Deep Dive
Shownotes Transcript
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所有知识都必须通过感官获得。我们感知的一切以及我们日常生活中的一切意识。光。双彩虹。哦，我的上帝。声音。听我说。听我说。触觉。柔软的。气味。恶心。和味道。嗯嗯。
您对人类感官有何看法？正如肉和酒是身体的营养一样，感官也为灵魂提供营养。我们感知的一切，所见的一切，所有的意识，听觉，所有知识都必须通过感官获得。我有着令人难以置信的触觉。我们感知到的，品尝到的，所有的意识，嗅觉，所有知识都必须通过感官获得。毫无道理。所以现在我们都……
请发送她我们爱她。我是Noam Hassenfeld，这是《Making Sense》，这是Unexplainable系列节目，探讨了关于我们感官的一些最令人费解的问题。到目前为止，我们已经讨论了大脑如何创造我们认为听到的许多东西，以及触觉如何潜在地帮助治疗一些最微小、最脆弱的人的疼痛。本周，我们将尝试了解嗅觉。
整个系列实际上是由Unexplainable最早的一集节目启发的，我们大约一年前制作了这集节目。它完全是关于鼻子的，我们想再次分享这集节目。
这一切都始于我们推出节目之前，当时我和科学编辑Brian Resnick交谈。嘿。他说他听说科学家们不知道嗅觉是如何运作的。我开始调查此事，很快我就意识到这不仅仅是一些奇怪的琐事。如果我们能弄清楚嗅觉是如何运作的，我们就能挽救生命。因为癌症有气味。我们闻不到，但狗能闻到。
我实际上正坐在四只生物探测犬旁边。我和一位特别喜欢狗的科学家Claire Guest博士谈过话。如果您在背景中听到它们的声音，那是因为它们刚刚进行了长时间的散步，目前正在晾干，并用爪子抓挠地毯。哦，听起来很可爱。所以在21世纪初，克莱尔正在训练这些狗，她的生物探测犬，以便它们能够闻到疾病的气味。但后来她的工作发生了转变。
她正在训练她的狗进行一项即将进行的大型研究。我的其中一只狗，一只和我一起生活过的漂亮的狗，名叫黛西，是一只赤狐拉布拉多犬。她开始看起来很沮丧。这可能是最好的描述，有点沮丧。她只是坐在那里。只是看着我，然后推我，看着我，然后推我。克莱尔摸到了黛西推的地方，她能摸到一个肿块。我实际上被诊断出患有非常严重的早期乳腺癌。
她接受了治疗，幸运的是她没事，但她可能没有及时发现。因为肿瘤实际上非常深在。如果不是她的狗黛西。
哇，所以黛西，她被训练来做这个？是的，是的。所以这有点像游戏。所以你教它们识别一种气味。当它们闻到这种新的疾病时，它们会说，“哇，这很有趣。”这就是你捕捉到的。你给狗奖励。狗开始意识到你想要我找到这种特征气味，然后你从那里开始构建。
一旦狗学会了这种气味，克莱尔就可以使用许多不同的东西：尿液、汗水，甚至是患有某种疾病的人穿过的袜子。她取了一些阳性样本和一些阴性样本，并将每个样本放在一个支架上。好的。它们被分成一个放在支架上的格栅，狗沿着格栅走，依次闻每个样本。如果狗闻到阳性样本，它会停下来等待奖励。如果是阴性样本，
它会从一个样本移动到下一个样本。所以传递意味着这是一个阴性样本。它们能闻到其他疾病吗？是的。从狗的行为来看，似乎每一种疾病和病症都有独特的异味。狗可以被训练来可靠地找到这种气味并告诉我们。
我们说的是什么疾病？它们基本上可以检测到目前为止它们尝试过的所有东西。所以它们做过各种形式的癌症。膀胱癌、前列腺癌和乳腺癌。帕金森病。细菌。我认为这项研究最令人兴奋的部分是，现在它们开始在COVID上测试这种能力。真的吗？就像狗可以闻到携带……
