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。想想看:我们可以把大脑的连接放大到最微小的分子水平。我们可以追踪单个细胞，也可以追踪整个细胞群。我们可以打开或关闭神经元就像电灯开关. 我们甚至可以通过基因工程，通过动物的记忆痕迹，玩弄它的行为。然而，即使有了这些能力，我们也无法理解大脑最终的工作方式。一些神经科学家很想把这看作是一种挑战生存危机的字段。
尽管如此，我不会说神经科学正处于危机之中。这只是因为太多的神经科学关注于从一些pet系统中得出的最受欢迎的理论。毫不夸张地说，这限制了该领域的前景。以视觉为例。20世纪的大部分大脑研究都建立在我们对如何看东西的理解上。这不是一场意外。
如果我们把我们的理论扩展到包括大脑中不那么受欢迎的部分的工作，会怎么样？
视觉系统的迷人之处在于它对逻辑的清晰展示。视觉系统为我们的大脑提供了专门的区域，这些区域创造和处理我们对特定感官特征的感知。它们包括方向、移动、形状和颜色。就好像你可以把物理世界映射到离散而有序的神经元结构上。1这种脑图原理也在其他感官中发现，包括听觉。音调频率排列在听觉皮层，类似于钢琴的键。
也许这个特性现在被证明是大脑功能的一般理论的缺陷。将其他生理和心理功能(如内感觉、奖励和动机、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代表空间结构。相反，它们可能代表一种关系度量，将生物体的构成与世界上波动的信息联系起来。
毫无疑问，映射是许多感觉和认知系统的显著特征。然而，这可能只是许多物质表达中的一种，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展到包括大脑中不那么受欢迎的部分的工作，会怎么样？
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。我们的嗅觉对视野中的映射范例提供了一种有趣的挑战。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奠基人之一，早在20世纪初就意识到了这一点典范学习大脑如何理解世界。尽管在卡哈尔时代的大多数科学家看来，嗅觉是一种反复无常和古怪的感觉，没有太多的复杂性，因此对认知及其生物学基础的研究兴趣不大。卡哈尔相信，理解嗅觉可以让我们更好地了解其他感觉系统。
原因与嗅觉系统特有的一个有趣的特征有关。也就是说，只需要两个突触，信息就可以从空气中通过你的鼻子，到达大脑深处的核心皮层。换个角度来说，两个突触并不能让你视网膜在视觉系统中。你再也找不到比这更直接的方式让大脑与世界接触了!
这种与世界的亲近并不意味着我们的嗅觉很简单。气味的复杂性令人难以置信。你周围环境的化学成分——我们说的是成百上千的分子——正在不断而迅速地变化。你的鼻子在空气中吸收挥发性化合物，这些化合物与你的嗅觉受体(位于鼻上皮的感觉神经元的纤毛上)相互作用组合的方式．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绘制化学物质。相反，它跟踪和计算统计数字改变化学环境：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，神经科学家才接受卡哈尔的建议。3.在这方面有一定的实用主义。臭名昭著的是，气味一直很难调查。正如许多人可以亲自证明的那样，气味的体验本身是可变的。事物的气味不仅在不同的人之间不同，在同一个人身上也不同。
我不会说神经科学正处于危机之中。这只是因为太多的神经科学关注于从一些pet系统中得出的最受欢迎的理论。
例如，当你品尝一杯红酒时，你可能会享受到它主要的樱桃香气，直到有人在同一杯红酒中评论到强烈的香草味。突然间，樱桃移到了你意识的后座，而香草的香味突然出现，即使你以前没有注意到它。你如何将这种短暂的、短暂的气味转变成可测量的、稳定的、可比较的科学研究对象？
琳达·巴克和理查德·阿克塞尔通过发现嗅觉受体. 嗅觉受体恰好是哺乳动物基因组中最大的多基因蛋白质受体家族（简称G蛋白偶联受体或GPCR）中结构多样性和规模最大的成员。它们惊人的多样性和巨大的嗅觉受体基因比免疫系统具有更多的“基因储存”，占哺乳动物基因组的4%左右，引起了对基因重组机制和生物过程进化多样性感兴趣的科学家的注意。一些生物实体，如蛋白质，是如何进化来促进各种功能的？GPCR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。
