Raffinerie Xinjiang Chine Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images Pour aider à lutter contre la pollution résultant du boom industriel moderne de la Chine, une station de surveillance de l'environnement dans la province du Guangdong se tourne vers une ancienne méthode de détection - l'humain odorat . Douze professionnels formés ont passé leur temps dans les laboratoires, exposé à une variété de gaz nocifs qui affligent la ville de Panyu - en raison de ses nombreuses usines et décharges - dans le but de détecter les profils olfactifs.
Dans cet article, nous apprendrons comment le nez et le cerveau humain détectent et différencient les odeurs, construit des profils olfactifs ou des souvenirs, et comment les scientifiques utilisent des appareils électroniques et des robots dans l'olfaction artificielle.Galerie sur le réchauffement climatique
Avec l'aimable autorisation de Dan Eckstein/Picture China
En raison de sa population nombreuse et du boom industriel actuel,
La Chine est en passe de devenir l'un des plus gros pollueurs au monde.
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Liu Jingcai, le chef de l'équipe olfactive et le vice-directeur de la station de surveillance, a déclaré au journal China Daily que la formation n'avait pas vraiment permis aux membres de l'équipe d'utiliser leurs compétences olfactives pour s'arrêter et sentir les roses. "Le travail est assez désagréable, " a déclaré Liu. " Nous devons rester dans un laboratoire à sentir ces horribles gaz à plusieurs reprises [Source :China Daily].
Les membres de l'équipe ont été formés pour faire la distinction entre les odeurs de polluants environnementaux nocifs et simplement répréhensibles, mais inoffensif, odeurs. Ils ont à leur disposition des équipements électroniques sensibles (plus d'informations à venir) qui peuvent détecter la densité des gaz nocifs dans l'air. Mais les renifleurs chinois ont un avantage distinct sur les machines :les humains peuvent non seulement détecter les gaz nocifs, nous pouvons également leur afficher des réactions physiques, rendant la présence des gaz dans l'atmosphère d'autant plus apparente.
Puisque notre sens de l'odorat diminue en sensibilité avec l'âge, l'équipe de reniflements professionnels subira une recertification tous les trois ans pour s'assurer que ses membres possèdent toujours des compétences olfactives optimales.
Mais alors qu'ils se promènent dans Panyu à la recherche de polluants, comment exactement l'équipe pourra-t-elle distinguer les odeurs qu'elle rencontre ? Dans la section suivante, nous allons découvrir comment le cerveau humain flaire les différences.
Contenu
Nous pouvons tenir notre odorat pour acquis, mais exactement comment nous sentons est un sujet de grand débat et de recherche parmi les neurologues et les physiologistes. La science a une assez bonne idée de la façon dont se déroule exactement le processus de l'odorat une fois que l'odeur passe les récepteurs olfactifs - c'est le début et la fin du processus qui a laissé les chercheurs perplexes.
Pendant de nombreuses années, les scientifiques savent que les différents nerfs qui composent le bouquet olfactif sont spécialisés. Ils ne répondent chacun qu'aux types de molécules avec lesquels ils sont conçus pour interagir. Imaginez une banque de boîtes aux lettres devant un bureau de poste :l'une est pour le courrier au compteur, l'un est pour le courrier local, et un est pour le courrier de l'extérieur de la ville. Chacun est encore une boîte aux lettres, et chacun accepte le courrier, mais leurs objectifs individuels sont d'acheminer un type spécifique de courrier vers un emplacement spécifique, un peu comme les nerfs des faisceaux olfactifs étant acheminés vers un récepteur moléculaire spécifique.
Avec l'aimable autorisation d'un examen de l'univers
Un schéma des composants du processus olfactif
Toute molécule, tant que c'est volatil (ce qui signifie qu'il s'évaporera à environ la température ambiante), a le potentiel d'être un odorant, ou une molécule que nous pouvons détecter par l'odorat. Une fois qu'un odorant se lie aux récepteurs du nez, le potentiel de la molécule en tant qu'odorisant se réalise. La théorie la plus largement acceptée est que chacun de nos quelque 350 récepteurs olfactifs possède certaines structures qui ne peuvent être activées que par certains types de molécules, en fonction de la forme de la molécule. Mais cette théorie du verrou et de la clé [Source :Neurophilosophie] a un problème logistique majeur :il y a des molécules avec la même forme et la même structure qui ont des odeurs totalement différentes.