冠状病毒的人？是的，而且它们做得相当不错。克莱尔说这项研究看起来非常有前景。他们应该很快就会发表结果。想想这里的潜力吧。我的意思是，它比你普通的鼻拭子PCR检测要快得多，侵入性也小得多。这是通过单次嗅探完成的。现在，这种嗅探需要狗大约半秒钟的时间。你可以让一只狗闻很多人的气味，然后将狗认为患有COVID的人送去进行PCR检测以确认。
所以，你想要什么？像一支庞大的狗军队？这是一种方法。有些地方实际上正在这样做。赫尔辛基的机场有COVID嗅探犬。在赫尔辛基，它们领先一步。在迪拜。现在阿联酋的人们声称他们已经训练了狗来检测冠状病毒的气味，准确率为92%。
它们甚至被用来筛选参加迈阿密热火篮球赛的球迷。COVID嗅探犬现在将在球迷进入体育馆前迎接他们。但是认真扩大规模的想法，管理起来确实很困难。这需要大量的时间、金钱和专业知识。
训练并不容易。除了困难之外，狗军队从来都不是这里的计划。这个想法一直是让狗用它的鼻子将它所知道的东西翻译成
电子设备。如果科学家能够对狗鼻子中发生的事情进行逆向工程，他们可以使用机器人鼻子。也许不是针对这场大流行病，而是针对下一场大流行病。这将很有帮助。这就是嗅觉的全部奥秘开始成为一个大问题的地方。这就是我想在本期节目的其余部分重点关注的内容。因为我们并不真正了解……
嗅觉是如何运作的。我们已经掌握了一些基本的机制，但根本问题是我们并不真正知道为什么一样东西闻起来是一种味道，而其他东西闻起来又是另一种味道。是的，你需要知道这一点。如果你不知道嗅觉是如何运作的，你怎么能利用狗鼻子的力量呢？但这不像……
我们不能完全蒙在鼓里，对吧？你说过我们知道气味运作的一些基本知识。是的，我们知道基本知识。那么，基本上，什么是气味？
所以到处都是东西。想象一下，一块巧克力棒、一棵树或一支蜡烛，你知道的，任何东西。分子，这些小东西，正在脱落并四处弹跳。而嗅觉实际上有点像触觉或味觉。它是物理的。
你实际上是用鼻子内部触摸这些物质。你闻到的物质到达你的鼻子，并与你鼻子里的受体发生直接的物理相互作用。这是Anne-Sophie Barwich。她是印第安纳大学的教授。所以当你走进公共厕所，你认为，哦，有人在我之前来过这里，那么，你确实有粪便分子到达你的鼻子。所以我毁了很多体验。
所以我们有分子撞击你鼻子后部的受体蛋白，然后你的大脑将这一切理解为气味。这是简单部分。棘手的部分是，即使我们知道气味是如何进入鼻子的，我们也不真正知道为什么东西闻起来是这样的。
长期以来，我们能想到的最好的东西是分子的形状。例如，某些分子，如果它们具有某种形状，它们就会闻起来是一种味道。如果它们的结构不同，如果它们的形状不同，它们就会闻起来不同？是的，就是这样。这被称为锁钥模型。基本上，你的鼻子里有很多不同的受体，世界上有很多分子。
这有点像孩子们的游戏，你知道的，把三角形放在三角形孔里，把正方形放在正方形孔里。需要明确的是，所以这里的受体是锁，这些分子是解锁它们的钥匙。对，它们被解锁了，这些会向你的大脑发送气味信号。但是我们研究受体越多，尤其是在过去的几十年里，
我们越意识到它们实际上不能像带钥匙的锁一样工作。首先，数学根本行不通。人类大约有400个受体。我们可能有1万亿种人类可以感知到的气味分子。所以显然它不可能仅仅是分子-受体的相互作用。
我可以闻到1万亿种不同的东西。是的，1万亿种不同的东西。而且你的鼻子里肯定没有1万亿种不同类型的锁。只有400个。所以你可能有某些形状的某些分子负责某些特性，这种想法是幼稚的。是的。然后……
