Dofter – lovande mystik och intriger – blandas av mästerparfymörer, deras recept hölls hemliga. I en ny studie om luktsinne, Forskare från Weizmann Institute of Science har lyckats ta bort mycket av mysteriet från även komplexa blandningar av luktämnen, inte genom att avslöja deras hemliga ingredienser, men genom att spela in och kartlägga hur de uppfattas. Forskarna kan nu förutsäga hur alla komplexa luktämnen kommer att lukta enbart från dess molekylära struktur. Denna studie kan inte bara revolutionera parfymervärlden, men så småningom leda till möjligheten att digitalisera och återge lukt på kommando. Ett föreslaget ramverk för lukter, skapad av neurobiologer, datavetare, och en mästerparfymör och finansierad av ett initiativ från Europeiska kommissionen som heter Future and Emerging Technologies (FET) Open, publicerades i Natur .

"Utmaningen att planera dofter på ett organiserat och logiskt sätt föreslogs först av Alexander Graham Bell för över 100 år sedan, säger Prof. Noam Sobel vid Weizmann-institutets avdelning för neurobiologi. Bell kastade ner handsken, säger:"Vi har väldigt många olika sorters lukter, hela vägen från doften av violer och rosor upp till asafoetida. Men tills du kan mäta deras likheter och skillnader kan du inte ha någon vetenskap om lukt." Hans utmaning förblev ouppfylld - tills nu.

Denna sekelgamla utmaning lyfte fram svårigheten att få in lukter i ett logiskt system, eftersom det finns miljontals luktreceptorer i våra näsor, med hundratals undertyper, var och en formad för att upptäcka särskilda molekylära egenskaper. Våra hjärnor uppfattar potentiellt miljontals dofter där dessa enskilda molekyler blandas och blandas med varierande intensitet; Således, att kartlägga denna information har varit en utmaning. Men studien av prof. Sobel och hans team, ledd av doktoranden Aharon Ravia och Dr Kobi Snitz, fann att det finns en underliggande ordning för lukter. De nådde denna slutsats genom att anta Bells koncept — nämligen, för att inte beskriva luktarna själva, utan snarare relationerna mellan lukter som de uppfattas.

I det första experimentet, forskarna skapade 14 aromatiska blandningar, var och en omfattar cirka 10 molekylära komponenter, och presenterade dem två åt gången för nästan 200 volontärer. Deltagarna betygsatte par luktar på hur lika de verkade, rangordna dem på en skala som sträcker sig från "identiska" till "extremt olika." I slutet av experimentet, varje volontär hade utvärderat 95 par.

För att översätta den resulterande databasen med tusentals perceptuella likhetsbetyg till en användbar layout, teamet förfinade ett fysikalisk-kemiskt mått som de tidigare hade utvecklat. I denna beräkning, varje luktämne representerades av en enda vektor som kombinerar 21 fysiska mått (polaritet, molekylvikt, etc.). För att jämföra två luktämnen, var och en representerad av en vektor, forskarna mätte vinkeln mellan vektorerna för att återspegla den perceptuella likheten mellan dem. Par av luktämnen med ett kort vinkelavstånd mellan dem förutspåddes vara liknande, och de med högt vinkelavstånd förutspåddes vara olika.

För att testa denna modell, teamet tillämpade det först på data som samlats in av andra forskare, främst en stor studie om luktdiskriminering av Caroline Bushdid och kollegor i professor Leslie Vosshalls laboratorium vid Rockefeller University i New York. Weizmann-teamet fann att deras modell och mätningar exakt förutspådde Bushdid-resultaten:Luktämnen med lågt vinkelavstånd mellan dem var svåra att urskilja; de med högt vinkelavstånd var enkla. Uppmuntras av modellens noggrannhet när det gäller att förutsäga data som samlats in av andra, Sobelgruppen fortsatte att testa sig själva.

Teamet skapade nya dofter och bjöd in en ny grupp frivilliga att lukta på dem, återigen använda sin metod för att förutsäga hur denna uppsättning deltagare skulle betygsätta paren - först 14 nya blandningar och sedan, i nästa experiment, 100 blandningar. Modellen presterade exceptionellt bra. Faktiskt, resultaten var i samma bollplank som för färguppfattning – sensorisk information som är grundad i väldefinierade parametrar. Detta var särskilt överraskande med tanke på att varje person sannolikt har ett unikt komplement av luktreceptorsubtyper, som kan variera med så mycket som 30% mellan individer.

Eftersom luktkartan, ' eller mått, förutspår likheten mellan två luktämnen, den kan också användas för att förutsäga hur en luktämne i slutändan kommer att lukta. Till exempel, alla nya luktämnen som är inom 0,05 radianer (en måttenhet för vinklar) eller mindre från banans lukt kommer att lukta exakt som banan. När det nya luktmedlet tar avstånd från banan, det kommer att lukta bananaktigt, och bortom ett visst avstånd, det kommer sluta likna banan.

Sobellabbet utvecklar nu ett webbaserat verktyg. Dessa tekniker förutsäger inte bara hur ett nytt luktämne kommer att lukta, men kan också syntetisera luktämnen genom design. Till exempel, man kan ta vilken parfym som helst med en känd uppsättning ingredienser och, med hjälp av kartan och måtten, skapa en ny parfym utan komponenter gemensamt med den ursprungliga parfymen, men med exakt samma lukt. Sådana skapelser i färgseende — nämligen icke-överlappande spektralkompositioner som genererar samma uppfattade färg-kallas färgmetamerer, och Sobel-teamet har producerat luktmetamer.

Resultaten är ett viktigt steg mot att förverkliga en vision av studiemedförfattaren Prof. David Harel från Weizmann-institutets institution för datavetenskap och tillämpad matematik, som också fungerar som vice president för Israel Academy of Sciences and Humanities:Gör det möjligt för datorer att digitalisera och reproducera lukt. Förutom att kunna lägga till realistiska blom- eller havsaromer till semesterbilder på sociala medier, att ge datorer möjligheten att tolka lukter på det sätt som människor gör kan ha en inverkan på miljöövervakning och den biomedicinska och livsmedelsindustrin, för att nämna några. Fortfarande, mästare parfymör Christophe Laudamiel, som också är medförfattare till studien, påpekar att han inte bryr sig om sitt yrke ännu.

Professor Sobel säger, "För hundra år sedan, Alexander Graham Bell utgjorde en utmaning. Vi har nu svarat det:Avståndet mellan ros och violett är 0,202 radianer (de är på distans lika), avståndet mellan violett och asafoetida är 0,5 radianer (de är mycket olika), och skillnaden mellan rose och asafoetida är 0,565 radianer (de är ännu mer olika). Vi har konverterat luktuppfattningar till tal, och detta borde verkligen främja vetenskapen om lukt."