Новая модель запаха, обученная компьютером, распознает запахи лучше, чем люди. Проанализировав 500 000 потенциальных молекул запаха, которые никогда ранее не синтезировались, система также легко проделала работу, на выполнение которой ушло бы 70 человеко-лет.
Хотя машины все лучше и лучше имитируют зрение и вкус человека, они немного отстают в развитии обоняния. Конечно, существуют электронные носы, которые могут выявлять раковые клетки в клетках крови и, например, оценивать воздух вокруг очистных сооружений, но настоящее обоняние, управляемое компьютером, было неуловимым. Возможно, это потому, что в нашем носу имеется 400 обонятельных рецепторов, что значительно больше, чем четыре рецептора, которые мы используем для зрения, и примерно 40, которые мы используем для вкуса.
Стремясь выровнять результаты компьютеризированного сенсорного ввода, исследователи из Monell Chemical Senses Center Пенсильванского университета вместе с коллегами из Osmo (дочернего предприятия Google DeepMind) провели исследование, в ходе которого была создана система на основе нейронной сети, которая могла анализировать молекулу запаха и описывать – на человеческом языке – как должна пахнуть эта молекула. Система искусственного интеллекта привела к разработке того, что исследователи назвали «Картой основных запахов» (Principal Odor Map, POM).
«В исследованиях обоняния […] вопрос о том, какие физические свойства заставляют молекулы, находящиеся в воздухе, пахнуть так, как они действуют на мозг, остается загадкой.», — сказал старший соавтор исследования Джоэл Мейнленд (Joel Mainland). «Но если компьютер сможет определить взаимосвязь между формой молекул и тем, как мы в конечном итоге воспринимаем их запахи, ученые смогут использовать эти знания для лучшего понимания того, как наши мозг и нос работают вместе».
Такие знания могут помочь исследователям разработать более эффективные средства от комаров или дезодорирующие средства, а также другие возможные применения.
Чтобы обучить систему, исследовательская группа предоставила ей молекулярную структуру 5000 запахов, а также ряд описаний, описывающих такие запахи, как «мятный» или «затхлый». Команда также пригласила 15 участников дискуссии, которые унюхали 400 запахов и получили 55 слов, которые они могли использовать для описания каждого запаха.
В тестах система ИИ показала себя немного лучше, чем участники дискуссии. Но был еще более впечатляющий результат.
«Однако самым удивительным результатом является то, что модель преуспела в обонятельных задачах, для выполнения которых она не была обучена», — сказал Мейнленд. «Откровением стало то, что мы никогда не обучали систему распознавать силу запаха, но, тем не менее, она могла делать точные предсказания».
Затем, исследователи использовали систему для картирования 500 000 молекул запаха, которые на самом деле никогда не синтезировались — задача, по словам команды, для выполнения которой человеку потребовалось бы 70 лет обнюхивания.
«Прогресс в нейробиологии часто измеряется созданием и открытием новых карт мира, поддерживаемых нейронными схемами», — пишут исследователи. «Каждый из них возможен только потому, что учёные сначала располагали картой внешнего мира, а затем измеряли, как реакции мозга меняются в зависимости от положения стимула на карте. Это исследование предлагает и подтверждает основанную на данных карту обоняния человека. Мы надеемся, что эта карта будет полезна исследователям в области химии, обонятельной нейробиологии и психофизики […] как новый инструмент для изучения природы обонятельных ощущений».
Исследование опубликовано в журнале Science.
Источник: Monell Chemical Senses Center via EurekAlert.
