未来，医生可以用“鼻子”给患者“闻”诊

　　据国外媒体报道，时间快进到2050年。你的每月体检时间到了。不过时代变了。你不再需要受各种检查，抽血化验，然后再等待一周时间得到你的血液检测结果。相反，这会，会告诉你：“医生可以嗅你了。”然后，会把你带到一个与大型计算机相连的密闭室。

　　在你休息的间隙，你呼出的或者从你身体、皮肤释放出的易挥发分子将慢慢飘入复杂的人工智能设备，俗称“深鼻”。在你看不见的地方，深鼻的巨型电子大脑将开始处理这些分子，将它们跟嗅觉数据库中的大量数据进行较。“嗅”够了之后，人工智能会将你的气味与形成这些气味的医学状况进行匹配，并生成你的健康报告。接着，你的人类医生会向你解释这份报告，并为你制定治疗方案或调整你的药物。

　　这就是研究员阿列克谢·克拉科夫设想的一种可能的未来医疗情景。克拉科夫原先是物理学家，后来成为了一名神经科学家，现在在冷泉实验室专门研究人类嗅觉系的工作方式。克拉科夫致力于弄清楚人类感知气味的方式，并通过气味的“可闻”特点对数百万种挥发性分子进行分类。他计划将现有的气味分门别类，建立一个复杂的人工智能，叫做“深鼻”。

　　深鼻一旦建成后，将可以为医疗或目的，识别人的气味或感兴趣的任何嗅觉香味。克拉科夫说：”这将是一个可以对你进行诊断或识别的芯片。“气味可以唯一标识一个人或商品，所以深鼻还可以协助边境巡逻队，嗅探过境人员、货物或。届时，你在机场不用出示护照，‘出示’你自己就可以了。”另外，医生的问诊也会变得更加轻松。

　　一个人的气味可以多少健康信息呢？显然，气味可以透露很多信息。前物理学家、现纽约大学的神经生物学家德米特里·林伯格说：“从空气分子中可以获取的信息异常丰富。”林伯格与克拉科夫在嗅觉研究上有合作。他说：“信息量如此丰富，以至于你可以知道这个人昨天晚上在酒吧喝了哪种酒。”气味还可以揭示身体内正在发生的事实。林伯格补充说：“所以，我们尝试使用这种信息来研究基于气味的诊断方式。”

　　最近的研究发现，改变人体气味的易挥发化合物可以显明许多疾病（包括癌症、结核病和帕金森氏综合征）。我们的身体会释放某些代谢物质——这是我们的身体代谢活动的产物。这些分子中有一些是挥发性物质，并成为我们气味的一部分，或者也叫“气味印”。当我们生病或患上疾病时，我们的新陈代谢过程会发生变化，释放出不同的挥发性分子或挥发性分子的混合物，进而改变了我们的气味印。克拉科夫说：“这些分子携带这与我们健康状况有关的信息。”例如，帕金森氏病患者会产生水平异常高的皮脂，这是由皮肤皮脂腺分泌出来的一种富含脂质的蜡状生物液体。敏感的鼻子可以嗅出这种气味。

　　深鼻可以从空气中获取这些信息。这可以帮助医生更快、更轻松地检测到疾病，甚至还可以避免侵入性诊断流程。克拉科夫说：“这将彻底改变我们的诊断系。”

　　希波克拉底、盖伦、伊本·西那和古代的医生都曾用他们的鼻子来给患者诊断病情。感染的伤口会散发出难闻的气味。口臭也预示着许多疾病。但是，今天，医生不会的去嗅他们的病人，因为人类的嗅觉向来不太灵敏。事实上，跟我们的祖先相，我们的嗅觉可能还退化了一些。我们的灵长类动物祖先拥有大约850种嗅觉受体，但我们只保留了350种现在还正常工作的嗅觉受体。这些受体通过不同的组合，可以让我们闻出各种各样的气味。（剩下的500多个嗅觉受体基本上已经退化。克拉科夫打趣说：“它们是我们曾经荣耀的残留。”）但同时，类也拥有850多个嗅觉受体，而小鼠约有1100个或1200个嗅觉受体。所以，这些动物可以区分更多种类的气味——包括我们身体机能异常时释放的气味。

　　现在，科学家可以利用动物的灵敏嗅觉来诊断疾病，已经有文献记录过相关的成功案例，经同行评审的研究也不在少数。最近，由多个研究机构的科学家组成的研究团队发布了他们的研究结果：用三只受过训练的格嗅探患者血液样本，并从中检测肺癌细胞，准确率可达97%。发表于《英国医学杂志》上的一项研究指出，狗能够通过嗅探的气味检测结肠直肠癌。发表于“BMC Cancer”杂志上的另一项研究称，狗可以嗅出巢癌。在撒哈拉以南非洲，非洲巨囊鼠经过训练，可以上任“结核病诊断员”，通过嗅患者的痰液样本诊断结核病。显微镜的检测精度变化范围在20%到80%之间。而巨囊鼠的鼻子可以将检测准确率提高44%之多。

　　但是动物诊断专家也有他们的毛病。首先，小动物上岗前必须先得经过“培训”。但是小动物寿命有限，大量培训这些寿命不长的小动物不仅成本高，而且十分费时，有时候还不一定成功。另外，每一次你想往动物的“分析大脑”加入另一种疾病气味时，你还得重新培训它们一边。林伯格说：“现实中，用动物来诊断疾病其实还是较少的。”

