Благодаря квантовому скачку в развитии искусственного интеллекта и вычислительного оборудования, ученые смогли в некоторой степени адекватно дублировать наши основные чувства с помощью машин: - Компьютерное зрение и биоинженерные сетчатки объединились для поддержки искусственного зрения
- Умное протезирование имитирует прикосновение, боль, давление и другие кожные ощущения
- Слуховые аппараты становятся все более способными отделить определенные нужные звуки от общей какофонии шумов.
Для чего пригодились комары?
Группа ученых в области нейробиологии и молекулярной инженерии из Японии задалась вопросом: а что, если вместо того, чтобы пытаться восстанавливать обоняние с нуля, просто не использовать то, что уже создала эволюция? Их новая статья в «Science Advances» рассказывает именно об этом. Они взяли у комаров вида Aedes aegypti, известных разносчиков желтой лихорадки, компоненты обонятельной системы, которые отвечают за восприимчивость и чувствительность к запахам. Затем они создали специальный чип и осторожно разместили эти биологические компоненты при помощи биогеля на нем, и подключили его к компьютеру.Выяснилось, что чип может обнаруживать запахи с беспрецедентной чувствительностью. Поскольку каждый биологический компонент, чувствительный к запаху, адаптирован к своему любимому химическому веществу, теоретически можно использовать один 16-канальный чип для обнаружения более квадриллиона смесей запахов!
Ученые добавляют, что с помощью искусственного интеллекта этот биогибридный датчик может быть значительно усилен для анализа все более сложных смесей химических веществ в самых разных целях:
- для мониторинга окружающей среды
- в качестве алкотестера
- для оценки качества и безопасности напитков и продуктов
- для выявления болезней
- для мониторинга здоровья
Маэстро обоняния из животного мира
Обонятельная система живых существ нашей планеты — это эволюционное «произведение искусства». Хотя конкретные биологические установки у разных видов различаются, общая схема почти одинаковая. Все начинается в носу, он густо забит обонятельными клетками, спрятанными высоко в наших носовых ходах. К каждой клетке подсоединен «нейронный провод» для передачи информации вверх по цепочке. По внешнему контуру каждой клетки расположены белки, называемые обонятельными рецепторами. По сути, это «умные» туннели, которые соединяют внешнюю среду с клеткой, а затем и с нашим мозгом.Каждый туннель или рецептор приспособлен к одному химическому запаху. Обычно он закрыт. Когда запах - скажем, ванилин, точнее - доминирующее химическое вещество ванили, проникает в носовой ход, он цепляется за свой предпочтительный рецептор. Это действие открывает рецепторный туннель, и сигнал отправляется в мозг по нейронным проводам.
А теперь возьмем что-нибудь более сложное по запаху, например, свежеиспеченный пирог с корицей и яблоками. Уже множество молекул запахов открывают каждая свой туннель в рецепторах, и все их сигналы одновременно несутся к мозгу. Мы вдыхаем и понимает, что на десерт нас ждет вкуснейший пирог. Именно так наши 400 или около того обонятельных рецепторов могут улавливать триллион различных запахов. Ключевой механизм – сочетание. Именно это вдохновило японскую команду на создание нового искусственного «носа».
Как это работает?
Вместо того, чтобы реконструировать человеческий обонятельный рецептор, команда обратилась к комарам. Дело в том, что их обоняние намного совершенней, чем у человека. Это позволяет комарам улавливать запахи с более высокой чувствительностью, они могут за несколько метров подобрать себе оптимальную на вкус, цвет и даже температуру «мишень».Ученые реконструировали обонятельные клетки комаров. Затем они использовали синтетическую биологию, чтобы с нуля создать рецепторы комаров с использованием ДНК. Эти рецепторы встроены в поверхность обонятельных клеток. И вся конструкция была наложена на чип.
Дальше все похоже на то, как мы улавливаем запах:
- рецепторы на поверхности клеток улавливают каждый свою молекулу
- по их «туннелям» запах передается в клетку
- из клетки по нейронному проводу на чип отправляется сигнал
- чип отправляет сигнал на компьютер
Будущее, в котором можно будет «унюхать рак» и другие болезни
В одном из экспериментов ученые отправили в свой биогибридный нос молекулу запаха октенола и запомнили сигнал, который он передал на компьютер. Октенол часто обнаруживается в дыхании онкологических больных.Затем они пригласили добровольца интенсивно дышать в резервуар, воздух из которого направлялся в искусственный нос. Реакции на октеонол не было, так как участник эксперимента был абсолютно здоров. Однако, как только в этот резервуар была добавлена крошечная частица октенола, бионический «нос» немедленно передал на чип сигнал, указывающий на его присутствие.
В конечном итоге команда надеется использовать свое изобретение как доступный и портативный способ ранней диагностики заболеваний. При раке и других проблемах со здоровьем (например, эндокринологических и, прежде всего – сахарном диабете) запах тела может резко измениться. Именно по запаху собаки и другие животные с более обостренным обонянием, чем наше, могут обнаруживать проблемы со здоровьем на ранних стадиях. Именно это свойство используется при обнаружении собаками наркотиков в общественных местах (например, в багаже пассажиров в аэропорту).
Биогибридный нос открывает качественно новые возможности в ранней диагностике заболеваний, криминалистике, научных изысканиях.
Текст: Юлия Долженкова.
