Wie viele verschiedene Gerüche kann tatsächlich die menschliche Nase erkennen?

Letztes Jahr machte eine Publikation in Science Wellen mit der atemberaubenden Behauptung, dass die menschliche Nase eine satte 1 Billion verschiedene Gerüche erkennen kann. Aber wenn Sie das Gefühl, Ihre Nase nicht erkennt, 1 Billion riecht, Sie auf etwas sein können. Es ist möglich, dass keiner von uns kann.

Caltech Forscher wies darauf hin, im Herbst letzten Jahres, sowie ein neues Arizona-Landesuniversität-Papier behauptet heute, die Daten gesammelt, die im letzten Jahr übelriechend Studie unterstützt nicht diesen radikalen Anspruch. Vielmehr die Forscher Interpretation ihrer Daten – und die massive Figur kamen sie zu — scheinen das Ergebnis der fehlerhaften mathematischen Logik zu sein. Und das ist ein großes Problem, weil die 1 Billion Geruch Schätzung bereits Einzug in Neurowissenschaften Lehrbücher, Falschinformation, Studenten, Forscher und die Öffentlichkeit bildet.

"Wir verschiedene Aspekte der Studie 2014 nicht zustimmen", sagte Rick Gerkin der Arizona State University, die zusammen mit Jason Castro Bates College, eine Widerlegung Papier verfasst, die heute in der Zeitschrift eLifeerscheint. "Erstens die Behauptung, dass Menschen zwischen mindestens 1 Billion Gerüche unterscheiden können basiert auf einem fragilen mathematischen Rahmen – eine, die in der Lage, nahezu jedes Ergebnis mit kleinen Variationen in die Daten oder das Experiment-Design zu schaffen. So das Ergebnis in Frage könnte Zehntausende Größenordnungen – ein Faktor einer mit Dutzenden von Nullen dahinter – größer oder kleiner als zunächst gemeldet. "

Was bedeutet, dass, basierend auf der Wissenschaft -Papier der eigenen Argumentation, die richtige Anzahl von Gerüchen die menschliche Nase unterscheiden könnte so wenig wie 10 — oder es könnte sein, viele, viele Male mehr als gibt es Galaxien im sichtbaren Universum.

Wie viele Gerüche kann ein menschlicher Geruch?

Das Science -Papier, das solch einen guten Anfang gemacht wollte eine einfache Frage beantworten: wie viele verschiedene Gerüche kann die durchschnittlichen menschlichen Geruch? Wir haben klar definierte Grenzen menschlichen Sehens (390-750 Nanometer Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum) und hören (20-20.000 Hz), und wir haben auch ein ziemlich gutes Verständnis für die Auflösung der diese Sinne — d. h. wie weit auseinander zwei Farben oder Frequenzen müssen in Ordnung sein, für sie unsere Sinne zu unterscheiden. Aber der Geruch ist nicht so einfach.

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Die meisten der Düfte begegnen wir in der Natur sind eigentlich Gemische aus Dutzende bis Hunderte von verschiedenen, duftende Moleküle. Der "Duft" von einer Rose, zum Beispiel über 275 verschiedene Verbindungen besteht. Die Frage, wie gut wir riechen kann, dann, als dies reframed werden könnte: wie anders tun zwei Düfte haben in Bezug auf ihre chemische Zusammensetzung für die menschliche Nase sie voneinander zu unterscheiden sein?

Ein Team von Forschern an der Rockefeller University und Howard Hughes Medical Institute durchgeführt um herauszufinden, ein einfaches Experiment. Sie ausgeheckt Gemische von 10, 20 oder 30 verschiedenen duftenden Verbindungen, gezogen aus einer Sammlung von 128 Düfte (auch Dinge wie Orange, Minze und Anis). 26 Freiwilligen wurden angeworben, um einen Geruchstest durchführen. Jeder Freiwillige war drei Fläschchen, zwei mit identischen Mischungen und eine mit einer anderen Mischung gegeben und gebeten, die Ausreißer zu identifizieren. Wenn die Ausreißer konnte nicht richtig erkannt werden, galten die Mischungen nicht zu unterscheiden.

Wiederholen diesen Test hunderte Male mit jedem Fach, fanden die Forscher heraus, dass Mischungen, die mehr als die Hälfte der gleichen Verbindungen neigten, das gleiche zu riechen, während Mischungen, die mehr als 50 % unterschiedliche waren verschiedene roch. Hier wird es unscharf: die Forscher extrapoliert aus dieser Ähnlichkeit 50 %-Regel, die Gesamtzahl der möglichen Kombinationen – aus ihrem Pool von 128 verschiedenen Basis riecht. Wenn Menschen beliebige Kombinationen von 10, 20 oder 30 unterscheiden können (gezogen von 128), die mehr als 50 % anders sind, gibt, die unsere Nasen mindestens 1 Billion unterschiedliche Gerüche. Im Vergleich dazu unterscheiden wir nur eine mickrige 2,3 — 7,5 Millionen Farben.

