মেশিন লার্নিং সুগন্ধিতে একটি লুকানো অর্ডার হাইলাইট করে

অ্যালেক্স উইল্টসকো কিশোর বয়সে পারফিউম সংগ্রহ শুরু করেছিলেন। তার প্রথম বোতল ছিল Azzaro Pour Homme, একটি নিরবধি কোলোন যা তিনি একটি TJ Maxx ডিপার্টমেন্টাল স্টোরের শেলফে দেখেছিলেন। থেকে নাম চিনতে পেরেছেন পারফিউম: গাইড, একটি বই যার সুগন্ধের কাব্যিক বর্ণনা তার আবেশ শুরু করেছিল। মুগ্ধ, তিনি তার সংগ্রহে যোগ করার জন্য তার ভাতা সংরক্ষণ করেছিলেন। "আমি খরগোশের গর্ত থেকে একেবারে নিচে চলে গিয়েছিলাম," তিনি বলেছিলেন।

অতি সম্প্রতি, গুগল রিসার্চের একজন ঘ্রাণজনিত নিউরোসায়েন্টিস্ট হিসেবে মস্তিষ্কের দল, Wiltschko মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে আমাদের সবচেয়ে প্রাচীন এবং সবচেয়ে কম বোধগম্য জ্ঞানকে ব্যবচ্ছেদ করতে। কখনও কখনও তিনি অন্যান্য ইন্দ্রিয় অধ্যয়নরত সহকর্মীদের দিকে প্রায় আকুলভাবে তাকান। "তাদের এই সুন্দর বৌদ্ধিক কাঠামো আছে, জ্ঞানের এই ক্যাথেড্রালগুলি আছে," তিনি বলেছিলেন, যা ভিজ্যুয়াল এবং শ্রবণ জগতের ব্যাখ্যা করে, আমরা ঘ্রাণ সম্পর্কে যা জানি তা লজ্জাজনক।

উইল্টসকো এবং তার সহকর্মীদের সাম্প্রতিক কাজ, তবে, এটি পরিবর্তন করতে সহায়তা করছে। ভিতরে একটি কাগজ জুলাই মাসে biorxiv.org প্রিপ্রিন্ট সার্ভারে প্রথম পোস্ট করা হয়েছিল, তারা ঘ্রাণ বিজ্ঞানে দীর্ঘস্থায়ী চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করার জন্য মেশিন লার্নিং ব্যবহার করে বর্ণনা করেছে। তাদের অনুসন্ধানগুলি গবেষকদের গঠন থেকে একটি অণুর গন্ধ গণনা করার ক্ষমতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করেছে। তদুপরি, তারা যেভাবে এই গণনাগুলিকে উন্নত করেছিল তা আমাদের গন্ধের অনুভূতি কীভাবে কাজ করে সে সম্পর্কে নতুন অন্তর্দৃষ্টি দিয়েছে, কীভাবে আমাদের গন্ধের উপলব্ধিগুলি জীবন্ত জগতের রসায়নের সাথে মিলে যায় তার একটি লুকানো ক্রম প্রকাশ করে।

আপনি যখন আপনার সকালের কফির একটি ঝাঁকুনি শ্বাস নেন, তখন 800টি বিভিন্ন ধরণের অণু আপনার গন্ধ রিসেপ্টরগুলিতে ভ্রমণ করে। এই সমৃদ্ধ রাসায়নিক প্রতিকৃতির জটিলতা থেকে, আমাদের মস্তিষ্ক একটি সামগ্রিক উপলব্ধি সংশ্লেষিত করে: কফি। গবেষকরা এটিকে ব্যতিক্রমীভাবে কঠিন বলে মনে করেছেন, যদিও একটি একক অণুও আমাদের মানুষের মতো গন্ধ পাবে তা ভবিষ্যদ্বাণী করা। আমাদের নাক আমাদের চারপাশের বিশ্বের রাসায়নিক মেকআপ সনাক্ত করার জন্য 400 টি ভিন্ন রিসেপ্টর হোস্ট করে এবং আমরা কেবলমাত্র এই রিসেপ্টরগুলির কতগুলি একটি প্রদত্ত অণুর সাথে যোগাযোগ করতে পারে তা বুঝতে শুরু করেছি। কিন্তু সেই জ্ঞানের পরেও, এটা পরিষ্কার নয় যে কীভাবে গন্ধের সংমিশ্রণগুলি আমাদের সুগন্ধিগুলিকে মিষ্টি, কস্তুরী, ঘৃণ্য এবং আরও অনেক কিছুর উপলব্ধিগুলিকে ম্যাপ করে।

