La scienza dietro il nostro senso dell'olfatto
La ricerca fa luce su come percepiamo e reagiamo agli odori.
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Indice
- Comprendere la Rilevazione degli Odori
- Ricerca sulla Qualità dell'Aria e Intensità degli Odori
- Testare la Percezione degli Odori
- I Risultati dei Test Olfattivi
- Comprendere il Flusso d'Aria e l'Assorbimento
- Il Ruolo della Posizione nella Rilevazione degli Odori
- Intuizioni dalle Simulazioni Visive
- Implicazioni per la Ricerca Futura
- Condurre Test Sensoriali e Simulazioni
- Conclusione
- Fonte originale
Il senso dell'olfatto è fondamentale nelle nostre vite e può influenzare come comunichiamo, ci comportiamo e anche quali cibi preferiamo. Gioca un ruolo importante in molte aree, tra cui salute, sicurezza e le nostre scelte quotidiane. Tuttavia, c'è ancora molto che non sappiamo su come elaboriamo gli Odori e alcuni aspetti di come i diversi profumi ci raggiungono attraverso l'aria.
Comprendere la Rilevazione degli Odori
Il nostro cervello elabora gli odori seguendo tre passaggi principali: ricordare la forza del profumo, le sue qualità specifiche e se lo troviamo piacevole o meno. Anche se questi processi sono ben noti, i dettagli su come le minuscole particelle chimiche nell'aria viaggiano fino al nostro naso e fanno contatto con i nostri sensori sono meno chiari. Questa mancanza di conoscenza è dovuta a diversi fattori, tra cui questioni etiche nei test su persone, la difficoltà di misurare gli odori in modo accurato e le differenze individuali nel modo in cui le persone percepiscono i profumi.
I recettori olfattivi nel nostro naso captano queste particelle chimiche nell'aria. Eppure, durante la respirazione normale, solo una piccola parte dell'aria che inspiriamo raggiunge effettivamente i recettori olfattivi nel nostro naso. Questo rende difficile misurare e studiare le concentrazioni di queste sostanze chimiche nell'aria in modo affidabile.
Ricerca sulla Qualità dell'Aria e Intensità degli Odori
Studi recenti hanno suggerito un legame tra la qualità dell'aria all'interno degli edifici e la concentrazione di certe sostanze chimiche, come l'acetone, nell'aria. Di conseguenza, i ricercatori hanno iniziato a concentrare l'attenzione su modi per migliorare il nostro senso dell'olfatto e promuovere ambienti interni più sani. Tradizionalmente, la misurazione della forza degli odori si basava su team di persone addestrate per valutare i profumi, ma questo metodo ha ricevuto critiche a causa delle incongruenze.
Studi più recenti mostrano che la relazione tra quanto un Odore è forte e la sua concentrazione potrebbe non essere così semplice. Serve più ricerca per capire come l'aria e le sostanze chimiche interagiscono, specialmente nel nostro sistema respiratorio.
Testare la Percezione degli Odori
In esperimenti recenti, i ricercatori hanno combinato test olfattivi effettuati da persone con modelli computerizzati che simulano come l'aria e gli odori si muovono. Questa combinazione di metodi consente agli scienziati di esaminare un'ampia gamma di fattori legati al nostro senso dell'olfatto. Per sicurezza, gli odori testati provenivano dallo yogurt, che di solito è sicuro da inalare.
Il processo di movimento delle sostanze chimiche nella mucosa del naso è influenzato da molti fattori, come la facilità con cui una sostanza chimica può dissolversi nel nostro corpo, come interagisce con altre sostanze e come respiriamo. Studi precedenti indicano che il modo in cui inspiriamo ed espiriamo è fondamentale per comprendere quanto bene possiamo percepire certi odori.
Gli scienziati hanno scoperto che diversi schemi di respirazione possono influenzare notevolmente quanto bene percepiamo gli odori. Ad esempio, annusare velocemente può portare a raccogliere molto più aria per i recettori olfattivi rispetto a una respirazione lenta e costante.
