Медицинская карта
Плохой врач лечит болезнь, хороший - причину болезни.
  • гепатит
  • Недели беременности

    Беременность по неделям

  • Сколько живут с диагнозом рак
  • Как рыбий жир может уменьшить воспаление

«Удивительно простая» арифметика запаха

2022-02-18 14:14:24

Запах чашечки кофе.


Понюхайте его внутри или снаружи; лето или зима; в кофейне с булочкой; в пиццерии с пепперони — даже в пиццерии с булочкой! — кофе пахнет кофе.


Почему другие запахи или другие факторы окружающей среды не «мешают», так сказать, восприятию обоняния отдельных запахов? Исследователи из Инженерной школы МакКелви в Вашингтонском университете в Сент-Луисе обратились к своему доверенному объекту исследования, саранче, чтобы выяснить это.


То, что они обнаружили, было «на удивление простым», по словам Барани Рамана, профессора биомедицинской инженерии. Их результаты были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences Соединенных Штатов Америки.


Раман и его коллеги работали с саранчой в течение многих лет, наблюдая за ее мозгом и поведением, связанным с запахом, в попытке создать саранчу, нюхающую бомбы. Попутно они добились значительных успехов, когда дело доходит до понимания механизмов обоняния саранчи .


Чтобы понять, как саранча может постоянно распознавать запахи независимо от контекста, они взяли пример с Ивана Павлова. Подобно собакам Павлова, саранча была обучена ассоциировать запах с едой, предпочитая травинку. Проведя день без еды, саранча подвергалась воздействию запаха (дыхание гексанола или изоамилацетата), а затем давала травинку. Всего за шесть таких представлений саранча научилась открывать свои щупики (сенсорные придатки, расположенные рядом со ртом) в ожидании перекуса после того, как просто понюхала «тренировочный ароматизатор». Точно так же, как мы, распознающие кофе, обученная саранча могла распознавать запах и не позволяла другим факторам мешать.


В этот момент исследователи начали смотреть, какие нейроны срабатывают, когда саранча подвергается воздействию запаха в различных условиях, в том числе в сочетании с другими запахами, во влажных или сухих условиях, когда они голодают или сыты, обучены или не обучены, и на разное количество времени.


Оказалось, что при различных обстоятельствах исследователи наблюдали крайне противоречивые паттерны нейронов, хотя щупики саранчи каждый раз открывались. «Нервные реакции сильно различались, — сказал Раман. «Кажется, это расходится с поведением саранчи».


Каким образом вариабельные нейронные реакции могут привести к последовательному или стабильному поведению? Чтобы исследовать это, исследователи обратились к алгоритму машинного обучения. «Мы хотели посмотреть, можем ли мы, учитывая эти переменные модели нейронных реакций, предсказать поведение саранчи?» — сказал Раман. «Ответ был да, мы можем».


Алгоритм оказался очень простым для интерпретации. Он использовал два функциональных типа нейронов: есть нейроны ВКЛ, которые активируются при наличии одоранта, и нейроны ВЫКЛ, которые молчат, когда присутствует одорант, но активируются после прекращения представления запаха.


«Вы можете думать о включенных нейронах как о доказательствах присутствия запаха, а о выключенных нейронах — как о доказательствах против присутствия этого запаха», — сказал Раман. Чтобы распознать присутствие одоранта, исследователям просто нужно было добавить свидетельство присутствия одоранта (т. е. добавить спайки по всем включенным нейронам) и вычесть доказательства против присутствия этого запаха (т. е. добавить спайки по всем выключенным нейронам). Если бы результат превышал определенный порог, машинное обучение предсказывало бы, что саранча учуяла запах.

Оставьте комментарии и отзывы!

Используйте нормальные имена. Ваш комментарий будет опубликован после проверки.

(обязательно)