Neurobiologer udvikler målestok for lugtesansen

Forskere har for første gang fundet en sikker metode til at måle lugte ud fra deres grad af behagelighed og giftighed – målestokken er lige så objektiv som målestokke for lyde og farver, siger de.

Læs hele artiklen med kommentarer på ing.dk

Lugtesansen har altid været opfattet som den mest subjektive af alle menneskets sanser. Følesansen var noget, man kunne føle på, og smagssansen lå lige på tungen. Selv syns- og høresanserne blev relativt hurtigt defineret som specifikke frekvenser af vibrationer af lys og lyd i forskellige medier. Men lugtesansen? Her var hver person stadig sin egen dommer, og man hører stadig ofte, at hvad der i én kulturkreds dufter godt, betragtes som en ildelugtende stank i en anden.

Men al denne folklore kan vi nu kaste på historiens mødding som forkerte antagelser, siger en gruppe forskere fra Weizmann Instituttet i Israel. De har udviklet en universel målestok for, hvor behagelig eller ubehagelig mennesker synes, en bestemt lugt er.

»Vi har meget overbevisende materiale, der viser, at vores metrik er lige så universel som bølgelængdeskalaen er universel for lys, og frekvensskalaen er universel for lyd,« siger forskningsprogrammets leder Noam Sobel:

»Metrikken danner en enhedsoplevelse af lugt på samme måde, som vibrationerne af lys og luft danner oplevelser af farve og lyd.«


Ifølge Sobel er vi meget dårlige til at beskrive lugte, og derfor antager vi, at lugte er meget subjektive.

»Men ideen om, at lugtesansen er mere subjektiv end f.eks. høresansen, er forkert. Undersøgelser viser, at mennesker vurderer lugte ens 99 ud af 100 gange, når de bliver testet under standardiserede betingelser. Det er altså usandt, at lugtesansen primært er subjektiv og tillært,« siger han.

Lugtens koordinatsystem
Flere eksperimenter viser, at mennesker er forbavsende gode til at lugte og skelne lugte fra hinanden.

»Vi er bare ikke gode til at forklare, hvad vi gør,« siger Sobel. I en artikel fra 2007 kunne en af hans studenter, Jess Porter fra Berkeley University i Californien, f.eks. vise, at mennesker med lidt øvelse sagtens kan efterligne blodhunde og f.eks. sniffe sig til et tyndt spor af chokolade igennem højtstående græs.

I en artikel fra 2007 kunne Rafi Haddad fra Weizmann Instituttet i samarbejde med Sobel således opbygge en database på mere end 1.500 molekyler ved systematisk at forbinde lugtoplevelser med molekylers atomare sammensætning og størrelse og sammenligne det med, hvor behagelige og stærke deres lugt er. Ved hjælp af en matematisk teknik kaldet ‘principal component analysis’, som kan finde de mest tydelige mønstre i data, kunne forskerne rekonstruere den bedst favnende målestok, der spænder hele sanserummet af mulige lugte, lige fra stinkende svolvforbindelser til de mildeste rosendufte.

click to enlarge

Analysen viste, at den mest klare relation i mønstret mellem molekylernes struktur og vores perception af dem, var graden af behag og ubehag ved at lugte dem. Neurobiologerne fandt en yderligere akse, der i grafen er vist som y-aksen, som de ikke helt ved, hvad betyder, men i en artikel fra sommeren 2010 i fagbladet Journal of Neuroscience antager de, at den er relateret til molekylernes grad af giftighed på tværs af arter. Sammen beskriver de to akser mere end 50 procent af den samlede varians i den neuronale aktivitet, og de viser sig ikke kun at omfatte lugtuniverset for mennesker, men også for gnavere og andre typer af pattedyr.

I grafen kan man for eksempel se, hvordan lugten af roser, banan, parfume og vanilje alle ligger i højre del af koordinatsystemet, mens lugte som pyridin (sur mælk), skatole (fæces) og valerisk syre (der lugter som beskidt vasketøj) ligger i den venstre halvdel. Enkelte lugte, som f.eks. eukalyptus, ligger langt til højre og desuden meget lavt på giftighedsaksen, og forskerne ved endnu ikke, hvad det betyder.



Sådan virker lugtesansen

Neuronerne i det såkaldte olfaktoriske epitel er de eneste neuroner i centralnervesystemet, der har direkte adgang til luften.

Når en receptor griber fat i et molekyle, skaber den et elektrisk signal, som bevæger sig hele vejen langs neuronen fra næsehulens tag til de lugtfortolkende områder i hjernen. Her smelter signalet sammen med tusinder af andre signaler fra andre neuroner og skaber en samlet oplevelse af en bestemt lugt. Hjernen er således ikke bare en passiv modtager af signaler.

Når neuroner fra det ene næsebor lærer at skelne to lugte fra hinanden, lærer neuronerne fra det andet næsebor det også. Erkendelsen af en lugt skabes med andre ord i hjernen, ikke i næsen.

Millioner af lugte

Opdagelsen peger på, at menneskets lugtesans har udviklet sig på en sådan måde, at behag og ubehag er hjernens bedste bud på at fortælle os, om de millioner og atter millioner af forskellige lugte, der findes i verden. Jo længere to lugte er fra hinanden på målestokken, jo nemmere har folk på tværs af alle kulturer ved at skelne dem fra hinanden. Evolutionen har altså skabt et universelt lugtsprog, som vi af mangel på bedre ord kalder behag og ubehag.

