Le fragranze—promettenti mistero e intrigo—sono miscelate da maestri profumieri, le loro ricette tenute segrete. In un nuovo studio sul senso dell'olfatto, I ricercatori del Weizmann Institute of Science sono riusciti a svelare gran parte del mistero anche da complesse miscele di odoranti, non scoprendo i loro ingredienti segreti, ma registrando e mappando come vengono percepiti. Gli scienziati possono ora prevedere l'odore di qualsiasi odorizzante complesso solo dalla sua struttura molecolare. Questo studio potrebbe non solo rivoluzionare il mondo della profumeria, ma alla fine portano alla capacità di digitalizzare e riprodurre gli odori a comando. Un quadro proposto per gli odori, creato da neurobiologi, scienziati informatici, e un maestro profumiere e finanziato da un'iniziativa della Commissione europea chiamata Future and Emerging Technologies (FET) Open, è stato pubblicato in Natura .

"La sfida di tracciare gli odori in modo organizzato e logico è stata proposta per la prima volta da Alexander Graham Bell oltre 100 anni fa, " dice il Prof. Noam Sobel del Dipartimento di Neurobiologia dell'Istituto Weizmann. Bell gettò il guanto di sfida, dicendo:"Abbiamo moltissimi tipi di odori diversi, dall'odore di violette e rose fino all'assafetida. Ma finché non puoi misurare le loro somiglianze e differenze non puoi avere la scienza dell'odore." La sua sfida è rimasta insoddisfatta, fino ad ora.

Questa sfida secolare ha evidenziato la difficoltà di inserire gli odori in un sistema logico, poiché ci sono milioni di recettori degli odori nei nostri nasi, con centinaia di sottotipi, ciascuno sagomato per rilevare particolari caratteristiche molecolari. Il nostro cervello potenzialmente percepisce milioni di odori in cui queste singole molecole sono mescolate e mescolate a diverse intensità; così, mappare queste informazioni è stata una sfida. Ma lo studio del Prof. Sobel e del suo team, guidato dallo studente laureato Aharon Ravia e dal dottor Kobi Snitz, scoperto che c'è un ordine di fondo agli odori. Raggiunsero questa conclusione adottando il concetto di Bell, vale a dire, per descrivere non gli odori stessi, ma piuttosto le relazioni tra gli odori così come vengono percepiti.

Nell'esperimento iniziale, i ricercatori hanno creato 14 miscele aromatiche, ciascuno comprendente circa 10 componenti molecolari, e li ha presentati due alla volta a quasi 200 volontari. I partecipanti hanno valutato le coppie di odori in base a quanto fossero simili, classificandoli su una scala che va da "identico" a "estremamente diverso". Alla fine dell'esperimento, ogni volontario aveva valutato 95 coppie.

Per tradurre il database risultante di migliaia di valutazioni di somiglianza percettiva in un layout utile, il team ha perfezionato una misura fisico-chimica che aveva precedentemente sviluppato. In questo calcolo, ogni odorizzante era rappresentato da un singolo vettore che combina 21 misure fisiche (polarità, peso molecolare, eccetera.). Per confrontare due odoranti, ciascuno rappresentato da un vettore, gli scienziati hanno misurato l'angolo tra i vettori per riflettere la somiglianza percettiva tra di loro. Si prevedeva che le coppie di odoranti con una breve distanza angolare tra loro fossero simili, e si prevedeva che quelli con una distanza angolare elevata fossero diversi.

Per testare questo modello, il team lo ha prima applicato ai dati raccolti da altri ricercatori, principalmente un ampio studio sulla discriminazione degli odori di Caroline Bushdid e colleghi nel laboratorio del Prof. Leslie Vosshall alla Rockefeller University di New York. Il team di Weizmann ha scoperto che il loro modello e le misurazioni predicevano accuratamente i risultati di Bushdid:gli odori con una distanza angolare ridotta tra loro erano difficili da discriminare; quelli con una distanza angolare elevata erano semplici. Incoraggiato dall'accuratezza del modello nel prevedere i dati raccolti da altri, il gruppo Sobel ha continuato a mettersi alla prova.

Il team ha inventato nuovi profumi e ha invitato un nuovo gruppo di volontari ad annusarli, usando di nuovo il loro metodo per prevedere come questo insieme di partecipanti valuterebbe le coppie:prima 14 nuove miscele e poi, nel prossimo esperimento, 100 miscele. Il modello si è comportato eccezionalmente bene. Infatti, i risultati sono stati simili a quelli per la percezione del colore:informazioni sensoriali basate su parametri ben definiti. Ciò è stato particolarmente sorprendente considerando che ogni persona probabilmente ha un complemento unico di sottotipi di recettori dell'olfatto, che può variare fino al 30% tra gli individui.

Perché la 'mappa degli odori, ' o metrica, predice la somiglianza di due qualsiasi odoranti, può anche essere utilizzato per prevedere l'odore finale di un odorizzante. Per esempio, qualsiasi nuovo odorizzante che si trovi entro 0,05 radianti (un'unità di misura per gli angoli) o meno dall'odore di banana avrà l'odore esatto della banana. Man mano che il nuovo odorante si allontana dalla banana, profumerà di banana, e oltre una certa distanza, smetterà di assomigliare alla banana.

Il laboratorio Sobel sta ora sviluppando uno strumento basato sul web. Queste tecniche non solo prevedono l'odore di un nuovo odorizzante, ma può anche sintetizzare odoranti in base alla progettazione. Per esempio, si può prendere qualsiasi profumo con un insieme noto di ingredienti e, utilizzando la mappa e la metrica, generare un nuovo profumo senza componenti in comune con il profumo originale, ma con esattamente lo stesso odore. Tali creazioni nella visione dei colori, vale a dire, composizioni spettrali non sovrapposte che generano lo stesso colore percepito, sono chiamate metameri di colore, e il team Sobel ha prodotto metameri olfattivi.

I risultati sono un passo significativo verso la realizzazione di una visione del coautore dello studio Prof. David Harel del Dipartimento di Informatica e Matematica Applicata del Weizmann Institute, che ricopre anche il ruolo di vicepresidente dell'Accademia israeliana delle scienze e delle scienze umane:abilitazione dei computer alla digitalizzazione e alla riproduzione degli odori. Oltre a poter aggiungere aromi realistici di fiori o di mare alle foto delle vacanze sui social media, dare ai computer la capacità di interpretare gli odori nel modo in cui lo fanno gli esseri umani potrebbe avere un impatto sul monitoraggio ambientale e sulle industrie biomediche e alimentari, per dirne alcuni. Ancora, maestro profumiere Christophe Laudamiel, che è anche coautore dello studio, osserva che non è ancora preoccupato per la sua professione.

Il prof. Sobel dice, "Cento anni fa, Alexander Graham Bell ha rappresentato una sfida. Ora abbiamo risposto:la distanza tra rosa e viola è 0.202 radianti (sono lontanamente simili), la distanza tra viola e assafetida è 0,5 radianti (sono molto diversi), e la differenza tra rosa e assafetida è 0,565 radianti (sono ancora più diversi). Abbiamo convertito le percezioni degli odori in numeri, e questo dovrebbe davvero far progredire la scienza dell'odore."