气味空间和嗅觉白

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


白色是一种混合物,由感知空间中强度相等的信号组合而成。白光可以分解为可见光谱的所有颜色,而白噪声则覆盖了可听范围内的各种频率。

我们的其他感官没有如此清晰的感知范围。我们无法像用波长定义颜色或音调那样,给气味、味道或质感一个数字,但是最近一篇引人入胜的论文表明,通过以相等的强度混合许多不同的气味分子,我们对气味的感知会趋向于“嗅觉白”。

研究人员从最多三十种气味的混合物中创造出了这种奇怪的中性气味,这些气味是从一组86个分子中选择的,这些分子代表了我们可以闻到的各种气味。人类的“嗅觉刺激空间”包含数千个分子,从芬芳和花香到腐烂的气味。我们可以区分和命名许多气味,但是气味并没有整齐地映射到一维光谱上。对气味的多维刺激空间进行采样需要对气味世界进行更加复杂的映射。左图显示了86个分子在嗅觉刺激空间的两个地图中的位置。第一个是基于我们感知气味的方式(感知空间,A),第二个是基于分子的化学结构(物理化学空间,B)。


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感知地图是根据建立的,数据来自Dravnieks的《气味特征图谱》,其中包含144种不同的分子。150位专业鼻子将每种气味与146种不同的气味描述(如“果味”,“醚味”,“腐烂味”或“肉类调味品”)进行了比较。这个巨大的多维数据集代表了我们体验和命名嗅觉空间的方式。使用主成分分析,可以将这个146维空间简化为二维投影,该投影表示此空间中不同气味之间的“距离”。

物理化学嗅觉空间比感知空间的地图更客观和密集,它是建立的,来自1565个气味分子的1514种化学结构描述。这些描述包括原子数量、特定化学基团的存在与否以及分子的重量和形状。分子的形状通常不足以预测其气味,但是基于专业描述甚至大脑活动,可以在1514维空间和其他感知图之间进行一些相关性分析。

大脑、啮齿动物嗅球或气味受体对不同气味的反应的图代表了一种不同的嗅觉空间,一种在感觉器官本身的结构中绘制和编码的嗅觉空间。大鼠嗅球对乙酸异戊酯(香蕉味)浓度增加的活动图显示了细胞激活并将信号发送到大脑说“香蕉!”的区域。

我很好奇这些活动图对于“白色气味”会是什么样子,尽管作者认为这种感知可能不是由表征白光或白噪声感知的广泛激活引起的。白光平均激活眼睛的三个颜色感受器,而使用电刺激嗅觉系统不会导致任何气味感觉,而是“化学”,“香味”或“香水味”的白色气味。

这些地图提供了一种有趣的方式来分类和讨论气味,但是嗅觉空间的全部范围仍然未知,等待着探险家们建立更多多维的气味体验地图。您可以在索贝尔实验室网站上尝试嗅觉刺激图,查看啮齿动物大脑活动图的数据库,并从今天开始以更加批判和热情的态度来嗅闻世界。

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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