你知道的，我们对这些受体的了解越多，它们看起来就越不像锁，因为科学家们已经发现受体实际上可以改变它们的形状。——这些不是刚性的实体，因为它们不断地改变构象。它们弯弯曲曲，而且移动很多。锁钥模型看起来很直观。它看起来很合理，但这根本不是它的工作方式。
那么这个想法完全是错误的吗？气味与分子的形状无关？科学家认为形状是众多因素中的一个。好的。因为具有相似形状的分子闻起来可能不同。而具有不同形状的分子闻起来可能完全相同。所以如果我画出一个分子的图片并把它交给科学家……
他们不一定能够告诉我那个分子闻起来是什么味道。对。有一些分子可能有效，但没有系统的方法可以仅根据形状来预测气味。本质上，锁钥模型听起来不错，但气味要复杂得多，而且实际上是动态的。你几乎在跳探戈。♪
所以有时你可能会有一个舞伴，你会有这种色情的张力。其他时候，感觉不存在。还有一些你认为，哦，拜托，永远不要，永远不要再有。吸引力很复杂。因此，以类似的方式，受体具有不同的敏感性。每个受体都被吸引到不同的事物。所以你可能有一个受体认为，你知道的，我完全喜欢硫磺，我喜欢它。另一个可能是某种环状分子。
分子有多弯曲，有多灵活。它可以寻找不止一件事情。下一个可能实际上有10个不同的特征。但它之所以是舞蹈，是因为这两个舞伴，它们不仅仅是合在一起。
我喜欢探戈的比喻，因为你有两个人在跳舞和互动，而且你有时当然会有一个更占主导地位的人来领导另一个人。有时受体可以接管。所以受体也可能会弯曲分子，如果它更灵活的话。其他时候，分子可以激活受体，将其打开。但在不同的分子环境中，在不同的混合物中，它会降低受体活性。这更像是一种关闭。
所有这些都在鼻子中的每个受体上重复400次，然后发送到大脑。大脑如何知道这个受体对什么特征有反应？我们真的不知道。这是一个有趣的问题。
所以鼻子真的很复杂。我相信这一点。对我来说，这听起来像是我们根本不知道每种可以想象的气味的这种舞蹈是什么样的。好吧，这是其中一部分。你知道，这种舞蹈使400个受体能够产生1万亿种不同的气味。但实际上这里还有第二层。
不同的人可以闻到完全相同的东西，并体验到不同的气味。例如，想想香菜。我相信你知道有些人认为它闻起来和尝起来像肥皂。我认为它尝起来像肥皂，闻起来也像肥皂。
哦，不，这太糟糕了。但我也不讨厌它。好的，这很奇怪。但我猜我的鼻子只是在做与你鼻子不同的舞蹈。是的，基本上就是这样。这是因为你实际上是一个突变体。哦。如果香菜闻起来像肥皂，那是因为你有一个突变，导致你的受体以不同的方式反应。哇。但除此之外……
还有很多事情需要考虑，这与大脑的关系更大。诸如语言和文化、你母亲在子宫里时吃的东西、环境、经验等因素。所有这些都会影响你的嗅觉。好的。但这就是我们进入真正疯狂的部分的地方。科学家们正在研究所有这些，整个探戈，而且他们毫不气馁。因为利用狗鼻子中这种超级力量来闻到疾病的想法是
它是如此诱人，以至于一些科学家正在全力以赴地进行“建造机器人鼻子”行动。
那些人知道嗅觉是如何运作的吗？不，真的不知道。当你根本不了解嗅觉是如何运作的时候，你怎么能制造出像机器人鼻子这样的东西呢？他们只是忽略了这个问题。只是忽略它？是的，事实证明，你实际上可能能够在不真正理解它如何工作的情况下制造出机器人鼻子。哦。是的，我会在短暂休息后告诉你。
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我是Kara Swisher，来自《纽约杂志》和Vox Media播客网络的播客《与Kara Swisher一起》的主持人。在芝加哥民主党全国代表大会上度过了一周。我一直在会议大厅里四处奔波，包括把我PivotPod的联合主持人Scott Galloway从特勤局监狱里救出来。但我还与许多非常聪明的人交谈过。当然，我在做这件事的同时，也为两个播客争取到了一些最聪明的人。
