ОЛЬФАКТОРНАЯ НАВИГАЦИОННАЯ КАРТА мало похожа на привычные нам двухкоординатные карты. Опираясь на исследования Папи, Вальраффа и других, Джейкобс предполагает, что карта ольфакторного пространства может состоять из двух уровней. Первый уровень — это карта с низким разрешением, где все пространство разделено на сетку субрегионов, или областей. Этот ольфакторный профиль состоит из смешанных в различных соотношениях летучих органических соединений и химикатов в атмосфере — одорантов. Когда Вальрафф взял пробы воздуха на 96 участках в радиусе 200 км от одной из голубятен на юге Германии, он обнаружил, что эти соотношения одорантов увеличивались или уменьшались во взаимосвязи с довольно устойчивыми пространственными градиентами. Голуби улавливают изменения в соотношениях, что для них означает изменение запаха. Проще говоря, в разных местах пахнет по-разному, и птицы это чуют.
Например, находясь в родной голубятне, голубь может чувствовать аромат лимонных деревьев, идущий с одной стороны, и аромат оливковых — с другой. Если он полетит в направлении лимонных деревьев, лимонный запах будет усиливаться, а оливковый — ослабевать. Если выпустить голубя где-то в окрестностях, где лимонный запах составляет 20 %, а оливковый — 80, по этому конкретному соотношению запахов и градиенту его изменения он определит направление дома.
Второй уровень обонятельной карты — это коллекция наземных ориентиров с уникальными или характерными ольфакторными профилями. Представьте себе, например, ароматический портрет статуи Свободы или лондонского Тауэра.
Концепция обонятельной карты по-прежнему остается предметом горячих споров, и тут поднимается немало вопросов. У запахов летучая природа, и они переносятся с ветром. Поэтому представляется маловероятным, чтобы запахи могли сформировать более или менее стабильную двухкоординатную карту. «Очевидно, ключевым здесь остается вопрос о воздушных потоках, — говорит Джейкобс. — Но птицы и другие животные довольно хорошо справляются с расшифровкой таких потоков». Кроме того, при более пристальном изучении оказалось, что распределение, по крайней мере, некоторых запахов в атмосфере довольно стабильно и характеризуется предсказуемыми пространственными градиентами, которые могут служить полезными ориентирами для птиц, перемещающихся на расстояния в сотни километров, но не более того.
Чтобы усложнить дело, рассмотрим вероятность того, что запахи могут действовать больше как мотивационные, чем как навигационные сигналы. Одно исследование показало, что у молодых голубей запахи активируют другие навигационные процессы. Если это исследование верно, говорит Ричард Холланд, восприятие «не домашних» запахов может служить триггером, заставляющим птицу задействовать навигационную систему на основе других сигналов.
Между тем недавний эксперимент Холланда и его коллег показал, что взрослые кошачьи пересмешники, лишенные чувства обоняния и перемещенные из Иллинойса в Принстон, не смогли скорректировать свой маршрут так же, как их сородичи с нормальным обонянием. Более того, когда ученые заглянули в мозг перелетных птиц в период «перелетного беспокойства», они обнаружили активность как в визуальной, так и обонятельной области мозга, что предполагает, что запах действительно может играть роль в миграционном поведении. Но пока неясно, что это за роль.
Согласитесь, это интригующая идея: навигационная карта, состоящая, по крайней мере частично, из мозаики ароматов и дорожек запахов. Джейкобс считает, что птицы могут использовать ольфакторную сетку субрегионов (первый уровень обонятельной карты) для определения своего примерного местоположения и направления полета. Изучение конкретных ольфакторных ориентиров (второй уровень) требует времени, но в конечном итоге обеспечивает птицам карту более высокого разрешения. Если гипотеза Джейкобс верна, то обоняние поставляет два вида навигационной ольфакторной информации, которые гиппокамп в ходе эволюции мог научиться обрабатывать и интегрировать. В конце концов, гиппокамп мог «научиться» интегрировать и другие виды сенсорных сигналов, таких как геомагнитные и звуковые. Это может объяснять, почему обонятельная луковица нарушает универсальный принцип геометрии мозга. У тех видов, которые в процессе эволюции перешли к использованию другой сенсорной информации для навигации, обонятельная луковица значительно уменьшилась в размерах.
Я НАХОЖУ СТРАННЫМ и одновременно захватывающим, что ментальные карты птиц до сих пор остаются «некартографированными». Ученые не нашли одного ключевого сенсорного сигнала, который бы полностью отвечал за уникальную птичью навигацию. Какие сигналы конкретная птица использует в каждом конкретном случае, может зависеть от дальности перелета, удобства, внешних условий (как и оказавшийся в тумане каякер, птица может полагаться на вспомогательные сигналы, когда основные недоступны) и даже от ее индивидуальных предпочтений.
