التطوير الذي قام به علماء معهد وايزمان للعلوم يجعل من الممكن التنبؤ بما ستكون عليه رائحة أي مركب جزيئي وقد يمهد الطريق لرقمنة الروائح وإعادة إنتاجها
"إذا كنت تطمح إلى إيجاد علم جديد، فاخرج وقم بقياس الرائحة"، هكذا حث ألكسندر جراهام بيل خريجي المدارس الثانوية في واشنطن عام 1914. وفي دراسة جديدة نشرت اليوم في المجلة العلمية الطبيعة، يستجيب العلماء في معهد وايزمان للعلوم لتحدي المئة عام الذي يمثله مخترع الهاتف، ويقدمون طريقة تتيح قياس درجة التشابه بين الروائح المختلفة بدقة على أساس المسافة الإدراكية بين الروائح المختلفة. الروائح. يتيح هذا البحث التنبؤ بما ستكون عليه رائحة أي مركب رائحة، مهما كانت غنية ومعقدة، بناء على بنيته الجزيئية، وقد يمهد الطريق لرقمنة الروائح وإعادة إنتاجها.
ومن المعروف في مجال الرؤية أن الفرق بين الأزرق والأصفر هو تقريباً ضعف الفرق بين الأزرق والأخضر. في مجال السمع، الفرق بين الصوتين "ra" و"do" هو دائمًا نفس الفرق بين "ra" و"mi". لكن الباحثين في مجال حاسة الشم لم يمتلكوا حتى الآن أداة موثوقة لقياس الفرق بين رائحتين. ويعود السبب في ذلك، من بين أمور أخرى، إلى الطبيعة الصعبة لحاسة الشم: يوجد في الأنف ملايين المستقبلات الشمية، مقسمة إلى مئات الأنواع الفرعية، كل منها مصمم لاكتشاف خصائص جزيئية معينة. ونتيجة لذلك، فإن دماغنا قادر على امتصاص ملايين الروائح التي تتكون من العديد من جزيئات الرائحة مجتمعة معًا بقوى وجرعات مختلفة. وفي الدراسة الجديدة التي خرجت من مختبر البروفيسور نعوم سوبيل من قسم البيولوجيا العصبية، بقيادة طالب البحث أهارون ربيع والدكتور كوبي سانيتز، اكتشف الباحثون كيف يمكن إنشاء النظام في خليط الروائح. إن مفتاح النجاح في هذا التحدي الصعب يكمن طوال الوقت في خطاب بيل الذي سأل خريجي المدارس الثانوية عما إذا كان بإمكانهم "قياس درجة الاختلاف بين رائحة وأخرى والقول ما إذا كانت رائحة معينة أقوى بمرتين من رائحة أخرى". أي أنه بدلاً من وصف وقياس الروائح في حد ذاتها، اتجه الباحثون إلى حساب العلاقات بين الروائح كما تُدرك من خلال حاسة الشم لدينا.
وبمساعدة صانع العطور الفرنسي كريستوف لودمييل الذي ابتكر عطوراً لماركات عالمية مثل كلينيك وتومي هيلفيغر ورالف لورين بالإضافة إلى روائح لمنعمات الأقمشة من شركة بروكتر آند غامبل، ابتكر الباحثون 14 خليطاً من الروائح، كل منها يتكون من حوالي 10 مكونات جزيئية. بعد ذلك، وفي سلسلة من التجارب، قدم الباحثون إلى 200 متطوع أزواجًا من هذه الخلائط وطلبوا منهم تقييم مدى تشابه الروائح في كل زوج مع بعضها البعض.
أسفرت هذه التجارب عن قاعدة بيانات تحتوي على آلاف التقييمات لدرجة التشابه بين مخاليط الرائحة، كما يراها المجربون. استخدم الباحثون هذه البيانات لمعايرة خريطة رائحة متعددة الأبعاد قاموا بإنشائها مسبقًا بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية. في الخريطة المعايرة التي قاموا بإنشائها، يتم تمثيل كل رائحة بواسطة ناقل يجمع 21 مؤشرًا (من القطبية إلى الوزن الجزيئي)، حيث تعكس المسافة الزاوية بين أي متجهين درجة التشابه الإدراكي بينهما - كلما زادت المسافة، كلما زادت المسافة. تختلف الروائح عن بعضها البعض.
