Meyve sinekleri tam olarak beyin güçleriyle ünlü değildir - muhtemelen bahçe masasında fazla bekletilmiş bir şarap kadehinde birden fazlasını boğmuşsunuzdur. Yine de, yaklaşık 140.000 nöronla - haşhaş tohumundan daha küçük bir beyin - Drosophila, çok çeşitli kokuları saniyenin çok küçük bir bölümünde ayırt edebilir ve ardından bu kokunun anısını uzun süre saklayabilir. Bu konuda, pahalı olma, algılayabildikleri şeylerde acı verecek kadar dar kapsamlı olma ve yeni bir koku öğrendikleri anda bir kokuyu çabucak unutma eğiliminde olan mevcut "elektronik burunlardan" çok daha iyiler.

Peki neden sadece sineği kopyalamıyorsunuz? Giderek artan sayıda araştırmacının sorduğu soru bu - Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nden Kevin Max ve Yang Shen dahil. Yeni algoritmaları Spi-Fly, kısa süre önce Neuromorphic Computing and Engineering dergisinde yayınlanan bir makalede açıklanıyor.

Koku, mekanik olarak konuşursak, tuhaf bir duyudur. Görme ve işitme, bir grafikte çizebileceğiniz tek bir fiziksel boyuta - dalga boyuna - indirgenir, bu da onları çalışmak için nispeten düzenli kılar. Buna karşılık, koku molekülleri tek bir fiziksel boyuta indirgenemez. Biyoloji bunun yerine daha dağınık bir çözüm bulmak zorundaydı: her biri belirli moleküler özellikleri yakalamak için şekillendirilmiş yüzlerce farklı reseptör proteini, beynin daha sonra çözmesi gereken kombinasyonlarda ateşlenir. Bu o kadar kombinatoryal olarak karmaşık bir sistemdir ki, Linda Buck ve Richard Axel'in arkasındaki reseptör gen ailesini tanımlaması 1991 yılına kadar sürdü - bu çalışma onlara 2004'te Nobel Ödülü kazandırdı.

Koku anlayışımızdaki zorluklara rağmen, piyasada "elektronik burunlar" mevcuttur. Alpha MOS, Aryballe ve Odotech gibi şirketler bunları gıda kalite kontrolü, çevresel izleme ve güvenlik taraması için satmaktadır. Bu burunların kötü olduğu şey genelleme yapmaktır. Bozulmuş zeytinyağını koklamak için ayarlanmış bir cihaz, havaalanı kontrol noktasında belirli bir patlayıcıyı işaretleyen bir cihazla aynı değildir. Yeni bir görev için yeniden donatmak genellikle yazılımını neredeyse sıfırdan yeniden eğitmek anlamına gelir.

Bu sınırlamanın arkasında iki teknik darboğaz yatmaktadır. İlk olarak, bu sistemler bir kokuyu diğerinden güvenilir bir şekilde ayırt edebilmeden önce tipik olarak bir dağ dolusu elle etiketlenmiş örneğe ihtiyaç duyar. İkincisi, onlara yeni bir koku öğretmek, zaten bildiklerini karıştırma eğilimindedir - araştırmacıların "felaketle sonuçlanan unutma" dediği bir sorun, yüzmeyi öğrendikten hemen sonra bisiklete binmeyi unutmanın elektronik eşdeğeri.

Meyve sinekleri - ve diğer birçok böcek - minik beyinlerine rağmen bu soruna sahip değildir. Kokuları nasıl ayırt ederler ve bu kadar az beyin gücüyle onları nasıl hatırlarlar? Makalenin yazarlarına göre sır, seyrek kodlama denen bir şeydir. Bunu sineğin beyninin her kokuya bir barkod ataması gibi düşünün. Koku alma sistemi, sineğin koku reseptörlerinden iletilen seyrek, rastgele bağlantılı sinyalleri alan yaklaşık 2.000 özel hücreye (Kenyon hücreleri olarak adlandırılır) dayanır. Bu Kenyon hücrelerinin tümü tek bir röle noktasına rapor verir: ön eşleştirilmiş lateral nöron veya APL (aslında simetrik bir çift, her beyin yarımküresi için bir tane). APL'ler, her Kenyon hücresine aynı anda güçlü, küresel inhibisyon ateşleyerek yanıt verir ve neredeyse hepsini susturur. Bu baskıdan sonra aktif kalan hücreler, Max ve Shen'in belirli bir koku için barkod dediği şeydir.

Spi-Fly hikayeyi yalnızca bir sensör işini yaptıktan sonra devralır - burada her şey simülasyonda, önceden kaydedilmiş sensör verileri kullanılarak gerçekleşir ve algoritmanın kokuyu yakalamayla hiçbir ilgisi yoktur. Max ve Shen'in çalışmasında, sensör okumaları bir dizi tepe noktası haline gelir, Kenyon hücrelerini temsil eden gizli bir katmana seyrek ve rastgele yansıtılır ve nöronlar tek bir APL benzeri hakem yerine birbirlerini inhibe eder. Oradan, gizli katman, etiketli her koku için bir nöron olan bir çıktı katmanına bağlanır ve hangi barkodun hangi kokuya ait olduğunu öğrenmeyi bekler.

Gerçekte öğrenilen şey, bir barkodun bir