一張氣味地圖，創造你心中「最好聞的味道」

圖片來源：Live Science

撰文 LA JOLLA

翻譯 賈曉璇

編輯 魏瀟

無論是玫瑰花香，還是煙熏味、魚腥味，每種氣味都包含許多能與人類鼻腔內蛋白質受體結合的氣味分子。但究竟某種組合為什麼聞起來是這種味道，科學家們還沒有定論。他們也無法僅從結構上斷定某種分子到底是香甜的、惡臭的還是無味的。

最近，美國索爾克研究所（the Salk Institute）和亞利桑那州立大學（Arizona State University）的一群科學家發現了一種組合氣味分子的新方法。他們將某種組合在自然界出現的頻率繪製成圖，得到了人類認為「最好聞」的組合區域。這一結果發表在 8 月 29 日的《科學進展》（Science Advances），為氣味與口味的設計開闢了新道路。

該研究的通訊作者、索爾克計算神經生物學實驗室副教授塔季揚娜·夏比（Tatyana Sharpee）表示：「我們可以通過控制頻率的高低來製造聲音，控制光的波長和顏色來設計畫面。但如何組織氣味分子來創造味道，一直是個懸而未決的難題。」

此前，科學家曾嘗試嚴格依據化學結構對氣味分子進行分類。「但結構相似的分子聞起來可是天差地別，」夏比說道。

他們分析了已有草莓、番茄、藍莓、老鼠尿液樣本中氣味分子的數據，利用統計學方法，將氣味分子在四類樣本中出現的頻率繪製成氣味地圖。

科學家依據氣體分子出現頻率繪製的氣味地圖。其中圓形表示球體正面的點，方形表示球體背面的點。圖片來源：SalkInstitute

以組合形式出現頻率越高的氣味分子，在地圖上的距離就越近。

夏比解釋：「這就好比判斷芝加哥和紐約、洛杉磯、墨爾本分別相距幾英里。如果你把這些城市標註出來，就會發現地球表面是曲面而不是平面，否則墨爾本到洛杉磯的距離就沒法算了。我們繪製氣味地圖時也用了這種思想。」

沿著這條思路，科學家們發現氣味分子可以從三維空間中映射到一個曲面上。不過這個曲面不像地球那樣是個球面，而是與品客（Pringles）薯片的形狀類似——數學家將其稱為雙曲面。

研究團隊觀察了氣味分子在曲面上的分布情況，發現了「好聞」與「難聞」氣味的方向、與酸度有關的氣味方向，以及與氣味從表面蒸發難易程度有關的方向。人類有望根據這些結果在人工環境（如空間站）中創造「好聞」的氣味。

亞利桑那州立大學行為神經科學家、論文共同作者（Brian Smith）補充：「這項研究進一步揭示了氣味分子與大腦的相互作用，有助於我們更好地理解某些疾病（如帕金森症）患者失去嗅覺的原因。」

除了上文提及的夏比與史密斯，索爾克研究所的Yuansheng Zhou也是論文作者之一。

Yuansheng Zhou（左）與夏比（右）。圖片來源：SalkInstitute

該項目及研究人員由艾琳·安德魯基金會（Aileen Andrew Foundation）、美國國家科學基金會（National Science Foundation）支持，是國家科學基金會（the National Science Foundation）「破解嗅覺密碼」新創意實驗室項目的子項目。

論文信息

【標題】Hyperbolic geometry of the olfactory space

【期刊】Science Advances

【作者】Yuansheng Zhou, Brian H. Smith and Tatyana O. Sharpee

【日期】29 Aug 2018

【DOI】10.1126/sciadv.aaq1458

【摘要】In the natural environment, the sense of smell, or olfaction, serves to detect toxins and judge nutritional content by taking advantage of the associations between compounds as they are created in biochemical reactions. This suggests that the nervous system can classify odors based on statistics of their co-occurrence within natural mixtures rather than from the chemical structures of the ligands themselves. We show that this statistical perspective makes it possible to map odors to points in a hyperbolic space. Hyperbolic coordinates have a long but often underappreciated history of relevance to biology. For example, these coordinates approximate the distance between species computed along dendrograms and, more generally, between points within hierarchical tree–like networks. We find that both natural odors and human perceptual descriptions of smells can be described using a three-dimensional hyperbolic space. This match in geometries can avoid distortions that would otherwise arise when mapping odors to perception.

【鏈接】http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaaq1458

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