Muștele de fructe nu sunt exact renumite pentru inteligența lor – probabil ai înecat mai mult de una într-un pahar de vin lăsat prea mult timp pe masa din curte. Totuși, cu aproximativ 140.000 de neuroni – un creier mai mic decât o sămânță de mac – Drosophila poate sorta o gamă largă de mirosuri într-o fracțiune de secundă, apoi reține memoria acelui miros pentru mult timp. În această privință, ele se descurcă mult mai bine decât actualele „nasuri electronice”, care tind să fie scumpe, extrem de limitate în ceea ce pot detecta și uită rapid un miros în momentul în care învață unul nou.

Deci de ce să nu copiem pur și simplu musca? Aceasta este întrebarea pe care un număr tot mai mare de cercetători și-au pus-o – inclusiv Kevin Max și Yang Shen de la Institutul de Știință și Tehnologie din Okinawa, al căror nou algoritm, Spi-Fly, este descris într-o lucrare publicată recent în jurnalul Neuromorphic Computing and Engineering.

Mirosul este un simț ciudat, din punct de vedere mecanic. Vederea și auzul se reduc ambele la o singură dimensiune fizică pe care o poți reprezenta pe un grafic – lungimea de undă – ceea ce le face relativ ușor de studiat. Moleculele de miros, în schimb, nu pot fi reduse la o singură dimensiune fizică. Biologia a trebuit să găsească o soluție mai complicată: sute de proteine receptoare diferite, fiecare modelată să se prindă de caracteristici moleculare specifice, declanșându-se în combinații pe care creierul apoi trebuie să le decodeze. Este un sistem atât de complex din punct de vedere combinatoriu încât a fost nevoie până în 1991 pentru ca Linda Buck și Richard Axel să identifice chiar și familia de gene receptoare din spatele lui – o muncă ce le-a adus Premiul Nobel în 2004.

În ciuda dificultăților în înțelegerea mirosului, „nasurile electronice” există pe piață. Companii precum Alpha MOS, Aryballe și Odotech le vând pentru controlul calității alimentelor, monitorizarea mediului și securitate. Ceea ce aceste nasuri nu fac bine este generalizarea. Un dispozitiv reglat să detecteze ulei de măsline stricat nu este același cu un dispozitiv care semnalează un exploziv specific la un punct de control al aeroportului. Reconfigurarea unuia pentru o nouă sarcină înseamnă de obicei reantrenarea software-ului aproape de la zero.

Două blocaje tehnice stau în spatele acestei limitări. În primul rând, aceste sisteme au nevoie de obicei de o mulțime de exemple etichetate manual înainte de a putea distinge în mod fiabil un miros de altul. În al doilea rând, învățarea unui miros nou tinde să amestece ceea ce știau deja – o problemă pe care cercetătorii o numesc „uitare catastrofală”, echivalentul electronic al uitării cum să mergi pe bicicletă imediat după ce ai învățat să înoți.

Muștele de fructe – și multe alte insecte – nu au această problemă, în ciuda creierului lor minuscul. Cum reușesc ele să deosebească mirosurile și să le rețină cu atât de puțină putere cerebrală? Secretul, conform autorilor lucrării, este ceva numit codare rară (sparse coding). Gândește-te la asta ca la creierul muștei care atribuie un cod de bare fiecărui miros. Sistemul său olfactiv se bazează pe aproximativ 2.000 de celule specializate, numite celule Kenyon, care primesc semnale rare, conectate aleatoriu, transmise de receptorii de miros ai muștei. Acele celule Kenyon raportează toate către un singur punct de releu: neuronul lateral anterior pereche (APL) (de fapt o pereche simetrică, câte unul pentru fiecare emisferă cerebrală). APL-urile răspund prin declanșarea unei inhibiții globale puternice către fiecare celulă Kenyon deodată, reducând la tăcere aproape toate. Celulele care rămân active după acea reprimare sunt ceea ce Max și Shen numesc codul de bare pentru acel miros anume.

Spi-Fly preia povestea doar după ce un senzor și-a făcut deja treaba – totul aici se întâmplă în simulare, folosind date de senzor preînregistrate, iar algoritmul în sine nu are nimic de-a face cu captarea mirosului în primul rând. În munca lui Max și Shen, citirile senzorului devin un flux de impulsuri, proiectate rar și aleatoriu pe un strat ascuns care ține locul celulelor Kenyon, cu neuroni care se inhibă reciproc în loc să se bazeze pe un singur arbitru de tip APL. De acolo, stratul ascuns se conectează la un strat de ieșire, câte un neuron pentru fiecare miros etichetat, așteptând să învețe care cod de bare aparține cărui miros.

Ceea ce se învață de fapt este conexiunea dintre un cod de bare și un miros.