Memenuhi tantangan berusia 100 tahun dapat menghasilkan wewangian digital

Wewangian – teka-teki yang menjanjikan, intrik, dan sensasi terlarang – dipadukan oleh pewangi ahli, resepnya dirahasiakan. Dalam sebuah studi baru tentang indera penciuman, para peneliti di Weizmann Institute of Science telah berhasil mengungkap banyak misteri bahkan campuran kompleks dari zat wangi, tanpa mengungkapkan bahan rahasianya, tetapi dengan merekam dan merefleksikan persepsi mereka. Sekarang para ilmuwan dapat memprediksi bagaimana bau aradant kompleks hanya dengan struktur molekulnya. Studi ini tidak hanya merevolusi dunia tertutup wewangian, tetapi pada akhirnya akan mengarah pada kemampuan untuk mendigitalkan dan mereproduksi bau sesuai perintah. Kerangka kerja yang diusulkan untuk bau, yang dibuat oleh ahli saraf, ilmuwan komputer dan ahli parfum dan didanai oleh Inisiatif Eropa untuk Teknologi Baru Masa Depan (FET-OPEN), telah diterbitkan di Alam.

“Tugas mengatur jadwal bau diatur dan secara logis pertama kali diusulkan oleh Alexander Graham Bell lebih dari 100 tahun yang lalu,” kata Profesor Noam Sobel dari departemen neurobiologi Institut. Bell melempar sarung tangan: “Kami memiliki banyak aroma yang berbeda, mulai dari bau violet dan mawar dan diakhiri dengan asafetida. Tapi sampai kamu bisa mengukur persamaan dan perbedaannya, kamu tidak bisa tahu baunya. ”Tantangan itu masih belum terselesaikan.

Tantangan kuno ini benar-benar menyoroti kerumitan menanamkan bau dalam sistem logis: di hidung kita terdapat jutaan reseptor bau yang terdiri dari ratusan subtipe berbeda, yang masing-masing menunjukkan fitur molekuler tertentu. Otak kita berpotensi merasakan jutaan bau di mana molekul-molekul tunggal ini bercampur dan bercampur dengan intensitas yang berbeda-beda. Oleh karena itu, menampilkan informasi ini merupakan sebuah tantangan. Tetapi Sobel dan rekan-rekannya, yang dipimpin oleh mahasiswa pascasarjana Aaron Ravia dan Dr. Kobe Snitz, menemukan bahwa ada urutan dasar bau. Mereka sampai pada kesimpulan ini dengan mengadopsi konsep Bell – yaitu, untuk mendeskripsikan bukan bau itu sendiri, melainkan hubungan antara bau seperti yang dirasakan.

Dalam serangkaian eksperimen, tim tersebut memperkenalkan sepasang aroma kepada peserta sukarelawan dan meminta mereka untuk menilai bau tersebut karena mereka mirip satu sama lain, memberi peringkat pada pasangan tersebut pada skala kemiripan mulai dari “identik” dan “sangat berbeda”. Pada percobaan awal, tim menciptakan 14 campuran aromatik, masing-masing terdiri dari sekitar 10 komponen molekuler, dan mempresentasikannya kepada hampir 200 sukarelawan, sehingga pada akhir percobaan, setiap sukarelawan telah mengevaluasi 95 pasang.

Untuk menerjemahkan database yang dihasilkan dari ribuan laporan peringkat persepsi kesamaan ke dalam skema yang berguna, tim menyempurnakan pengukuran fisikokimia yang telah mereka kembangkan sebelumnya. Dalam perhitungan ini, setiap adoran diwakili oleh satu vektor yang menggabungkan 21 ukuran fisik (polaritas, berat molekul, dll.). Untuk membandingkan dua aradant, masing-masing diwakili oleh vektor, diambil sudut antara vektor, yang mencerminkan kesamaan yang dirasakan di antara keduanya. Sepasang wewangian dengan jarak sudut rendah di antara keduanya diproyeksikan serupa, dan ujung dengan jarak sudut yang besar di antara keduanya – berbeda.

Untuk menguji model ini, tim pertama kali menerapkannya pada data yang dikumpulkan oleh orang lain, terutama studi besar tentang diskriminasi bau oleh Bushdid dan rekan-rekannya di laboratorium Profesor Leslie Voshal dari Institut Rockefeller di New York. Tim Weizmann menemukan bahwa model dan pengukuran mereka secara akurat memprediksi hasil Bushdid: Bau dengan jarak sudut yang rendah sulit dibedakan; bau dengan jarak sudut yang besar di antara keduanya mudah untuk dibedakan. Terinspirasi oleh model yang secara akurat memprediksi data yang dikumpulkan oleh orang lain, tim terus menguji diri mereka sendiri.

Tim menemukan rasa baru dan mengundang sekelompok sukarelawan baru untuk mencium baunya, sekali lagi menggunakan metode mereka untuk memprediksi bagaimana kelompok peserta ini akan mengevaluasi pasangan – 14 campuran baru pertama dan kemudian, dalam percobaan berikutnya, 100 campuran. Modelnya berkinerja sangat baik. Faktanya, hasilnya pada tahap yang sama dengan persepsi warna – informasi sensorik berdasarkan parameter yang ditentukan dengan baik. Ini sangat mengejutkan mengingat bahwa setiap orang memiliki kumpulan subtipe reseptor bau unik yang dapat bervariasi hingga 30% pada individu.