还有谁比David Axelrod更好呢，他是一位最著名的政治战略家，也是一位经验丰富的代表大会资深人士，可以帮助我们消化这一切。我在此方面经验丰富。我和Ax坐下来谈论背后的能量、信息和策略。几周前那些因为我……
建议拜登总统退出竞选而生气的人，现在又因为他们认为这是一件可怕的事情而生气，不要过分兴奋。David总是很棒的谈话对象，你可以在任何地方收听完整的节目。请务必关注与Kara Swisher一起，了解更多有见地的选举报道。
好的，Brian，我们回来了。是的。节目前半部分要记住三件事。第一，狗可以闻到各种疾病。第二，我们真的不知道它们是怎么做到的，因为嗅觉是一种我们不真正理解的超级复杂的鼻子探戈。是的，明白了。第三……
尽管存在这个巨大的问号，但一些人仍在试图制造机器人鼻子。他们对我们知之甚少感到兴奋。吸引我参与嗅觉游戏的是这些狗能够做到我的实验室中没有任何分析工具能够做到的事情。这是Andreas Merschen。他是麻省理工学院的一位令人兴奋的研究科学家。我实际上储存了价值1亿美元的设备。这让我很生气，一只卑微的狗竟然比价值1亿美元的设备做得更好。是的。
这张照片有点不对劲。我不应该能够做到这一点。所有这些大型的、昂贵的设备都无法做到这一点，因为正在进行这种复杂的探戈。是的，但Andreas认为他可以解决这个问题。我只是决定，看，狗已经证明它们可以做到这一点。
我们可以做到。我们只需要弄清楚。幸运的是，Andreas得到了一个很好的机会来弄清楚这一点。DARPA，国防部的研究和发展机构，他们也想弄清楚这种狗的超能力。也许用它来嗅出炸弹和其他东西。所以他们举行了一场比赛，看看是否有人能够制造出机器人鼻子。目标很简单。打败狗。这就是挑战。♪
这是一位麻省理工学院的科学家与一只狗对抗。Andreas喜欢他的机会。我认为我知道我在做什么。我非常自信。他与麻省理工学院的合作者Xu Hong Zhang一起工作，后者已经弄清楚了如何在细胞中培养真正的受体。你鼻子里的相同受体，我们使用各种技术稳定了它们。它们有点像散布在一个电路板的顶部。它看起来大约有台式机那么大。
也许是侧放的。等等，等等。你是在说，这就像一个半机械人。是的。就像科幻小说中的东西。是的，这可能像半机械人的鼻子之类的东西。是的。他认为它可以像一个改进的一氧化碳探测器一样工作，只是它会寻找某些与炸弹相关的化学物质。如果它检测到这些，它所有的化学警报都会响起。
但是它必须检测的化学物质太多了，警报会响得太频繁了。本质上，他意识到这个模型根本无法解码鼻子探戈。
所以他现在又回到了起点，第一阶段？就像他认为他可以解决这个整个嗅探探戈的事情，但却失败了吗？是的，但这实际上给了他一个主意。他认为他必须制造出能够解码气味的东西，你知道的，根据它最微小的部分来弄清楚它到底是什么。但这可能不是嗅觉的工作方式。Andreas一直在想着克莱尔和她的狗黛西，他认为，
他当时在想，等等。克莱尔的狗黛西被训练用来检测膀胱癌，但却检测出了乳腺癌。这真的很奇怪，因为这两种癌症的特征分子是不同的。它们之间没有任何共同之处。然而，狗可以概括。你训练它们检测一种癌症，它们就会意识到，哦，这闻起来也像癌症。我们不知道狗是如何做到这一点的。我们只知道它们可以做到。你正在教狗如何闻到癌症的气味。
也许当你闻到某种东西时……你不会看到分子的列表，就像当你听音乐或看画作时一样。你不会看到像素和颜色值的列表。你同时看到整幅画。所以这个想法非常关键。我想用Andreas的一个例子，试着把气味想象成一首乐曲。Brian，你认识这首歌吗，对吧？