ولوضع خريطة الرائحة الإدراكية تحت الاختبار، لجأ الباحثون إلى البيانات التي تم جمعها في دراسة واسعة النطاق في مختبر البروفيسور ليزلي واشال في معهد روكفلر في نيويورك والتي اختبرت قدرة المجربين على التمييز بين الروائح. اكتشف الباحثون من مختبر البروفيسور سوبيل أن خريطة الرائحة تتنبأ بدقة بالنتائج التي تم الحصول عليها في الدراسة: كلما كانت المسافة الزاوية بين الروائح أصغر، كلما كان من الصعب على المجربين التمييز بينها - والعكس صحيح. بعد أن تشجع الفريق على أن النموذج تنبأ بدقة بالنتائج التي جمعها الآخرون، انتقل الفريق إلى الخطوة التالية: وضع النموذج قيد الاختبار بأنفسهم.
ولتحقيق هذه الغاية، قام الباحثون بتحضير أكثر من 100 خليط من الروائح ودعوا مجربين جدد لشمها. أثبت النموذج نفسه بطريقة غير عادية: في الواقع، كانت النتائج موازية للنتائج المقبولة في التجارب التي تختبر الإدراك الحسي المعروف بأنه يعتمد على معايير محددة جيدًا - رؤية الألوان. وكان هذا مفاجئًا بشكل خاص نظرًا لأن كل شخص لديه تركيبة فريدة من الأنواع الفرعية للمستقبلات الشمية، مع اختلاف يصل إلى حوالي 30% من شخص لآخر.
باستخدام هذه الطريقة، لا يستطيع الباحثون الآن التنبؤ برائحة كل مركب رائحة فحسب، بل يمكنهم أيضًا تصميم الروائح: على سبيل المثال، يمكنهم أخذ عطر يحتوي على مجموعة معروفة من المكونات، وإنشاء عطر جديد بدون أي من المكونات الموجودة فيه. العطر الأصلي لكن بنفس الرائحة. في رؤية الألوان، تسمى التركيبات التي تنتج نفس اللون المدرك "مقاييس اللون"؛ وفي الدراسة الحالية، أنشأ الباحثون بالفعل "مقاييس للرائحة".
تعتبر هذه النتائج خطوة مهمة نحو تحقيق رؤية نائب رئيس الأكاديمية الوطنية للعلوم في إسرائيل، البروفيسور ديفيد هاريل من قسم علوم الكمبيوتر والرياضيات التطبيقية في المعهد، والذي كان شريكًا في البحث: تمكين أجهزة الكمبيوتر من رقمنة وإعادة إنتاج الروائح. إلى جانب القدرة على إضافة رائحة الزهور أو رائحة البحر إلى الصور من العطلة الأخيرة، فإن قدرة الكمبيوتر على تفسير الروائح المشابهة لحاسة الشم لدينا، يمكن أن تحدث ثورات في عدد من المجالات من المراقبة البيئية إلى الطب الحيوي. والصناعات الغذائية.
"في عالمنا هناك العديد من أنواع الروائح المختلفة - من رائحة البنفسج والورد إلى الأسبارتيدا (التوابل الهندية التي تحل محل الثوم والبصل)." "ولكن طالما أننا لا نملك إمكانية قياس درجة التشابه والاختلاف بين الروائح المختلفة، فإننا لا نملك ولا يمكن أن يكون لدينا علم للرائحة"، يقول بيل في خطابه الشهير، ويرد عليه البروفيسور سوبيل: " المسافة بين الورد والبنفسج هي 0.202 راديان، في حين أن المسافة بين البنفسج والأسبارتيدا هي 0.5 راديان. المسافة بين روز وأسبيتيدا أكبر -0.565 راديان. نعم، لقد نجحنا في تحويل إدراكنا للرائحة إلى أرقام، وهذا من شأنه أن يؤدي بالفعل إلى تقدم كبير في علم الشم.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