Wo sie schief gelaufen

Wenn Menschen in der Tat 1 Billion verschiedene Gerüche erkennen können, würde es (etwas verwirrend) der menschlichen Nase Abstand unsere empfindlichste Sinnesorgan des Menschen machen. Aber die Widerlegung Papier veröffentlicht heute argumentiert, dass der Ansatz verwendet, um die 1 Billion Zahl erreichen mathematisch stichhaltig, da die Antwort erhalten Sie steil auf die Versuchsparameter abhängt:

Hatte das Experiment angeworben ∼ 100 zusätzliche Themen ähnlich wie die Originale, die gleiche Analyse würde haben festgestellt, dass alle möglichen Reize diskrimierbare sind (d. h., dass jeder der mehr als 1029 olfaktorische Reize, die in ihrem Rahmen möglich sind gegenseitig diskrimierbare). Im Gegensatz dazu, wenn die gleichen experimentellen Daten mit mäßig eher konservativen statistischen Kriterien analysiert wurden, es würde haben festgestellt, dass es weniger als 5000 diskrimierbare olfaktorische Reize gibt – nicht größer als die Volksweisheit-Wert, der die neue Schätzung vorgibt zu ersetzen.

Genaue Zahlen oft zu ändern, wenn mehr Untertanen sind in ein Experiment, aber als Gerkin und Castro weisen darauf hin, sollten sie in Erwartung nicht ändern – das heißt, wenn Ihre Schätzung Wild in beide Richtungen schwingen kann, wenn Sie weitere Daten hinzufügen, das ist eine große rote Fahne. Durch die Analyse erneut die Wissenschaft Papier eigene Daten mithilfe der gleichen Methoden, aber unterschiedlichen Parametern– Dinge wie die Anzahl der Mischung Paare, die Anzahl der Themen und die Schwelle für die statistische Signifikanz — Gerkin und Castro zeigt, dass die korrekte Anzahl der Gerüche, die die menschliche Nase unterscheiden kann so wenig sein könnte als 4.500 oder so viel wie 10 ^ 29. Klar, ist etwas sehr falsch.

Gerkin und Castro zeigte, dass die Zahl der Gerüche in einer 2014 Publikation in Science geschätzt stark abhängig von der Anzahl der Teilnehmer an dem Experiment war, und auf die strenge eines statistischen Tests, dass das Papier beschäftigt. Über Rick Gerkin und Jason Castro.

Nach Gerkin und Castro liegt der logische Fehler in der Annahme, die Geruch diskrimierbare "Intervalle" in der gleichen Weise wie Farbensehen aufgeschlüsselt werden kann. Um zu schätzen, wie viele verschiedene Farben die durchschnittliche Mensch erkennen kann, wir müssen nur zwei Dinge wissen: das Spektrum der sichtbaren Wellenlängen und der Mindestabstand zwischen zwei Farben, die unsere Augen unterscheiden können. Aber während Farbe schrittweise entlang einer einzigen Dimension (Wellenlänge) variiert die intrinsische Dimensionalität der Geruch ist nicht bekannt. Wenn die menschliche Nase nur entlang einer einzigen Dimension Duft kann (stellen Sie sich eine Zahlenreihe mit "Käse" auf der einen Seite und "poop" auf der anderen, und alles dazwischen riechen wie eine Mischung aus Käse und Poop), dann kann die tatsächliche Anzahl der nachweisbaren Gerüche sehr klein sein.

"Wissenschaftler einfach die Anzahl der diskrimierbare Farben berechnet werden können weil sie wissen, dass die Organisation der Farbwahrnehmung," sagte Gerkin. "Zum Beispiel denken Sie über das Farbrad, die, das wir in der Grundschule gelernt, oder die rot-grün-blau-Farbwerte, die es ermöglichen, Farbdisplay im Fernsehen. Für Gerüche, gibt es keine "Geruch Rad" nur noch angenommen. Eine zu machen, müssen wir zuerst die Organisation der olfaktorischen Wahrnehmung entdecken. Nur dann kann eine grundsätzliche Berechnung verwendet werden um festzustellen, wie viele einzigartige riecht es wirklich sind."

Wissenschaft ist ein von Natur aus Fehler behaftet, aber Fehler wie diese erinnern uns an eine der wichtigsten Grundregeln des Prozesses: Reproduzierbarkeit. Nur weil ein Befund auffällig, Paradigma erschütternde und (gefährlichste von allen) Ego streicheln, macht es nicht wahr. Denn jetzt zumindest sieht es aus wie Wissenschaft, zurück ans Reißbrett sein kann auf was erweist sich die am schwersten von den menschlichen Sinnen.

Aber das einzige Mittel die faszinierendsten Entdeckungen sind noch vor uns.

[ASU News]

Sie können lesen, dass die ursprüngliche Wissenschaft Papier hier und die neue Widerlegung hier zu studieren. Eine weitere Widerlegung Papier gibt es in der Druckvorstufe auf ArXiv.

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Obere Bild über Dennis Wong / Flickr