מדד הריח: שיטה חדשה מאפשרת למדוד במדויק דמיון בין ריחות

"אם אתם שואפים לייסד מדע חדש, צאו למדוד ריח", הפציר אלכסנדר גרהם בל בבוגרי תיכון בוושינגטון בשנת 1914. במחקר חדש המתפרסם היום בכתב-העת המדעי Nature, נענים מדעני מכון ויצמן למדע לאתגר בן מאה השנים שהציב ממציא הטלפון, ומציגים שיטה המאפשרת למדוד במדויק את מידת הדמיון בין ריחות שונים על בסיס המרחק התפיסתי בין הריחות. מחקר זה מאפשר לחזות מה יהיה הריח של כל תרכובת ריח, עשירה ומורכבת ככל שתהיה, על בסיס המבנה המולקולרי שלה, והוא עשוי לסלול את הדרך לדיגיטציה ושעתוק של ריחות.

בתחום הראייה ידוע כי ההבדל בין כחול וצהוב כפול, בערך, מההבדל שבין כחול וירוק. בתחום השמיעה, ההבדל בין הצלילים "רה" ו"דו" זהה תמיד להבדל שבין "רה" ו"מי". אבל לחוקרי חוש הריח לא היה, עד כה, כלי אמין למדידת ההבדל שבין שני ריחות. הסיבה לכך קשורה בין היתר לאופי המאתגר של חוש הריח: באף ישנם מיליוני קולטני ריח, המתחלקים למאות תתי-סוגים, שכל אחד מהם מעוצב כדי לזהות מאפיינים מולקולריים מסוימים. כתוצאה מכך, המוח שלנו מסוגל לקלוט מיליוני ריחות המורכבים ממולקולות ריח רבות המשולבות יחדיו בעוצמות ובמינונים שונים. במחקר החדש שיצא ממעבדתו של פרופ' נעם סובל מהמחלקה לנוירוביולוגיה, בהובלת תלמיד המחקר אהרן רביע וד"ר קובי סניץ, גילו החוקרים איך אפשר להשליט סדר בבליל הריחות. המפתח להצלחה באתגר קשה זה היה טמון לאורך כל הדרך בנאומו של בל אשר שאל את בוגרי התיכון אם "ביכולתם למדוד את מידת ההבדל בין ריח אחד למשנהו ולומר אם ריח מסוים חזק פי שניים מריח אחר". כלומר במקום לתאר ולמדוד את הריחות כשלעצמם, החוקרים פנו לחשב את היחסים בין הריחות כפי שהם נתפסים בחוש הריח שלנו.

בסיוע רוקח הבשמים הצרפתי כריסטוף לאודמיאל, שיצר בשמים עבור מותגים בין-לאומיים כמו קליניק, טומי הילפיגר וראלף לורן וכן ריחות למרככי כביסה של פרוקטר אנד גמבל, יצרו החוקרים 14 תערובות ריח שכל אחת מהן הורכבה מכ-10 רכיבים מולקולריים. לאחר מכן, בסדרת ניסויים, הציגו החוקרים בפני 200 מתנדבים צמדים של תערובות אלה וביקשו מהם לדרג עד כמה הריחות בכל צמד דומים זה לזה.  

ניסויים אלה הניבו מסד נתונים שבו אלפי דירוגים של מידת הדמיון בין תערובות הריח, כפי שזו נתפסה על-ידי הנסיינים. החוקרים השתמשו בנתונים אלה כדי לכייל מפת ריח רב-ממדית שיצרו בעבר על בסיס תכונות פיסיקליות וכימיות. במפה המכוילת שיצרו, כל חומר ריח מיוצג באמצעות וקטור המשלב 21 מדדים (מקוטביות ועד משקל מולקולרי) כאשר המרחק הזוויתי בין כל שני וקטורים משקף את מידת הדמיון התפיסתי ביניהם – ככל שהמרחק גדול יותר, כך הריחות שונים יותר זה מזה. 

