Chip bootst geursysteem van zoogdieren na

Wanneer je iets ruikt, zoals bijvoorbeeld een sinaasappel, dan bestaat deze geur waarschijnlijk uit vele andere geuren zoals de uitlaat van een auto, bloemen en zeep. Hoewel al deze geuren tegelijk aan de reukreceptoren in het brein binden, zijn we nog steeds in staat om deze heerlijk ruikende vrucht de onderscheiden van de rest. Een nieuwe studie heeft een computeralgoritme ontwikkeld dat geïnspireerd is op dit ingenieuze reuksysteem.

Het algoritme leert om op een snelle manier patronen te herkennen, vergelijkbaar met onze bovenkamer. Maar het project heeft flink wat voeten in de aarde gehad. Zo hebben de onderzoekers eerst decennialang het reuksysteem van knaagdieren bestudeerd, schrijven zij in Nature Machine Intelligence. Nadat er voldoende kennis was verschaft, is er een computersysteem in elkaar gezet, gebaseerd op de netwerken van het brein. En het algoritme is er nog goed in ook: het kan zelfs geuren herkennen die voor 80 procent afwijken van de geur die het algoritme geleerd heeft.

Computerchip

Het algoritme werd toegepast op een neuromorfe computerchip. Dit houdt in dat de digitale netwerken zo goed mogelijk de manier proberen te imiteren waarop hersencellen leren en met elkaar communiceren. De hersenen van zoogdieren zijn verbluffend goed in het identificeren en onthouden van geuren, met honderden of zelfs duizenden reukreceptoren en complexe neurale netwerken die snel de patronen analyseren die met geuren worden geassocieerd.

Onze hersenen onthouden ook wat we hebben geleerd, zelfs nadat we nieuwe kennis hebben opgedaan. Dit mechanisme is gemakkelijk voor zoogdieren, maar moeilijk voor kunstmatige intelligentiesystemen. Het is voor het eerst dat een chip dit nabootst, op een manier waarop nieuwe informatie verwerkt wordt, zonder dat verstoord wordt wat het algoritme eerder geleerd heeft. Het systeem laat zien dat er een continue vorming van nieuwe hersencellen plaatsvindt, wat nodig is om nieuwe geuren vast te kunnen leggen.

Nieuwe inzichten

Expert in neurowetenschappen Alexander Heimel (Nederlands Herseninstituut): ‘Het is een prachtige combinatie van technieken. Een interessant resultaat van de studie voor neurobiologen is dat het voor het eerst inzicht geeft in de noodzaak van nieuwe hersencellen in het reukgedeelte van de hersenen. Dit gebied is een van de weinige plekken waar we ons leven lang nieuwe hersencellen krijgen. Een kanttekening bij het artikel is wel dat er eigenlijk maar een beperkt aantal geuren geleerd wordt aan het algoritme. Onze neuzen kunnen veel meer herkennen en dat is technologisch ook al mogelijk’.

Hoogleraar experimentele natuurkunde Hans Hilgenkamp (Universiteit Twente): ‘Het is een mooie demonstratie van onderzoek waarbij kennis over biologische systemen kan helpen om computers sneller en efficiënter te maken. Het onderzoek is geïnspireerd door het reukorgaan, een heel complex zintuig met indrukwekkende prestaties waarvan de werking maar gedeeltelijk begrepen is’.

Hilgenkamp vervolgt: ‘Een mooi aspect van dit onderzoek is dat het ook in de omgekeerde route tot kennisontwikkeling kan leiden. Door het computersysteem te testen en er veranderingen in aan te brengen kunnen we ook het begrip van de biologische systemen verder ontwikkelen.'

Bron: Nature Machine Intelligence