Des recherches plus récentes suggèrent que l'interaction entre les odorants et leurs récepteurs olfactifs est basée sur un processus physique beaucoup plus sublime. Enraciné dans la physique quantique , cette théorie récente dit que l'interaction est basée sur la réaction provoquée dans les récepteurs par les vibrations de la structure atomique d'une molécule odorante. Le récepteur réagit aux vibrations de la molécule, et cette réponse déclenche la transmission des informations olfactives le long du système olfactif. Presto! Le renifleur chinois peut déraciner un produit chimique nocif.
Mais cela explique seulement comment nous interagissons chimiquement avec les molécules olfactives. La plupart des odeurs que nous connaissons sont constituées de combinaisons de molécules odorantes. Alors, comment créons-nous notre perception des odeurs - qu'il s'agisse de "bonnes" ou de "mauvaises" odeurs - et, finalement, comment un renifleur peut-il faire la différence entre une odeur et une autre ?
Il devient de plus en plus clair pour les chercheurs que les processus de détection et de perception des odeurs dans notre cerveau peuvent différer. Une étude de la Northwestern University a conclu que la structure d'une molécule olfactive n'affecte pas nécessairement le codage odorant qui se passe dans le cerveau. Le codage odorant est le terme utilisé pour désigner la façon dont notre cerveau classe les odeurs en différentes catégories. Les chercheurs ont découvert qu'il peut s'agir d'une combinaison de différents processus fonctionnant conjointement qui permet à ce codage odorant d'avoir lieu.
Ces mêmes chercheurs ont également déterminé que notre mémoires olfactives codifiées , ou des profils olfactifs créés à partir de l'exposition, peut changer lorsque nous rencontrons des informations nouvelles ou supplémentaires sur une odeur [Source :Northwestern University]. Par exemple, sentir une fleur de gardénia une fois peut créer un souvenir olfactif qui peut être déclenché lorsque nous voyons une plante de gardénia de loin, mais les reniflements successifs d'un gardénia peuvent clarifier et ajouter de la complexité à notre impression originale du parfum de la fleur.
Dans la section suivante, nous examinerons les effets du reniflement de la pollution sur les humains.
La plupart d'entre nous ne sont pas payés pour détecter les polluants avec notre nez. Nous apprenons généralement les odeurs de notre environnement par une exposition occasionnelle au fil du temps. Mais l'approche du gouvernement chinois pour former ses renifleurs est plus agressive et ciblée. En exposant les membres de l'équipe aux odeurs dans un laboratoire pendant de longues périodes, les idées d'odeur des renifleurs s'affinent plus rapidement, semblable à un connaisseur de vin détectant les notes, ou des profils olfactifs, d'un verre de Chardonnay.
Avec l'aimable autorisation de Chris Harvey/Dreamstime.com
Le système olfactif humain
est très sensible aux produits chimiques
et la pollution.
Mais renifler du soufre et d'autres produits chimiques nocifs peut être extrêmement nocif pour la santé des êtres humains. Donc, tandis que les Chinois emploient des humains pour trouver la pollution, les scientifiques d'autres parties du monde se tournent vers la technologie sous la forme d'instruments électroniques.
HowStuffWorks tient à remercier le Dr RicardoAraneda à
L'éléphant dans la salle concernant les renifleurs de pollution chinois, c'est que ces renifleurs sont des humains. Cela signifie que leur travail rencontrera deux problèmes. La première est que leur odorat se détériore avec le temps. La seconde est qu'ils inhalent des produits chimiques nocifs pour gagner leur vie. Le premier problème peut être surmonté en recrutant des renifleurs de remplacement, mais le deuxième problème pourrait entraîner des problèmes de santé et même la mort des renifleurs.
Dans la section suivante, nous verrons comment les robots et les appareils électroniques sont utilisés dans l'olfaction artificielle.