I Risultati dei Test Olfattivi
Utilizzando un mix di test olfattivi e simulazioni informatiche, i ricercatori sono stati in grado di mappare come l'intensità dell'odore, l'accettazione e le concentrazioni chimiche cambiano nel tempo. Hanno scoperto che la forza percepita di un odore durante diverse fasi della respirazione è allineata a come inspiriamo ed espiriamo.
Durante i test che coinvolgevano odori di yogurt, i partecipanti hanno valutato l'intensità dell'odore in base a come i loro schemi di respirazione influenzavano la loro percezione. Hanno scoperto che l'intensità del profumo percepita era tipicamente più alta in determinati punti durante l'inspirazione e variava a seconda della forza e della velocità del respiro.
Gli scienziati hanno notato che, mentre le persone spesso riuscivano a percepire gli odori, la concentrazione esatta di queste essenze nell'aria era meno precisa. I loro modelli hanno mostrato che le variazioni nei modelli di respirazione portavano a differenze nel modo in cui gli odori venivano assorbiti nei passaggi nasali.
Assorbimento
Comprendere il Flusso d'Aria e l'La ricerca ha anche messo in evidenza come la velocità e il modello di respirazione abbiano un impatto significativo su come le sostanze chimiche entrano nella mucosa nasale. Tassi di flusso d'aria più elevati erano collegati a un maggiore assorbimento degli odori. Alcune sostanze venivano assorbite di più nella parte anteriore dei passaggi nasali, mentre altre venivano assorbite in modo più uniforme.
I dati hanno mostrato una chiara relazione tra la percezione delle persone sull'intensità dell'odore e le concentrazioni misurate di alcune sostanze chimiche. La comprensione di come la respirazione influisca drammaticamente su questo processo è essenziale per trovare modi migliori per valutare e migliorare il nostro senso dell'olfatto.
Il Ruolo della Posizione nella Rilevazione degli Odori
Gli scienziati hanno anche studiato come la posizione delle misurazioni degli odori influisca sulla nostra percezione degli odori. Hanno condotto test in vari punti: vicino allo yogurt stesso, nella zona di respirazione, alle narici e nella mucosa nasale. Hanno scoperto che le misurazioni effettuate nell'area nasale fornivano i riflessi più accurati dell'intensità dell'odore percepita.
Al contrario, misurare gli odori più lontano dalla fonte, come nella zona di respirazione, mostrava correlazioni più deboli tra le concentrazioni e gli odori percepiti. Questa intuizione sottolinea l'importanza di sapere dove misurare per ottenere la percezione più chiara di quanto sia forte un odore.
Intuizioni dalle Simulazioni Visive
Con l'aiuto della modellazione al computer, i ricercatori hanno tracciato visivamente come le particelle odorose si muovono nell'aria e nei nostri percorsi respiratori. Man mano che le molecole odorose venivano rilasciate dallo yogurt, si diffondevano rapidamente verso le narici. Simulando l'inspirazione e l'espirazione, potevano osservare come la concentrazione degli odori fluctuasse nel tempo.
Le simulazioni hanno chiarito che mentre inspiriamo ed espiriamo, gli odori dallo yogurt si disperdono e raggiungono diverse parti dei nostri passaggi nasali. Tuttavia, il rilascio di questi profumi può influenzare i livelli di concentrazione, facendoli diminuire notevolmente durante l'espirazione.
Implicazioni per la Ricerca Futura
Sebbene i test sensoriali condotti dalle persone abbiano fornito preziosi feedback sull'intensità percepita degli odori, le simulazioni sono andate oltre quantificando i tassi di assorbimento e tracciando come le particelle odorose si comportano nei passaggi nasali nel tempo. Questo approccio completo apre la porta a applicazioni pratiche, come lo sviluppo di dispositivi intelligenti in grado di rilevare odori, migliorare le valutazioni della qualità degli alimenti e migliorare la nostra comprensione di come funziona il sistema respiratorio.
Studiare la dinamica dei fluidi locali e l'interazione delle sostanze chimiche nei nostri passaggi respiratori permette ai ricercatori di approfondire come percepiamo gli odori e quali fattori influenzano questi processi.