מלבד היכולת להוסיף ניחוח פרחים או ארומת ים לתמונות מהחופשה האחרונה, יכולת ממוחשבת לפרש ריחות בדומה לחוש הריח שלנו, יכולה לחולל מהפכות בשורה של תחומים מניטור הסביבה ועד תעשיות הביו-רפואה והמזון

כדי להעמיד במבחן את מפת הריח התפיסתית, פנו החוקרים לנתונים שנאספו במחקר רחב היקף במעבדתה של פרופ' לסלי ווסהאל במכון רוקפלר בניו יורק שבדקה את יכולתם של נסיינים להבחין בין ריחות. החוקרים ממעבדתו של פרופ' סובל גילו כי מפת הריח מנבאת במדויק את התוצאות שהתקבלו במחקר: ככל שהמרחק הזוויתי בין הריחות היה קטן יותר, כך הנסיינים התקשו להבחין ביניהם – ולהפך. מעודדים מכך שהמודל חזה במדויק ממצאים שנאספו על-ידי אחרים, הצוות המשיך לשלב הבא: להעמיד את המודל למבחן בעצמם.

לשם כך רקחו החוקרים יותר מ-100 תערובות ריח וזימנו נסיינים חדשים להריחן. המודל הוכיח עצמו בצורה יוצאת דופן: למעשה, התוצאות היו מקבילות לתוצאות המקובלות בניסויים הבודקים תפיסה חושית שידועה כמבוססת על פרמטרים מוגדרים היטב – ראיית צבע. זה היה מפתיע במיוחד בהתחשב בכך שלכל אדם הרכב ייחודי של תתי-סוגים של קולטני ריח, עם שונות של עד כ-30% בין אדם לאדם.

באמצעות שיטה זו יכולים כעת החוקרים לא רק לחזות מה יהיה הריח של כל תרכובת ריח, אלא גם לתכנן ריחות: כך למשל ביכולתם לקחת בושם המכיל קבוצת מרכיבים ידועה, וליצור בושם חדש ללא אף אחד מהרכיבים שבבושם המקורי, אך עם אותו ריח בדיוק. בראיית צבע, קוראים לקומפוזיציות המייצרות אותו צבע נתפס "מטאמרים של צבע"; במחקר הנוכחי יצרו למעשו החוקרים "מטאמרים של ריח".

ממצאים אלה הם צעד משמעותי לעבר מימוש חזונו של סגן נשיאת האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, פרופ' דוד הראל מהמחלקה למדעי המחשב ומתמטיקה שימושית במכון, שהיה שותף למחקר: לאפשר למחשבים לבצע דיגיטציה ושעתוק של ריחות. מלבד היכולת להוסיף ניחוח פרחים או ארומת ים לתמונות מהחופשה האחרונה, יכולת ממוחשבת לפרש ריחות בדומה לחוש הריח שלנו, יכולה לחולל מהפכות בשורה של תחומים מניטור הסביבה ועד תעשיות הביו-רפואה והמזון.

"בעולמנו יש ריחות רבים מסוגים שונים – מריח סיגליות ושושנים ועד אֶסְפטִידֵה (תבלין הודי המהווה תחליף לשום ובצל). אבל כל עוד אין לנו אפשרות למדוד את מידת הדמיון והשוני בין ריחות שונים, אין ולא יכול להיות לנו מדע של ריח", אמר בל בנאומו המפורסם, ופרופ' סובל משיב לו: "המרחק בין ורדים לסיגליות הוא 0.202 רדיאנים, בעוד המרחק בין סיגליות לאֶסְפטִידֵה – 0.5 רדיאנים. המרחק בין ורדים לאֶסְפטִידֵה גדול עוד יותר –0.565 רדיאנים. כן, הצלחנו להפוך תפיסות של ריח למספרים, וזה אכן אמור לקדם מאוד את מדע הריח".

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il