Seperangkat alat ini tidak hanya memprediksi bagaimana aroma baru akan tercium, tetapi juga dapat mensintesis aradants melalui desainnya.

Karena “peta bau” atau “metrik” memprediksi kemiripan dari dua zat bau mana pun, ini juga dapat digunakan untuk memprediksi bagaimana zat bau pada akhirnya akan tercium. Misalnya, wewangian baru yang berada dalam kisaran 0,05 radian dan kurang dari pisang akan berbau persis seperti pisang. Aroma wangi baru akan menjauh dari pisang, maka akan berbau seperti pisang, dan setelah jarak tertentu tidak lagi menyerupai pisang.

Tim tersebut sekarang sedang mengembangkan alat web. Seperangkat alat ini tidak hanya memprediksi bagaimana aroma baru akan tercium, tetapi juga dapat mensintesis aradants melalui desainnya. Misalnya, Anda dapat mengambil parfum apa pun dengan satu set bahan yang diketahui, dan, dengan menggunakan peta dan metrik, membuat parfum baru tanpa komponen yang sama dengan parfum asli, tetapi dengan aroma yang persis sama. Makhluk dalam penglihatan warna, yaitu komposisi spektral yang tidak tumpang tindih dan menghasilkan warna yang sama, disebut metamers warna, dan di sini tim membuat metamers olfaktorius.

Hasil studi ini merupakan langkah penting untuk mewujudkan visi Profesor David Harel dari Departemen Komputer dan Matematika Terapan, yang juga wakil presiden Akademi Ilmu Pengetahuan dan Humaniora Israel dan ikut menulis studi: komputer untuk digitalisasi dan mereproduksi bau. Selain itu, tentu saja, kemampuan untuk menambahkan aroma bunga atau laut yang realistis ke foto liburan Anda di media sosial, memberi komputer kemampuan untuk menginterpretasikan bau seperti yang dilakukan orang, dapat memengaruhi pemantauan lingkungan, industri biomedis, dan makanan. untuk beberapa nama. Namun, ahli parfum Christoph Laudamiel, yang juga salah satu penulis studi tersebut, menyatakan bahwa ia belum tertarik dengan profesinya.

Sobel menyimpulkan: “100 tahun yang lalu Alexander Graham Bell menetapkan tugas untuk dirinya sendiri. Sekarang kita telah menjawab ini: jarak antara mawar dan violet adalah 0,202 radian (keduanya hampir sama), jarak antara violet dan asafetida adalah 0,5 radian (keduanya sangat berbeda), dan perbedaan antara mawar dan asafetida adalah 0,565 radian (bahkan lebih berbeda). Kami telah mengubah persepsi bau menjadi angka, dan itu benar-benar perlu mengembangkan ilmu tentang bau. “

Bantuan: “Ukuran bau memungkinkan Anda membuat metamers olfaktorius” Aharon Ravia, Kobe Snitz, Daniel Honigstein, Maya Finkel, Roth Zirler, Ofer Pearl, Lavi Secunda, Christoph Laudamiel, David Harel dan Noam Sobel, 11 November 2020 Alam.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2891-7

Profesor Noam Sobel – Kepala Institut Nasional Pencitraan dan Penelitian Otak Manusia Azrieli; penelitiannya juga didukung oleh Norman dan Helen Asher Center for Human Brain Detection; Laboratorium Nadia Jaglom untuk penelitian neurobiologi penciuman; Rob dan Cheryl McEwan Foundation untuk Riset Otak; dan Sonya T. Marschak. Profesor Sobel adalah kepala Departemen Neurobiologi di Sarah dan Michael Sella.

Penelitian Profesor David Harel didukung oleh perkebunan Emil Mimran. Profesor Harel adalah kepala Departemen Matematika di William Susman.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ada lebih banyak genetika daripada DNA

Ahli biologi di Inggris dan Austria telah mengidentifikasi 71 gen baru pada tikus. Ahli biologi di Universitas Bath dan Wina telah menemukan 71 gen baru...

Untuk mencegah kelaparan, adaptasi iklim membutuhkan miliaran investasi tahunan tambahan

Investasi dalam penelitian pertanian, pengelolaan air, infrastruktur dapat mencegah pertumbuhan kelaparan yang disebabkan oleh iklim. Untuk mencegah dampak perubahan iklim pada tahun 2050, yang memaksa...

Teknologi Ultra Tipis Canggih untuk Merevolusi Penglihatan Malam – “Kami Membuat Yang Tak Terlihat Terlihat”

Dr. Rocio Camacho Morales mengatakan para peneliti membuatnya "tidak terlihat, terlihat." Kredit: Jamie Kidston, Universitas Nasional Australia Biar ringan! Film ultra-tipis suatu hari...

Maju dalam dekomposisi CO2 dengan efisiensi tinggi

ARA. 1: Metode sintesis fotokatalis tiga komponen baru. Sebuah nanotube karbon enkapsulasi molekul yodium direndam dalam larutan perak nitrat (AgNO3) berair untuk menghasilkan...

Satelit Terkemuka di Lautan – Copernicus Sentinel-6 – Hidup!

Copernicus Sentinel-6 menggunakan mode inovatif yang diselingi dengan altimeter radar frekuensi ganda Poseidon-4 (C- dan Ku-band), yang telah meningkatkan kinerja dibandingkan dengan desain altimeter...

Newsletter

Subscribe to stay updated.