Пространства ароматов

В обонянии нет ничего загадочного. Современный представитель рода Homo является счастливым обладателем около 350 рабочих разновидностей обонятельных рецепторов. Каждое пахнущее вещество способно взаимодействовать с одним или более рецептором. Каждый рецептор способен взаимодействовать с множеством веществ. Каждый запах есть смесь веществ. Теоретически, при наличии нужных исходных данных, любой запах можно представить в виде просчитываемой точки в 350-мерном пространстве ароматов.

Это стандартный, работающий, зарекомендовавший себя подход. Всем знакомы трехмерные пространства цвета RGB или CMYK, размерность строго равна количеству разновидностей колбочек на сетчатке глаза. Вкус — это тоже пространство, но уже пятимерное, путем комбинации пяти базовых вкусов можно воссоздать любой нужный.

С обонянием всё точно так же. Только измерений больше. А систему, состоящую из 350 рецепторов, очень трудно формализовать. Нет сомнений, что однажды и это сделают. Но сегодня это слишком сложная и, в общем, далеко не первоочередная задача. Сегодня приходится использовать приближения.

Самый обычный сенсорный анализ является таким приближением. В основе его лежит выделение среди характеристик аромата самых важных и проставление этим характеристикам-дескрипторам оценок. Можно сказать, что речь идет о сокращении размерности пространства ароматов до степени «удобства работы».

Как это работает? Пусть, нужно провести оценку аромата ванили. Для этого не стоит оценивать все возможные оттенки запаха. Мы выделяем важные дескрипторы: ванильный, сладкий, древесный, фруктовый, феноль-ный, дымный. Специалисты проставляют оценки степени выраженности дескрипторов. Усредненный результат будет являться точкой в пространстве обоняния, но размерностью намного меньше, чем 350, обычно не более 10. Строго по числу использованных дескрипторов. Проведя анализ нескольких сходных ароматов, мы сможем четко увидеть разницу между ними. Не в абстрактных и непонятных выражениях «ярче», «ванильнее», а количественную разницу. Если нам нужно провести анализ другого запаха, например яблок, мы выбираем другой набор дескрипторов. Это нормально. Ну не будете же вы искать в ванили цитрусовые ноты, а в апельсинах — уксусные?

В свежей работе по предмету (http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0073289) группа математиков предложила свое, математическое, и еще более упрощенное видение обоняния. Авторы проанализировали справочник 144 ароматов, набрав в общей сложности 146 дескрипторов. Объединили близкие запахи. Посмотрели их распределение по всему пространству запахов. Построили модель. Заключили, что все известные запахи являются производными десяти базовых ароматов: парфюмерного, древесного, фруктового, химического, мятного, сладкого, попкорна, лимонного, едкого и гнилостного. Десяти измерений, по их мнению, достаточно для моделирования всех запахов. Забавно. Интересно, почему бы им не попробовать описать в своей модели запах говядины и пояснить, чем он будет отличаться от запаха молока?

Авторы десятимерной модели при этом утверждают, что их находка поможет работе парфюмеров и расширит понимание механизма восприятия запахов. Опять забавно. Не вижу ничего, что она может расширить. Не знаю, где, как и кому это может помочь, разве что самим авторам в написании следующей работы. Нет, у меня нет претензий к теории и математике. Но у меня есть претензии к практике.

Первая претензия — семантическая. Увы, технически невозможно на основании словесного описания из справочника математически точно воспроизвести запах. На основании сенсорного анализа с участием профессиональных дегустаторов — можно. А на основании словесного описания — нельзя. Богатства никакого языка не хватит. Вот отгадайте, какой это запах: сладкий, терпкий, фруктовый, цветочный? Абрикос? Не угадали, это сирень. А математики решили бы, что без разницы.

Вторая претензия — смысловая. Так не бывает. Поясняю. Допустим, у нас есть деталь, и нам нужно получить ее правдоподобное изображение на плоскости. Это можно сделать для конкретной детали, спроецировав ее изображение на удобную плоскость. Но мы не можем придумать такую единственную универсальную плоскость, проекция на которую удобно отражала бы все существующие детали на планете. Так и с запахами. Сенсорный анализ — это проекция «всего запаха» на удобное для работы «подпространство» обоняния. Но, увы, не существует такого универсального «подпространства» размером в 10, которое позволило бы увидеть все запахи сразу. Даже приблизительно не существует.

И вообще, почему 10, а не 5? Почему не 13 или 666? Ах, так получилось и против результатов не попрешь? А почему тогда не получилось 32, как в другой, похожей работе (www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925231202008056)? В ней, правда, был намного более подробный справочник: 851 аромат и 278 дескрипторов, и при этом упоминается, что ошибка 32-мерной модели составляет несколько процентов. Это очень большая ошибка с практической точки зрения. Она, конечно, меньше различий между пивом и кетчупом. Но в несколько процентов с легкостью попадет важная разница между курицей и рыбой, апельсином и лимоном, грушей и яблоком. Тем более останется незамеченным различие между антоновкой и штрифелем, прекрасно улавливаемое сенсорным анализом. Десяти выбранных «локальных» измерений обычно достаточно для моделирования конкретного запаха в ходе сенсорного анализа. Но даже 32 «общих» измерений заведомо недостаточно, чтобы смоделировать сигналы от 350 рецепторов разом. Эх, вы.

Уважаемые математики! Вы умные и хорошие люди. В целом вы правы. В обонянии, безусловно, нет ничего загадочного.

Но не настолько же?