El sentido del olfato es uno de los primeros sentidos formados en el cuerpo humano y es una respuesta sensorial muy compleja. La nariz es como un detector muy sensible. A través de millones de nervios olfativos, podemos percibir y distinguir varias moléculas de olor con diferentes propiedades estructurales, de modo que podamos emitir juicios rápidamente en entornos complejos.

Fuente de la imagen: Pexel

Con el desarrollo continuo de la ciencia y la tecnología, la tecnología de reconocimiento olfativo de inteligencia artificial (IA) que imita la percepción olfativa humana se ha desarrollado rápidamente. La tecnología combina algoritmos avanzados de aprendizaje automático e inteligencia artificial para identificar diversas sustancias mediante la detección y el análisis de moléculas de olor. Los campos de aplicación de la tecnología olfativa de IA van desde el monitoreo ambiental hasta el diagnóstico médico, desde la seguridad alimentaria hasta la investigación criminal, y su potencial es ilimitado.

Cuando la IA en muchos campos finos ha superado las capacidades humanas, no podemos evitar preguntarnos: en el “arena” de la percepción del olfato,La IA o la nariz humana, ¿cuál tiene mejor percepción del olfato?? Antes de descubrir la respuesta a esta pregunta, primero comprendamos cómo los humanos y la IA perciben los olores.

¿Cómo percibe el cerebro humano el olor?

El proceso por el cual el cerebro percibe el olor es como un "encuentro".

Primero, las moléculas de olor llegan silenciosamente y entran en la cavidad nasal. Hay un área especial encima de la cavidad nasal llamada epitelio olfatorio.

Aquí hay una gran cantidad de células receptoras olfativas que pueden reconocer específicamente las moléculas de olor. Estas moléculas de olor viajan por la cavidad nasal buscando a sus compañeros, nuestros receptores olfativos.

Los humanos tenemos aproximadamente 400 receptores olfativos funcionales. Una vez que estos receptores entran en contacto con las moléculas de olor, inmediatamente provocarán cambios en las señales eléctricas y realizarán una "danza de descarga eléctrica" ​​para transmitir señales al cerebro.

Esta señal viaja a través del nervio olfatorio hasta un área específica del cerebro llamada bulbo olfatorio.


El rojo es el bulbo olfatorio, fuente de la imagen: Referencia [1]

En el bulbo olfatorio, estas señales se procesan y analizan aún más. Luego, la información se envía a áreas del cerebro asociadas con la memoria y las emociones, como el hipocampo y la amígdala. El cerebro convierte estas señales en sensaciones olfativas que podemos reconocer y comprender, permitiéndonos experimentar el sabor, la textura y otras características del olor.

Finalmente, el procesamiento de las señales nerviosas olfativas forma representaciones semánticas que describen varios olores, como el café, la rosa, el durián, etc. Este proceso es tan mágico y exquisito que llena nuestras vidas de color y diversión.

¿A qué huele la IA?

Ahora tenemos una comprensión general de los principios y procesos de cómo el cerebro humano percibe los olores, entonces, ¿cómo huele la IA los distintos olores?

La IA "huele" los aromas como un "juego de adivinanzas" basado en la estructura molecular.

El olor proviene de moléculas con estructuras específicas, que son como "mensajeros" que transportan señales de olor. por lo tanto,Para predecir el olor de una sustancia, la clave es identificar la composición y estructura de las moléculas.

En este proceso, la IA se basa en una base de datos grande y cuidadosamente organizada. Esta base de datos puede considerarse como un "diccionario de traducción de moléculas de olores" avanzado con una lista exhaustiva de conexiones entre estructuras moleculares conocidas y sus olores correspondientes. La asociación de cada molécula con el olor se registra y archiva meticulosamente.

En un artículo de la revista Nature Machine Intelligence se informa sobre un algoritmo neuronal utilizado para simular el olor biológico.

Cuando se enfrente a la tarea de predecir el olor de una nueva molécula, la IA buscará rápidamente en este "diccionario" profesional para encontrar moléculas conocidas con estructuras similares a la nueva molécula e inferir posibles atributos de olor a partir de ellas. Este proceso no sólo es rápido, sino que también es extremadamente preciso.

Además de la coincidencia estructural básica, la IA también considerará de manera integral otras propiedades químicas, como la electronegatividad y la estereoconfiguración de las moléculas, para predecir de manera más integral las características del olor de nuevas moléculas.

El proceso general es como una IA que reúne y analiza varias pistas para deducir el olor probable de una nueva molécula.

En agosto de 2023, se publicó en la revista Science un modelo de red neuronal gráfica (GNN) para el análisis de olores mediante IA.