显然。而且你认识它，因为你认识这个模式。你并不一定认识它，因为你记住了每一个单独的声音。是的，但我也不知道这些声音是什么。好吧，即使声音改变了，你仍然可以识别它。例如，如果我用合成器或垃圾桶播放它，或者即使它在不同的调子上，而且实际的音符不同，你也可以识别它。
你仍然可以识别它？是的，它仍然在彩虹之上。对。即使部分不同，部分之间的关系也是相同的。模式相同。所以气味就像这些我们学会识别的大的、整体的模式。是的。这就像你只需要那种整体印象。是的。
所以这就是我们进入机器人鼻子2.0的地方。他称之为纳米鼻子。这一次他尝试了不同的方法。好的。他意识到他不需要化学探测器。他需要的是大脑。
他以狗为例，他说，看，我们不知道狗是如何做到这一点的。我们只知道它们可以做到这一点，而且它们可以被训练。所以如果Andreas能够制造出能够识别歌曲的东西，不是单独的音符本身，而是更大的画面，模式，他就不需要弄清楚所有这些部分是如何组合在一起形成气味的。只要他能像训练狗一样训练它，它就能工作。
我的意思是，这个想法很简单。要么超级聪明，要么我们都很疯狂和愚蠢，因为这就是我们当时的想法，好吗？我们当时想，好吧，我们不明白狗是怎么想的。
我们不知道狗的鼻子最终是如何工作的。但是如果我们遵循狗的训练……意思是狗在闻到正确的袜子时会得到奖励。计算机，它有点不同，而不是奖励。这是你按下的一个不同的按钮，它只是在那个时候通知所有受体，你现在闻到的任何东西都是我们正在寻找的东西。找到其他方法来找到相同的东西。
哦，这有点像机器学习，就像构建人工智能一样。是的。Andreas没有解决关于嗅觉是如何运作的这个巨大的、神秘的问号，你知道的，每一个小部分是如何组合在一起形成气味的，他只是忽略了这个问号。他制造了纳米鼻子来识别模式，向它展示了它需要识别用于测试的气味，然后他
然后他让纳米鼻子自学如何识别气味。当你达到相同的统计结果时，一个涉及狗，一个涉及机器……在那时，你基本上可以说……好的，这两件事正在做同样的事情，在我的理解范围内。所以Andreas忽略了问号，仍然制造了一个工作的鼻子。
这里有点令人毛骨悚然的是，纳米鼻子中发生的事情，可能与狗脑中发生的事情并不完全相同。Andreas真的不知道。他只知道它有效。而且它确实有效？就像，他制造了这个？有点。Andreas证明它可以闻到DARPA感兴趣的某些分子。而且它非常灵敏。但是
但这是在一个极其受控的环境中进行的，这可能是DARPA最终放弃该项目的原因。现实世界要困难得多。你知道的，到处都是气味在四处飘荡。
但Andreas认为纳米鼻子仍然可以做到这一点。他仍在继续推进这项研究。现在，他正在努力使大脑部分更聪明。所以这个AI只需要变得更好？是的，他们仍在试图对狗在闻到气味时脑中发生的事情进行逆向工程。例如，究竟是什么让东西闻起来像癌症？
Andreas和Claire实际上在上个月刚刚发表了一些非常有前景的研究成果，但他们还没有在现实环境中将它与NanoNose结合起来。是的，那么你如何让它为现实世界做好准备呢？我的意思是，这并不容易。他将不得不让它接触到越来越多的气味来继续训练大脑，使AI更聪明，这可能需要一段时间。但就NanoNose本身而言，他现在已经把它做得比台式机小得多。此时，它实际上可以装进你的手机里。
这是这里的目标吗？例如，我会问，嘿，Siri，我需要洗澡吗？也许吧。我不确定Siri，但我可以告诉你，对于Andreas来说，这绝对是下一步。想想看，对吧？我们中的任何一个人都可能有一个痣变成恶性，它有一个六个月的时期。它正在改变颜色，它正在改变形状，它正在改变气味。如果你等六个月，有时它会变成死刑。