"অধিকাংশ অণুর গন্ধ কেমন হয় তার জন্য আপনাকে ভবিষ্যদ্বাণী দিতে পারে এমন কোনও স্পষ্ট মডেল ছিল না," বলেছেন পাবলো মায়ার, যিনি IBM রিসার্চে বায়োমেডিকাল অ্যানালিটিক্স এবং ঘ্রাণের মডেলিং অধ্যয়ন করেন এবং সাম্প্রতিক গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। মেয়ার আইকনিক স্ট্রাকচার-টু-সেন্ট সমস্যাটিকে আইবিএম-এর ফোকাস করার সিদ্ধান্ত নেন 2015 DREAM চ্যালেঞ্জ, একটি কম্পিউটিং ক্রাউডসোর্সিং প্রতিযোগিতা। দলগুলি এমন মডেল তৈরি করতে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করেছিল যা তার গঠন থেকে একটি অণুর গন্ধের পূর্বাভাস দিতে পারে।

তবে সেরা মডেলগুলিও সবকিছু ব্যাখ্যা করতে পারেনি। সমস্ত ডেটা জুড়ে পেপারড ছিল বিরক্তিকর, অনিয়মিত ক্ষেত্রে যা ভবিষ্যদ্বাণী প্রতিরোধ করে। কখনও কখনও, একটি অণুর রাসায়নিক কাঠামোতে ছোটখাট পরিবর্তনগুলি সম্পূর্ণ নতুন গন্ধ তৈরি করে। অন্য সময়, প্রধান কাঠামোগত পরিবর্তনগুলি সবেমাত্র গন্ধ পরিবর্তন করে।

গন্ধের জন্য একটি বিপাকীয় সংস্থা

এই অনিয়মিত কেসগুলি ব্যাখ্যা করার চেষ্টা করার জন্য, উইল্টসকো এবং তার দল সেই প্রয়োজনীয়তাগুলি বিবেচনা করেছিলেন যা বিবর্তন আমাদের ইন্দ্রিয়ের উপর আরোপ করতে পারে। উদ্দীপকের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ পরিসর সনাক্ত করতে প্রতিটি ইন্দ্রিয় লক্ষ লক্ষ বছর ধরে সুর করা হয়েছে। মানুষের দৃষ্টি এবং শ্রবণশক্তির জন্য, এটি 400-700 ন্যানোমিটারের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো এবং 20 থেকে 20,000 হার্টজের মধ্যে শব্দ তরঙ্গ। কিন্তু আমাদের নাক দ্বারা সনাক্ত করা রাসায়নিক বিশ্বকে কী নিয়ন্ত্রণ করে?

"একটি জিনিস যা বিবর্তনের সময় ধরে ধ্রুবক ছিল, অন্তত অনেক আগে থেকেই, তা হল প্রতিটি জীবন্ত জিনিসের ভিতরের মূল বিপাকীয় ইঞ্জিন," উইল্টসকো বলেছেন, যিনি সম্প্রতি গুগল রিসার্চ ছেড়ে একজন হয়ে উঠেছেন। উদ্যোক্তা-ইন-রেসিডেন্স Alphabet-এর ভেঞ্চার ক্যাপিটাল সাবসিডিয়ারি, GV-এ।

মেটাবলিজম বলতে রাসায়নিক বিক্রিয়ার সেট বোঝায় — ক্রেবস চক্র, গ্লাইকোলাইসিস, ইউরিয়া চক্র এবং অন্যান্য অনেক প্রক্রিয়া সহ — যেগুলি সেলুলার এনজাইম দ্বারা অনুঘটক হয় এবং যা কোষে একটি অণুকে অন্য অণুতে রূপান্তরিত করে। এই ভাল জীর্ণ প্রতিক্রিয়া পথগুলি আমাদের নাকের মধ্যে প্রাকৃতিকভাবে ঘটতে থাকা রাসায়নিকগুলির মধ্যে সম্পর্কের একটি মানচিত্র সংজ্ঞায়িত করে।

