Kompliceret blanding skaber lugten af alt og intet

Af alle sanser er lugtesansen den sans, som videnskaben har haft sværest ved at forstå. På trods af spekulationer i hundredvis af år har forskere ikke kunnet finde nogen tilfredsstillende teori eller model for, hvordan et bestemt molekyle oversættes til en bestemt lugt i hjernen.

En medvirkende årsag til redeligheden har sandsynligvis været den, at lugtstoffer, i modsætning til lyde og farver, ikke så let kan repræsenteres ved blot et enkelt spektrum af frekvenser eller bølgelængder. Oplevelsen af en lugt skabes via mange receptorer i næsehulens tag - receptorer, der har hver deres specifikke affiniteter og sensitiviteter over for de indtrængende molekyler.

Først i hjernen kombineres og fortolkes informationerne til en samlet vurdering af en given lugt. Det faktum, at oplevelsen af en lugt også er meget påvirket af hukommelsen, af erfaringen og af andre samtidige sanseindtryk, gør det ikke nemmere at håndtere sagen videnskabeligt.

For to år siden udviklede molekylærbiologerne Rafi Haddad og Noam Sobel fra Weizmann-instituttet i Israel dog en slags målestok for lugtesansen. De opbyggede en database, hvor de matchede forsøgspersoners lugtoplevelser med 1.500 forskellige molekylers atomare sammensætninger (se ing.dk/artikel/113896). En matematisk analyse gjorde det muligt at lave et landkort over lugtesansen, der i sin todimensionelle projektion blev spændt ud af de to vigtigste parametre til at beskrive en lugt: På x-aksen kunne man aflæse lugtens behag eller ubehag, og på y-aksen dens spiselighed hhv. giftighed. Sammen beskriver de to dimensioner kun lidt over 50 procent af den samlede varians i neuronernes aktivitet, men at de overhovedet blev fundet var et første bevis på, at der faktisk findes et universelt lugtsprog for mennesker, der gælder på tværs af alle individer i alle kulturer.

Den hvide lugt

Siden er det israelske forskerhold fortsat med at udforske lugtstoffernes koordinatsystem og har styrket deres forståelse af, hvordan hjernen fortolker blandinger af molekyler og danner nye syntetiske lugtoplevelser. Et overraskende studie af ph.d.-studerende Tali Weiss er i den sammenhæng netop blevet offentliggjort i fagbladet Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

I samarbejde med Sobel og resten af gruppen har hun fundet ud af, at man kan blande lugtstoffer, ligesom man kan blande farvet lys og lyde. Resultatet er en 'hvid lugt', der ligesom den hvide farve eller hvid støj er opbygget af mange komponenter fordelt ligeligt ud over hele perceptionsspektret.

Weiss kalder lugten for 'laurax' og definerer dem som et 'olfaktorisk hvidt'. Den lugter ikke af særlig meget, og er hverken frastødende eller tiltalende. Forsøgspersoner kan sagtens genkende laurax, hvis de har lugtet den tidligere, men det betyder ikke, at de lugter til den samme blanding.

Laurax kan præpareres med helt nye stoffer, som intet har med en tidligere blanding af laurax at gøre. Men blandingerne lugter alligevel ens. Hvis forsøgspersonerne forsøger at beskrive lugten, ender det altid med generelle vendinger og vilde skud i tågen: Den er 'kemisk' og 'parfume-agtig'. Den er også 'aromatisk' og 'sæbet' og 'sød' og 'blomsteragtig' og 'medicinsk'.

Sammenlignet med mange andre lugte, falder laurax midt imellem behagelig og ubehagelig, og midt i skalaen mellem spiselig og giftig. Der findes simpelthen ingen lugt, som er så gennemsnitlig som laurax.

Det fascinerende ved laurax er, at den som nævnt kan præpareres med helt forskellige molekyleblandinger og alligevel lugte ens hver gang. Vi kender til fænomenet fra lys. Når mange forskellige bølgelængder af lys med samme intensitet blandes, dannes der efterhånden i vores øjne en hvid farve. Det behøver ikke at være de samme bølgelængder, der blandes hver gang. Bare man tilføjer tilpas forskellige farver, der spænder over hele spektret, vil man til sidst ende op med den hvide farve (og her taler vi altså om bølger i det elektromagnetiske spektrum, og ikke om farvepigmenter, der, hvis blandet, altid ender i brunt).

Det samme gør sig gældende for lyde. Blandes mange frekvenser ligeligt, vil man høre såkaldt 'hvid støj', der lyder som et tv eller en radio, der ikke er tunet ind på en sendefrekvens. Hvis man vil være matematisk helt nøjagtig, er den rette analogi til laurax dog ikke hvid støj, men 'grå støj', idet grå støj er korrigeret for vores hørelses sensitivitet over for bestemte frekvenser.