Nu findes der selvfølgelig myriader af nuancer under overfladen af denne grovsortering af lugtesansens sprog. Mens smagssansen kun kan skelne mellem fem forskellige nuancer (sur, sød, bitter, salt og umami) har lugtesansen tusinder af receptorer, der hver især er kalibreret til at fange et enkelt aspekt af lugtstoffernes molekylære struktur. Men det er kun igennem hjernens forarbejdning af disse multidimensionelle stimuli, at vi oplever lugt. Så selvom vi kan kende forskel på tusinder af lugte, kan vi kun identificere ganske få ved navn. Det eneste, vi alle er i stand til, er at sige, hvor behagelig eller ubehagelig lugten er. Og den evne er stort set konstant på tværs af alle individer.

Sådan er det faktisk også med farver. Vi kan skelne mellem millioner af dem, men kun navngive ganske få. Når vi f.eks. taler om farven orange, så har videnskaben lært os at tilknytte et bestemt område i spektret af lysbølger til denne farve. Det ligger i båndet mellem 585 og 620 nanometer. På samme måde knytter det nye olfaktoriske koordinatsystem en bestemt oplevelse af vanilje til 30 på behagelighedsaksen og til 20 på giftighedsaksen. Ordet behagelighed er i dette perspektiv lige så lidt subjektivt som ordet farve.

Men hvordan dannes følelsen af ‘behag’ og ‘ubehag’ i konkret fysiologisk forstand? Sobel og Haddad mener, at de bedst kan beskrives som molekylernes kompakthed: Der er en tendens til, at mere kompakte molekyler som pyridin (ubehagelig fiskelugt) og smørsyre er mindre behagelige at lugte til end de mere løse molekyler som citral (citrongræs) og allylhexanoat (ananas/ferskenlugt), der består af lange og løse carbonforbindelser.

Det er dog næppe hele forklaringen. Det er stadig uklart, hvordan molekylers funktionelle grupper helt konkret binder sig til receptorerne i menneskers olfaktoriske epitel i næsehulens tag, og hvordan dette kategoriseres og oversættes til en sanseoplevelse i hjernen. Den foretrukne teori er for tiden den såkaldte odotope teori, der foreslår, at en kombination af aktiverede receptorer, der binder sig selektivt til bestemte funktionelle grupper på de udefrakommende molekyler, er ansvarlig for en bestemt lugt, der produceres af hjernen, ikke næsen.

Konteksten forvirrer
Mennesker har tendens til at lægge mærke til undtagelser, ikke regler. Vi har derfor også en stor tilbøjelighed til at fokusere på forskelle på lugtoplevelser. Nogle elsker lugten af benzin, andre hader den. Franskmænd elsker lugten af deres ost, mens japanere løber skrigende bort. Men ifølge Sobel er det undtagelser:

»Hvis jeg gav dig og en gennemsnitlig franskmand 1.000 lugtprøver, lover jeg dig, at I ville være enige om 990 af dem. Cirka 10 ville I være uenige om, men det betyder ikke, at lugtesansen er subjektiv. Tværtimod,« siger han.

En anden forvirrende ting er de omstændigheder, under hvilke lugte lugtes. Duften af ost er dejlig, når du møder den i en fransk osteforretning, men ikke når den kommer fra en sko. En sådan subjektiv erfaring findes selvfølgelig også ved farver og lyde: Goethe viste f.eks. i sin farvelære, at en hvid flade virker orange, når skyggen fra en cyanfarvet lampe rammer den. Vi ved også, at lyde kan virke anderledes under nye betingelser. Wagner viste for eksempel, at Tristan-akkorden kun virker harmonisk i sin opløsning, f.eks. når den forstås som en forventning om, at a-mol er på vej.

Forskningsarbejdet har således skabt mere klarhed om, hvad der er de objektive elementer i lugtoplevelsen, og hvilke der er de subjektive elementer.

Ifølge Per Møller fra KU Farma er israelernes arbejde interessant, men langt fra overbevisende.

»De har helt sikkert fat i noget, men de overgør deres tillid til, at det hele ligger i molekylestrukturen,« siger han.

»De fleste eksperter har større fokus på de mere plastiske elementer i oplevelsen af lugt. Det er, fordi der foregår en hel masse læring i hjernen. Læring har også en vigtig evolutionær fordel: Ved at have en fleksibel skala af behag og ubehag kan vi være ‘omnivores’, dvs. spise alt muligt, og dermed øge vores chance for overlevelse i en foranderlig verden, hvor tørke og andre naturkatastrofer tvinger os til at tilpasse os nye fødekilder meget hurtigt.

Digitalisering af lugte
Hvor meget læringsaspektet og hvor meget den genetiske kode i sidste ende udgør, er uafklaret. Sandt er det, at der stadig mangler grundige komparative undersøgelser af, hvordan mennesker opfatter lugte og blandinger af dem i forskellige egne af verden. Lige nu er forskergruppen i gang med at efterprøve målestokken på andre arter og på lugtblandinger.

»I en kommende artikel har vi udviklet en algoritme, som giver os mulighed for at beregne graden af lighed mellem blandinger. Graden af nøjagtighed, vi har opnået, er utrolig høj,« siger Sobel.

Dette kan åbne vejen for digitaliseringen af lugte. Lige nu findes der ingen videnskabsmand eller parfumeskaber i verden, som kan fortælle dig, hvordan et molekyle med en given struktur lugter. Der findes heller intet menneske i verden, som blot ved at lugte til et molekyle kan udlede dets struktur.

Men det kan ændre sig. Efterhånden som koordinatsystemets opløsning vokser gennem eksperimentelle data, og forskerne lærer, hvordan de funktionelle grupper i molekylerne kombineres til bestemte lugte i hjernen, vil man i fremtiden måske kunne forudsige, hvordan et nyt molekyle kommer til at lugte. Derefter vil man kunne overføre lugten som digitale koder via en computer og genskabe den hvor som helst.

0 comments:

There was an error in this gadget