מדעני מכון ויצמן למדע פיתחו “אף אלקטרוני” אשר מסוגל לחזות את מידת הנעימות של ריחות

יישומים עתידיים אפשריים: ניטרול רעלים סביבתיים והעברה דיגיטלית של ריחות

מדעני מכון ויצמן למדע הצליחו ליצור “אף אלקטרוני” אשר מסוגל לחזות את מידת הנעימות שיחוו בני אדם כשיריחו ריחות לא מוכרים. בכך סתרו המדענים את הגישה שלפיה תפיסת הריח תלויה בהעדפות אישיות ובהקשרים תרבותיים. במחקר, שמתפרסם היום בכתב-העת המדעי PLoS Computational Biology, מראים המדענים כי מידת הנעימות המלווה ריח מסוים תלויה במבנה המולקולה של חומר הריח, וכי שינויים הנובעים מהעדפות אישיות או תרבותיות מתרחשים רק בהקשרים מסוימים. ממצאים אלה הם בעלי השלכות יישומיות במספר תחומים, ביניהם ניטור ריחות רעים, ניטרול רעלים סביבתיים, וסריקת ריחות לתעשיית הבשמים וחומרי הריח. בנוסף, הם מהווים צעד חשוב נוסף בדרך לפיתוח שיטה להעברה דיגיטלית של ריחות.

בעשורים האחרונים פותחו מכשירים המשמשים כ”אפים אלקטרוניים” המסוגלים לחוש ריחות ולזהותם. הרכיב העיקרי באפים אלה הוא מערך של קולטנים (סנסורים) כימיים. כאשר חומר ריח מסוים עובר דרך האף האלקטרוני, התכונות המולקולריות שלו מפעילות את הקולטנים באופן היוצר תבנית אלקטרונית ייחודית – מעין “טביעת אצבע” אופיינת לחומר הריח. כמו כלב גישוש, גם את האף האלקטרוני יש “לאלף” באמצעות דוגמאות ריח, וכך להקנות לו מאגר מידע ראשוני. לאחר מכן יוכל המכשיר לזהות את דוגמאות ריח המוצגות לו באמצעות השוואה של “טביעות האצבע” שלהם לאלה המצויות במאגר. בניגוד לבני-אדם, כאשר מציגים לאף האלקטרוני ריח בלתי מוכר, שטביעת האצבע שלו לא הוקלטה ונשמרה במאגר, הוא לא יוכל לזהות או לסווג אותו.

קבוצת המדענים ממכון ויצמן למדע שכללה את ד”ר רפי חדד – תלמיד מחקר (אז) בקבוצותיהם של פרופ’ נועם סובל מהמחלקה לנוירוביולוגיה ושל פרופ’ דוד הראל מהמחלקה למתמטיקה שימושית ומדעי המחשב, וכן את אבבה מדהני מהמחלקה לנוירוביולוגיה במכון, ואת ד”ר יהודה רות מהמרכז הרפואי על-שם אדית וולפסון בחולון, השתמשו בגישה ייחודית כדי לפתור את הבעיה. במקום לאמן את האף נהאלקטרוני בדרך של הרחת ריחות מסוימים, הם לימדו אותו לקבוע את מיקומו של ריח על-גבי רצף המדרג את מידת הנעימות של הריח. במילים אחרות, הם לימדו את האף האלקטרוני לחזות האם הריח יסווג בצד ה”נעים” של הרצף, בצד ה”לא נעים” שלו, או בכל נקודה ביניהם.

לצורך כך אספו המדענים קבוצה של מתנדבים ילידי ישראל, שהתבקשו לדרג את מידת הנעימות של מבחר ריחות על גבי סולם בן 30 יחידות: החל מ”נעים במידה רבה” ועד “בלתי נעים במידה רבה”. על בסיס הנתונים שהתקבלו הם פיתחו “אלגוריתם נעימות” אותו הזינו לאף האלקטרוני, וחזו באמצעותו את מידת הנעימות של מגוון ריחות חדשים שלא נכללו במאגר המקורי. השוואת הדירוג שעשה האף האלקטרוני, לזה שעשתה קבוצה חדשה של מתנדבים, הראתה על חפיפה גבוהה של כ-80%. כש”הסתפקו” המדענים בסיווג של הריחות לאחת משתי קטגוריות, “נעים” או “לא נעים”, הגיעה רמת הדיוק של האף האלקטרוני ל-99%.

כדי לבדוק גם האם תפיסת הריח היא אישית ותלוית-תרבות או כללית ובלתי-תלויה, החליטו המדענים לבדוק את התחזיות של האף האלקטרוני כנגד הדירוג של קבוצת מתנדבים שעלו לישראל מאתיופיה. התוצאות הראו כי גם במקרה זה מגיע האף האלקטרוני לדירוג דומה לזה שהתקבל על ידי המתנדבים, למרות שה”תכנות” שלו נעשה על סמך נתונים שנאספו מילידי ישראל. למרות שריחות שונים הם בעלי משמעות והקשרים שונים בתרבויות השונות, תחזיותיו של האף האלקטרוני מגיעות להישגים דומים. עובדה זו מרמזת על כך כי תרבויות שונות חולקות בסיס משותף בתפיסת הנעימות של ריחות.

פרופ’ נועם סובל: “העובדה כי ביכולתנו לחזות אם אדם בלתי מוכר לנו יאהב חומר ריח מסוים, ללא קשר לרקע התרבותי שלו, מעידה על כך שנעימותם של ריחות היא תכונה ביולוגית בסיסית, וכי היבטים מסוימים במבנה המולקולרי של החומר הם הקובעים האם ריחו יהיה נעים או לא”.

מהו, אם כן, תפקיד ההשפעה התרבותית?

“אנו מאמינים כי רק בהקשרים מסוימים, הרקע התרבותי אכן משפיע על תפיסת הנעימות של ריחות. לדוגמא, רבים תוהים כיצד ייתכן שהצרפתים אוהבים את הריח של גבינות צרפתיות, בעוד שיתר האנשים חושבים כי הריח דוחה. במקרה זה, אנו מאמינים כי הצרפתים אינם סבורים כי מדובר בריח נעים כשלעצמו, אלא שהוא מעיד על איכותה של הגבינה. אם הריח היה מוצג מחוץ להקשרו – כדגימת נוזל בצנצנת – גם הצרפתים היו מדרגים אותו כלא-נעים, כמו כל אדם אחר”.

ממצאי המדענים – כי תפיסת הריח “מוטבעת” במבנה המולקולרי של חומר הריח, והצלחתם בתכנון אף אלקטרוני המסוגל לסווג ריחות לא מוכרים, יוכלו להוות בסיס לשיטות חדשות לסריקת ריחות ולניטור סביבתי. בעתיד, יתכן שאפשר יהיה להשתמש בהם כבסיס להעברה דיגיטלית של ריחות – לצורך ליווי סרטים, משחקים וכדומה – ליצירת חוויה חושית מוחשית ושלמה יותר.