Y你可能会说大脑是我们最上镜的器官。多亏了现代神经成像技术，我们生活在大脑数据爆炸的环境中。试想一下：我们可以将大脑的连通性放大到最微小的分子水平。我们可以追踪单个细胞以及整个细胞群。我们可以像电脑一样打开和关闭神经元灯的开关．我们甚至可以通过基因改造动物的记忆痕迹，来玩弄它的行为。然而，即使有了这些能力，我们最终还是无法理解大脑的工作方式。一些神经科学家很想把这看作生存危机在球场上。
尽管如此,我不会说神经科学正处于危机之中。这似乎只是因为太多的神经科学专注于从一些宠物系统衍生出来的最受欢迎的理论。这就限制了这个领域的前景。以视觉为例。20世纪的大部分大脑研究都建立在我们对我们如何看待事物的理解上。这不是意外。
如果我们把我们的理论扩大到包括大脑中不太常见的部分的工作情况会怎样?
视觉系统的迷人之处在于其明显的逻辑表现。视觉系统在大脑中为我们提供了专门的区域，创造和处理我们对特定感官特征的感知。这些包括方向、运动、形状和颜色。这就好像你可以将物理世界映射到离散有序的神经元结构上。1.这种脑图原理也适用于其他感官，包括听觉。音调频率在听觉皮层中排列整齐，类似于钢琴的键。
也许这一特征现在被证明是大脑功能一般理论的一个缺陷。将其他生理和心理功能（如相互感知、奖励和动机或意识意识）映射到离散的神经结构上的困难在于，与视觉不同，并非所有这些活动都默认表示空间结构。相反，它们可能代表一种将生物体的构成与来自世界的波动信息联系起来的关系度量。
毫无疑问，绘图是许多感官和认知系统的一个显著特征。然而，这可能只是众多物质表达之一，而不是大脑组织其神经活动的最终原则。如果我们把我们的理论扩大到包括大脑中不太常见的部分的工作情况会怎样?
正如我在新书中所说，嗅觉：鼻子告诉大脑的东西，明显的选择是嗅觉。我们的嗅觉提供了视觉映射模式一个有趣的挑战。鼻子定制以测量环境中不可预测的化学阵列，允许大脑在微小的分子迹线转移到信号快乐，危险或新奇的行为含义时评估。
·拉蒙-卡哈尔他是神经科学的创始人，早在20世纪之交，他就已经认识到了这一点，当时他把嗅觉作为一种重要的生理功能引起了人们的注意典范来了解大脑是如何理解世界的。尽管在卡哈尔时代的大多数科学家看来，嗅觉似乎是一种反复无常而又不那么复杂的感觉——因此对认知及其生物学基础的研究没有多大兴趣——但卡哈尔相信，了解嗅觉可以让我们更好地了解其他感官系统。
其原因与嗅觉系统特有的一个有趣的特征有关。也就是说，信息只需要两个突触就可以从空中通过鼻子传递到大脑深处的核心皮层。从这个角度来看：两个突触并不能让你脱离大脑视网膜在视觉系统中。你找不到更直接的途径让大脑与世界接触！
这种与世界的接近并不意味着我们的嗅觉是简单的。气味的复杂性令人难以置信。你周围的化学成分，我们说的是成百上千的分子，正在不断快速地变化。你的鼻子会吸入挥发性的空气中的化合物，这些化合物与你的嗅觉受体（位于鼻上皮中感觉神经元的纤毛上）发生相互作用组合时尚. 这意味着不同的受体检测不同分子的不同部分，一个分子通过不同的特征与不同的受体相互作用。嗅觉系统的功能不是在空间中离散地映射化学物质。相反，它跟踪并计算统计数据改变化学环境：多少浓度，化学物质与分子云一起发生的频率？(Our nose is tuned to detect blends of different chemicals—coffee aroma, for example, consists of 800 different compounds.) Simply consider the system’s mind-boggling capacity: If you calculate all possible combinations of structure-receptor interactions in smell (with one molecule hypothetically activating 100 receptors), you’d end up with a number higher than atoms in the galaxy.
直到20世纪末，神经科学家才接受了卡哈尔的建议。3.这是一种实用主义。嗅觉向来是出了名的难以调查。很多人都能亲身证明，对气味的体验本质上是可变的。不同的人闻起来也不一样，同一个人闻起来也不一样。
我不会说神经科学正处于危机之中。这似乎只是因为太多的神经科学专注于从一些宠物系统衍生出来的最受欢迎的理论。
例如，当你品尝一杯红酒时，你可能会享受它的主要香味，直到有人在同一杯红酒中评论强烈的香草味。突然间，樱桃的香气移到了你的意识的后座，而香草的香味突然出现——即使你之前没有注意到它。你如何将气味这种短暂的性质转变为可测量的、稳定的、可比较的科学研究对象呢?
