एलेक्स विल्टश्को ने किशोरावस्था में ही परफ्यूम इकट्ठा करना शुरू कर दिया था। उनकी पहली बोतल अज़ारो पोर होमे थी, एक कालातीत कोलोन जिसे उन्होंने टीजे मैक्सएक्स डिपार्टमेंट स्टोर में शेल्फ पर देखा था। उन्होंने से नाम पहचाना इत्र: मार्गदर्शक, एक किताब जिसकी सुगंध के काव्यात्मक वर्णन ने उसके जुनून को जन्म दिया था। मुग्ध होकर, उसने अपने भत्ते को अपने संग्रह में जोड़ने के लिए बचा लिया। "मैं खरगोश के छेद से बिल्कुल नीचे जा रहा था," उन्होंने कहा।
हाल ही में, Google अनुसंधान के लिए एक घ्राण तंत्रिका वैज्ञानिक के रूप में ब्रेन टीम, विल्ट्स्को ने हमारी सबसे प्राचीन और सबसे कम समझी जाने वाली समझ को विच्छेदित करने के लिए मशीन लर्निंग का इस्तेमाल किया। कभी-कभी वह अन्य इंद्रियों का अध्ययन करने वाले अपने सहयोगियों को लगभग उत्सुकता से देखता था। "उनके पास ये सुंदर बौद्धिक संरचनाएं हैं, ज्ञान के ये गिरजाघर हैं," उन्होंने कहा, जो दृश्य और श्रवण दुनिया की व्याख्या करते हैं, जो हम घ्राण के बारे में जानते हैं।
हालांकि, विल्ट्स्को और उनके सहयोगियों का हालिया काम इसे बदलने में मदद कर रहा है। में एक पेपर पहली बार जुलाई में biorxiv.org प्रीप्रिंट सर्वर पर पोस्ट किया गया, उन्होंने घ्राण विज्ञान में लंबे समय से चली आ रही चुनौती से निपटने के लिए मशीन लर्निंग का उपयोग करने का वर्णन किया। उनके निष्कर्षों ने इसकी संरचना से एक अणु की गंध की गणना करने के लिए शोधकर्ताओं की क्षमता में काफी सुधार किया। इसके अलावा, जिस तरह से उन्होंने उन गणनाओं में सुधार किया, उससे नई अंतर्दृष्टि मिली कि गंध की हमारी भावना कैसे काम करती है, एक छिपे हुए क्रम का खुलासा करती है कि कैसे गंध की हमारी धारणा जीवित दुनिया के रसायन विज्ञान से मेल खाती है।
जब आप अपनी सुबह की कॉफी की एक सांस लेते हैं, तो 800 विभिन्न प्रकार के अणु आपके गंध रिसेप्टर्स की यात्रा करते हैं। इस समृद्ध रासायनिक चित्र की जटिलता से, हमारा दिमाग एक समग्र धारणा को संश्लेषित करता है: कॉफी। हालांकि, शोधकर्ताओं ने यह अनुमान लगाना असाधारण रूप से कठिन पाया है कि एक अणु भी हम मनुष्यों की तरह क्या सूंघेगा। हमारी नाक हमारे आस-पास की दुनिया की रासायनिक संरचना का पता लगाने के लिए 400 विभिन्न रिसेप्टर्स की मेजबानी करती है, और हम केवल यह समझना शुरू कर रहे हैं कि उनमें से कितने रिसेप्टर्स किसी दिए गए अणु के साथ बातचीत कर सकते हैं। लेकिन उस ज्ञान के साथ भी, यह स्पष्ट नहीं है कि गंध इनपुट के संयोजन सुगंध के बारे में हमारी धारणाओं को मीठा, मांसल, घृणित और अधिक के रूप में कैसे मैप करते हैं।
"कोई स्पष्ट मॉडल नहीं था जो आपको भविष्यवाणी करेगा कि अधिकांश अणुओं की गंध कैसी होती है," ने कहा पाब्लो मेयर, जो आईबीएम रिसर्च में बायोमेडिकल एनालिटिक्स और घ्राण के मॉडलिंग का अध्ययन करता है और हाल के अध्ययन में शामिल नहीं था। मेयर ने आइकॉनिक स्ट्रक्चर-टू-सुगंध समस्या को आईबीएम का फोकस बनाने का फैसला किया 2015 ड्रीम चैलेंज, एक कंप्यूटिंग क्राउडसोर्सिंग प्रतियोगिता। टीमों ने ऐसे मॉडल बनाने के लिए प्रतिस्पर्धा की जो इसकी संरचना से अणु की गंध की भविष्यवाणी कर सकें।
लेकिन सबसे अच्छे मॉडल भी सब कुछ नहीं समझा सकते थे। पूरे डेटा में पेस्की, अनियमित मामले थे जो भविष्यवाणी का विरोध करते थे। कभी-कभी, अणु की रासायनिक संरचना में छोटे-छोटे बदलाव से एक बिल्कुल नई गंध आती है। दूसरी बार, बड़े संरचनात्मक परिवर्तनों ने गंध को मुश्किल से बदल दिया।
गंध के लिए एक चयापचय संगठन
इन अनियमित मामलों को समझाने की कोशिश करने के लिए, विल्ट्स्को और उनकी टीम ने उन आवश्यकताओं पर विचार किया जो विकास ने हमारी इंद्रियों पर लगाया होगा। उत्तेजनाओं की सबसे प्रमुख श्रेणी का पता लगाने के लिए प्रत्येक इंद्रिय को लाखों वर्षों में ट्यून किया गया है। मानव दृष्टि और श्रवण के लिए, यह 400-700 नैनोमीटर से तरंग दैर्ध्य का प्रकाश और 20 से 20,000 हर्ट्ज के बीच की ध्वनि तरंगें हैं। लेकिन हमारी नाक द्वारा खोजी गई रासायनिक दुनिया को क्या नियंत्रित करता है?
