Ученые из Центра химических органов чувств Монелла при Пенсильванском университете в сотрудничестве с компанией Osmo (подразделение Google DeepMind) создали компьютерную модель запаха, которая превосходит человека в распознавании запахов. Эта инновационная система искусственного интеллекта (ИИ) способна произвести революцию в области исследования обоняния и углубить наше понимание того, как мозг и нос работают вместе.
Проблема разработки обоняния с помощью компьютера
В то время как машины добились значительного прогресса в имитации человеческих чувств, таких как зрение и вкус, разработка обоняния с помощью компьютера оказалась более сложной задачей. В отличие от зрения, которое опирается на четыре рецептора, и вкуса, использующего около 40 рецепторов, наше обоняние опосредуется 400 обонятельными рецепторами. Такая сложность препятствует разработке систем искусственного интеллекта, способных точно анализировать и описывать запахи.
Создание главной карты запахов (POM)
Чтобы устранить этот пробел, команда исследователей приступила к разработке нейросетевой системы, способной анализировать молекулы запаха и описывать их запах на человеческом языке. Эта система искусственного интеллекта позволила создать карту главных запахов (Principal Odor Map, POM), которая дает представление о взаимосвязи между физическими свойствами молекул воздуха и их восприятием мозгом.
Джоэл Мейнланд, старший соавтор исследования из Monell, поясняет: "Если компьютер сможет определить взаимосвязь между тем, как молекулы имеют форму и как мы воспринимаем их запахи, ученые смогут использовать эти знания для углубления понимания того, как мозг и нос работают вместе".
Применение и последствия
Последствия этого исследования далеко идущие. Благодаря более глубокому пониманию взаимосвязи между молекулярной структурой и восприятием запаха ученые смогут разработать более эффективные средства от комаров, дезодорирующие средства и, возможно, даже новые ароматы. POM может стать ценным инструментом для химиков, обонятельных нейробиологов и психофизиков, позволяя им исследовать природу обонятельных ощущений беспрецедентными способами.
Обучение системы искусственного интеллекта и удивительные результаты
Для обучения системы искусственного интеллекта исследователи предоставили ей молекулярную структуру 5 тыс. одорантов и описания запахов, таких как "мятный" или "затхлый". Кроме того, 15 экспертов должны были определить 400 запахов и описать их с помощью набора из 55 слов. В ходе тестов система искусственного интеллекта показала несколько лучшие результаты, чем участники эксперимента по определению запахов. Однако самым примечательным оказалось то, что модель успешно справилась с обонятельными задачами, для которых она не была специально обучена, например, с предсказанием силы запаха.
Картирование несинтезированных молекул запаха
Основываясь на этих многообещающих результатах, исследователи использовали систему искусственного интеллекта для составления карты 500 000 молекул запахов, которые никогда не были синтезированы. Для этого человеку потребовалось бы 70 лет традиционных методов обоняния. Полученная карта обоняния человека, основанная на данных, представляет собой ценный ресурс для будущих исследований в области химии, обонятельной нейронауки и психофизики.
Исследование, опубликованное в журнале EurekAlert, является важной вехой в области изучения обоняния и открывает путь к дальнейшему прогрессу в понимании того, как функционирует наше обоняние.
