Ricercatori progettano un modello di intelligenza artificiale in grado di distinguere diversi percetti olfattivi

I ricercatori di intelligenza artificiale stanno sempre cercando di replicare aspetti dei sensi umani attraverso algoritmi. L’intelligenza artificiale è stata utilizzata per migliorare notevolmente le applicazioni di visione computerizzata negli ultimi anni, e l’intelligenza artificiale è stata utilizzata anche per generare campioni audio abbastanza impressionanti, creando intere canzoni nello stile di un artista. Recentemente, un team di scienziati dell’University of California, Riverside è riuscito a creare un’intelligenza artificiale in grado di distinguere gli odori gli uni dagli altri in base alla composizione chimica dell’odore in questione.

Secondo il biologo cellulare e dei sistemi di UC Riverside, Anandasankar Ray, i ricercatori hanno cercato di basare il loro modello di intelligenza artificiale su come gli esseri umani percepiscono gli odori. Il naso umano contiene circa 400 recettori olfattivi (OR) che vengono attivati quando i chimici entrano nel naso. Diversi OR vengono attivati da diversi set di chimici e insieme sono in grado di rilevare una vasta gamma di strutture chimiche e famiglie diverse. Mentre i ricercatori conoscono abbastanza bene come gli OR rilevino e interpretino le diverse molecole all’interno di un odore, ciò che è meno noto è come lo stimolo che gli OR rilevano si traduca in un’esperienza sensoriale, o percepito, l’esperienza di sentire qualcosa.

Come riportato da Phy.org, Ray ha spiegato che i ricercatori hanno cercato di modellare i percetti olfattivi umani attraverso una combinazione di algoritmi di apprendimento automatico e informatica chimica. Gli algoritmi di apprendimento automatico sono in grado di analizzare il grande numero di variabili chimiche, estrarre le strutture e i modelli comuni e poi imparare a identificare quali chimici avranno certi odori. Dopo essere stati addestrati, gli algoritmi possono eventualmente prevedere come le nuove combinazioni chimiche saranno percepiti anche se i dati non sono etichettati e non si sa come il chimico si sente.

Il team di ricerca ha iniziato creando metodi che avrebbero permesso a un computer di determinare quali caratteristiche chimiche fossero in grado di attivare gli OR. Successivamente, i ricercatori hanno analizzato oltre mezzo milione di composti chimici per trovare campioni in grado di legarsi a 34 OR. I ricercatori hanno quindi cercato di stimare le qualità percettive dei campioni chimici con lo stesso algoritmo utilizzato per prevedere l’attività degli OR.

Il team di ricerca ha scoperto che le combinazioni di diverse attivazioni degli OR sembravano avere una relazione con la codifica percettiva. I ricercatori hanno utilizzato dati che contenevano valutazioni di chimici da parte di volontari umani e hanno selezionato gli OR che hanno fornito le migliori previsioni di percepito su un subset dei campioni chimici. Hanno quindi testato se le attivazioni degli OR fossero previsionali di nuovi odori.

Secondo i ricercatori, l’attività degli OR può essere utilizzata per prevedere correttamente i percetti di 146 diversi chimici. Solo pochi degli OR sono stati necessari per prevedere i percetti, non tutti gli OR. I ricercatori hanno confermato questa ipotesi su mosche della frutta e sono riusciti a prevedere con successo un’avversione o un’attrazione per diversi odori.

Ray ha spiegato che il vantaggio di digitalizzare gli odori e le previsioni associate ad essi è che i risultati possono essere utilizzati per determinare nuovi tipi di chimici che possono essere utilizzati nella creazione di nuovi tipi di profumi e alimenti. L’intelligenza artificiale può essere utilizzata per trovare sostituti che abbiano un odore simile ai chimici che stanno diventando costosi o rari. Potrebbe anche essere utilizzato per sostituire composti dal cattivo odore con chimici più attraenti per gli esseri umani. Ray ha dichiarato via Phys.org:

“I chimici che sono tossici o duri, ad esempio, nei sapori, nei cosmetici o nei prodotti per la casa possono essere sostituiti con chimici naturali, più morbidi e più sicuri… La tecnologia può aiutarci a scoprire nuovi chimici che potrebbero sostituire quelli esistenti che stanno diventando rari, ad esempio, o che sono molto costosi. Ci dà una vasta gamma di composti che possiamo miscelare e abbinare per qualsiasi applicazione olfattiva”.