают качество запаха в зависимости от структуры запаха, но организация обонятельной коры не была нанесена на карту топографическим способом, сопоставимым со зрением. Фактически, было высказано предположение, что запахи могут обрабатываться комплексно, а не отдельными компонентами. Картирование организации первичной обонятельной коры становится более проблематичным, потому что структурно связанные запахи могут иметь разные запахи, но структурно различные запахи могут пахнуть одинаково. Это говорит о том, что связь между ощущением запаха и восприятием запаха непредсказуема.

Есть и другие характеристики, которые отличают обонятельное восприятие и язык от зрения. Во-первых, важно расположение обонятельной коры. Обонятельная кора головного мозга расположена очень близко к лимбической системе и хорошо связана с системами эмоций и памяти. Эта близость к эмоциям и памяти может привести к тому, что люди будут иметь сильные эмоциональные реакции на запахи, а запахи могут быть мощными триггерами автобиографических воспоминаний, с воспоминаниями более эмоциональными, чем автобиографические воспоминания, вызванные другими модальностями. В то время как визуальные объекты легко интегрируются с семантической информацией, которая является неотъемлемой частью значения слова, объекты запаха вместо этого наделены эмоциями и воспоминаниями.

Другой важный факт об организации обонятельной системы касается ее связи с языковой системой мозга. Считается, что запах и язык «плохо связаны». На нервном уровне обонятельная кора более «напрямую» связана с языковыми областями мозга: интеграция лингвистической и обонятельной информации происходит только в третьем синапсе рецепторного нейрона. Но это означает, что по сравнению с визуальной информацией, которая обрабатывалась на нескольких корковых и подкорковых уровнях, информация об запахе обрабатывается меньше и становится более грубой к тому времени, когда она достигает лингвистической информации. Поэтому она гораздо менее проработана, чем визуальная информация, что впоследствии затрудняет поиск слов. Поскольку обонятельная информация принимается грубым зерном, более вероятно, что для наименования активируются широкие категории, например, фрукты, а не конкретное качество запаха или исходный термин, например, лимон.

Запах в разных культурах

Недавняя работа подчеркнула важность кросс-культурных исследований взаимоотношений языка и восприятия. Несоответствие между визуальным языком и восприятием и обонятельным языком, и восприятием может быть просто западной проблемой. На Западе запахом пренебрегают. Мы редко говорим о запахах и делаем все возможное, чтобы избавиться от запахов из окружающей среды. Психологи обнаружили, что в 13 различных языках и культурах глаголы видения преобладали в разговоре о чувствах, а глаголы обоняния встречались реже во всех языках, кроме одного. Тем не менее, в некоторых незападных культурах мира разговоры о запахах являются обычным явлением, и языки таких культур на самом деле предоставляют достаточно средств, чтобы точно говорить о запахах. Например, говорящие на языке джахаи на Малайском полуострове так же хорошо говорят о запахах, как и о цветах. Язык джахаи содержит ряд конкретных абстрактных терминов запаха, сравнимых с терминами цвета, например, красный, синий, в том смысле, что они не относятся к конкретным источникам запаха, например, лимон, корица, а абстрактны по ряду запахов. Термин cŋɛs, например, используется для запахов с «острым» запахом, таких как бензин, дым и помет летучих мышей. Таким образом, носители языка лучше подготовлены к разговору о запахе, чем носители западных языков, у которых мало терминов для описания запаха. Для людей, принадлежащих к культуре джахаи, запах — неотъемлемая часть их повседневной жизни, отраженная в их культурных традициях и идеалах. Это поднимает вопрос, в какой степени опыт и культурные обычаи могут влиять на язык и восприятие. В соответствии с этим, данные экспертов (например, винологов) показывают, что наименование запаха может быть сформировано с учетом соответствующего опыта.

Зачем изучать обоняние?

Итак, что обоняние может рассказать нам о языке и восприятии в целом? Поскольку обоняние является менее доминирующей модальностью в повседневных взаимодействиях, оно может выявить различия языка и процессов восприятия для более игнорируемой модальности. Отражается ли частота использования и полезность обоняния и зрения в способах обсуждения этих модальностей и их уязвимости перед языковым влиянием? Возможно, обонятельный язык и восприятие просто «достаточно хороши» для того, для чего нужно обоняние. Интегрируя результаты обонятельной области в теории языка и восприятия, мы можем выявить общие механизмы. Кроме того, можно делать прогнозы между эффектами восприятия языка и глубиной коркового анализа — о зрении легче говорить, и оно более устойчиво к языковому влиянию, поскольку оно обрабатывается на более детальном, естественном уровне. Корковые и подкорковые связи также могут играть важную роль в языке и восприятии, при этом запахи более подвержены воспоминаниям или эмоциональной информации, а зрение — семантическим ассоциациям. Наконец, изучение межъязыковых различий и различий в культурных практиках может дополнительно прояснить факторы опыта, которые могут формировать обонятельное и зрительное познание. В целом, обнаружение сходства и различий между модальностями восприятия может «рассказать нам кое-что фундаментальное об ограничениях на то, как сознание и рассуждение могут патрулировать нашу внутреннюю жизнь».

