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科学家发明“电子鼻”可分辨陌生气味

2010-04-19 00:00 《科学日报》 《科学日报》 阅读 0
核心摘要: 以色列魏兹曼研究所科学家发明了一种能预测陌生气味愉悦性的电子鼻,颠覆了传统观点。研究显示,气味愉悦性与分子结构刚性相关,且具有跨文化相似性。该技术可用于环境监测、香料筛选及数字化气味传递,未来或应用于电影、游戏等领域。

据《科学日报》报道,以色列魏兹曼研究所的科学家成功开发出一种能够像人类一样预测陌生气味愉悦性的电子系统,这一成果颠覆了“气味愉悦性完全因人而异且具有文化特性”的传统观点。相关研究发表在《公共科学图书馆开放获取杂志-计算生物学》上,科学家证明,对气味愉悦性的知觉与其分子结构存在内在刚性联系,而个人与文化差异仅在某些特定背景下引起表面变化。

这些发现在环境毒性监测、恶臭评估以及香料工业的快速气味筛选方面具有重要应用,同时为数字化传递气味的关键技术提供了基础。过去十年间,俗称“电子鼻”的电子设备已能检测和识别气味。电子鼻主要由化学传感器阵列构成,当气味分子刺激传感器时,会产生独特的电学模式,即“气味指纹”。与嗅探犬类似,电子鼻需通过气味样本训练建立参考数据库,然后通过比对数据库中的气味指纹来识别新样本。

然而,传统电子鼻无法识别数据库中未记录的陌生气味。魏兹曼研究所的拉菲·哈达德博士团队另辟蹊径,不再训练电子鼻识别特定气味,而是训练其在一个感觉轴(如气味愉悦性)上估计气味。他们首先让一组以色列本地人对选定气味数据库的愉悦性进行评分(0分“非常令人不快”到30分“非常愉悦”),开发出“气味愉悦性”算法并编入电子鼻。随后,电子鼻预测一组全新气味的愉悦性,并与另一组以色列本地人的评分比较。结果显示,电子鼻对陌生气味的评分与人类评分有约80%的相似性;若仅进行“愉悦”或“不快”的简单分类,准确性可达99%。

为检验文化差异的影响,研究团队将电子鼻的预测结果与一组埃塞俄比亚以色列移民的评分比较。结果表明,即使电子鼻由以色列本地人评分训练,其对埃塞俄比亚移民的预测依然出色,说明气味愉悦性具有跨文化的基本相似性。魏兹曼研究所神经生物学系教授诺姆·索贝尔评价道:“电子鼻能预测从未测试过的气味,且不受文化背景影响,这为气味愉悦性具有基本生物特性提供了证据,也证明气味分子结构的特定方面决定了其愉悦性。文化差异仅在特定背景下影响知觉,例如法国人可能不认为奶酪气味本身愉悦,而是将其视为好奶酪的标志;若脱离奶酪背景,法国人也会将其评为不悦气味。”

该研究揭示了气味知觉与分子结构的刚性联系,并开发出能分类全新气味的电子鼻,为气味筛选和环境监测提供了新方法。未来,数字化气味传递技术有望应用于电影、游戏和音乐,带来更沉浸的体验。

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