Mens hvid støj har samme lydstyrke i alle frekvensområder, er grå støj korrigeret på en sådan måde, at lydene perciperes som lige intense i hjernen. Det er sådan, laurax blev præpareret: Weiss blandede først 4, så 10, så 15, så 20, 30, 40, 43 stoffer fra forskellige områder i det multidimensionale lugtspektrum, og jo flere stoffer der var i blandingerne, jo mere begyndte de at lugte af laurax.

Stofferne blev fortyndet, således at de i blandingen alle havde samme intensitet i vores perception af dem, og så snart Weiss kom op over cirka 30 stoffer, udvikledes der altid en kvalitet, som var fælles for alle blandinger.

Et overraskende trick

Selv om noget lignende altså gør sig gældende for lys og lyd, er det slet ikke oplagt, når det kommer til lugtesansen. Vores næse er optimeret til at kende forskel på potentielle madvarer, og det er derfor overraskende, at man kan snyde lugtesansen med blandinger, der lugter ens, men som er sammensat af helt forskellige molekyler.

I naturen findes der masser af produkter, som har flere hundrede lugtkomponenter - tænk f.eks. på vin, kaffe eller roser. Forskellen mellem dem og laurax ligger i, at komponenterne i kaffe eller vin ikke spænder over hele lugtspektret, men kun over dele af det. Desuden er de naturlige blandinger som regel domineret af bestemte lugtstoffer, hvis intensitet tager hele opmærksomheden.

En analyse af rosenlugt har f.eks. vist, at ingredienserne er mange, men at de kun indtager et lille område i lugtstoffernes perceptionsspektrum, og at et enkelt kemisk stof (phenylethylalkohol) bidrager med hele 70 procent af intensiteten. Sådan er det også i farvernes og i lydenes verden: Hvis en enkelt eller to frekvenser dominerer, vil helheden opfattes som en farve, henholdsvis en lyd, og ikke en hvid farve hhv. hvid støj.

Et holistisk indtryk

Lugtesansen bliver normalt anset som et syntetisk og ikke som et analytisk sansesystem. Mennesker er meget dårlige til at identificere komponenter i en blanding, selvom de sagtens ville kunne kende forskel på stofferne individuelt. De neuronale mønstre, der dannes i hjernen, er nemlig unikke for hver blanding, og ikke en sum af mønstrene for hver komponent. Desuden har neuronerne i det olfaktoriske epitel i centralnervesystemet en tendens til at koncentrere sig om det mest dominerende lugtstof og associere det med objektet. Lugtblandinger skaber således et holistisk indtryk, ligesom en farve. Appelsiner er ikke røde og gule. De er orange.

Opdagelsen af den hvide lugt understøtter den syntetiske hypotese. Da forsøgspersonerne blev inviteret tilbage et halvt år efter, kunne de sagtens huske lugten af laurax. Det peger på, at vi danner et indre billede - en gestalt - af en lugtoplevelse og husker det i lang tid efter. Det viste sig også, at den hvide lugt kan overdøve andre lugtstoffer. Tager man f.eks. fire af de mest markante lugtstoffer i roser, og overdøver dem med laurax, forsvinder lugten af roser meget hurtigt.

Opdagelsen kan have store implikationer for den del af industrien, der kæmper med lugtgener i produktionen. Det vil helt sikkert også kunne bruges inden for rengørings- og parfumeindustrien, hvor man vil kunne komponere nye blandinger på en meget mere præcis måde end hidtil. Forskergruppen har da også taget patent på 'en bred vifte af potentielle applikationer for olfaktorisk hvidt'.

Det er dog vigtigt at påpege, at opskriften på laurax er en kompliceret affære. Til sammenligning er det barnemad at opbygge en hvid farve ud fra det elektromagnetiske spektrum. Lugtstoffernes landkort består af utrolig mange dimensioner, der hver især fanger visse egenskaber ved molekylernes konfigurationer og biokemiske virkning, inklusive hukommelses-, kontekst- og erfaringsdimensionerne.

For at præparere en blanding, der spænder over hele rummet af parametre i samme intensitet, skal man arbejde meget og længe med den matematiske analyse. Men for at give os andre mulighed for at lugte til laurax, har Weiss og kolleger lavet en liste af tre blandinger i artiklens supplerende materiale. Den simpleste af dem består af 30 molekyler - så kan man ellers selv gå i gang, hvis man vil lugte til laurax.

Dokumentation

Forskningsartiklen om laurax: 'Perceptual convergence of multi-component mixtures in olfaction implies an olfactory white'