উইল্টসকোর অনুমানটি সহজ ছিল: সম্ভবত একই রকম গন্ধযুক্ত রাসায়নিকগুলি কেবল রাসায়নিকভাবে সম্পর্কিত নয়, জৈবিকভাবেও সম্পর্কিত।

ধারণাটি পরীক্ষা করার জন্য, তার দলের প্রকৃতিতে ঘটে যাওয়া বিপাকীয় প্রতিক্রিয়াগুলির একটি মানচিত্র প্রয়োজন। সৌভাগ্যবশত, বিপাকবিদ্যার ক্ষেত্রে বিজ্ঞানীরা ইতিমধ্যেই একটি বৃহৎ ডাটাবেস তৈরি করেছেন যা এই প্রাকৃতিক রাসায়নিক সম্পর্ক এবং এনজাইমগুলিকে প্ররোচিত করে। এই তথ্যের সাহায্যে, গবেষকরা দুটি গন্ধযুক্ত অণু বাছাই করতে পারে এবং গণনা করতে পারে যে একটিকে অন্যটিতে রূপান্তর করতে কতগুলি এনজাইমেটিক প্রতিক্রিয়া লাগবে।

তুলনা করার জন্য, তাদের একটি কম্পিউটার মডেলেরও প্রয়োজন ছিল যা বিভিন্ন গন্ধযুক্ত অণুগুলি মানুষের কাছে কীভাবে গন্ধ করে তা পরিমাপ করতে পারে। সেই লক্ষ্যে, উইল্টসকোর দল একটি নিউরাল নেটওয়ার্ক মডেলকে পরিমার্জন করছিল প্রধান গন্ধ মানচিত্র যা 2015 DREAM প্রতিযোগিতার ফলাফলের উপর নির্মিত। এই মানচিত্রটি 5,000 পয়েন্টের একটি মেঘের মতো, প্রতিটি একটি অণুর ঘ্রাণকে প্রতিনিধিত্ব করে। অণুগুলির বিন্দুগুলি যেগুলি একই ক্লাস্টারের গন্ধ পায় এবং যেগুলি খুব আলাদা গন্ধ পায় সেগুলি অনেক দূরে। কারণ ক্লাউড 3D-এর চেয়ে অনেক বেশি - এটি 256 মাত্রার তথ্য ধারণ করে - শুধুমাত্র উন্নত কম্পিউটিং সরঞ্জামগুলি এর কাঠামোর সাথে লড়াই করতে পারে।

গবেষকরা দুটি ডেটা উত্সের মধ্যে সংশ্লিষ্ট সম্পর্কগুলির সন্ধান করেছিলেন। তারা 50 জোড়া অণুর নমুনা নিল এবং দেখতে পেল যে বিপাক মানচিত্রের কাছাকাছি থাকা রাসায়নিকগুলিও ঘ্রাণ মানচিত্রের কাছাকাছি হতে থাকে, এমনকি তাদের গঠনগুলি খুব আলাদা হলেও।

উইল্টসকো পারস্পরিক সম্পর্ক দেখে অবাক হয়েছিলেন। ভবিষ্যদ্বাণীগুলি এখনও নিখুঁত ছিল না, তবে তারা কেবল রাসায়নিক কাঠামোর সাথে অর্জন করা আগের মডেলের চেয়ে ভাল ছিল, তিনি বলেছিলেন।

"এটি মোটেই ঘটতে হবে না," তিনি বলেছিলেন। "দুটি অণু যা জৈবিকভাবে একই রকম, একটি এনজাইম ক্যাটালাইসিসের মতো দূরে, তারা গোলাপ এবং পচা ডিমের মতো গন্ধ পেতে পারে।" কিন্তু তারা তা করেনি। "এবং এটি আমার কাছে পাগল। এটা আমার কাছে সুন্দর।"

গবেষকরা আরও দেখেছেন যে অণুগুলি যেগুলি সাধারণত প্রকৃতিতে একত্রিত হয় - উদাহরণস্বরূপ, একটি কমলার বিভিন্ন রাসায়নিক উপাদান - প্রাকৃতিক সংযোগ ছাড়াই অণুগুলির চেয়ে বেশি গন্ধ পায়।

