قام علماء معهد وايزمان للعلوم بتطوير "أنف إلكتروني" قادر على التنبؤ بمدى متعة الروائح

التطبيقات المستقبلية المحتملة: تحييد السموم البيئية والنقل الرقمي للروائح

نجح علماء معهد وايزمان للعلوم في ابتكار "أنف إلكتروني" قادر على التنبؤ بدرجة المتعة التي سيشعر بها الإنسان عندما يشم روائح غير مألوفة. ومن خلال القيام بذلك، ناقض العلماء النهج الذي بموجبه يعتمد إدراك الرائحة على التفضيلات الشخصية والسياقات الثقافية. وفي الدراسة التي نشرت اليوم في المجلة العلمية PLoS Computational Biology، أظهر العلماء أن درجة البهجة المصاحبة لرائحة معينة تعتمد على التركيب الجزيئي للرائحة، وأن التغييرات الناتجة عن التفضيلات الشخصية أو الثقافية لا تحدث إلا في حالات معينة. السياقات. هذه النتائج لها آثار عملية في عدة مجالات، بما في ذلك مراقبة الرائحة الكريهة، وتحييد السموم البيئية، ومسح الرائحة لصناعة العطور والعطور. بالإضافة إلى ذلك، فهي تشكل خطوة مهمة أخرى على طريق تطوير طريقة لنقل الروائح رقميًا.

وفي العقود الأخيرة، تم تطوير أجهزة تعمل بمثابة "أنوف إلكترونية" قادرة على استشعار الروائح والتعرف عليها. المكون الرئيسي لهذه الأنوف هو مجموعة من المستقبلات الكيميائية (أجهزة الاستشعار). عندما تمر رائحة معينة عبر الأنف الإلكتروني، فإن خواصها الجزيئية تنشط المستقبلات بطريقة تخلق نمطًا إلكترونيًا فريدًا - وهو نوع من "البصمة" المميزة لرائحة الرائحة. مثل الكلب البوليسي، يجب أيضًا "تدريب" الأنف الإلكتروني باستخدام عينات الرائحة، وبالتالي تزويده بقاعدة بيانات أولية. سيتمكن الجهاز بعد ذلك من التعرف على عينات الرائحة المقدمة إليه من خلال مقارنة "بصمات الأصابع" مع تلك الموجودة في قاعدة البيانات. وعلى عكس البشر، عندما يتعرض الأنف الإلكتروني لرائحة غير مألوفة، ولم يتم تسجيل بصمة إصبعه وتخزينها في قاعدة البيانات، فلن يتمكن من التعرف عليها أو تصنيفها.

ضمت مجموعة العلماء من معهد وايزمان للعلوم الدكتور رافي حداد - طالب البحث (في ذلك الوقت) ضمن مجموعات البروفيسور نوعام سوبل من قسم البيولوجيا العصبية والبروفيسور ديفيد هاريل من قسم الرياضيات التطبيقية والحاسوب استخدم العلم، وكذلك أبا ماداني من قسم علم الأعصاب في المعهد، والدكتور يهودا روث من مركز إيديث ولفسون الطبي في حولون، أسلوبًا فريدًا لحل المشكلة. وبدلاً من تدريب الأنف الإلكتروني على شم روائح معينة، قاموا بتعليمه كيفية تحديد موضع الرائحة على سلسلة متواصلة تقيم درجة متعة الرائحة. بمعنى آخر، قاموا بتعليم الأنف الإلكتروني التنبؤ بما إذا كانت الرائحة ستصنف على الجانب "اللطيف" من السلسلة، أو على الجانب "غير اللطيف"، أو في أي مكان بينهما.

ولهذا الغرض، جمع العلماء مجموعة من المتطوعين المولودين في إسرائيل، والذين طُلب منهم تقييم مدى روعة مجموعة مختارة من الروائح على مقياس مكون من 30 وحدة: من "ممتعة إلى حد كبير" إلى "غير سارة إلى حد كبير". وبناءً على البيانات التي تم الحصول عليها، قاموا بتطوير "خوارزمية المتعة" التي أدخلوها في الأنف الإلكتروني، واستخدموها للتنبؤ بدرجة متعة مجموعة متنوعة من الروائح الجديدة التي لم تكن مدرجة في قاعدة البيانات الأصلية. أظهرت مقارنة التقييم الذي أجراه الأنف الإلكتروني، مع التقييم الذي أجرته مجموعة جديدة من المتطوعين، تداخلًا كبيرًا يصل إلى حوالي 80%. وعندما "اكتفى" العلماء بتصنيف الروائح إلى إحدى فئتين، "ممتعة" أو "غير سارة"، وصل مستوى دقة الأنف الإلكتروني إلى 99%.

ولاختبار ما إذا كانت حاسة الشم شخصية وتعتمد على الثقافة أم عامة ومستقلة، قرر العلماء اختبار تنبؤات الأنف الإلكتروني مقابل تقييم مجموعة من المتطوعين الذين هاجروا إلى إسرائيل من إثيوبيا. وأظهرت النتائج أنه حتى في هذه الحالة، يصل الأنف الإلكتروني إلى تصنيف مماثل لما حصل عليه المتطوعين، على الرغم من أن "برمجته" تمت بناء على بيانات تم جمعها من أطفال إسرائيليين. على الرغم من أن الروائح المختلفة لها معاني وسياقات مختلفة باختلاف الثقافات، إلا أن توقعات الأنف الإلكتروني تصل إلى إنجازات مماثلة. تشير هذه الحقيقة إلى أن الثقافات المختلفة تشترك في أساس مشترك في إدراك متعة الروائح.

البروفيسور نعوم سوبيل: "حقيقة أننا نستطيع التنبؤ بما إذا كان شخص لا نعرفه سيحب رائحة معينة، بغض النظر عن خلفيته الثقافية، تشير إلى أن متعة الروائح هي خاصية بيولوجية أساسية، وأن جوانب معينة من يحدد التركيب الجزيئي للمادة ما إذا كانت رائحتها ستكون لطيفة أم لا".

إذن ما هو دور التأثير الثقافي؟

"نحن نعتقد أنه في سياقات معينة فقط، تؤثر الخلفية الثقافية على إدراك متعة الروائح. على سبيل المثال، يتساءل الكثيرون كيف يمكن أن يحب الفرنسيون رائحة الجبن الفرنسية، بينما يعتقد بقية الشعب أن الرائحة كريهة. وفي هذه الحالة نعتقد أن الفرنسيين لا يعتقدون أنها رائحة طيبة في حد ذاتها، ولكنها تدل على جودة الجبن. إذا تم تقديم الرائحة خارج السياق - كعينة سائلة في وعاء - فإن الفرنسيين سيصنفونها أيضًا على أنها كريهة، مثل أي شخص آخر".

النتائج التي توصل إليها العلماء - أن إدراك الرائحة "مضمن" في البنية الجزيئية للرائحة، ونجاحهم في تصميم أنف إلكتروني قادر على تصنيف الروائح غير المألوفة، يمكن أن يشكل الأساس لطرق جديدة لمسح الروائح والرصد البيئي. وفي المستقبل، قد يكون من الممكن استخدامها كأساس للنقل الرقمي للروائح - لمرافقة الأفلام والألعاب وما إلى ذلك - لخلق تجربة حسية ملموسة وملموسة أكثر.