一张气味地图，创造你心中“最好闻的味道”

图片来源：Live Science

撰文 LA JOLLA

翻译贾晓璇

编辑魏潇

无论是玫瑰花香，还是烟熏味、鱼腥味，每种气味都包含许多能与人类鼻腔内蛋白质受体结合的气味分子。但究竟某种组合为什么闻起来是这种味道，科学家们还没有定论。他们也无法仅从结构上断定某种分子到底是香甜的、恶臭的还是无味的。

最近，美国索尔克研究所（the Salk Institute）和亚利桑那州立大学（Arizona State University）的一群科学家发现了一种组合气味分子的新方法。他们将某种组合在自然界出现的频率绘制成图，得到了人类认为“最好闻”的组合区域。这一结果发表在 8 月 29 日的《科学进展》（Science Advances），为气味与口味的设计开辟了新道路。

该研究的通讯作者、索尔克计算神经生物学实验室副教授塔季扬娜·夏比（Tatyana Sharpee）表示：“我们可以通过控制频率的高低来制造声音，控制光的波长和颜色来设计画面。但如何组织气味分子来创造味道，一直是个悬而未决的难题。”

此前，科学家曾尝试严格依据化学结构对气味分子进行分类。“但结构相似的分子闻起来可是天差地别，”夏比说道。

他们分析了已有草莓、番茄、蓝莓、老鼠尿液样本中气味分子的数据，利用统计学方法，将气味分子在四类样本中出现的频率绘制成气味地图。

科学家依据气体分子出现频率绘制的气味地图。其中圆形表示球体正面的点，方形表示球体背面的点。图片来源：SalkInstitute

以组合形式出现频率越高的气味分子，在地图上的距离就越近。

夏比解释：“这就好比判断芝加哥和纽约、洛杉矶、墨尔本分别相距几英里。如果你把这些城市标注出来，就会发现地球表面是曲面而不是平面，否则墨尔本到洛杉矶的距离就没法算了。我们绘制气味地图时也用了这种思想。”

沿着这条思路，科学家们发现气味分子可以从三维空间中映射到一个曲面上。不过这个曲面不像地球那样是个球面，而是与品客（Pringles）薯片的形状类似——数学家将其称为双曲面。

研究团队观察了气味分子在曲面上的分布情况，发现了“好闻”与“难闻”气味的方向、与酸度有关的气味方向，以及与气味从表面蒸发难易程度有关的方向。人类有望根据这些结果在人工环境（如空间站）中创造“好闻”的气味。

亚利桑那州立大学行为神经科学家、论文共同作者（Brian Smith）补充：“这项研究进一步揭示了气味分子与大脑的相互作用，有助于我们更好地理解某些疾病（如帕金森症）患者失去嗅觉的原因。”

除了上文提及的夏比与史密斯，索尔克研究所的Yuansheng Zhou也是论文作者之一。

Yuansheng Zhou（左）与夏比（右）。图片来源：SalkInstitute

该项目及研究人员由艾琳·安德鲁基金会（Aileen Andrew Foundation）、美国国家科学基金会（National Science Foundation）支持，是国家科学基金会（the National Science Foundation）“破解嗅觉密码”新创意实验室项目的子项目。

原文链接：

https://www.salk.edu/news-release/whats-that-smell-scientists-find-a-new-way-to-understand-odors/

论文信息

【标题】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.

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

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