據(jù)《科學(xué)日?qǐng)?bào)》4月16日?qǐng)?bào)道,，以色列魏茲曼研究所（WeizmannInstitute）的科學(xué)家已經(jīng)“訓(xùn)練出”一種能夠像人類(lèi)一樣預(yù)測(cè)陌生氣味的愉悅性的電子系統(tǒng)，這徹底顛覆了氣味的愉悅性完全因人而異并且具有文化特性這個(gè)普遍的觀點(diǎn),。在發(fā)表在《公共科學(xué)圖書(shū)館開(kāi)放獲取雜志-計(jì)算生物學(xué)》（PLoS Computational Biology）上的研究中,，科學(xué)家證明了對(duì)一種氣味的愉悅性的知覺(jué)與其分子結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在的剛性聯(lián)系,，同時(shí)這種聯(lián)系僅在某些特定背景下，因個(gè)人差異與文化差異才會(huì)有一些表面上的變化,。
這些發(fā)現(xiàn)在自動(dòng)化的環(huán)境毒性,、惡臭監(jiān)測(cè)以及香料工業(yè)中的快速氣味篩選方面都具有重要的應(yīng)用，同時(shí)還能為神奇的傳感技術(shù)——數(shù)字化地傳遞氣味 ——提供關(guān)鍵性的組成部分,。在過(guò)去十年間,，俗稱(chēng)為“電子鼻”（eNoses）的電子設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到能夠檢測(cè)和識(shí)別氣味的程度。電子鼻的主要構(gòu)成部分是一個(gè)化學(xué)傳感器陣列,。當(dāng)一種氣味經(jīng)過(guò)電子鼻時(shí),，該氣味的分子特性將以一種特殊的方式刺激傳感器，并產(chǎn)生一種能夠識(shí)別特定氣味的獨(dú)特電學(xué)模式——或稱(chēng)為“氣味指紋”,。就像嗅探犬一樣,，電子鼻首先也需要通過(guò)氣味樣本進(jìn)行“訓(xùn)練”，以建立一個(gè)氣味參考數(shù)據(jù)庫(kù),。然后電子鼻就能夠通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的“氣味指紋”進(jìn)行比較來(lái)識(shí)別新的氣味樣本,。
但是與人類(lèi)鼻子不同的是，如果給電子鼻聞一種數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有記錄其氣味指紋的陌生氣味時(shí),，電子鼻將無(wú)法識(shí)別這種氣味,。所以魏茲曼研究所的一組科學(xué)家，由拉菲·哈達(dá)德博士（Dr. RafiHaddad）領(lǐng)銜,，決定從另一個(gè)不同的角度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,。不再訓(xùn)練電子鼻去識(shí)別特定的氣味，他們訓(xùn)練電子鼻在一個(gè)特定的感覺(jué)軸上去估計(jì)氣味,。他們選擇的感覺(jué)軸是氣味的愉悅性,。換言之，他們訓(xùn)練電子鼻去預(yù)測(cè)某種氣味聞起來(lái)是愉悅的還是令人不快的,，還是處于這兩個(gè)端點(diǎn)中間的任何一點(diǎn),。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),，這組科學(xué)家首先讓一組以色列的本地人對(duì)一個(gè)選定的氣味數(shù)據(jù)庫(kù)的愉悅性進(jìn)行評(píng)分，從“非常令人不快”（0分）到“非常愉悅”（30分）,。這樣他們就開(kāi)發(fā)出了這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的“氣味愉悅性”算法，然后他們就可以將這個(gè)算法編入電子鼻,。其后,，這組科學(xué)家讓電子鼻去預(yù)測(cè)一組不包含在之前數(shù)據(jù)庫(kù)中的全新氣味的愉悅性，并與另一組完全不同的本土以色列人所進(jìn)行的評(píng)分進(jìn)行比較,。這組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子鼻能夠?qū)ζ渲皬奈绰勥^(guò)的陌生氣味的愉悅性進(jìn)行歸類(lèi)與評(píng)分,，而且它們的評(píng)分與人類(lèi)的評(píng)分具有大約80%的相似性。此外,，如果電子鼻僅需進(jìn)行是“愉悅”還是“不快”這樣的簡(jiǎn)單分類(lèi),，而不是在一個(gè)30分的漸進(jìn)量表上進(jìn)行評(píng)分的話，那么它們的準(zhǔn)確性將能達(dá)到99%,。
不過(guò)這些發(fā)現(xiàn)仍然無(wú)法確定電子鼻的嗅覺(jué)是否具有文化特性,。考慮到這一點(diǎn),，這組科學(xué)家決定將電子鼻的預(yù)測(cè)結(jié)果與一組來(lái)自埃塞俄比亞的以色列移民的評(píng)分結(jié)果進(jìn)行比較,。對(duì)比結(jié)果顯示，與埃塞俄比亞移民的評(píng)分結(jié)果相比,，電子鼻預(yù)測(cè)陌生氣味愉悅性的能力依然很好,，即便這些電子鼻的預(yù)測(cè)能力是由以色列本地人的氣味愉悅性評(píng)分“訓(xùn)練”的。換言之,，即便不同的氣味在不同的文化中擁有不同的含義,，電子鼻對(duì)不同文化的人的評(píng)分而言表現(xiàn)都同樣出色。這表明氣味的愉悅性有一個(gè)基本的跨文化相似性,。
