數學模型：讓我們更好地理解氣味！

近日，美國薩爾克研究所與亞利桑那州立大學的科學家們探索出一種新方法組織氣味分子，它基於這些氣味分子在自然中一起出現的頻率。他們能通過映射這一數據來探索人類感覺到最舒適的氣味組合區域。

背景

每一種氣味，從玫瑰花的香味到煙熏味再到魚腥味，都是由氣味分子混合而成的。這些氣味分子會與你鼻子中的受體蛋白質結合到一起。但是科學家們一直在奮鬥，想要準確理解是什麼讓氣味分子的每種組合形成其獨特的氣味，或者通過其結構預測某個分子是讓人愉悅，或者有毒，還是根本沒有氣味。

創新

近日，美國薩爾克研究所（Salk Institute）與亞利桑那州立大學（Arizona State University）的科學家們探索出一種新方法組織氣味分子，它是基於這些氣味分子在自然中一起出現的頻率，這正是我們嗅覺進化所處的環境。他們能通過映射這一數據來探索人類感覺到最舒適的氣味組合區域。8月29日，這項研究在期刊《科學進展（Science Advances）》上發表，為人工設計的氣味和味道開闢了新的道路。

（圖片來源：Salk Institute）

技術

薩爾克研究所計算神經生物學實驗室副教授、這項新研究的領導作者 Tatyana Sharpee 表示：「我們可以通過高頻和低頻組織聲音，通過頻譜和顏色來組織視覺畫面，但是說到嗅覺，是否有一種方法可以組織氣味，一直是一個未解決的問題。」

之前，科學家們嘗試過嚴格基於化學結構來分類氣味分子。Sharpee 表示：「但結果卻是，結構看上去非常相似的分子，氣味卻非常不同。」

採用在草莓、番茄、藍莓和鼠尿等不同樣本中發現的氣味分子的現成數據，他們採用了統計學方法，基於在這四種樣本中這些分子一起出現的頻率，將它們放到了一張圖上。

（圖片來源：參考資料【2】）

更頻繁地一起出現的那些分子被放置得靠彼此更近一些。

Sharpee 解釋道：「這好像我告訴你，芝加哥離紐約、洛杉磯和墨爾本分別有幾英里。如果你將這些城市放到地圖上，你將發現地球表面是曲面的，不是平面的。否則，比如說，墨爾本到洛杉磯之間的距離將不合情理。我們對於氣味也這麼做。」

科學家們採用這種策略發現，氣味分子會類似地映射到三維空間中的曲面上。但是，並不像地球那樣是球形的，卻有點像「品客」薯片的形狀，數學家稱之為「雙曲面（hyperboloid）」的一種形狀。

價值

當團隊研究分子是如何在這種表面上集聚的時候，他們發現了令人舒服或者不舒服的方向，以及與酸性或者氣味從表面上蒸發的容易程度相關的方向。現在，這些觀察使得在人造環境（例如空間站）中，構建讓人舒服的混合氣味變得更加容易。

（圖片來源：參考資料【2】）

論文合著者之一、亞利桑那州立大學的行為神經科學家 Brian Smith 表示：「通過揭示更多有關氣味分子與大腦之間是如何交互的，這項研究也可能會促進我們理解，為什麼患有某些疾病例如帕金森氏病的人會失去味覺。」

關鍵字

氣味、數學、分子

參考資料

【1】https://www.salk.edu/news-release/whats-that-smell-scientists-find-a-new-way-to-understand-odors/

【2】http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaaq1458

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