Феномен улучшения детектируемости слабого сигнала благодаря шуму носит название стохастического резонанса. Это явление возникает лишь в нелинейных системах – таких, где сигнал на выходе не пропорционален сигналу на входе. Нейроны как раз представляют собой хороший пример нелинейной системы. Они активируются только в тех ситуациях, когда электрический потенциал на их мембранах достигает критического значения. В такой системе слабый сигнал на входе, не достигающий порогового значения, можно усилить, добавив шум: тогда сигнал сумеет преодолеть порог.
Многочисленные теоретические модели позволяют предположить, что стохастический резонанс улучшает процесс обработки сигналов нейронами. Получены убедительные экспериментальные свидетельства того, что добавление внешнего шума при определенных условиях положительно влияет на способности мозга. Именно стохастическим резонансом объясняется и то, что турбулентные потоки помогают клеткам чувствительных волосков речного рака улавливать шевеление плавника далекой рыбы, и то, что визуальный шум помогает человеческому глазу воспринимать бледное изображение. Внешний шум с тех пор научились обращать на пользу человеку. Скажем, кохлеарные импланты помогают слабослышащим улавливать тихие звуки, а вибрирующие стельки уменьшают покачивание у тех, кто перенес инсульт.
Однако долгое время никто не мог отыскать никаких свидетельств того, что мозг вырабатывает собственный внутренний шум с целью использовать явление стохастического резонанса. Но тут на сцену вышел оксфордский нейробиолог Геро Мизенбок. По его мнению, он обнаружил мозговую цепочку (часть обонятельной системы дрозофилы), существующую именно для того, чтобы генерировать шум и тем самым улучшать функционирование мозга. По мнению ученого, его находку можно приложить и к исследованиям человеческого мозга, ибо основы устройства обонятельной системы дрозофилы общие не только для всех насекомых, но и для всех позвоночных – то есть и для человека.
Впрочем, Мизенбок не стал пытаться установить источник шума. Он лишь хотел разгадать тайну, которая много лет тревожила умы исследователей обонятельной системы.
Обонятельная система дрозофилы представляет собой сложнейший комплекс нейронных путей. Начинается все с мушиных антенн, где имеется около 1200 обонятельных рецепторных нейронов (ОРН), каждый из которых несет на себе определенный тип рецепторных молекул. Существует около 60 различных рецепторных молекул, а значит, около 60 различных типов ОРН.