Это редактированная версию эссе Лауры Спид из Университета Неймегена, Нидерланды.
Speed, L. J. (2016). The knowing nose. The Psychologist, Vol.29.

Искусственные нейронные сети приобретают способность чувствовать запахи так же, как это делает человеческий мозг.

Всего за несколько минут компьютерная модель может научиться чувствовать запахи с помощью машинного обучения. Согласно выводам исследователей, она формирует нейронную сеть, в точности повторяющую обонятельные схемы мозга животных, которые анализируют запаховые сигналы, когда делают это.

Гуанью Роберт Янг, младший научный сотрудник Института исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте, заявил: «Используемый нами алгоритм имеет мало общего с естественным эволюционным процессом».

Янг и его команда считают, что их искусственная сеть поможет исследователям больше узнать об обонятельных путях мозга. Кроме того, эта работа демонстрирует полезность искусственных нейронных сетей для нейронауки. «Продемонстрировав, что мы можем точно соответствовать дизайну, я считаю, что мы можем повысить уверенность в том, что нейронные сети будут оставаться полезными инструментами для моделирования мозга», — говорит Янг.

Нейронные сети — это вычислительные инструменты, вдохновленные мозгом, в которых искусственные нейроны сами создают соединения с другими нейронами для выполнения определенных задач. Их можно обучить распознавать закономерности в больших массивах данных, что делает их полезными для распознавания речи, изображений и других форм искусственного интеллекта. Существуют доказательства того, что нейронные сети, которые делают это лучше всего, отражают деятельность нервной системы. Однако Ванг отмечает, что иначе организованные сети могут давать сопоставимые результаты, и неврологи до сих пор не уверены, точно ли искусственные нейронные сети воспроизводят схему биологических цепей. Он утверждает, что, имея подробные анатомические данные об обонятельных цепях плодовых мушек, «мы можем ответить на вопрос: Можно ли использовать искусственные нейронные сети для понимания мозга?».

Ученые поставили перед сетью задачу классифицировать данные, представляющие различные запахи, и правильно классифицировать отдельные ароматы и даже смеси запахов.

Искусственная сеть самоорганизовалась в считанные минуты, а полученная структура была поразительно похожа на мозг плодовой мушки. Каждый нейрон в слое сжатия получал информацию от определенного типа входного нейрона и, по-видимому, был соединен специальным образом с несколькими нейронами в слое расширения. Кроме того, каждый нейрон в слое расширения получает связи в среднем от шести нейронов в слое сжатия — точно так же, как это происходит в мозге плодовой мушки.

Теперь исследователи могут использовать модель для дальнейшего изучения этой структуры, изучая, как сеть развивается при различных настройках, изменяя схему таким образом, который невозможен экспериментально.

Подобные работы происходят по всему миру. Недавно японские исследователи предсказали письменные описания запаха, используя масс-спектры молекул и технологии обработки естественного языка.

Исследователи исследовательской лаборатории IBM предсказывали качества запаха, используя вкрапления слов и химико-информационные представления химических веществ.

То, как мозг обрабатывает запахи, заставляет ученых переосмыслить принципы построения алгоритмов машинного обучения. В области машинного обучения запах остается самым загадочным из чувств, и исследователи рады продолжать вносить свой вклад в его понимание путем дополнительного фундаментального изучения. Перспективы будущих исследований обширны: от разработки новых обонятельных химикатов, более доступных и устойчиво производимых, до оцифровки запаха или, возможно, когда-нибудь предоставления доступа к ароматам тем людям, у кого нет обоняния.

Источник

Вы, вероятно, слышали, что обоняние не так уж важно. В конце концов, по сравнению с собакой или даже мышью, обонятельная система человека занимает не так уж много места. А когда вы в последний раз нюхали землю вместе со своим собачьим компаньоном? В обзоре, опубликованном в журнале Science, нейробиолог Джон Макганн из Университета Ратгерса в Нью-Брансуике, штат Нью-Джерси, утверждает, что миф о несущественном носе — это огромная ошибка, из-за которой ученые пренебрегают исследованиями важнейшей и загадочной части нашего разума. Science связался с МакГанном, чтобы узнать больше о том, почему он считает, что наши носы знают больше, чем мы думаем. Обратите внимание, что интервью вышло до пандемии КОВИДа-19.

Многие из нас полагают, что наше обоняние почти беспомощно, особенно по сравнению с другими животными. Откуда взялась эта идея?

