מדעני מכון ויצמן פיתחו שיטה לחישוב הבדלים בין חומרי ריח שונים

כך, למשל, יכולים כיום המדענים לחשב ולמצוא, כי ההבדל בין ריח בננה לריח שקדים גדול פי אחד וחצי מההבדל בין ריח שקדים לריח ורדים. השיטה מספקת כלי מחקרי חשוב לתכנון מחקרים העוסקים בחוש הריח

האם ההבדל בין ריח בננה לריח שקדים גדול מההבדל בין ריח שקדים לריח ורדים? במובן מסוים אפשר לומר שזו שאלה מכשילה. בתחום הראייה ידוע כי ההבדל בין כחול וצהוב כפול, בערך, מההבדל שבין כחול וירוק. בתחום השמיעה, ידוע כי ההבדל בין הצלילים “רה” ו”דו” זהה תמיד להבדל שבין “רה” ו”מי”. אבל לחוקרי חוש הריח לא היה, עד כה, אמצעי אמין למדידת ההבדל שבין שני ריחות.

מצב העניינים הזה משתנה בימים אלה, הודות לשיטת מדידה שפיתח תלמיד המחקר רפי חדד, בהנחייתם של פרופ' נועם סובל מהמחלקה לנוירוביולוגיה ופרופ' דוד הראל מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון ויצמן למדע. שיטה זו מספקת לראשונה אמצעי לחישוב מדויק של הבדלים בין חומרי ריח שונים. כך, למשל, יכולים כיום המדענים לחשב ולמצוא, כי ההבדל בין ריח בננה לריח שקדים גדול פי אחד וחצי מההבדל בין ריח שקדים לריח ורדים. השיטה מספקת למדענים כלי מחקרי חשוב לתכנון מחקרים העוסקים בחוש הריח, וגם מאפשרת “לעשות סדר” בעולם הכאוטי של חומרי ריח מורכבים ומגוונים. המחקר פורסם באחרונה בכתב העת המדעי Nature Methods.

החוקרים בחרו כ-250 חומרים המשמשים לעריכת ניסויי ריח, וניתחו אותם לפי שורה ארוכה – יותר מ-1600 – של מאפיינים כימיים: מספר אטומי הפחמן, משקל, מסיסות במים, ועוד. על בסיס הנתונים האלה הם יצרו מעין מפה, הממקמת את כל חומרי הריח במרחב רב-ממדי. מפה זו מאפשרת לקבוע את המרחק בין כל שתי נקודות במרחב – כלומר, בין שני חומרי ריח – על בסיס כל המאפיינים הכימיים הכלולים במודל. כדי לשפר את רמת הדיוק של השיטה, בחרו החוקרים את 40 המאפיינים המשפיעים במידה הרבה ביותר על מיקומם של חומרי הריח ב”מרחב התכונות הכימיות”.

בהמשך השתמשו המדענים במפה כדי לחזות את התגובה העצבית ל-250 חומרי הריח, והישוו את התגובה החזויה לנתוני אמת שהתקבלו בניסויים שונים בחיות מעבדה – אשר נערכו בעבר במעבדות ברחבי העולם ופורסמו בכתבי עת מדעיים שונים. התוצאה: הלימה גבוהה בין התחזית המחושבת לבין התגובות העצביות שנמדדו בפועל. ריחות שהוגדרו כ”קרובים” יצרו תבניות דומות של תגובה עצבית – הן בסיבי העצב המעבירים את המידע החושי מהאף והן באיזור הראשוני האחראי על עיבוד ריחות במוח. החיזויים נמצאו תואמים בשורה ארוכה של בעלי-חיים: זבובי פירות, עכברים, חולדות, דבורים וראשני צפרדע. יתר על כן, ממצאים ראשוניים מראים כי הם תקפים גם לגבי בני-אדם: ככל שחומרים ממוקמים קרוב יותר זה לזה על “מפת התכונות הכימיות”, כך הם נתפסים על-ידי אנשים המריחים אותם כ”דומים”. המדענים מסיקים מכך כי ההבדלים שבין הריחות הם אוניברסליים, ותלויים בתכונות הכימיות והפיסיקליות של חומרי הריח – ולא בניסיון האישי או בהעדפות האישיות של כל אדם – זאת בניגוד לדעה רווחת, המתייחסת לחוש הריח כאל תפיסה סובייקטיבית.

כדי לבחון את תקפותה של שיטת המדידה, בדקו המדענים את יכולתה לנבא את התגובה העצבית לחומרי ריח לא מוכרים. החוקרים חישבו את ההבדלים בין 70 חומרי ריח חדשים, וחזו את התגובה העצבית אליהם, על-פי המבנה הכימי שלהם בלבד. את התחזיות שלחו לקבוצה של מדענים מאוניברסיטת טוקיו ביפן. המדענים היפנים הישוו חישובים אלו לתוצאות ניסוי שערכו בעבר, שממצאיו לא פורסמו מעולם, ומצאו כי תבניות הפעילות העצבית שנמדדו במוחם של עכברים בניסוי זה, תאמו במידה רבה את הניבוי התיאורטי. במילים אחרות, באמצעות שיטת המדידה הצליחו החוקרים ממכון ויצמן לנבא את התגובה המוחית לריחות שונים.

שיטת המדידה החדשה הזאת עשויה לשמש כלי מחקר רב-ערך שיעמוד לרשותו של כל מדען המעוניין לתכנן ניסויים שיטתיים לבחינת הדרך שבה גירויי ריח שונים מתבטאים בפעילות עצבית. מעבר לכך, הממצאים החדשים מהווים צעד ראשון בדרך להבנת החוקיות העומדת בבסיסו של חוש הריח, והכללים המארגנים אותו. הבנת הכללים האלה תוכל גם להוביל, בעתיד, לדיגיטציה מלאה של חומרי ריח, כך שאפשר יהיה לקודד במדויק את תכונותיהם של ריחות שונים, ולהעבירם ממקום למקום באמצעות מחשב.