这可能很快就会发生。我认为我们可能还有五年时间，也许更短一点，才能从现在的位置发展到完全装进手机里。我说的是部署到1亿部手机中。医疗设备手机即将到来。仍然有一些东西，这里还没有解决。就像我们可能会在手机里安装鼻子一样。
但我们仍然不知道鼻子是如何工作的。是的，这有点奇怪。但这里可能是我最喜欢的部分。他确实跳过了理解。但我喜欢的是，这一举动，这一跳跃，可能是最终让他获得理解的关键。理查德·费曼，一位著名的物理学家，在他去世的那天，他黑板上留下的东西是，如果你不能创造一些东西，你就无法理解它。
这很深刻，很有力量，但我没有意识到它的真正含义是，认为你必须在建造之前理解某件事是愚蠢的。只有当你已经知道它的时候，这才能奏效。也许费曼真正想说的是这样：建造它来理解它。你可以通过建造它来更好地理解它。发明飞行的莱特兄弟，他们不知道飞行是如何工作的。他们建造飞机是为了理解它如何飞行。所以这就是我们对鼻子的做法。
有趣的是，科学家们并不完全了解飞机是如何飞行的。是的，这可能要留到下一集再说。是的，我们会讲到它。至于鼻子，Andreas 仍然没有完整的画面，但他越来越接近，并且随着他工作的进行，他学到的也越来越多。所以建造它来理解它，但是理解它这部分，还没有完全到位。是的，我有点喜欢这个作为对一个无法解释的问题的答案，因为它
你知道，它向你展示了，你不需要完整的答案就能取得进展。是的，我们有了这项听起来令人难以置信的新技术。是的，我喜欢 Andreas 的例子中这种自信、希望和乐观，因为他诚实地承认自己并不真正了解鼻子的工作原理。但是那个大大的空盒子，那个问号，开始感觉不那么像障碍，而更像是一个机会。
大约一年前，我们播出了这一集，从那时起，关于狗和 COVID 检测的更多研究结果已经公布。Claire Guest 小组发表了一篇预印本，表明狗可以检测 COVID，其灵敏度和特异性约为 90%。其他同行评审的研究也显示了类似的成功率。下周，我们将探讨味觉。什么算作基本的味道？谁来决定？我的昵称是 Umami Mama（味精妈妈）。
我一直在谈论鲜味，鲜味，鲜味。如果没有一个名字来称呼它，你怎么能用它思考或与它一起生活呢？我们的名字和我们的语言确实在某种程度上塑造了我们的现实。本集由 Noam Hassenfeld 报道和制作，他还创作了音乐。Jillian Weinberger 和 Brian Resnick 编辑，Bert Pinkerton 和 Meredith Haudenot 提供帮助。事实核查由 Liliana Michelena 和 Richard Seema 完成。
Hannes Brown 和 Krish Nayala 负责后期制作和声音设计。Unexplainable 团队的其他成员包括：Catherine Wells、Manding Nguyen 和我，Tori Dominguez。特别感谢 Sarah Harrison 和 Ella Fetter。在我们接下来的“气味”系列中：我们将推出关于可能有多少种味道、为什么有些人无法在脑海中看到图像以及第六感等内容的节目。
如果您对节目有任何想法，或者您想让我们做一个关于某个主题的节目，您可以随时发送电子邮件至 [email protected]。或者您可以给我们留下评论或评分，我们将非常感谢。Unexplainable 是 Vox Media Podcast Network 的一部分。下周我们将推出我们“感官”系列美味的第四集。