Нейросеть Google предсказала запах молекул по их структуре

Обоняние не похоже на другие чувства. В отличие от цветов или звуков, для запахов нет ни стандартного словаря, ни стандартных параметров, подходящих хотя бы для пахучих веществ, которые активируют наши обонятельные рецепторы. Тем не менее, инженеры Google научили нейросеть распознавать запахи с помощью изучения структуры молекулы. Они создали базу с описаниями запахов и вкусов для 5000 различных веществ.

По словам авторов, новая карта учитывает все отношения между перцептами — расстояния и возможную иерархию, она устойчива к прерывистой структуре пространств химических структур и словесных описаний. Поэтому с помощью нее можно предсказывать запахи молекул, неизвестных нейросети, то есть которых не было в изначальной базе данных, по которой она строилась. Чтобы проверить работоспособность модели, ученые проверили ее на 400 молекулах, структура которых сильно отличалась от предложенных нейросети для обучения и не включенных в известные базы данных запахов. Ученые попросили 15 добровольцев описать запах 320 новых веществ и собрали средние значения по их данным. Выяснилось, что нейросеть по структуре молекулы определяет запах точнее, чем средний участник эксперимента.

Как говорится в блоге Google, нейросеть смогла не только определять запахи и находить между ними сходство, но и сообщать, как его воспринимают другие животные.

По словам авторов работы, эту карту можно использовать и для решения других задач — вопросов фундаментальной биологии (например связанных с обонянием у животных и активностью мозга) и здравоохранения. В частности, ученые провели дополнительное испытание модели, в котором показали, что с помощью нее можно предсказывать не только тот запах, который почувствует человек, а также активность рецепторов и обонятельных нейронов у животных (в частности у мышей и насекомых) в ответ на обонятельные стимулы.

Из скольких базовых компонент человеческий мозг складывает запах — до сих пор непонятно. Чтобы разобраться с числом основных запахов, ученые — математики, нейробиологи, химики и лингвисты — тем или иным способом пытаются связать химическую структуру молекулу с обонятельным перцептом (образом, который воспринимает мозг) и его словесным описанием. Сейчас считают, что этих запахов должно быть порядка десяти, но точное число неизвестно: уверенно ученые могут говорить, что размерность обонятельного пространства где-то между 6 и 30.

Одну из первых известных попыток классифицировать элементарные запахи совершил психолог Ганс Геннинг, который в 1915 году выделил шесть базовых запахов: цветочный, гнилостный, фруктовый, пряный, смолистый и запах гари. Он расположил их по вершинам треугольной призмы. У каждого запаха было три похожих на него соседа и два оппонента, на которые он совсем не похож. Все остальные запахи, считал Геннинг, результат смешения этих шести. Через полвека автор стереохимической теории обоняния Джон Амур выделил уже семь фундаментальных запахов. Он разделил их не просто по своему разумению, а по форме активных центров рецепторов в человеческом носу или распределению в них заряженных групп. Так ученый получил пять «формальных» запахов: цветочный, мускусный, эфирный, камфорный и мятный, а восприятия резкого и гнилостного запаха отнес к «зарядовым».