这些受体是一个基因金矿，巴克和阿克塞尔因此获得了2004年的诺贝尔生理学或医学奖。嗅觉，长期以来被认为是感官的灰姑娘，现在已经成为科学主流的焦点。结果，气味成为了一种希望分子模型想一想GPCR——大约一半药物研究的目标，以及控制其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？是否有些受体比其他受体对更广泛的分子特征有反应，这可能表明遗传差异？怎么办遗传差异受体之间连接着大脑的线路（受体遗传学是大脑的基本驱动力）嗅觉系统的神经发育)? 更重要的是，什么样的分子特征组合可能会阻止甚至增强这些蛋白质的反应呢?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地方。
为什么人脑如此高效？
大脑是复杂的;在人类中，它由大约1000亿个神经元组成，产生100万亿数量级的连接。它经常被拿来与另一种具有巨大解决问题能力的复杂系统相比:数字计算机。两个大脑……阅读更多
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，嗅觉系统表面上的简单很快就被证明具有欺骗性。今天，在发现感受器三十年后，气味感知机制仍然困扰着研究人员。我们并没有完全理解，只是开始理解大脑感知气味所隐藏的复杂性。
神经科学家将视觉作为大脑工作的指南是错误的。以地图般的方式排列气味听起来像是一个不起眼的问题。这里有茉莉花香，那边有芫荽香？但这种方法很快就暴露了其局限性。根据哪些特征，您可能会比一兆神经空间中的气味化学物质？例如，酮是放在醛的旁边，还是放在酯的旁边？你把吲哚放在哪里？吲哚是一种气味难闻的结晶有机化合物，存在于煤焦油和粪便中？
最近对嗅觉系统的研究表明，这种受视觉系统启发的设计是错误的。嗅觉皮层不像其他感觉皮层那样以逻辑空间方式组织。你面对的不是地图，而是看似随机而复杂的地图马赛克的信号。与色觉和声音不同，嗅觉的刺激是多维度的，而不是低维度的。色觉它基于可见光电磁波频谱，听觉感知基于空气压力波的频率，可以线性映射到神经相关。但气味质量与结构高度多样的化学物质有关。这些化学物质有大约5,000分子的特性,不相关嗅觉感受器（人类大约有400种）通过任何直接的方式识别气味质量。
大脑不仅仅是一个投影屏幕。它基本上是一种模式识别设备。
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，目前还没有解决。在某种程度上，你的大脑如何处理复杂的气味化学过程更接近于做数学而不是作图。
回忆受体的组合编码能力。气味是由分布广泛的信号拼图计算出来的：大脑“看到”的（没有更好的术语）是什么样的受体发光，有多少个，持续多长时间，以及以什么样的组合和比例。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收集和解释的，可以与神经相关?“在野外”(在实验室简单刺激的离散管理之外)嗅觉遭遇的特征是化学刺激在环境中的固有不可预测性，以及它与感觉界面的相互作用。这一点暗示了我们对大脑如何工作的一般理解。
嗅觉系统不需要地图镜像世界上一些固定的物理特征，因为其化学刺激不断在通量中。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颖性，这意味着将未知的(和潜在的行为相关的)化合物引入一个恒定的环境中。在模式识别中，一个足够相似的新奇检测原则也适用于其他不能严格映射的感觉系统。考虑内感受器的调节生物体内的过程如心率和激素变化的系统。
换句话说，关注大脑的特性可以是有洞察力的，而不是适得其反的。这些特质，比如奇怪的复杂性和易变性现在看来，嗅觉对于理解大脑是至关重要的——大脑如何在快速变化的分子组合中操纵一个有机体。这背后的过程是高度动态的，在回答如何、什么和何时选择时是迅速的。大脑不仅仅是一个投影屏幕。从根本上说模式识别装置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过度专业化的地图在这里甚至可能是不利的。毕竟，我们的大脑是从我们的身体进化而来的，而不是相反。
安·索菲·巴维奇是一位认知科学家和经验哲学家。她是这本书的作者嗅觉：鼻子告诉大脑的东西．在推特上关注她@嗅球．
脚注
1.对猫的视觉皮质进行了一系列突破性的实验，由Torsten Wiesel和David Hubel，巩固了感觉系统中大脑功能映射方法的解释优势。Hubel和Wiesel的想法是根据之前对Wilder电机系统的研究得出的彭菲尔德氏1937年的“homunculus”（大脑皮层表面运动带的特定区域代表你身体的特定部位），以及弗农·蒙卡斯尔（Vernon Mountcastle）在1957年发现的皮层柱（相邻的皮层细胞对类似输入作出反应）。
2.y Cajal，R.Croonian讲座：神经中枢的精细结构。伦敦皇家学会会刊55, 444 - 468(1894)。
3.除了埃德加这样的例外阿德里安在1940年代和戈登牧羊人在20世纪70年代证明了这一规律。
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