El proceso de identificación de olores por parte de la IA, fuente de la imagen: Referencia [4]

Después de ingresar la estructura molecular en el modelo, GNN optimizará el peso de diferentes estructuras químicas en olores específicos y finalmente juzgará el olor de las moléculas a través de la capa de predicción y generará los descriptores de olor correspondientes.

Los investigadores realizaron pruebas de olores en el modelo GNN y en un grupo de humanos. Los resultados muestran,La IA superó a los expertos humanos en el 53% de las moléculas químicas y el 55% de las descripciones de olores.

Humanos versus IA: ¿Quién es el experto en olfato?

Podemos imaginar un equipo de profesionales “expertos en olfato”.

A diferencia de la IA, que se basa en grandes cantidades de datos y algoritmos, estos expertos se basan principalmente en su sentido del olfato y años de experiencia acumulada para analizar y describir olores. Tienen la capacidad de reconocer los matices de una variedad de olores complejos y describirlos con un lenguaje preciso.

Por ejemplo, pueden distinguir claramente entre diferentes tipos de olores como floral, afrutado, herbáceo, coriáceo, etc., y explicarlos en profundidad.

Además, estos expertos en olores son capaces de analizar e interpretar los olores en relación con su origen y factores ambientales. Por ejemplo, pueden identificar los olores producidos por el proceso de cocción, los olores de las plantas, los olores únicos de los animales, etc., y analizar sistemáticamente las causas y efectos de estos olores en función de sus características y cambios.

A diferencia de las predicciones de la IA basada en datos,Las descripciones y juicios de estos expertos en aromas pueden verse afectados por factores subjetivos.

Sus conclusiones pueden variar de persona a persona e incluso pueden verse afectadas por una variedad de factores. Por lo tanto, en algunos casos, su descripción del olor puede diferir del juicio de la IA.

Por supuesto, esto es sólo una imaginación y no significa que los verdaderos expertos en aromas no sean profesionales. En la etapa actual, la capacidad olfativa de la IA aún no ha alcanzado el nivel de abrumar a los humanos, y los humanos tienen ventajas irremplazables en la experiencia subjetiva y la comprensión de los olores.

En primer lugar, frente al complejo espectro de olores, la IA necesita depender de datos masivos y algoritmos avanzados de aprendizaje y simulación para generar juicios más precisos.

Sin embargo, el sistema olfativo humano puede mostrar una mayor flexibilidad, lo que todavía es difícil de lograr para los sistemas de IA actuales.


Correlación de predicciones de diferentes modelos de IA con el promedio del grupo humano. Fuente de la imagen: Referencia [4]

El sentido del olfato humano también se ve afectado por muchos otros factores, como el estado de ánimo, la salud, la experiencia de vida, etc. Estos factores pueden influir en nuestra percepción y juicio de los olores.

Estas variables añaden una capa de complejidad al sentido del olfato humano de la que carece la IA para comprender y simular completamente el sistema olfativo humano.

Conclusión

Aunque la IA ha demostrado un potencial impresionante en la tecnología olfativa y ha logrado avances significativos en algunos campos,Pero aún no ha superado por completo a los humanos.. Cada uno tiene diferentes ventajas y limitaciones. A medida que la tecnología continúa avanzando, tenemos motivos para esperar que la IA logre más avances en el olfato.

Sin embargo, este campo todavía enfrenta varios desafíos, como la identificación precisa, la estabilidad y la reproducibilidad de las moléculas de olor, que requieren más investigación y mejora. también,La aceptación pública y la confianza en esta tecnología emergente también son factores clave que impulsan su aplicación exitosa.

En resumen, la tecnología olfativa de IA tiene amplias perspectivas de desarrollo y posibilidades ilimitadas, pero su trayectoria de desarrollo específica y sus resultados aún necesitan tiempo y práctica para verificarse. Esperamos que los investigadores e ingenieros científicos puedan resolver estos desafíos y brindar más comodidad y seguridad a la sociedad.

Referencias

[1] Edmund Chong, Mónica Moroni, Christopher Wilson, et al. La manipulación de olores optogenéticos sintéticos revela la lógica de codificación de la percepción olfativa Science 2020, 368, 6497.

[2] LuluGuo, JieCheng, ShuoLian, et al. Base estructural de la percepción de aminoodorantes por un receptor olfativo de mamíferos. Naturaleza 2023, 618, 193.

[3] JiaDuan, PeiyuXu, XiaodongLuan, etal. Activación mediada por hormonas y anticuerpos del receptor de tirotropina. Nature2022,609,854.

[4]BrianK.Lee,EmilyJ.Mayhew,BenjaminSanchez-Lengeling,etal.Aprincipalodormapapunificadiversastareassinpercepción olfativa.Ciencia2023,381,999.