琳达·巴克（Linda Buck）和理查德·阿克塞尔（Richard Axel）的发现让科学家们走上了回答这个问题的道路嗅觉受体．嗅觉受体碰巧是哺乳动物基因组中最大的蛋白质受体多基因家族(简称g蛋白偶联受体，简称GPCRs)中结构最多样化和规模最大的成员。它们惊人的多样性和纯粹的大小嗅觉受体基因比免疫系统拥有更多的“遗传存储”，占据了哺乳动物基因组的4%，这引起了对基因重组机制和生物过程进化多样化感兴趣的科学家的注意。一些生物实体，比如蛋白质，是如何进化来促进各种功能的?GPCRs超家族协调了许多基本的生物学过程，包括视觉、大脑中神经递质的检测和免疫反应的调节。
这些受体被证明是一座遗传金矿，为此，巴克和阿克塞尔与嗅觉系统组织方面的其他工作一起获得了2004年诺贝尔生理学或医学奖。嗅觉，长期以来一直是感官的灰姑娘，成为科学主流的焦点。结果，气味成为一种很有前途的东西分子模型想想gpcr——所有药物研究的一半目标——以及支配它们功能相互作用的因果原则。
例如，这些蛋白质的调节范围有多广?一些受体是否比其他受体对更广泛的分子特征做出反应，这是否意味着基因差异?如何遗传差异受体之间的连接到大脑的线路(受体遗传学是一个基本的驱动嗅觉系统的神经发育) ?更重要的是，分子特征的组合可能会阻止甚至增强这些蛋白质的反应？这些蛋白质如何执行各种各样的功能仍然是一个不断发现的领域。
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由于只有两个突触直接进入大脑皮层，对嗅觉大脑的全面了解似乎迫在眉睫。然而，嗅觉系统明显的简单性很快就被证明具有欺骗性。在受体发现三十年后的今天，气味感知机制仍然困扰着MMOX研究人员。我们并没有接近完全的理解，只是开始意识到大脑对气味的理解所隐藏的复杂性。
神经科学家错误地将视觉作为大脑工作方式的指导。用地图的方式排列气味可能听起来不太可能。这边有茉莉花香，那边有香菜香?但这种方法很快就暴露出其局限性。通过哪些特性你可以绘制出更多一万亿年在神经空间闻到化学物质?例如，酮是放在醛旁边，还是更靠近酯?还有，在煤焦油和粪便中发现的一种难闻的晶体有机化合物吲哚，该放在哪里呢?
最近对嗅觉系统的研究表明，这种以视觉系统为灵感的设计是错误的。嗅觉皮层不像其他感觉皮层那样以逻辑空间方式组织。你面对的不是一张地图，而是一张看似随机而复杂的地图马赛克信号。与色觉和声音相比，嗅觉刺激是多维的，而不是低维的。颜色知觉听觉感知是基于空气压力波的频率，它可以线性地映射到神经相关物上。但气味质量与结构上高度多样化的化学物质有关。这些化学物质5，000分子特征，不相关的以任何直接的方式来识别气味质量，嗅觉受体(人类大约有400种类型)识别它们。
大脑不仅仅是一个投影屏幕。它基本上是一个模式识别设备。
人类大脑应该如何利用神经空间来组织这些过多的非空间化学信息，目前还没有定论。在某种程度上，你的大脑处理气味的复杂化学过程更接近于数学运算，而不是绘图。
回想一下受体组合编码的能力。气味是通过广泛分布的信号马赛克计算出来的:大脑所能“看到”(找不到更好的术语)的是哪些受体被点亮了，它们有多少个，持续了多长时间，以及它们的组合和比例。大约有400种受体参与5000个分子参数的组合编码，这是一项相当复杂的任务。
我们必须问的真正问题是：什么样的感觉信息是通过嗅觉系统采集和解释的，而嗅觉系统可以与神经相关者联系起来？嗅觉“在野外”（在实验室中不受简单刺激的离散管理）遭遇的特点是化学刺激在其环境中固有的不可预测性及其与感觉界面的相互作用。这一点对我们对大脑如何工作的一般理解具有启示。
嗅觉系统不需要地图世界镜像一些固定的物理特性，因为它的化学刺激是不断的变化。大脑在记忆中绘制，识别嗅觉刺激的化学成分中的图案。这是嗅觉系统的一种方式前景新奇，这意味着将未知（和潜在行为相关）化合物引入到一个恒定的环境中。模式识别中新颖性检测的一个相似原理也适用于其他不能严格映射的感觉系统。考虑互感受调节生物体内的过程如心率和激素变化的系统。
换句话说，关注大脑的特性是有见地的，而不是适得其反。这些特质，比如奇怪的复杂性和可变性关于嗅觉，现在证明对理解大脑如何通过快速变化的分子组合操纵生物体至关重要。这背后的过程是高度动态的，在回答如何选择、选择什么以及何时选择时会从根本上迅速做出反应。大脑不仅仅是一个投影屏幕。从根本上说，这是一个挑战模式识别设备．跟踪不断变化的环境的化学统计数据需要一个简单的解决方案来解决一个复杂的问题——在这里，过度专门化的地图甚至可能是不利的。毕竟，我们的大脑是从我们的身体进化而来的，而不是相反。
Ann-Sophie Barwich是一位认知科学家和经验主义哲学家。她写的是嗅觉：鼻子告诉大脑的东西．在推特上关注她@smellosopher．
脚注
1.在猫的视觉皮层上进行了一系列突破性的实验托尔斯滕·维塞尔和大卫·胡贝尔，巩固了对感觉系统中大脑功能的映射方法的解释优势。Hubel和Wiesel的观点来源于之前对运动系统wilder的研究潘菲尔德的1937年的“小矮人”(皮质表面的运动条的特定区域代表你身体的特定部位)，以及弗农·芒卡索(Vernon Mountcastle)在1957年发现的皮质柱(邻近的皮质细胞对类似的输入作出反应)。
2.y Cajal，R.Croonian讲座：神经中枢的精细结构。伦敦皇家学会学报55, 444–468 (1894).
3.除了埃德加这样的例外阿德里安20世纪40年代和戈登牧羊人20世纪70年代证明了这一规则。
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