विल्टशको ने कहा, "एक चीज जो विकास के समय में निरंतर रही है, कम से कम बहुत पहले से, हर जीवित चीज के अंदर मुख्य चयापचय इंजन है," विल्ट्स्को ने कहा, जिन्होंने हाल ही में एक बनने के लिए Google अनुसंधान छोड़ दिया है। उद्यमी-निवास अल्फाबेट की वेंचर कैपिटल सब्सिडियरी जीवी में।
चयापचय रासायनिक प्रतिक्रियाओं के सेट को संदर्भित करता है - जिसमें क्रेब्स चक्र, ग्लाइकोलाइसिस, यूरिया चक्र और कई अन्य प्रक्रियाएं शामिल हैं - जो सेलुलर एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होती हैं और जो कोशिकाओं में एक अणु को दूसरे में परिवर्तित करती हैं। ये अच्छी तरह से पहने हुए प्रतिक्रिया मार्ग प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले रसायनों के बीच संबंधों के मानचित्र को परिभाषित करते हैं जो हमारी नाक में बहते हैं।
विल्ट्स्को की परिकल्पना सरल थी: शायद समान गंध वाले रसायन न केवल रासायनिक रूप से संबंधित हैं, बल्कि जैविक रूप से भी संबंधित हैं।
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, उनकी टीम को प्रकृति में होने वाली चयापचय प्रतिक्रियाओं के मानचित्र की आवश्यकता थी। सौभाग्य से, मेटाबोलामिक्स के क्षेत्र में वैज्ञानिकों ने पहले से ही एक बड़े डेटाबेस का निर्माण किया था जो इन प्राकृतिक रासायनिक संबंधों और एंजाइमों को रेखांकित करता है जो उन्हें उपजी करते हैं। इस डेटा के साथ, शोधकर्ता दो गंधयुक्त अणुओं को चुन सकते हैं और गणना कर सकते हैं कि एक को दूसरे में बदलने के लिए कितनी एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाएं होंगी।
तुलना के लिए, उन्हें एक कंप्यूटर मॉडल की भी आवश्यकता थी जो यह निर्धारित कर सके कि विभिन्न गंध वाले अणु मनुष्यों को कैसे सूंघते हैं। इसके लिए, विल्ट्स्को की टीम एक तंत्रिका नेटवर्क मॉडल को परिष्कृत कर रही थी जिसे कहा जाता था प्रमुख गंध नक्शा जो 2015 DREAM प्रतियोगिता के निष्कर्षों पर बनाया गया है। यह नक्शा 5,000 बिंदुओं के बादल की तरह है, प्रत्येक एक अणु की गंध का प्रतिनिधित्व करता है। अणुओं के बिंदु जो एक साथ समान समूह को सूंघते हैं, और जो बहुत भिन्न गंध करते हैं वे बहुत दूर हैं। क्योंकि क्लाउड 3D से कहीं अधिक है - इसमें सूचना के 256 आयाम हैं - केवल उन्नत कंप्यूटिंग टूल ही इसकी संरचना से जूझ सकते हैं।
शोधकर्ताओं ने दो डेटा स्रोतों के भीतर संबंधित संबंधों की तलाश की। उन्होंने 50 जोड़े अणुओं का नमूना लिया और पाया कि जो रसायन चयापचय मानचित्र पर करीब थे, वे गंध के नक्शे पर भी करीब थे, भले ही उनके पास बहुत अलग संरचनाएं हों।
विल्ट्स्को सहसंबंध से चकित था। उन्होंने कहा कि भविष्यवाणियां अभी भी सही नहीं थीं, लेकिन वे किसी भी पिछले मॉडल की तुलना में बेहतर थीं, जो अकेले रासायनिक संरचना के साथ हासिल की गई थी।