Nous avons vu plus haut que les renifleurs humains chinois ont un avantage sur les instruments électroniques sensibles :en tant qu'humains, nous avons des réactions physiques qui corroborent l'existence de polluants. Mais l'utilisation d'instruments électroniques élimine le besoin d'exposer les humains à des polluants nocifs. À cette fin, la science cherche de nouvelles façons d'utiliser la technologie pour trouver la pollution et déterminer sa concentration.
Avec l'aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech
La NASA a développé son dispositif de nez électronique de troisième génération (ENose). Le Jet Propulsion Lab (JPL) de l'agence spatiale a créé le dispositif pour aider à détecter les fuites d'ammoniac à bord de la navette spatiale. La NASA utilise l'ammoniac comme conducteur de chaleur dans la plomberie des navettes. L'ammoniac peut être mortel si l'on y est exposé à l'état gazeux, et si ça fuit, cela signifierait la perte des astronautes. Pour repousser une catastrophe comme celle-ci, l'ENose est en cours de développement pour une utilisation dans l'espace afin de détecter très tôt de telles fuites, avant que la concentration du gaz n'atteigne un niveau mortel.
L'ENose est basé sur la structure du système olfactif humain. L'appareil utilise des films polymères pour détecter et réagir aux molécules, un peu comme le petit, récepteurs ressemblant à des cheveux aux extrémités de nos nerfs olfactifs. Ces réactions sont ensuite interprétées par la machine.
Un article sur l'ENose présenté sur le site Web de la NASA rapporte que l'appareil est si sensible qu'il peut sentir un feu électrique avant qu'il ne se déclare et puisse faire la différence entre Coca-Cola et Pepsi [Source :NASA]. Même les renifleurs chinois auraient du mal Faisant cela.
Avec l'aimable autorisation de Natalie Jeremijenko,
Jeffrey Warren et Mike Kai
Les chiens robotiques trouvent un nouveau but
comme détecteurs de polluants. Les chiens'
des puces électroniques sont en train d'être modernisées
détecter les composés volatils dans l'air.
L'idée originale de Natalie Jeremijenko, un professeur de l'Université d'État de San Diego, le projet a commencé comme un moyen non seulement de détecter les polluants en toute sécurité, mais aussi de sensibiliser aux dangers environnementaux que posent ces polluants. Le projet est lancé, avec des laboratoires de modernisation surgissant dans tout le pays dans l'Idaho, New York et la Floride.
Mais les capteurs utilisés dans le Feral Dog Project ont encore un long chemin à parcourir avant de rattraper l'ENose. Alors que les capteurs des chiens robotiques peuvent détecter des composés en 100 parties par million, Les capteurs ENose sont capables de détecter aussi peu qu'une partie - c'est juste une molécule - par million.
Pour plus d'informations sur le Feral Dogs Project et une vidéo présentant un lâcher de chien robot, consultez les liens sur la page suivante.
Il y a toujours eu un aspect des renifleurs de pollution dans la province du Guangdong que je n'ai jamais pu élucider - pourquoi utiliser des humains ? Je me suis posé la question en écrivant l'article, ainsi que lorsque j'ai créé un épisode de podcast "Stuff You Should Know" dessus, et je m'interroge encore maintenant. Tous les dommages qui accompagnent l'exposition délibérée des humains à la pollution de l'air - et pas seulement cela, mais les amener à prendre de longues respirations profondes comme leur travail - semble au moins dangereux sinon totalement inutile. Dans la quatrième section, J'ai fait la chronique d'un certain nombre de capteurs mécaniques qui pourraient faire aussi bien et en fait bien mieux que les détecteurs de pollution humains. Donc, pourquoi utiliser les gens ?
C'était mon premier article pour HowStuffWorks.com. C'était un article test, réellement, celui qui m'a embauché, J'ai donc une réelle affinité pour celui-ci. La recherche pour cela a également fourni ma première introduction au fait fascinant que la science ne sait pas comment nous ressentons la sensation de l'odorat. Se familiariser avec les théories de l'odorat dont je parle dans cet article m'a également exposé à tout ce qu'il nous reste à apprendre.
Sources
Choses que vous devez savoir
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