Forscher entwerfen ein KI-Modell, das in der Lage ist, verschiedene Geruchswahrnehmungen zu unterscheiden

Künstliche Intelligenz-Forscher versuchen ständig, Aspekte der menschlichen Sinne durch Algorithmen nachzubilden. KI wurde verwendet, um Computer-Vision-Anwendungen in den letzten Jahren dramatisch zu verbessern, und KI wurde auch verwendet, um ziemlich beeindruckende Audio-Beispiele zu generieren, sogar ganze Songs im Stil eines Künstlers zu erstellen. Kürzlich gelang es einem Team von Wissenschaftlern der University of California, Riverside, ein KI-Modell zu erstellen, das in der Lage ist, Gerüche voneinander zu unterscheiden basierend auf der chemischen Zusammensetzung des betreffenden Geruchs.

Laut Anandasankar Ray, Zell- und Systembiologe an der UC Riverside, versuchten die Forscher, ihr KI-Modell auf die Art und Weise zu basieren, wie Menschen Gerüche wahrnehmen. Die menschliche Nase enthält etwa 400 olfaktorische Rezeptoren (ORs), die aktiviert werden, wenn Chemikalien in die Nase eindringen. Verschiedene ORs werden durch verschiedene Chemikalienmengen aktiviert und sind zusammen in der Lage, eine breite Palette von verschiedenen chemischen Strukturen und Familien zu erkennen. Während Wissenschaftler einiges über die Art und Weise wissen, wie ORs die verschiedenen Moleküle in einem Geruch erkennen und interpretieren, ist weniger bekannt, wie das von den ORs erkannte Stimulus zu einer sensorischen Erfahrung oder Wahrnehmung, also dem Erleben von etwas, wird.

Wie Phy.org berichtete, erklärte Ray, dass die Forscher versuchten, menschliche olfaktorische Wahrnehmungen durch eine Kombination von Machine-Learning-Algorithmen und chemischer Informatik zu modellieren. Machine-Learning-Algorithmen sind in der Lage, die große Anzahl von chemischen Variablen zu analysieren, ihre gemeinsamen Strukturen und Muster herauszuziehen und dann zu lernen, welche Chemikalien bestimmte Gerüche haben. Nach der Schulung können die Algorithmen letztendlich vorhersagen, wie neue chemische Kombinationen riechen, sogar wenn die Daten nicht beschriftet sind und es unbekannt ist, wie die chemischen Gerüche sind.

Das Forschungsteam begann damit, Methoden zu entwickeln, die es einem Computer ermöglichen, zu bestimmen, welche chemischen Merkmale in der Lage sind, ORs zu aktivieren. Anschließend analysierten die Forscher über eine halbe Million chemische Verbindungen, um Proben zu finden, die in der Lage waren, an 34 ORs zu binden. Die Forscher versuchten dann, die wahrnehmbaren Eigenschaften der chemischen Proben mit demselben Algorithmus zu schätzen, der verwendet wurde, um die OR-Aktivität vorherzusagen.

Das Forschungsteam fand heraus, dass Kombinationen von verschiedenen OR-Aktivierungen eine Beziehung zur wahrnehmbaren Kodierung zu haben schienen. Die Forscher nutzten Daten, die Bewertungen von Chemikalien durch menschliche Freiwillige enthielten, und wählten die ORs aus, die die besten Wahrnehmungsvorhersagen auf einem Teil der chemischen Proben lieferten. Sie testeten dann, ob die OR-Aktivierungen Vorhersagen über neue Gerüche treffen konnten.

Laut den Forschern konnte die OR-Aktivität verwendet werden, um die Wahrnehmungen von 146 verschiedenen Chemikalien korrekt vorherzusagen. Es wurden nur einige der ORs benötigt, um die Wahrnehmungen vorherzusagen, nicht alle ORs. Die Forscher bestätigten diese Hypothese an Fliegen und konnten erfolgreich eine Abneigung oder Anziehung gegenüber verschiedenen Gerüchen vorhersagen.

Ray erklärte, dass der Vorteil der Digitalisierung von Gerüchen und den damit verbundenen Vorhersagen darin besteht, dass die Ergebnisse verwendet werden können, um neue Arten von Chemikalien zu bestimmen, die bei der Erstellung neuer Arten von Duftstoffen und Lebensmitteln verwendet werden können. Die KI könnte verwendet werden, um Ersatzstoffe zu finden, die ähnlich riechen wie Chemikalien, die teuer oder selten werden. Sie könnte auch verwendet werden, um unangenehm riechende Verbindungen durch Chemikalien zu ersetzen, die für Menschen angenehmer sind. Ray sagte über Phys.org:

“Chemikalien, die in Lebensmitteln, Kosmetika oder Haushaltsprodukten giftig oder aggressiv sind, können durch natürliche, weichere und sicherere Chemikalien ersetzt werden… Die Technologie kann uns helfen, neue Chemikalien zu entdecken, die bestehende ersetzen können, die selten oder sehr teuer werden. Sie bietet uns eine breite Palette von Verbindungen, die wir für jede olfaktorische Anwendung kombinieren und abstimmen können.”