طور علماء معهد وايزمان طريقة لحساب الاختلافات بين الروائح المختلفة

لذلك، على سبيل المثال، يمكن للعلماء اليوم أن يحسبوا ويجدوا أن الفرق بين رائحة الموز ورائحة اللوز أكبر مرة ونصف من الفرق بين رائحة اللوز ورائحة الورد. توفر هذه الطريقة أداة بحثية مهمة لتخطيط الدراسات التي تتناول حاسة الشم

هل الفرق بين رائحة الموز ورائحة اللوز أكبر من الفرق بين رائحة اللوز ورائحة الورد؟ بطريقة ما يمكنك القول أن هذا سؤال صعب. ومن المعروف في مجال الرؤية أن الفرق بين الأزرق والأصفر هو تقريباً ضعف الفرق بين الأزرق والأخضر. وفي مجال السمع، من المعروف أن الفرق بين الصوتين "ra" و"do" هو دائمًا نفس الفرق بين "ra" و"mi". لكن الباحثين في مجال حاسة الشم لم يكن لديهم، حتى الآن، وسيلة موثوقة لقياس الفرق بين رائحتين.

هذا الوضع يتغير هذه الأيام، وذلك بفضل طريقة القياس التي طورها طالب البحث رافي حداد، بتوجيه من البروفيسور نوعام سوبل من قسم البيولوجيا العصبية والبروفيسور ديفيد هاريل من قسم علوم الحاسوب والرياضيات التطبيقية في الجامعة. معهد وايزمان للعلوم. توفر هذه الطريقة لأول مرة وسيلة لحساب الاختلافات بدقة بين الروائح المختلفة. لذلك، على سبيل المثال، يمكن للعلماء اليوم أن يحسبوا ويجدوا أن الفرق بين رائحة الموز ورائحة اللوز أكبر مرة ونصف من الفرق بين رائحة اللوز ورائحة الورد. توفر هذه الطريقة للعلماء أداة بحثية مهمة لتخطيط الدراسات التي تتناول حاسة الشم، وتسمح أيضًا بـ "صنع النظام" في العالم الفوضوي للروائح المعقدة والمتنوعة. وقد نشرت الدراسة مؤخرا في المجلة العلمية Nature Methods.

واختار الباحثون نحو 250 مادة تستخدم لإجراء تجارب الشم، وقاموا بتحليلها وفق قائمة طويلة -أكثر من 1600- من الخصائص الكيميائية: عدد ذرات الكربون، والوزن، والذوبان في الماء، وغيرها. وعلى أساس هذه البيانات، قاموا بإنشاء نوع من الخريطة، التي تضع جميع الروائح في مساحة متعددة الأبعاد. تتيح هذه الخريطة تحديد المسافة بين أي نقطتين في الفضاء - أي بين رائحتين - بناءً على جميع الخصائص الكيميائية المدرجة في النموذج. ولتحسين دقة الطريقة، اختار الباحثون الخصائص الأربعين التي لها التأثير الأكبر على موضع الروائح في "فضاء الخواص الكيميائية".

وفي وقت لاحق، استخدم العلماء الخريطة للتنبؤ بالاستجابة العصبية لـ 250 رائحة، وقارنوا الاستجابة المتوقعة بالبيانات الحقيقية التي تم الحصول عليها في تجارب مختلفة على حيوانات المختبر - والتي أجريت سابقًا في مختبرات حول العالم ونشرت في مجلات علمية مختلفة. النتيجة: تطابق كبير بين التنبؤ المحسوب والاستجابات العصبية المقاسة فعلياً. الروائح التي تم تعريفها على أنها "قريبة" خلقت أنماطًا مماثلة من الاستجابة العصبية - سواء في الألياف العصبية التي تنقل المعلومات الحسية من الأنف أو في المنطقة الأساسية المسؤولة عن معالجة الروائح في الدماغ. وقد وجد أن التنبؤات متوافقة في سلسلة طويلة من الحيوانات: ذباب الفاكهة، والفئران، والجرذان، والنحل، والضفادع الصغيرة. علاوة على ذلك، تظهر النتائج الأولية أنها صالحة أيضًا للبشر: فكلما تم وضع المواد الأقرب إلى بعضها البعض على "خريطة الخواص الكيميائية"، كلما نظر إليها الأشخاص الذين يشتمونها على أنها "متشابهة". ويستنتج العلماء من هذا أن الاختلافات بين الروائح هي اختلافات عالمية، وتعتمد على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمواد المشمّة - وليس على الخبرة الشخصية أو التفضيلات الشخصية لكل شخص - وهذا مخالف للرأي السائد الذي يعتبر حاسة الشم كإدراك شخصي.

ولاختبار مدى صحة طريقة القياس، اختبر العلماء قدرتها على التنبؤ بالاستجابة العصبية للروائح غير المألوفة. وقام الباحثون بحساب الاختلافات بين 70 رائحة جديدة، وتوقعوا الاستجابة العصبية لها، بناءً على تركيبها الكيميائي وحده. وتم إرسال التوقعات إلى مجموعة من العلماء من جامعة طوكيو في اليابان. وقارن العلماء اليابانيون هذه الحسابات بنتائج تجربة أجروها في الماضي، ولم تنشر نتائجها قط، ووجدوا أن أنماط النشاط العصبي المقاسة في أدمغة الفئران في هذه التجربة تطابقت إلى حد كبير مع التنبؤ النظري. بمعنى آخر، وباستخدام طريقة القياس، تمكن الباحثون من معهد وايزمان من التنبؤ باستجابة الدماغ للروائح المختلفة.

قد تكون طريقة القياس الجديدة هذه بمثابة أداة بحثية قيمة ستكون تحت تصرف أي عالم مهتم بتخطيط تجارب منهجية لفحص الطريقة التي يتم بها التعبير عن محفزات الرائحة المختلفة في النشاط العصبي. علاوة على ذلك، فإن النتائج الجديدة هي خطوة أولى نحو فهم الشرعية الكامنة وراء حاسة الشم، والقواعد التي تنظمها. كما يمكن أن يؤدي فهم هذه القواعد، في المستقبل، إلى الرقمنة الكاملة للعطور، بحيث يكون من الممكن ترميز خصائص الروائح المختلفة بدقة، ونقلها من مكان إلى آخر باستخدام الكمبيوتر.