+0.22%
81.14
-0.09%
65.7317
-0.14%
77.3027
-0.04%
1.1762
+0.07%
1202.09

Обоняние 3D: как привести в порядок запахи

30 августа, 18:50
47
Ученые начали понимать, как человеческий мозг разбирается в многообразии ароматов — и как можно научить этому навыку искусственный интеллект
Человеческое восприятие возникло в процессе эволюции, а значит, оно вовсе не обязано отражать глубокие законы физического мира. Перед ним стояла другая задача: систематизировать внешние стимулы для нашего удобства. Иногда, правда, бывают удивительные совпадения: наше восприятие цвета сводится к простым физическим величинам — частоте электромагнитного колебания и яркости. Все обилие зрительных данных можно систематизировать на двумерной плоскости: слева направо цвета радуги, сверху вниз темнее-светлее, как на палитре Photoshop. Звуки описываются набором частот и амплитуд. А вот со вкусами все сложнее: человеческие категории сладкого, кислого, соленого и горького весьма произвольны и не соответствуют никакой фундаментальной химии.
В этом смысле самую серьезную проблему представляет обоняние: если вкус еще можно задать координатами в четырехмерном (по некоторым данным — пяти- или шестимерном) пространстве, то в запахах до недавнего времени вообще не было никакого порядка. Эту задачу и попыталась решить Татьяна Шарпи из Салковского института, что в Калифорнии, и ее коллеги. В основе их работы лежит весьма головоломная математика, представление о которой специалисты могут почерпнуть из недавней статьи профессора Шарпи. Однако новая статья, вышедшая на этой неделе в Science, имеет дело не с математическими абстракциями, а с понятной прикладной задачей. Тем не менее, название статьи звучит серьезно: «Гиперболическая геометрия пространства обоняния».
Это далеко не первая попытка систематизировать запахи, однако большинство прежних попыток базировались на том, чтобы уловить общие закономерности в структуре химических веществ, отличающихся теми или иными особенностями аромата. Эти попытки по большей части не привели к заметным достижениям. Калифорнийские ученые подошли к делу по-другому: они начали группировать запахи в зависимости от того, насколько часто те или иные пахучие соединения встречаются вместе в составе природных запахов. Расстояние между точками в этом пространстве должно быть пропорционально частоте совместного появления. Постепенно из таких близко расположенных точек собирается вся карта, и тогда у нас появляется возможность взглянуть на местность с птичьего полета, увидев всю панораму.
Если подобную процедуру провести с разными точками на поверхности Земли, вас может ожидать сюрприз: вы начинали с плоских карт, но в конце работы перед вами предстанет поверхность сферы, поскольку Земля круглая. Нечто подобное увидела и Татьяна Шарпи с ее аспирантом Чжоу Юаньшеном: пространство ароматов, которые они получили, оказалось гиперболическим (то есть выгнутым в виде седла, как поверхность картофельного чипса). Еще более удивительно, что пространство это было всего лишь трехмерным — это при том, что в субъективных описаниях запахов присутствовала сотня разных параметров, а в массиве первоначальных данных, описывающих естественные пахучие смеси, было более 50 измерений.
Поскольку пространство ароматов собиралось постепенно от точки к точке, непросто было ответить на вопрос, а что же соответствует трем осям координат. Кое-какие идеи на этот счет у исследователей есть: так, в этом пространстве совершенно точно есть направление, маркирующее различие «приятных» и «неприятных» запахов. Выделяется также ось веществ с разной летучестью и ось кислотности. Не исключено, что удастся подобрать и более естественные параметры. Вспомним, однако, что в нашем четырехмерном пространстве вкусов по осям отложены концентрация сахаров, кислотность, ионная сила раствора и наличие опасных соединений — то есть набор также весьма произвольный.
Работа калифорнийских математиков-нейробиологов помогает понять, как человеческое сознание может систематизировать запахи и, если посмотреть шире, любые произвольные наборы данных. Не менее важен и практический аспект: выявленные закономерности могут быть использованы для того, чтобы обучить этой науке компьютеры. Познакомить искусственный интеллект с человеческим представлением о запахах до недавнего времени было невозможно, поскольку исследователи не могли найти в наших обонятельных впечатлениях никаких общих закономерностей. Работа Татьяны Шарпи и ее коллег открывает возможности для того, чтобы в будущем ИИ мог проанализировать данные химических сенсоров и рассказать собеседнику-человеку, что ощущает аромат горячего хлеба или свежий запах моря. С существом, которое на такое способно, нам, возможно, будет легче общаться на равных.
Наверх