फल मक्खियाँ अपनी बुद्धि के लिए प्रसिद्ध नहीं हैं - आपने शायद पैटियो टेबल पर बहुत देर तक छोड़े गए वाइन ग्लास में एक से अधिक को डुबो दिया होगा। फिर भी, लगभग 140,000 न्यूरॉन्स के साथ काम करते हुए - खसखस से छोटा दिमाग - ड्रोसोफिला एक सेकंड के एक अंश में गंधों की एक विस्तृत श्रृंखला को छांट सकता है, और फिर उस गंध की स्मृति को लंबे समय तक बनाए रख सकता है। इसमें, वे वर्तमान "इलेक्ट्रॉनिक नाक" की तुलना में बहुत बेहतर करते हैं, जो महंगी होती हैं, जो पता लगा सकती हैं उसमें दर्दनाक रूप से संकीर्ण होती हैं, और नई गंध सीखते ही पुरानी गंध को भूल जाती हैं।

तो मक्खी की नकल क्यों नहीं की जाए? यह सवाल बढ़ती संख्या में शोधकर्ताओं ने पूछा है - जिनमें ओकिनावा इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के केविन मैक्स और यांग शेन शामिल हैं, जिनका नया एल्गोरिदम, स्पाई-फ्लाई, हाल ही में जर्नल न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटिंग एंड इंजीनियरिंग में प्रकाशित एक पेपर में वर्णित है।

गंध एक अजीब इंद्रिय है, यांत्रिक रूप से। दृष्टि और श्रवण दोनों एक ही भौतिक आयाम तक सीमित हो जाते हैं जिसे आप ग्राफ पर प्लॉट कर सकते हैं - तरंग दैर्ध्य - जो उन्हें अध्ययन करने के लिए अपेक्षाकृत साफ-सुथरा बनाता है। इसके विपरीत, गंध के अणुओं को किसी एक भौतिक आयाम तक सीमित नहीं किया जा सकता है। जीव विज्ञान को इसके बजाय एक गंदा समाधान खोजना पड़ा: सैकड़ों विभिन्न रिसेप्टर प्रोटीन, प्रत्येक विशिष्ट आणविक विशेषताओं को पकड़ने के लिए आकार दिया गया, संयोजनों में फायरिंग करते हैं जिन्हें मस्तिष्क को फिर डिकोड करना पड़ता है। यह एक ऐसी प्रणाली है जो कॉम्बिनेटरियल रूप से इतनी जटिल है कि लिंडा बक और रिचर्ड एक्सल को इसके पीछे रिसेप्टर जीन परिवार की पहचान करने में 1991 तक का समय लग गया - एक काम जिसने उन्हें 2004 में नोबेल पुरस्कार दिलाया।

गंध की हमारी समझ में कठिनाइयों के बावजूद, बाजार में "इलेक्ट्रॉनिक नाक" मौजूद हैं। अल्फा मॉस, अरीबेल और ओडोटेक जैसी कंपनियां उन्हें खाद्य गुणवत्ता नियंत्रण, पर्यावरण निगरानी और सुरक्षा जांच के लिए बेचती हैं। इन नाकों में जो कमी है वह है सामान्यीकरण। बासी जैतून के तेल को सूंघने के लिए ट्यून किया गया उपकरण उस उपकरण के समान नहीं है जो हवाई अड्डे की जांच पर किसी विशिष्ट विस्फोटक को इंगित करता है। किसी नए कार्य के लिए इसे फिर से तैयार करने का मतलब आमतौर पर उसके सॉफ्टवेयर को लगभग शुरू से फिर से प्रशिक्षित करना होता है।

उस सीमा के पीछे दो तकनीकी बाधाएं हैं। पहला, इन प्रणालियों को आमतौर पर एक गंध को दूसरे से विश्वसनीय रूप से अलग करने से पहले हाथ से लेबल किए गए उदाहरणों के पहाड़ की आवश्यकता होती है। दूसरा, उन्हें एक नई गंध सिखाने से वे जो पहले से जानते थे उसे खराब कर देते हैं - एक समस्या जिसे शोधकर्ता "विनाशकारी भूल" कहते हैं, तैरना सीखने के तुरंत बाद साइकिल चलाना भूल जाने के इलेक्ट्रॉनिक समकक्ष।

फल मक्खियाँ - और कई अन्य कीड़े - को यह समस्या नहीं है, उनके सूक्ष्म दिमाग के बावजूद। वे इतने कम दिमागी शक्ति के साथ गंधों को कैसे अलग करते हैं और याद रखते हैं? पेपर के लेखकों के अनुसार, रहस्य कुछ ऐसा है जिसे स्पार्स कोडिंग कहा जाता है। इसे मक्खी के मस्तिष्क द्वारा हर गंध को एक बारकोड सौंपने के रूप में सोचें। इसकी घ्राण प्रणाली लगभग 2,000 विशेष कोशिकाओं पर निर्भर करती है, जिन्हें केन्योन कोशिकाएं कहा जाता है, जो मक्खी के गंध रिसेप्टर्स से प्रेषित विरल, यादृच्छिक रूप से वायर्ड संकेत प्राप्त करती हैं। वे केन्योन कोशिकाएं सभी एक एकल रिले बिंदु को रिपोर्ट करती हैं: पूर्वकाल युग्मित पार्श्व न्यूरॉन, या एपीएल (वास्तव में उनमें से एक सममित जोड़ी, प्रत्येक मस्तिष्क गोलार्ध में एक)। एपीएल हर केन्योन कोशिका पर एक साथ मजबूत, वैश्विक निषेध वापस भेजकर प्रतिक्रिया करते हैं, लगभग सभी को चुप करा देते हैं। उस कार्रवाई के बाद सक्रिय रहने वाली कोशिकाएं वही हैं जिन्हें मैक्स और शेन उस विशेष गंध के लिए बारकोड कहते हैं।

स्पाई-फ्लाई कहानी केवल सेंसर द्वारा अपना काम करने के बाद उठाती है - यहां सब कुछ सिमुलेशन में होता है, पूर्व-रिकॉर्ड किए गए सेंसर डेटा का उपयोग करके, और एल्गोरिदम का पहली जगह में गंध को पकड़ने से कोई लेना-देना नहीं है। मैक्स और शेन के काम में, सेंसर रीडिंग स्पाइक्स की एक धारा बन जाती है, जो केन्योन कोशिकाओं के लिए खड़ी एक छिपी हुई परत पर विरल और यादृच्छिक रूप से प्रक्षेपित होती है, जिसमें न्यूरॉन्स एकल एपीएल-जैसे रेफरी पर भरोसा करने के बजाय एक दूसरे को रोकते हैं। वहां से, छिपी हुई परत एक आउटपुट परत से जुड़ती है, प्रत्येक लेबल वाली गंध के लिए एक न्यूरॉन, यह सीखने की प्रतीक्षा कर रहा है कि कौन सा बारकोड किस गंध से संबंधित है।

वास्तव में जो सीखा जाता है वह एक बारकोड और एक गंध के बीच का संबंध है