রাসায়নিকভাবে প্রকৃতির সাথে সংযুক্ত

ফলাফল "স্বজ্ঞাত এবং মার্জিত," বলেন রবার্ট দত্ত, হার্ভার্ড মেডিকেল স্কুলের একজন নিউরোবায়োলজিস্ট এবং উইল্টসকোর প্রাক্তন ডক্টরাল উপদেষ্টা, যিনি সাম্প্রতিক গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। "এটা অনেকটা ঘ্রাণতন্ত্রের মতো বিভিন্ন [রাসায়নিক] কাকতালীয় ঘটনা সনাক্ত করার জন্য তৈরি করা হয়েছে," তিনি বলেছিলেন। "সুতরাং মেটাবলিজম সম্ভব এমন কাকতালীয় ঘটনাগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে।" এটি ইঙ্গিত দেয় যে একটি অণুর রাসায়নিক গঠন ছাড়াও আরেকটি বৈশিষ্ট্য রয়েছে যা আমাদের নাকের জন্য গুরুত্বপূর্ণ - বিপাকীয় প্রক্রিয়া যা প্রাকৃতিক বিশ্বে অণু তৈরি করে।

"ঘ্রাণতন্ত্রটি মহাবিশ্বের জন্য সুর করা হয়েছে, যা এই অণুর কাঠামো। এবং কিভাবে এই অণুগুলি তৈরি করা হয় তার অংশ, "মেয়ার বলেছিলেন। তিনি সুগন্ধের শ্রেণীকরণ পরিমার্জিত করার জন্য বিপাক ব্যবহার করার ধারণার চতুরতার প্রশংসা করেছিলেন। যদিও বিপাক-ভিত্তিক মানচিত্র কাঠামোগত মডেলগুলিতে ব্যাপকভাবে উন্নতি করে না, যেহেতু একটি অণুর বিপাকীয় উত্স ইতিমধ্যেই এর গঠনের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত, "এটি কিছু অতিরিক্ত তথ্য নিয়ে আসে," তিনি বলেছিলেন।

ঘ্রাণজনিত নিউরোসায়েন্সের পরবর্তী সীমান্তে পৃথক অণুর পরিবর্তে মিশ্রণের গন্ধ জড়িত হবে, মেয়ার ভবিষ্যদ্বাণী করেছেন। বাস্তব জীবনে, আমরা খুব কমই একবারে মাত্র একটি রাসায়নিক শ্বাস নিই; আপনার কফি মগ থেকে শত শত wafting মনে করুন. এই মুহুর্তে, সাম্প্রতিক গবেষণায় ব্যবহৃত বিশুদ্ধ রাসায়নিকগুলির জন্য একটি মডেল তৈরি করার জন্য বিজ্ঞানীদের কাছে গন্ধযুক্ত মিশ্রণের পর্যাপ্ত ডেটা নেই। আমাদের গন্ধের অনুভূতিকে সত্যিকার অর্থে বোঝার জন্য, আমাদের পরীক্ষা করতে হবে কীভাবে রাসায়নিকের নক্ষত্রপুঞ্জগুলি উইল্টসকোর পারফিউমের বোতলগুলির মতো জটিল গন্ধ তৈরি করতে মিথস্ক্রিয়া করে।

এই প্রকল্পটি ইতিমধ্যেই পরিবর্তন করেছে যে কীভাবে উইল্টসকো তার আজীবন আবেগ সম্পর্কে ভাবেন। যখন আপনি একটি গন্ধ অনুভব করেন, "আপনি অন্য জীবন্ত জিনিসের অংশ উপলব্ধি করছেন," তিনি বলেছিলেন। “আমি শুধু মনে করি যে সত্যিই সুন্দর. আমি এইভাবে জীবনের সাথে আরও সংযুক্ত বোধ করি।"

সম্পাদকের দ্রষ্টব্য: প্লাস্টিসিটি অ্যান্ড দ্য এজিং ব্রেন এবং এসএফআরআই-এর সিমন্স কোলাবোরেশন এবং এসএফআরআই-এর একজন তদন্তকারী দত্ত, সিমন্স ফাউন্ডেশন থেকে তহবিল পান, যা এই সম্পাদকীয়ভাবে স্বাধীন পত্রিকাটিকেও স্পনসর করে।