Люди, как и многие другие животные, активно исследуют мир не только глазами и ушами, но и носом. Однако если движения глаз в ответ на визуальные стимулы изучены досконально, то, как мы управляем своим дыханием, чтобы уловить запах, долгое время оставалось загадкой.
Основное моторное действие в обонянии — это обнюхивание, короткие целенаправленные вдохи, которые доставляют молекулы аромата в носовую полость. Ученые из Северо-Западного университета задались вопросом: можно ли по тому, как человек нюхает, понять, что он нюхает? Их исследование дало утвердительный ответ: поведение при обнюхивании не только зависит от ощущаемого запаха, но и содержит в себе детальную информацию о его специфике.
«Нашей работой двигал давний интерес к человеческому дыханию и обонянию, — пояснил автор статьи Вивек Сагар. — Мы ранее замечали, что люди по-разному нюхают разные запахи, но не были уверены, насколько эта информация надежно закодирована в самом процессе и какие области мозга за это отвечают».
Чтобы найти ответ, команда проанализировала масштабный набор данных под названием NEMO (Нейронные Модели Кодирования Обоняния), содержащий результаты более 12 тысяч экспериментов. В ходе этих опытов трое участников в сканере МРТ нюхали 160 различных запахов, от цветочных до пищевых, пока аппарат фиксировал активность их мозга и параметры дыхания.
Ученые применили алгоритмы машинного обучения к этим данным, и результат оказался поразительным. Искусственный интеллект смог с высокой точностью предсказать, какой именно запах вдыхал испытуемый, основываясь исключительно на тонких вариациях динамики его обнюхивания — ритме, глубине и продолжительности вдохов. Это доказывает, что обоняние — это активный процесс с обратной связью, «замкнутый цикл», аналогичный зрению и слуху, где характеристики стимула напрямую влияют на то, как мы его «сэмплируем». Иными словами, нос ведет себя как активный исследователь, а не пассивный приемник.
Анализ МРТ-сканов указал на ключевую роль миндалевидного тела (амигдалы) — области, известной своей вовлеченностью в обработку эмоций и памяти. Это открытие согласуется с более ранними клиническими наблюдениями, которые связывали поражения миндалевидного тела с нарушениями дыхания и апноэ.
«Естественным следующим шагом будет углубить эту связь и проверить, может ли намеренное изменение способа обнюхивания одного и того же запаха предсказуемо изменить его восприятие», — отмечает Вивек Сагар. Ученые также планируют изучить, как дыхание и обоняние меняются в различных когнитивных, эмоциональных и пространственных контекстах.