Alex Wiltschko는 십대 시절 향수를 모으기 시작했습니다. 그의 첫 번째 병은 Azzaro Pour Homme, T.J에서 선반에서 발견 한 시대를 초월한 쾰른이었습니다. Maxx 백화점. 그는 Perfumes :The Guide 에서 이름을 인식했습니다 , 아로마에 대한 시적 묘사가 그의 집착을 시작한 책. 마법에 걸린 그는 자신의 컬렉션에 추가 할 수있는 수당을 절약했습니다. "나는 결국 토끼 구멍을 절대적으로 내려 갔다"고 말했다.
최근에는 Google Research의 뇌 팀의 후각 신경 과학자로서 Wiltschko는 기계 학습을 사용하여 가장 오래되고 가장 잘 이해되지 않은 감각을 해부했습니다. 때때로 그는 다른 감각을 연구하는 동료들을 거의 오랫동안 바라 보았습니다. "그들은이 아름다운 지적 구조,이 지식의 성당을 가지고 있습니다."
그러나 Wiltschko와 그의 동료들의 최근 연구는 그것을 바꾸는 데 도움이되고 있습니다. 7 월 Biorxiv.org Preprint Server에 처음 게시 된 논문에서, 그들은 후각 과학에서 오랜 도전을 해결하기 위해 기계 학습을 사용하여 설명했습니다. 그들의 연구 결과는 연구자들이 그 구조에서 분자 냄새를 계산하는 능력을 크게 향상시켰다. 더욱이, 그들이 계산을 개선 한 방식은 우리의 냄새 감각이 어떻게 작동하는지에 대한 새로운 통찰력을 주었고, 냄새에 대한 우리의 인식이 살아있는 세계의 화학에 어떻게 일치하는지에 대한 숨겨진 순서를 드러 냈습니다.
모닝 커피를 마시면 800 가지 유형의 분자가 냄새 수용체로 이동합니다. 이 풍부한 화학적 초상화의 복잡성으로부터, 우리의 두뇌는 전체 인식 :커피를 종합합니다. 그러나 연구원들은 단일 분자조차도 우리에게 어떤 냄새가 될지 예측하는 것이 매우 어렵다는 것을 알게되었습니다. 우리의 코는 우리 주변의 세계의 화학적 구성을 감지하기 위해 400 개의 다른 수용체를 수용하고 있으며, 우리는 주어진 분자와 상호 작용할 수있는 수용체가 얼마나 많은지를 추측하기 시작했습니다. 그러나 그 지식에도 불구하고, 냄새 입력의 조합이 향기에 대한 우리의 인식에 달콤하고, 거칠고, 역겨운 등으로 어떻게 매핑되는지는 확실하지 않습니다.
Pablo Meyer는 생의학 분석과 IBM 연구에서의 과다 변형 모델링을 연구했으며 최근 연구에 관여하지 않은 Pablo Meyer는“대부분의 분자 냄새에 대한 예측을 제공하는 명확한 모델은 없었습니다. Meyer는 상징적 인 구조 간 문제를 컴퓨팅 크라우드 소싱 경쟁 인 IBM의 2015 Dream Challenge의 초점으로 만들기로 결정했습니다. 팀은 구조에서 분자의 냄새를 예측할 수있는 모델을 구축하기 위해 경쟁했습니다.
그러나 최고의 모델조차도 모든 것을 설명 할 수는 없었습니다. 데이터 전체에 걸쳐 뿌려진 것은 성가신 불규칙한 경우 예측에 저항했습니다. 때때로, 분자의 화학 구조에 대한 작은 조정은 완전히 새로운 냄새를 낳았습니다. 다른 경우에는 주요 구조적 변화가 냄새를 거의 바꾸지 않았습니다.
냄새를위한 대사 조직
이러한 불규칙한 사례를 설명하기 위해 Wiltschko와 그의 팀은 진화가 우리의 감각에 부과 된 요구 사항을 고려했습니다. 각각의 의미는 가장 두드러진 자극 범위를 감지하기 위해 수백만 년에 걸쳐 조정되었습니다. 인간의 비전과 청각의 경우, 이는 400-700 나노 미터의 파장과 20 ~ 20,000 Hertz의 음파에 빛을 발합니다. 그러나 우리 코에 의해 감지 된 화학 세계를 지배하는 것은 무엇입니까?
윌트 슈코 (Wiltschko)는 최근 알파벳 벤처 캐피탈 자회사 인 GV.
신진 대사는 세포 효소에 의해 촉매되고 세포에서 다른 분자로 변환되는 Krebs 사이클, 당분 해, 우레아 사이클 및 기타 여러 과정을 포함한 화학 반응의 세트를 말합니다. 이 잘 낡은 반응 경로
Wiltschko의 가설은 간단했습니다. 아마도 비슷한 냄새가 나는 화학 물질은 화학적으로 관련이있을뿐만 아니라 생물학적으로도 관련되어 있습니다.