Например, почтовый голубь может выбирать сигналы на основе своего жизненного опыта и специфических предпочтений. В своем исследовании Блазер обнаружила, что голуби никогда не летят к цели прямиком, но каждый раз следуют немного другим путем — это «результат комбинации таких факторов, как направление, указываемое их внутренним компасом, топографические ориентиры и их индивидуальные стратегии полета». Многое зависит от того, где и как вырос голубь. По словам Чарльза Уолкотта, голубь, выросший в голубятне, где нет выраженных внешних ольфакторных сигналов, использует другие сигналы и не дезориентируется, будучи лишенным чувства обоняния. Аналогично голуби из одного выводка, выросшие в разных голубятнях, по-разному реагируют на магнитные аномалии: один находит путь, несмотря на искаженные геомагнитные сигналы, другой полностью дезориентируется и сбивается с пути.
Некоторые птицы просто эксцентричны сами по себе и вырабатывают собственный оригинальный навигационный стиль. Уолкотт рассказывает об одном голубе, выросшем в голубятне у подножия высокого холма в Массачусетсе. Когда его выпускали в незнакомом месте, первым делом он всегда летел к ближайшей горе, после чего направлялся в сторону дома, чего, однако, не делали другие голуби, выросшие в той же голубятне. Еще один голубь, профессионал дальней навигации, однажды приземлился в десяти километрах от своей голубятни — по словам Уолкотта, он просто сдался и сел в первом попавшемся саду. Как и люди, птицы могут быть подвержены идиосинкразии и оппортунизму.
Как руководитель, которому нравится иметь под рукой два сотовых телефона и ноутбук с каналом погоды, голубь может полагаться на все доступные типы навигационных систем. Он может использовать обилие множественных сигналов, а также ментальные карты, совершенно не похожие на человеческие. Его пространственная сетка может быть не двухкоординатной, а многокоординатной, состоящей из нескольких тесно интегрированных слоев таинственных солнечных, звездных, геомагнитных, звуковых и обонятельных информационных потоков.
ЭТА КОНЦЕПЦИЯ ласточкиным хвостом (да простит меня читатель за такое выражение) цепляется за новую теорию, описывающую общую организацию птичьего мозга. И человеческого тоже.
В терминах нейронауки мозг представляет собой «распределенную, массово-параллельную систему контроля и управления». Грубо говоря, это означает, что мозг состоит из колоссального количества крошечных «процессоров» (нейронов), каждый из которых обрабатывает свой фрагмент информации — действует параллельно с другими, но независимо от них. Чтобы решить конкретную задачу (например, навигационную) или отреагировать на непредсказуемые обстоятельства (например, ураган), мозг должен быть способен объединить все эти распределенные ресурсы — совокупность всего того, что знает индивид.
Это называется когнитивной интеграцией. На это способен мозг пчелы, состоящий всего из одного миллиона нейронов. И мозг человека с его ста миллиардами нейронов. «Люди превосходно справляются с когнитивной интеграцией, — говорит Мюррей Шанахан, специалист по вычислительной нейробиологии в Имперском колледже Лондона. — Хотя, надо признать, сбои случаются довольно часто. Например, недавно я снял из-под раковины засорившийся сифон и вылил его содержимое в ту же раковину. В результате вся грязная вода оказалась на полу». (Или вот похожий случай из нашей семейной истории: однажды перед началом нашей традиционной ежегодной рождественской вечеринки моя мать решила процедить глинтвейн. Она поставила в раковину дуршлаг и вылила в него целый котелок напитка, рассчитанный на 50 персон, после чего долго и недоуменно смотрела на оставшуюся в дуршлаге горку сырой гвоздики, перца и лавровых листьев, которые ей предстояло предложить гостям.)
Четкая навигация — это триумф когнитивной интеграции, говорит Шанахан. Для этого требуется определенная структура связности в мозге. Информация о наземных ориентирах, расстояниях, пространственных отношениях, прошлом опыте, звуках и запахах должна поступать в главные области мозга и разветвляться между ними. «Благодаря этому реакция птиц на текущую ситуацию носит интегрированный характер», — объясняет Шанахан.
Желая выяснить, как может быть устроена эта система связности в типичном птичьем мозге, Шанахан собрал команду нейроанатомов, чтобы детально проанализировать мозг голубей. (Благодаря своему выдающемуся навигационному таланту голуби — самый подходящий вид для такого анализа когниции.) Опираясь на результаты более чем 40 лет исследований, изучавших нервные пути между разными отделами мозга у голубей, ученые составили первую полную карту, или «коммутационную схему», голубиного мозга, показывающую, как соединены между собой различные области мозга в процессе обработки информации.
Хотите сюрприз?
Полученная карта оказалась очень похожей на карту нервных связей в мозге млекопитающих и даже людей. Хотя архитектура мозга у птиц радикально отличается от нашей, с точки зрения связности их мозг во многом организован так же, как наш. Шанахан видит в этом сходстве то, что он называет общим признаком высокоуровневой когниции. Человеческий мозг нередко представляют в виде так называемой микросети, вполне подобной Facebook. Различные отделы — или регионы — мозга связаны между собой относительно небольшим числом нейронов, известных как узлы-концентраторы. Эти узлы соединены со множеством других нейронов, обеспечивающих кратчайшее соединение между любыми двумя узлами сети, иногда на больших расстояниях. (Их можно сравнить с пользователями Facebook, у которых несколько тысяч друзей.) Эти узлы-концентраторы соединяют важные части мозга, участвующие в когниции, такие как долговременная память, пространственная ориентация, решение проблем, а вместе они образуют мозговое «соединительное ядро».