　　这就促使科学家开始思索使用电子鼻的可能性。建造一台可以使用好多年的人工嗅探器，显然要经济得多。再辅以标准软件，这种人工嗅探器可以定期全面更新。这就是克拉科夫设想的深鼻，一种电子嗅觉人工智能，可以像鼻子一样拾取气味，还可以像大脑一样分析气味。当然，这绝非易事。深鼻仿造自人类大脑的神经系，但是科学家还没有弄清楚人类大脑究竟是如何分辨气味的。

　　从生物学上说，嗅觉的行为我们的视觉能力更为复杂，我们对嗅觉能力的了解却少之又少。分辨气味是一个精确而又复杂的过程。在这个过程中，化学、生物和物理等必须齐上阵——不管你是享受玫瑰的芬芳还是拧着鼻子对避之不及。

　　在你的鼻腔内，数百万个嗅觉神经元正等待着下一个有气味的分子飘入。这些神经元具有微观手指状的突起，叫做纤毛。这些纤毛漂浮在覆盖鼻腔上皮表面的黏液中。神经元的另一端叫做轴突，向上延伸，通过头骨内的特殊通道一直延伸到大脑，通向称为嗅球的大脑区域。之所以把这个区域叫做嗅球，是因为它的形状像洋葱一样。当分子飘入我们的鼻子，它们会附着到纤毛上，然后神经元会将此信息送达嗅球，嗅球又会对信息进行分析解读，于是我们就可以闻到气味。信号接着也会被送达嗅觉皮质，那里的神经系会决定气味的品质和浓度。

　　有些分子只会跟某些受体结合。根据分子结合的特殊受体组合，我们可以分辨玫瑰花香和臭味儿。但即便是看上去如此简单的分子结合，也依旧令人捉摸不透。有些科学家相信“空间结合理论”。该理论认为，分子与受体的特物理形状契合。人则支持“震动理论”。震动理论认为，嗅觉受体可以检测分子的震动频率，然后将该频率“解读”为气味。克拉科夫说：“空间结合理论认为存在一个特殊形状的结合口袋，只有部分分子与之契合，而契合不上的分子就继续在黏液中漂泊。”

　　不管哪一种理论正确，深鼻的建造者仍面临一个巨大挑战。模拟神经结合作用的鼻子部分，还需要化学传感器。这些传感器将与漂浮的分子互动——不管是以结合的方式还是不同的方式，并感知分子的存在。接着，传感器会把电信号发送给电子大脑——深鼻的可以分析检测到的分子。克拉科夫设想，深鼻的可以像多层那样工作，识别出分子的不同部分和分子内的不同化学基团——就像生物大脑内，不同神经元对不同分子的存在做出反应那样。

　　幸运的是，研究人员可以看到活动大脑内部的神经元活动。多亏了现代技术，我们可以窥探大脑内部的情况，观察哪些嗅觉受体在遇到哪种气味时会被激活。当然，这会涉及到脑部手术和基因作，所以我们不会在人类身上做研究，但是小鼠和大鼠可以提供帮助。林伯格的实验室就在做这些研究。他的团队利用基因编辑过的小鼠来进行研究。这些小鼠的嗅觉神经元上带有萤光蛋白，当神经元跟一种气味互动时，萤光蛋白就会发光。现在，林伯格的团队可以通过植入小鼠头颅内的观察窗，观察整个过程。林伯格解释说：“我们对小鼠进行了基因编码，所以它们一出生，大脑中的嗅球便带有萤光蛋白，然后我们可以观察嗅觉神经元的发光情况。然后，我们可以看到，如说，玫瑰能激活第27、72和112号受体，而会激活另一组不同的受体。但是，没准，我们可能也会发现，玫瑰和其实会激活相同的共同受体呢！”

　　系地收集这些神经元激活模式可以帮助科学家了解受体的组合密码，这些组合密对玫瑰、，对咖啡和湿哒哒的狗狗气味等作出反应，也对所有有气味的东西作出反应。相似地，特定的神经元组合会针对特定分子作出反应，发出光亮，包括我们健康时和生病时产生的代谢产物。

　　克拉科夫认为，疾病会通过多种挥发性分子（分子尾酒）的存在显现出来。所以，啮齿动物的能力在这里非常有帮助。它们的超强嗅觉受体是我们人类的三倍多，可以嗅出很多我们察觉不出的气味。因此，啮齿动物可以帮助研究人员训练深鼻，嗅探我们身体释放出的、但我们自己却闻不出的气味。就像我们可以训练老鼠来诊断患者的结核病，我们也可以训练它们来嗅探我们的肿瘤。这时候，研究人员可以绘制出老鼠大脑中被点亮的确切神经元，这些神经元会对不同的癌症气味做出反应。克拉科夫说：“一旦我们收集到老鼠大脑中对气味做出反应而激活的神经元信息，我们就可以用这些数据来训练深鼻。绘制这样的‘嗅觉图’十分重要。”

　　当然，我们离实现电子嗅觉诊断还差几十年的光景。但是，克拉科夫预期，一小部分经过基因编辑的啮齿动物，它们的神经元会因为某些特定气味而发光，这些啮齿动物可以在未来十年帮助我们发现健康问题。那是因为，我们已经拥有观察啮齿动物大脑中彩色神经元响应的技术，但是我们还没有模拟神经元结合分子所需的技术，即检测我们代谢物的化学传感器还没有开发出来。但是，一旦我们开发出这种化学传感器，我们就非常有把握建造一个可以嗅探健康问题的电子鼻。克拉科夫说：“我们自身的进化可能没有发展出诊断疾病的鼻子。但是，我们可以设计一个软件，来弥补缺陷。”