參入這項(xiàng)研究的魏茲曼研究所神經(jīng)生物學(xué)系教授諾姆·索貝爾（NoamSobel）評(píng)價(jià)說(shuō)：“無(wú)論某種氣味我們之前是否讓人測(cè)試過(guò),，也不管測(cè)試的人的文化背景如何，電子鼻都能夠進(jìn)行預(yù)測(cè),，這一點(diǎn)為氣味愉悅性具有一種基本的生物特性提供了證據(jù),，同時(shí)也證明了氣味的分子結(jié)構(gòu)的特定方面決定了一種氣味是愉悅的還是令人不快的。‘那么文化差異如何考慮在內(nèi)呢,？’我們認(rèn)為文化只在某些特定的背景下才會(huì)影響對(duì)氣味愉悅性的知覺(jué),。為了考查這一點(diǎn)，很多人可能想知道,，當(dāng)大多數(shù)人都對(duì)法國(guó)奶酪的氣味很反感時(shí),，法國(guó)人如何能夠喜歡他們自己的奶酪。我們認(rèn)為法國(guó)人本身也并不認(rèn)為奶酪的這種氣味是愉悅的,，他們只是認(rèn)為這種令人反感的氣味是好奶酪的一種標(biāo)志而已,。如果跳出奶酪這個(gè)特定背景,，這種氣味出現(xiàn)在一個(gè)罐子里，那么法國(guó)人也將可能把這種氣味評(píng)為令人不悅的氣味,，就像其他所有人那樣,。”
這組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)對(duì)氣味的知覺(jué)與氣味的分子結(jié)構(gòu)具有一種剛性不變的聯(lián)系，同時(shí)他們能夠設(shè)計(jì)出這種能夠?qū)θ碌臍馕哆M(jìn)行分類(lèi)的電子鼻,，本身也為氣味篩選以及環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了一種新的方法,；在未來(lái)，可能還能夠設(shè)計(jì)出數(shù)字化的氣味傳遞技術(shù),，產(chǎn)生有氣味的電影,、游戲與音樂(lè)，為我們提供一種更加身臨其境的迷人體驗(yàn),。(生物谷Bioon.com)
生物谷推薦原文出處：
PLoS Comput Biol 6(4): e1000740. doi:10.1371/journal.pcbi.1000740
Predicting Odor Pleasantness with an Electronic Nose
Rafi Haddad1,3*, Abebe Medhanie1, Yehudah Roth2, David Harel3, Noam Sobel1*
1 Department of Neurobiology, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel, 2 Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Edith Wolfson Medical Center, Holon, Israel, 3 Department of Computer Science and Applied Mathematics, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel
A primary goal for artificial nose (eNose) technology is to report perceptual qualities of novel odors. Currently, however, eNoses primarily detect and discriminate between odorants they previously “learned”. We tuned an eNose to human odor pleasantness estimates. We then used the eNose to predict the pleasantness of novel odorants, and tested these predictions in na?ve subjects who had not participated in the tuning procedure. We found that our apparatus generated odorant pleasantness ratings with above 80% similarity to average human ratings, and with above 90% accuracy at discriminating between categorically pleasant or unpleasant odorants. Similar results were obtained in two cultures, native Israeli and native Ethiopian, without retuning of the apparatus. These findings suggest that unlike in vision and audition, in olfaction there is a systematic predictable link between stimulus structure and stimulus pleasantness. This goes in contrast to the popular notion that odorant pleasantness is completely subjective, and may provide a new method for odor screening and environmental monitoring, as well as a critical building block for digital transmission of smell.
