Новое исследование, описанное в Науке 19 февраля, максимально использует таинственное из наших немного более предсказуемых чувств. Проект, начатый учеными Рокфеллеровского университета и приведенный в действие краудсорсинговым усилием, разработал математическую модель, которая может предсказать аромат, который вызовет молекула.
«Это – вековая проблема. Люди попытались работать вокруг этого многими различными способами, как Вы видите в разделе духов универмага, когда клерки просят, чтобы ‘Вам понравилось что-то цветочное?’ или ‘Вам нравится что-то мускусное?’» говорит исследователь исследования Лесли Восшол, профессор Робина Чемерса Нойштайна.«Мы не полностью решили вопрос того, как предсказать аромат на основе химических свойств молекул, которые передают его, но это является самым далеким, любой продвинулся к объяснению», добавляет она.Польза, плохое, и без запаха
В качестве главы Лаборатории Рокфеллера Нейрогенетики и Поведения, Vosshall изучает восприятие аромата в людях и насекомых. Как часть этой работы, она и Андреас Келлер, научный сотрудник в ее лаборатории, намереваются исследовать связь между молекулами и ароматом, который они испускают.Чтобы получить данные, им было нужно, они попросили, чтобы волонтеры вдохнули тщательно курировавший набор молекул, каждый содержавшийся в небольшом пузырьке. Возможности были почти бесконечны – в то время как ограничения на человеческое восприятие света и звука известны, никакие такие границы не были установлены для аромата.
Таким образом, чтобы исследовать полный спектр нашего обоняния, Келлер собрал разнообразный бросок 476 молекул, многие из которых никогда не проверялись в исследованиях запаха прежде.Он включал знакомые ароматы, как сладкая теплота vanillin и сильный запах methylthiobutyrate, молекулы вонючего сыра. Он также выбрал наркоманов молекул, вряд ли признают – 2-isopropylphenol, кто-либо? – и даже те, которые, как думают, были без запаха, как вода и глицерин.
49 волонтеров исследования оценили каждого на основе того, как сильный они нашли его, как приятный, и до какой степени это вызвало чеснок, цветок, мочу и 16 других признаков.В целом это усилие произвело больше чем 1 миллион точек данных.
Исследователи тогда стремились связать эту перцепционную информацию больше чем с 2 миллионами дополнительных точек данных, описывающих химические особенности молекул запаха, таких как количество атомов серы, которые они содержат. Это взяло толпу, чтобы решить эту проблему.Усилие сообщества
Двадцать две команды в вычислительном отношении опытных волонтеров, проходящих обучение в научно-исследовательских институтах и компаниях во всем мире, участвовали в МЕЧТЕ проблема Предсказания Olfaction, которая была организована исследователем исследования Пабло Мейером, руководителем группы в Научно-исследовательском центре Томаса Дж. Уотсона IBM. Используя рейтинги аромата Восшола и Келлера, когда-либо собирался один из самых больших наборов таких данных, эти команды разработали алгоритмы, которые могли «учиться» предсказывать признаки аромата на основе химических особенностей молекулы.
Лучшее решение не появилось ни в какой единственной модели. Чтобы использовать в своих интересах мудрость толпы, проблемы МЕЧТЫ, как правило, сливают свое подчинение в совокупную модель, та, которая часто более сильна, чем какая-либо отдельная модель.
«Проблема МЕЧТЫ больше похожа на удар сосновые посадки на вечеринке, чем нормальная научно-исследовательская работа: Все качаются, и даже если Ваши алгоритмы не ломают его открытый, Вы все еще способствуете решению», говорит Мейер. «С этим подходом, прочным набором данных и небольшой удачей, мы смогли взломать эту особенно трудную проблему».Заполнение промежуткаВ конце проблемы исследователи проверили исполнение совокупной модели, используя рейтинги, которые они сдержали на 69 молекулах как своего рода ответы к заданиям.
Прекрасный счет к соответствию профилям признака к молекулам был бы 1.0; модель выиграла 0.83, значительно лучше, чем какие-либо предыдущие попытки решить эту проблему.Запахи, которые могли наиболее легко предсказать модели, были чесноком и рыбой, вероятно потому что наркоманы обычно договаривались, как применить их, оценивая ароматы. Другие признаки, такие как холод или кислота, были более сложными, вероятно потому что есть меньше согласия о том, что эти термины означают для аромата, говорит Восшол.В то время как еще не прекрасный, модель предсказания запаха открывается повысились, новые возможности для химиков духов, ищущих более эффективные способы сформулировать, скажем, прекрасный аромат темноватых.
Это также проливает новый свет на очень сложную биологию восприятия запаха. Никто полностью не понимает то, что происходит, когда взмах молекул аромата в нос и преобразован в электрические сигналы, которые едут в мозг.
«Как только Вы можете связать вход химической структуры и продукцию аромата, Вы можете начать очерчивать то, что могло бы происходить во время того перевода», говорит Восшол, который является Говардом Хьюзом Медицинский следователь Института. «Эта модель – важный начальный шаг в том направлении».