Я проследил эту историю до анатомиста и  антрополога 19 века Поля Брока, который заинтересовался сравнением мозгов различных животных. По сравнению с обонятельными луковицами, остальная часть человеческого мозга очень большая. Поэтому если смотреть на целые мозги, то луковицы выглядят как крошечные второстепенные детали, но если смотреть на мышь или крысу, то их обонятельная луковица кажется довольно большой. Можно почти простить Брока за то, что он думал, что для человека обонятельные луковицы не имеют значения, потому что они выглядят такими сравнительно маленькими.

Брока считал, что ключевой составляющей свободы воли является отсутствие принуждения к действиям со стороны запахов. Он считал, что запах — это почти грязная, животная вещь, которая принуждает к поведению. Запах заставляет животных заниматься сексом друг с другом. Поэтому он отнес людей к категории, не обоняющих – не потому, что они не могут чувствовать запахи, а потому, что у нас есть свобода воли и мы можем решать, как реагировать на запахи. Эта идея была подхвачена Зигмундом Фрейдом, который рассматривал обоняние как животное, которое должно быть оставлено, когда человек становится взрослым и рациональным. Так в психологии, философии и антропологии появились все эти различные пути, ведущие к предположению, что у человека нет хорошего обоняния.

Итак, какие доказательства должны заставить нас поставить под сомнение эти ранние предположения?

Уникальное исследование, проведенное несколько лет назад, подсчитало, что мы можем различать триллион различных запахов. В другом исследовании в Калифорнийском университете Беркли, ученые проложили тропу из запахов на поле. Затем они завязали глаза студентам и дали им наушники, чтобы они не могли использовать никакие другие органы чувств, кроме обоняния. Они обнаружили, что студенты вполне способны идти по следу запаха, проложенному в поле. В исследовании не проводились соревнования между людьми и собаками. Я думаю, собаки могли бы победить, но все же в зависимости от запаха. Главное, что это исследование показывает, что пределы человеческого обоняния еще не изучены.

Что люди хорошо чувствуют по запаху?

Если вы исследуете обычные запахи, которые могут быть даже очень похожи друг на друга, вы заметите, что люди будут наиболее чувствительны к одному, а собаки — к другому. Это необъяснимо без дополнительных данных. Но есть одна работа, в которой показан компонент запаха человеческой крови, к которому люди очень чувствительны.

Кровь? Но я никогда не замечал за собой способности чувствовать запах крови. Говорит ли это нам что-нибудь о том, что обоняние работает иначе, чем другие органы чувств?

Каждое чувство уникально и имеет свои особенности, ошибки и особенности в человеческом мозге. Одна из особенностей обоняния заключается в том, что обонятельная информация не проходит через «коммутатор», называемый таламусом, на пути к другим «думающим» областям мозга. Она поступает из носа в обонятельную луковицу, а оттуда непосредственно в обонятельную мозга, а также в такие места, как миндалина и гиппокампальная формация, которые участвуют в эмоциях и памяти. Очень часто запахи вызывают сильные воспоминания. Есть предположение, что это может быть связано подключением различных отделом мозга.

Другой фактор заключается в том, что природа запаха очень синтетическая. Большинство запахов в реальном мире — это смеси множества химических веществ. Чашка кофе содержит около 150 различных химических веществ… которые вы можете почувствовать. Но у вас нет 150 измерений восприятия — вы просто чувствуете запах кофе. Вы не можете думать о нем или обозначить его так же легко, как вы можете описать чашку, в которой находится кофе, или музыку, которая играет на заднем плане.

Итак, если мы не осознаем свое обоняние так, как осознаем свое зрение, почему оно должно нас волновать?

Многие люди теряют обоняние, и они действительно чувствуют это. Появляется все больше доказательств того, что потеря обоняния влияет на общее психологическое благополучие. Существуют некоторые ассоциации с депрессией и изменением чувства привязанности к другим людям. Но когда вы приходите к врачу и говорите: «Я потерял обоняние», врач обычно пожимает плечами и говорит: «Это очень плохо». На самом деле с этим мало что можно сделать, и нет большого понимания того, что является причиной этого.

Теперь, когда мы ведем эту беседу, как вы думаете, изменится ли заблуждение о том, что люди плохо чувствуют запахи?

Оно просуществовало 150 лет. Частично это связано с тем, что, если что-то попадает в учебники, его очень трудно вывести обратно.

Источник

Пандемия изменила то, как люди хотят, чтобы пахли они сами, их одежда и их дома. Скоро это будет решать искусственный интеллект.

До пандемии в Америке было популярно пахнуть сладко: растущая тенденция к использованию фруктовых или карамельных, ароматов в потребительских товарах, таких как шампунь или стиральный порошок, стала заметной. Что именно послужило толчком к появлению этого запаха, неясно.

Но есть признаки сдвига. Пандемия Ковид-19 изменила то, как люди хотят, чтобы пахли они сами, их одежда и их дома, и не только в Америке. Теперь люд