AI 냄새 인식하는 연구

인공지능 시스템은 화합물의 분자 구조를 분석함으로써 간단하게 화합물이 어떻게 냄새 나는지를 설명할 수 있으며, 그 설명은 종종 훈련된 인간 후각기능자들의 것과 유사합니다.

이 시스템을 설계한 연구원들은 이를 사용하여 수백 개의 화학 구조에 해당하는 '과일향' 또는 '풀향'과 같은 냄새를 나열했습니다. 이 냄새 가이드북은 연구원들이 새로운 합성 향기를 디자인하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 인간 뇌가 냄새를 해석하는 방법에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

냄새는 다른 종류의 감각 정보가 뇌의 기억 및 감정 센터로 직접 전달되는 유일한 종류의 감각 정보이며, 다른 종류의 감각 정보는 처음에 다른 뇌 지역을 통과합니다. 이 직접적인 경로로 인해 냄새가 특정하고 강렬한 기억을 떠올릴 수 있게 됩니다.

"냄새에는 특별한 것이 있습니다,"라고 신경생물학자인 Alexander Wiltschko는 말합니다. 그의 스타트업 회사인 Osmo는 Google Research의 분사 회사로서 새로운 냄새 또는 향기가 나는 분자를 디자인하기 위해 노력하고 있습니다.

화학물질의 구조와 냄새 사이의 관계를 탐구하기 위해 Wiltschko와 그의 Osmo 팀은 오도란트에 55개의 서술어(예: 물고기 또는 와인 냄새) 중 하나 이상을 할당할 수 있는 인공지능(AI) 시스템인 신경망을 디자인했습니다. 연구팀은 AI에게 약 5,000개의 냄새가 나는 향기를 설명하도록 지시했습니다. AI는 또한 각 냄새나는 화학 구조를 분석하여 구조와 향기 간의 관계를 결정했습니다.

이 시스템은 특정한 화학물질의 구조에서 특정한 냄새와 관련된 약 250개의 상관 관계를 식별했으며, 연구자들은 이러한 상관 관계를 AI가 새로운 분자의 냄새를 예측할 때 참고할 수 있는 주요 냄새 지도(POM)로 결합했습니다.

 

AI 특정 냄새가 나는 분자를 추정

POM을 인간의 코와 대조하기 위해 연구자들은 15명의 봉사자들을 훈련시켜 AI가 사용한 동일한 서술어 세트를 사용하여 특정한 냄새를 연관시키도록 했습니다. 그런 다음 연구자들은 자연에는 존재하지 않지만 사람들이 묘사할 수 있는 충분히 친숙한 화학물질을 수백 개 수집하고, 인간 봉사자들에게 323개의 화학물질을 묘사하도록 요청하고, AI에게 각 새로운 분자의 냄새를 화학 구조를 기반으로 예측하도록 요청했습니다. AI의 예측은 종종 개별 개인의 추측보다도 인간들의 평균 응답에 더 가까웠습니다.

"이것은 기계 학습을 사용한 좋은 발전입니다,"라고 뉴욕시의 콜럼비아 대학의 뇌과학자인 Stuart Firestein은 말합니다. 그는 POM이 음식 및 청소용품 산업에서 유용한 참고 도구가 될 수 있을 것이라고 말합니다.

그러나 Firestein은 POM이 인간 후각기능의 생물학에 대해 많은 정보를 제공하지 않는다는 점을 지적하며, 인간 코에 있는 약 350개의 냄새 수용체와 다양한 분자가 상호 작용하는 방식과 같은 부분에 대한 것이 없다고 말합니다. "그들은 화학적 측면과 뇌 측면을 가지고 있지만 중간 과정에 대해 아직 아무것도 모르고 있습니다,"라고 그는 말합니다.

시스템 생물학자인 Pablo Meyer는 논문에서 구조와 주관적인 냄새를 연결하는 데 사용한 언어를 칭찬합니다. 그러나 그는 개인적인 것이므로 평균 응답이 '정확한' 냄새를 설명하는 '올바른' 방법은 아니라고 이의를 제기합니다. "냄새는 개인적인 것입니다,"라고 그는 말합니다. "내 생각에는 어떤 것의 올바른 인식이 없습니다."

 

미래 과제로는 서로 혼합하여 예측 하는 연구

Wiltschko는 다음 단계로 냄새가 나는 것들이 서로 어떻게 혼합되고 경쟁하여 개별 냄새와는 완전히 다른 냄새를 생성하는지 알아내는 것입니다. Meyer와 Firestein은 이것이 매우 어려울 것이라고 말합니다. 100개의 분자를 10개의 다른 조합으로 혼합하면 17조 개의 변형이 생성되며, 가능한 조합의 수가 컴퓨터가 분석하기에는 훨씬 너무 많아집니다.

그러나 Firestein은 이것이 인간이 실제로 냄새를 인식하는 방식입니다. 커피와 같은 특정한 향기조차도 수백 개의 냄새 화학물질을 포함합니다. "어떤 혼합물이 어떻게 냄새 나는지 예측하는 것은 다음 단계입니다,"Wiltschko는 말합니다.