아이디어를 테스트하기 위해 그의 팀은 자연에서 발생하는 대사 반응의지도가 필요했습니다. 다행스럽게도, 대사 분야의 과학자들은 이미 이러한 자연 화학적 관계와 그들을 침전시키는 효소를 설명하는 큰 데이터베이스를 구성했습니다. 이 데이터를 통해 연구자들은 두 개의 악취 분자를 선택하고 하나를 다른 사람으로 변환하는 데 얼마나 많은 효소 반응이 필요한지 계산할 수 있습니다.
비교를 위해, 그들은 또한 다양한 무취 분자가 인간에게 어떻게 냄새를 맡는지를 정량화 할 수있는 컴퓨터 모델이 필요했습니다. 이를 위해 Wiltschko의 팀은 2015 년 Dream Competition의 결과를 기반으로 한 Principal Odor Map이라는 신경 네트워크 모델을 개선했습니다. 이지도는 5,000 포인트의 구름과 같으며 각각 하나의 분자 향기를 나타냅니다. 비슷한 클러스터 냄새와 매우 다른 냄새가 나는 분자의 포인트는 멀리 떨어져 있습니다. 클라우드는 3D보다 훨씬 높기 때문에 256 차원의 정보를 보유하고 있습니다. 고급 컴퓨팅 도구 만 해당 구조와 어울릴 수 있습니다.
연구원들은 두 데이터 소스 내에서 해당 관계를 찾았습니다. 그들은 50 쌍의 분자를 샘플링하여 신진 대사 맵에 더 가까운 화학 물질이 매우 다른 구조를 가지고 있더라도 향기지도에 더 가깝게 경향이 있음을 발견했습니다.
.Wiltschko는 상관 관계에 놀랐습니다. 예측은 여전히 완벽하지는 않았지만 이전 모델보다 화학 구조만으로 달성 한 것보다 낫다고 그는 말했다.
"전혀 일어날 필요가 없었습니다."라고 그는 말했습니다. "생물학적으로 유사한 두 분자는 하나의 효소 촉매가 물러나면서 장미와 썩은 알처럼 냄새가납니다." 그러나 그들은하지 않았습니다. “그리고 그것은 나에게 미쳤다. 나에게 아름답습니다.”
연구자들은 또한 일반적으로 자연에서 함께 발생하는 분자 (예를 들어, 오렌지의 다른 화학 성분이 자연 연관이없는 분자보다 더 유사한 냄새가 나는 경향이 있음을 발견했습니다.
.화학적으로 자연에 적용
하버드 의과 대학의 신경 생물학자인 Robert Datta와 최근 연구에 관여하지 않은 Wiltschko의 전 박사 과정 고문 인 Robert Datta는“직관적이고 우아하다”고 말했다. "이것은 후각 시스템이 다양한 [화학적] 우연의 일치를 감지하기 위해 만들어진 것과 같습니다." "따라서 신진 대사는 가능한 우연의 일치를 지배합니다." 이것은 자연 세계에서 분자를 생산하는 대사 과정 인 코에 중요한 분자의 화학 구조 외에 또 다른 기능이 있음을 나타냅니다.
“후각 시스템은이 분자의 구조 인 우주를 위해 조정됩니다. 그리고이 분자들이 어떻게 만들어 졌는지는 그 중 일부입니다.”라고 Meyer는 말했습니다. 그는 신진 대사를 사용하여 향기의 분류를 개선한다는 생각의 영리함을 칭찬했다. 신진 대사 기반지도는 구조 모델에서 크게 향상되지는 않지만 분자의 대사 기원은 이미 그 구조와 밀접한 관련이 있기 때문에“추가 정보를 가져옵니다.”라고 그는 말했다.
후각 신경 과학의 다음 국경은 개별 분자 대신 혼합물의 냄새를 포함 할 것이라고 Meyer는 예측했다. 실제로, 우리는 한 번에 하나의 화학 물질을 거의 흡입하지 않습니다. 커피 머그잔에서 수백 개의 wafting을 생각해보십시오. 현재 과학자들은 악취 혼합물에 대한 데이터가 충분하지 않아 최근 연구에 사용 된 순수한 화학 물질과 같은 모델을 구축합니다. 우리의 냄새 감각을 진정으로 이해하려면 Wiltschko의 향수 병과 같은 복잡한 냄새를 형성하기 위해 화학 물질의 별자리가 어떻게 상호 작용하는지 조사해야합니다.
이 프로젝트는 이미 Wiltschko가 그의 평생 열정에 대해 어떻게 생각하는지를 바꾸 었습니다. 당신이 냄새를 맡을 때,“당신은 다른 생물의 일부를 인식하고 있습니다.”라고 그는 말했다. “정말 아름답다고 생각합니다. 나는 그런 식으로 인생과 더 관련이 있다고 느낍니다.”
편집자 주 :Simons에 관한 Simons 공동 작업과 노화 된 두뇌 및 Sfari의 조사관 인 Datta는 Simons Foundation으로부터 자금을 받고이 편집자 독립 잡지를 후원합니다.
