09 Lug Il Misterioso Senso dell’Olfatto
Non è stato ancora possibile definire sperimentalmente come animali ed esseri umani riescono a distinguere fra loro migliaia di odori diversi.
“Non esiste a tutt’oggi un metodo universalmente riconosciuto per quantificare e categorizzare la nostra percezione degli odori. Sono stati proposti diversi sistemi di classificazione di tipo intuitivo o supportati da dati empirici senza finora essere riusciti ad arrivare ad una definizione soddisfacente del problema” commenta Alexander Wiltschko della Osmo Labs, Cambridge, Massachusetts. La struttura chimica di una molecola non dice quasi nulla sull’odore che emana. Sostanze chimiche molto simili possono produrre un odore differente. Mentre due molecole con una composizione chimica diversa possono dare origine ad un odore quasi identico. La maggior parte delle esperienze odorose che proviamo nelle nostre giornate, quelle del caffè, di un piatto di pasta, dei nostri figli, dei fiori, sono prodotte da miscele di decine o addirittura centinaia di molecole aromatiche che rendono ardua la sfida della definizione scientifica di come la struttura chimica degli oggetti dia origine a migliaia di esperienze olfattive così diverse fra loro.
Eppure la fisiologia della percezione degli odori è ben conosciuta da anni. Il naso umano ha più di quattrocento neuroni olfattivi e ognuno di essi esprime in genere un solo tipo di recettore degli odori. Sono localizzati in una piccola area nella parte superiore dell’epitelio nasale adatta ad intercettare le molecole che veicolano gli odori provenienti dall’ambiente. La famiglia di geni che codifica i recettori e i neuroni olfattivi è stata scoperta nei primi anni ’90 da Linda Buck e Richard Axel che hanno ricevuto per questo lavoro il premio Nobel per la Medicina nel 2004. Ciascuno di questi tipi di recettori riconosce più di un odore e gli esseri umani sono in grado di distinguere più di centomila sostanze chimiche diverse. “È un sistema olfattivo di grande complessità e deve esserlo, perché la quantità delle sostanze chimiche dell’ambiente che producono odori è enorme ed è ancora poco conosciuta” commenta Joel Mainland del Department of Human Nutrition, Michigan State University.
Accanto alla fisiologia dell’apparato olfattivo non è ancora chiaro il rapporto che esiste fra composizione chimica e gli odori che producono le singole sostanze, una mancanza che lascia un vuoto in una questione che è profondamente connessa con la nostra vita quotidiana, con quella degli animali, con molte attività produttive e con la medicina. Quando un cibo ha un sapore che giudichiamo interessante per il nostro gusto è il sistema olfattivo non solo le papille gustative che ci aiuta a identificare le qualità che consideriamo positive. Un odore particolare e unico lega il rapporto fra figli e genitori nel quotidiano ed è essenziale per un neonato di mammifero per alimentarsi con il latte della madre, i cani hanno capacità olfattive quaranta volte più sensibili degli umani che utilizzano nella loro vita sociale e di relazione con i loro simili e con gli umani con cui si sono evoluti. L’industria alimentare ha bisogno di identificare alcuni odori particolari, la medicina li utilizza nella diagnosi di alcune patologie. Ci siamo accorti della importanza della nostra capacità di percepire gli odori nella nostra vita personale e di relazione quando per effetto del Covid alcune persone ne sono state temporaneamente private. Una assenza che ha fatto molto rumore. Siamo letteralmente dentro un mondo di odori e abbiamo ancora problemi per la loro esatta definizione.
La ricerca è andata avanti e lentamente i nasi elettronici, gli e-nose, a supporto di quelli umani, stanno diventando un business in alcuni settori industriali e medici. Il Google Research Brain Team di Cambridge in Massachusetts utilizzando i network neurali che supportano l’Intelligenza Artificiale ha messo a punto una mappa di riconoscimento degli odori. Hanno addestrato i network con migliaia di strutture molecolari conosciute e i relativi odori e profumi. “Con il nostro lavoro abbiamo realizzato una mappa basata sui dati tipici dell’olfatto umano e riconosce la struttura e le relazioni delle categorie percettive dell’odore prodotte da singole molecole” commenta Wiltschko uno dei partecipanti al progetto “È stata raggiunta un’accuratezza predittiva nella descrizione operativa dell’odore che supera quella dell’individuo medio umano e il sistema è già ampiamente disponibile per essere utilizzato in compiti percettivi olfattivi in vari settori industriali, per monitorare l’ambiente, per le diagnosi mediche”.
“I risultati della applicazione degli e-nose nell’industria del vino hanno dato risultati soddisfacenti anche perché possono essere utilizzati per l’analisi del prodotto semilavorato e non solo di quello finito” commenta Gianmarco Alfieri del Dipartimento Agro-Food della Università della Tuscia di Viterbo “È tuttavia necessario affiancarlo ai metodi classici come i gruppi di degustazione di professionisti addestrati e negli ultimi tempi con la gascromatografia che è in grado di analizzare i composti volatili del vino”.
Gli e-nose hanno dato buona prova anche nella diagnosi precoce dei tumori. Con la respirazione produciamo dei composti organici volatili che sono unici per ognuno di noi, una sorta di impronta respiratoria. Sappiamo che questa impronta di un paziente affetto da tumore è diversa da quella di una persona sana o che presenta una patologia diversa da quella tumorale. Proprio su questo principio di riconoscimento delle differenti “impronte respiratorie” si basano i nasi elettronici specificamente addestrati per questa funzione. In questo caso lo spunto è arrivato dalla natura che ci circonda e in particolare dal mondo animale. Il sistema olfattivo degli animali è infatti in molti casi molto più sviluppato di quello umano – pensiamo solo all’esempio dei cani molecolari così preziosi per le forze dell’ordine – e permette di identificare impronte respiratorie presenti in concentrazioni pari a poche parti per trilione.
Siamo ancora nella fase di collaborazione fra gli e-nose e gli esseri umani e in alcuni casi dei cani perché anche senza una piena comprensione di come il loro cervello elabora gli odori, gli scienziati possono sfruttare i loro nasi biologici per migliorare la loro rilevazione in artificiale. Gli addetti ai lavori non escludono però che si passi in un prossimo futuro ad un utilizzo esclusivo degli e-nose viste le loro buone performance in rapporto agli elevati costi di mantenimento e di addestramento dei cani e delle imprecisioni dei nasi degli esseri umani.