Condurre Test Sensoriali e Simulazioni
Per condurre questi esperimenti, due squadre hanno lavorato separatamente sui test olfattivi e le simulazioni computerizzate. Hanno assicurato che tutte le condizioni fossero controllate e coerenti durante i loro studi. Prima dei test, i partecipanti hanno seguito un addestramento per familiarizzare con la valutazione accurata degli odori.
L'ambiente di test è stato allestito con attenzione per evitare una rapida dispersione degli odori. Lo yogurt è stato posizionato vicino ai partecipanti per garantire condizioni stabili durante l'esperimento. Questa configurazione ha permesso agli scienziati di raccogliere dati significativi su come le persone percepiscono i profumi dello yogurt durante diversi schemi di respirazione.
Conclusione
Attraverso questa combinazione di test sensoriali e modellazione computerizzata, i ricercatori stanno gradualmente mettendo insieme il complesso puzzle di come percepiamo gli odori. Man mano che continuano il loro lavoro, sperano di sbloccare maggiori comprensioni del sistema olfattivo e migliorare i modi in cui possiamo misurare e potenziare il nostro senso dell'olfatto nella vita quotidiana. Questa ricerca potrebbe anche portare a pratiche migliori in vari campi, dalla sicurezza alimentare alla salute e al benessere, fornendoci nuove intuizioni su come viviamo gli odori.
Titolo: Odor sensory tests vs. In-silico prediction for the high-definition quantification of olfaction dynamics
Estratto: The intricate dynamics of volatile organic compounds (VOCs) in the human respiratory system remain poorly understood. In the present study, we integrate odor sensory tests (OSTs) coupled with computational fluid dynamics and a physiologically based pharmacokinetic (CFD-PBPK) model to elucidate various aspects of the olfaction process. Safe yogurt-derived substances were incorporated in OSTs to prevent harmful exposure. Acetaldehyde was identified as a key active component in determining odor intensity, prompting further analysis of acetone and other four constituents of yogurt. Logarithmic correlations were established between the perceived odor intensity from the OSTs and both time-averaged absorption flux and equilibrium concentration within the olfactory mucus layer. These parameters were numerically captured, enabling the logarithmic approximation of odor intensity for different breathing profiles and the development of reliable prediction models for odor sensation based on quantifiable physiological parameters. The CFD-PBPK model captured detailed spatial and temporal variations of these parameters, which offers potential for future integrated/in-silico applications. Minor peaks of odor concentration were observed in the posterior olfactory regions during exhalation, revealing a retro-nasal phenomenon. Location-specific analysis revealed the nostrils and olfactory regions as the most accurate indicators of perceived odor intensity, proving the limitations of rough sensory assessments in the indoor/breathing zone scales. Acetone exhibited distinct absorption and desorption trends during the transitional phase between inhalation and exhalation, owing to the physical properties (diffusion and partition coefficients) that strongly characterize the olfaction dynamics. Author SummaryWe developed an integrated method using odor sensory tests (OSTs) coupled with computational fluid dynamics and physiologically based pharmacokinetic models (CFD-PBPK) to assess the temporal and spatial transport of yogurt odorants to the human olfactory region. Multiple phenomena were observed, including ortho-nasal and retro-nasal olfaction, temporal changes in the perceived odor intensity associated with breathing/sniffing profiles, absorption and desorption curves of acetone in the mucus epithelium, and regional-based olfaction distribution. The perceived odor intensity from OSTs can be predicted logarithmically in correlation with both the time-averaged absorption flux and the equilibrium concentration in the olfactory mucus layer, offering a reliable in-silico prediction model for odor sensation based on numerically quantifiable parameters. This model offers potential implications for multiple computational, biomedical, and industrial applications, such as the electric noses, smart odor sensors, food assessments, and fragrance development, particularly for long-term exposure in the industries that emit odorous compounds. It can open the door for more accurate predictions of the complex micro-fluid dynamics in the microbial ciliated tissues in the olfactory receptors.
Autori: Islam Mohamed Sayed Abouelhamd, K. Kuga, K. Saito, M. Takai, T. Kikuchi, K. Ito
Ultimo aggiornamento: 2024-10-15 00:00:00
Lingua: English
URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.12.617741
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.10.12.617741.full.pdf
Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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