ショウジョウバエは、その知能で有名というわけではない。パティオのテーブルに置きっぱなしにしたワイングラスで、何匹も溺れさせたことがあるだろう。しかし、約14万個のニューロン（ケシの実よりも小さい脳）で、ショウジョウバエは膨大な種類の匂いを一瞬のうちに選別し、その匂いの記憶を長期間保持することができる。この点では、現在の「電子嗅覚」よりもはるかに優れている。電子嗅覚は高価で、検出できる範囲が極端に狭く、新しい匂いを覚えた瞬間に古い匂いを忘れてしまう傾向がある。

では、ハエを真似すればいいのではないか？その疑問を抱く研究者が増えている。沖縄科学技術大学院大学のKevin Max氏とYang Shen氏もその一人で、彼らの新しいアルゴリズム「Spi-Fly」は、ジャーナル『Neuromorphic Computing and Engineering』に最近発表された論文で説明されている。

匂いは、機械的に言えば奇妙な感覚である。視覚と聴覚はどちらも波長という単一の物理的次元に還元できるため、研究は比較的すっきりしている。一方、匂い分子は単一の物理的次元に還元できない。生物学は代わりに、より雑然とした解決策を見つけなければならなかった。つまり、それぞれが特定の分子の特徴をつかむように形作られた何百もの異なる受容体タンパク質が、組み合わせて発火し、それを脳が解読するのだ。このシステムは組み合わせ的に非常に複雑で、その背後にある受容体遺伝子ファミリーを特定するのに、リンダ・バックとリチャード・アクセルが1991年までかかり、その功績で2004年にノーベル賞を受賞した。

匂いの理解が難しいにもかかわらず、「電子嗅覚」は市場に存在する。Alpha MOS、Aryballe、Odotechなどの企業が、食品の品質管理、環境モニタリング、セキュリティ検査用に販売している。これらの嗅覚が苦手なのは、一般化である。腐ったオリーブオイルを嗅ぎ分けるように調整された装置は、空港のチェックポイントで特定の爆発物を検知する装置とは同じではない。新しいタスク用に作り直すには、通常、ソフトウェアをほぼゼロから再トレーニングする必要がある。

その限界の背後には、2つの技術的なボトルネックがある。第一に、これらのシステムは、匂いを確実に区別するために、通常、手作業でラベル付けされた例を大量に必要とする。第二に、新しい匂いを教えると、既に知っていることを混乱させる傾向がある。これは研究者が「破滅的忘却」と呼ぶ問題で、泳ぎを覚えた直後に自転車の乗り方を忘れてしまうような電子版である。

ショウジョウバエ（そして他の多くの昆虫）は、その微小な脳にもかかわらず、この問題を抱えていない。どのようにして、これほど少ない脳力で匂いを区別し、記憶しているのだろうか？論文の著者によると、その秘密は「スパースコーディング」と呼ばれるものにある。ハエの脳がすべての匂いにバーコードを割り当てていると考えてほしい。その嗅覚系は、約2,000個の特殊な細胞（ケニオン細胞と呼ばれる）に依存しており、それらはハエの匂い受容体から渡されたスパースでランダムに配線された信号を受け取る。それらのケニオン細胞はすべて、単一の中継点、つまり前側対側ニューロン（APL、実際には左右の脳半球に1つずつある対称なペア）に報告する。APLは、すべてのケニオン細胞に対して強力で全体的な抑制を発火させ、ほとんどすべての細胞を沈黙させることで応答する。その取り締まりの後も活動し続ける細胞が、特定の匂いに対するバーコードであるとMax氏とShen氏は呼ぶ。

Spi-Flyは、センサーがその仕事を終えた後にのみ話を引き継ぐ。ここでのすべてはシミュレーションで行われ、事前に記録されたセンサーデータを使用し、アルゴリズム自体は最初から匂いの捕捉には関与しない。Max氏とShen氏の研究では、センサーの読み取り値はスパイクのストリームになり、ケニオン細胞の代わりとなる隠れ層にスパースかつランダムに投影され、ニューロンは単一のAPLのような審判に頼るのではなく、互いに抑制し合う。そこから、隠れ層は出力層に接続され、ラベル付けされた匂いごとに1つのニューロンがあり、どのバーコードがどの匂いに属するかを学習するのを待つ。実際に学習されるのは、バーコードと匂いの間の接続である。