Ist eine Rose Smell Sweet? Fragen Sie eine eNose.

Ist eine Rose Smell Sweet? Fragen Sie eine eNose.

In Brain Sense versuche ich zu erklären, wie der Geruchssinn in die menschliche Nase und das Gehirn fest verdrahtet ist. Was ist der Beweis dafür? Zum einen lächeln Neugeborene auf der ganzen Welt, wenn sie Vanille riechen und weinen, wenn sie faules Fleisch riechen. Wir werden mit einer Vorliebe für Gerüche geboren, die wir als angenehm empfinden. Was wir lernen, während wir aufwachsen, hat nur eine bescheidene Auswirkung auf unsere grundlegende olfaktorische Wahrnehmung.

Wenn Sie skeptisch sind, schauen Sie sich das elektronische System an, das Wissenschaftler des Weizmann-Instituts für Wissenschaft in Rehovot, Israel, ausgebildet haben, um die angenehmen Gerüche vorherzusagen. Ihre Maschine, eine "eNose", macht dieselben Urteile wie ein Mensch, indem sie einen sehr menschlichen Geruchssinn-Prozess verwendet.

Die meisten früheren eNose-Geräte waren hinsichtlich der Geruchsbewertungen, die sie vornehmen konnten, begrenzt. Hier ist der Grund: Wenn ein Geruchsmolekül durch eine konventionelle eNose tritt, stimuliert seine molekulare Struktur die Sensoren, um ein elektrisches Muster zu erzeugen. Dieses Muster ist wie ein Fingerabdruck. Es ist einzigartig für jeden Geruch. Ein eNose im alten Stil funktioniert nur, wenn Geruchsproben zum Aufbau einer Referenzbasis verwendet werden. Die eNose kann einen Geruch nicht erkennen oder kategorisieren, den sie vorher noch nicht gesehen hat.

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Also beschlossen die israelischen Wissenschaftler, eine bessere eNose zu bauen. Sie begannen nicht mit der Maschine, sondern mit den Geruchsurteilen einer Gruppe israelischer Freiwilliger. Die Leute bewerteten eine Vielzahl von Gerüchen auf einer 30-Punkte-Skala von "sehr angenehm" bis "sehr unangenehm". Aus diesem menschlichen Datensatz entwickelten die Forscher einen neuronalen Netzwerkalgorithmus, den sie dann in die eNose einprogrammierten. Auf diese Weise "lehrten" sie ihrer Maschine eine "Achse" der Geruchsfreundlichkeit.

Dann testeten die Forscher ihren Algorithmus, um zu sehen, ob die eNose die Annehmlichkeit einer Reihe von Gerüchen voraussagen konnte, die sie noch nie zuvor gesehen hatte. Erraten Sie, was. Es könnte! Auf der 30-Punkte-Skala erreichten die Ratings der eNoses eine Übereinstimmung von etwa 80 Prozent mit menschlichen Beurteilungen, die von einer völlig anderen Gruppe von israelischen Freiwilligen gemacht wurden als die, die zur Erstellung des Algorithmus verwendet wurden. Als die Aufgabe vereinfacht wurde – nur eine angenehm-unangenehme Dichotomie -, hat die eNose 99 Prozent der Fälle richtig verstanden.

Die nächste offensichtliche Frage ist: Was ist mit kulturellen Unterschieden? Lehrt uns unsere Gesellschaft nicht, welche Gerüche wir als angenehm oder unangenehm empfinden sollten? Die israelischen Forscher untersuchten diese Frage, indem sie die Vorhersagen ihrer eNose gegen Geruchsurteile durch eine Gruppe von äthiopischen Einwanderern nach Israel testeten. Die eNose funktionierte genauso gut wie im Test gegen israelische Ureinwohner. Dies deutet darauf hin, dass wir für Geruch geruchlos sind, egal was unsere Kultur betrifft.

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"Voraussagen, ob eine Person, die wir noch nie getestet haben, unabhängig von ihrem kulturellen Hintergrund einen bestimmten Duftstoff haben möchte, beweist, dass die Geruchsfreundlichkeit eine grundlegende biologische Eigenschaft ist", sagt Noam Sobel von der Abteilung Neurobiologie bei Weizmann.

Wie werden offensichtliche kulturelle Unterschiede erklärt? "Kultur beeinflusst die Wahrnehmung der olfaktorischen Annehmlichkeit meist in bestimmten Kontexten", sagt Sobel. "Um diesen Punkt zu betonen, mögen sich viele fragen, wie die Franzosen den Geruch ihres Käses mögen, wenn die meisten den Geruch ziemlich abstoßend finden. Wir glauben, dass die Franzosen nicht glauben, dass der Geruch per se angenehm ist; Sie denken nur, dass es ein Zeichen für guten Käse ist. Wenn der Geruch jedoch in einem Glas aus dem Zusammenhang gerissen würde, würden die Franzosen den Geruch wahrscheinlich genauso unangenehm bewerten wie jeder andere; deshalb machen die Franzosen keinen nach Käse riechenden Duft. "

Für mehr Informationen siehe

Brain Sense, Teil zwei: Geruch.

Haddad R, Medhanie A, Roth Y, Harel D, Sobel N (2010) Vorhersage von Geruch Pleasantness mit einer elektronischen Nase. PLoS Comput Biol 6 (4): e1000740.

Der entzückende eNose Cartoon ist mit freundlicher Genehmigung der American Chemical Society.