零距離科學:能聞出柏金遜症的「超級嗅覺專員」

零距離科學:能聞出柏金遜症的「超級嗅覺專員」
蘇格蘭老太太祖伊·米恩擁有超級嗅覺,她甚至能嗅出柏金遜症。米恩的丈夫因柏金遜症不幸過身。米恩在丈夫病發確診六年前便嗅出不妥。

我們想讓你知道的是

嗅覺給人的印象總是沒那麼重要的。比起視覺聽覺,仿佛嗅覺的用處不算太大。但嗅覺真的是不重要嗎?

文:盧駿揚 (香港中文大學通識教育基礎課程講師)
圖:香港電台

假如要你放棄身上一個感官,你最不情願放棄的是哪個呢?相信不少人會選擇視覺;喜歡音樂的你也許會認為聽覺也是不可缺少的,但剛剛你有想起嗅覺嗎?嗅覺給人的印象總是沒那麼重要的。比起視覺聽覺,仿佛嗅覺的用處不算太大。但嗅覺真的是不重要嗎?在《零距離科學》超人類系列的最新一集中,就讓我們看看嗅覺在人類感官當中有何特別之處。

感官讓我們跟環境展開互動,使我們得以獲取周遭的各種資訊——視覺感應光線,聽覺感應聲波,而嗅覺則感應氣味 (odor)。但氣味又是甚麼來的呢?嚴格來說,「嗅覺感應氣味」這一句未必是對嗅覺最準確的描述。氣味是由嗅覺系統所產生的一種感官經驗(perception),但嗅覺系统真正所接收、所感應的則是各式各樣飄浮於空中的「化合物」(molecules)。為了捕獲這些化合物,我們鼻孔裡鋪滿了數以百萬計的嗅覺受體(olfactory receptors)細胞。化合物一旦跟它們碰觸,受體便會釋出訊號,讓我們產生「聞到」氣味的感覺。

不過化合物種類繁多,多得無可估量,那麼人類又能辨別出多少種氣味呢?在1927年,一篇論文曾提出人類可辨別約一萬種氣味,此說後來成為學界共識。但是在2014年,一份刊登在著名《科學》(Science)雜誌上的研究卻把該共識完全推翻,更將數字大輻調高至一萬億(1 trillion) 1!這無疑是個驚人的數字。

只不過,人類的嗅覺雖是如此細膩,奇怪的是,嗅覺受體的種類卻是不合比例的少。人體身上約有四百種嗅覺受體,遠低於聞到的氣味數量。它們是如何應付數以萬億種氣味呢?科學家認為人類的嗅覺受體並非以單對單(one to one)的方式來感應化合物,而是以組合的形式作多對多(many to many)感應。這樣,即使個別受體的種類不多,組合起來所得到的種類卻也可達天文數字了——正如樂高積木的基本種類雖然有限,我們卻能把它們砌成無窮無盡的作品。

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人類的嗅覺非常強大,雖然只有三百多種嗅覺受體,卻或可分辨出上億種氣味。

在這一集紀錄片中,我們正可從實例中明白到人類嗅覺強大之處。紀錄片第一部份談到一位擁有超級嗅覺的蘇格蘭老太太祖伊·米恩(Joy Milne)。她的鼻子竟可嗅出柏金遜症。

米恩的丈夫在生時,他不幸患上了柏金遜症,最後也因此而過身。不過在丈夫確診頑疾的六年前,米恩已經留意到一些不尋常跡象——她留意到丈夫聞起來的氣味跟以前有所不同。當然,那時候的她沒可能把這種氣味跟柏金遜病拉上關係。後來丈夫因病發而參加相關的治療小組,米恩留意到在其他患者身上,他們也同樣散發著該獨特氣味。米恩自此懷疑那氣味是否跟柏金遜症有點關係。

2012年,當時米恩丈夫已過身,有一次她參加了英國柏金遜症防治協會(Parkinson’s UK)的外展活動。在研究員蒂洛.庫納特(Tilo Kunath)發表演講後,米恩問了一條問題:「柏金遜病人聞起來會跟常人不同嗎?」這條問題讓米恩成了曼徹斯特大學化學系教授珀迪塔.巴倫(Perdita Barran)研究團隊中的其中一員2

在初步實驗中,庫納特的團隊找來了十二個人,一半為柏金遜患者,另一半為非患者。面對這十二位研究對象,米恩能正確地指出其中十一位的身體狀況。更神奇的是,雖然米恩對其中一位非患者的判斷是錯誤的——她以為他是患者;後來那位非患者卻真的患上了柏金遜症!由此可見,米恩最初根本並沒有錯判,她只是在該對象病發前就先從他身上嗅出草蛇灰線。所以就結果來說,米恩的準確度可是高達100%。

不過這些氣味是從何而來的呢?巴倫教授也對此問題大感好奇。她們最初直覺以為氣味是從汗水而來的。經過一輪實驗後,團隊卻無法在佈滿汗腺的腋窩處找到該氣味。相反,這些氣味主要在後頸處出現。在機緣巧合下,後來庫納特跟一位皮膚科專家談及此事,那專家立即喊出一詞:脂溢性皮炎 (seborrhea)!團隊循此線索繼續探尋,最終發現柏金遜患者的獨有氣味果然是由皮脂(sebum)而來。

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經米恩確認,人工混合的化合物跟柏金遜患者身上散發的氣味相近。科學家也愈清楚那種氣味是由甚麼化合物所組成。

以上提及的研究已在2019年的一份論文中發表出來(米恩在文中被稱為「超級嗅覺專員」 Super Smeller)3。而在該報告中,團隊更分析了患者皮脂裡含有哪些特有的代謝化合物(metabolites),以致產生出該氣味。有了這些資料,團隊就把那些化合物逐一買回來,像熬湯般把它們混在一起,最後讓「超級嗅覺專員」一聞究竟。實驗結果是正面的,「超級嗅覺專員」確認了人工混合的氣味跟患者皮脂中散發的氣味是相近的。

這個研究意義重大,因它藉「超級嗅覺專員」找出了柏金遜患者那獨有氣味的化學成分。只要這些組成的化合物弄清楚,科學家就可以把「超級嗅覺專員」大規模複製出來──以科技製作出相應的「電子鼻」。

紀錄片中段提到一位以色列科學家霍森.海克(Hossam Haick),他是「納米人工鼻」(Nano Artificial Nose (NA-NOSE))的發明者。電子鼻讓醫生能以非入侵性的方法為病人作出檢查及診斷。它的應用範疇當然不限於柏金遜症。無論是癌症、細菌感染、糖尿病等,一切能產生揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds)的身體狀況,電子鼻都能大派用場。它甚至可用於環境監測及食品監測4

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有不少疾病均會產生出揮發性有機化合物。我們將來或能以電子鼻把它們偵測辨認出來。