"ऐसा बिल्कुल नहीं होना था," उन्होंने कहा। "दो अणु जो जैविक रूप से समान हैं, जैसे एक एंजाइम उत्प्रेरण दूर है, वे गुलाब और सड़े हुए अंडे की तरह गंध कर सकते हैं।" लेकिन उन्होंने नहीं किया। "और वह मेरे लिए पागल है। यह मेरे लिए सुंदर है।"
शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि अणु जो आम तौर पर प्रकृति में एक साथ होते हैं - उदाहरण के लिए, एक नारंगी के विभिन्न रासायनिक घटक - एक प्राकृतिक संघ के बिना अणुओं की तुलना में अधिक समान गंध करते हैं।
प्रकृति के साथ रासायनिक रूप से जुड़े
निष्कर्ष "सहज और सुरुचिपूर्ण" हैं, ने कहा रॉबर्ट दत्ता, हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में एक न्यूरोबायोलॉजिस्ट और विल्ट्स्को के पूर्व डॉक्टरेट सलाहकार, जो हाल के अध्ययन में शामिल नहीं थे। "यह ऐसा है जैसे घ्राण प्रणाली विभिन्न [रासायनिक] संयोगों का पता लगाने के लिए बनाई गई है," उन्होंने कहा। "तो चयापचय उन संयोगों को नियंत्रित करता है जो संभव हैं।" यह इंगित करता है कि अणु की रासायनिक संरचना के अलावा एक और विशेषता है जो हमारी नाक के लिए मायने रखती है - प्राकृतिक दुनिया में अणु का उत्पादन करने वाली चयापचय प्रक्रिया।
"घ्राण प्रणाली को ब्रह्मांड के लिए ट्यून किया जाता है, जो अणुओं की ये संरचनाएं हैं। और ये अणु कैसे बनते हैं, यह उसी का हिस्सा है, ”मेयर ने कहा। उन्होंने सुगंध के वर्गीकरण को परिष्कृत करने के लिए चयापचय का उपयोग करने के विचार की चतुराई की प्रशंसा की। यद्यपि चयापचय-आधारित मानचित्र संरचनात्मक मॉडल पर अत्यधिक सुधार नहीं करता है, क्योंकि एक अणु की चयापचय उत्पत्ति पहले से ही इसकी संरचना से निकटता से संबंधित है, "यह कुछ अतिरिक्त जानकारी लाता है," उन्होंने कहा।
घ्राण तंत्रिका विज्ञान की अगली सीमा में व्यक्तिगत अणुओं के बजाय मिश्रण की गंध शामिल होगी, मेयर भविष्यवाणी करता है। वास्तविक जीवन में, हम बहुत कम ही एक समय में केवल एक रसायन को अंदर लेते हैं; अपने कॉफी मग से सैकड़ों प्रतीक्षा के बारे में सोचें। अभी, वैज्ञानिकों के पास हाल के अध्ययन में इस्तेमाल किए गए शुद्ध रसायनों के लिए एक जैसा मॉडल बनाने के लिए गंध मिश्रण पर पर्याप्त डेटा नहीं है। गंध की हमारी भावना को वास्तव में समझने के लिए, हमें यह जांचना होगा कि कैसे रसायनों के नक्षत्र विल्ट्स्को की इत्र की बोतलों की तरह जटिल गंध बनाने के लिए बातचीत करते हैं।
यह परियोजना पहले ही बदल चुकी है कि विल्टशको अपने आजीवन जुनून के बारे में कैसे सोचता है। जब आप एक गंध का अनुभव करते हैं, "आप किसी अन्य जीवित चीज़ के कुछ हिस्सों को महसूस कर रहे हैं," उन्होंने कहा। "मुझे लगता है कि यह वास्तव में सुंदर है। मैं इस तरह जीवन से अधिक जुड़ा हुआ महसूस करता हूं।"
संपादक का नोट: प्लास्टिसिटी और एजिंग ब्रेन और एसएफएआरआई पर सिमंस सहयोग के एक अन्वेषक दत्ता को सिमंस फाउंडेशन से धन प्राप्त होता है, जो इस संपादकीय रूप से स्वतंत्र पत्रिका को प्रायोजित करता है।
