Andrei Mershin est toujours en colère contre les chiens. «Eh bien, en fait, je les aime», explique un scientifique gréco-russe dans son confortable bureau du Massachusetts Institute (MIT). "Mais ils me font juste."
Il inclut une vidéo pour montrer de quoi il parle. Dans ce document, un épagneul noir et blanc nommé Lucy monte jusqu'à six verres d'urine humaine. Le chien les renifle, parfois - brièvement, parfois - un peu plus longtemps, essayant évidemment de comprendre quelque chose. En fait, elle fait un diagnostic. Recherche l'odeur de contrôle indiquant un cancer de la prostate. Il s'avère que ce cancer donne une note caractéristique à l'urine masculine. Tout à fait notable - au moins pour le chien. Quand Lucy trouve un verre d'un patient atteint de cancer, elle s'assoit en face de lui et reçoit une friandise de ses entraîneurs.
Parmi les personnes - qui ont volé vers la lune, reçu une photo d'un trou noir et créé des voitures avec des pilotes automatiques - la définition du cancer de la prostate est toujours considérée comme une tâche très difficile. Fondamentalement, l'humanité essaie de tester le sang du patient pour des niveaux élevés de protéines spécifiques (PSA). Mais le succès de cette leçon est extrêmement douteux. Le scientifique qui a découvert le PSA pour la première fois a qualifié le test de "un peu plus réussi que de lancer une pièce de monnaie". Un faux positif peut conduire à une biopsie de la prostate, une procédure extrêmement désagréable dans laquelle une grande canule est insérée à travers la paroi du rectum pour extraire des échantillons de tissus.
D'un autre côté, des chiens correctement entraînés peuvent détecter le cancer de la prostate avec une précision de plus de 90%, et pour eux, ce n'est pas du tout un problème. Lucy traite six échantillons en moins de deux minutes. Andrei Mershin ne peut pas accepter cela:
Nous avons plus de 100 millions de dollars d'équipement au fond. Et le chien me bat-il? Ça me fait juste chier.
Mershin n'est pas médecin. Il est physicien de formation. Il dirige le laboratoire Label Free Research Group, effaçant les frontières entre la physique, la biologie et l'informatique. Le bureau de Mershin possède une paire de lunettes pouvant mesurer les ondes cérébrales, des magazines d'aviation, des livres d'urologie et des livres de codage Python. Il refuse de porter les mêmes chaussettes et parle très vite avec un accent russe, changeant constamment de thème. Il est petit et dodu, avec un grand choc de cheveux blancs, qui rebondissent de temps en temps quand il est excité par quelque chose.
Le laboratoire de Mershin, avec son équipement de 100 millions de dollars, est situé à quelques étages sous son bureau du MIT. Dans une pièce, les chercheurs tentent d'inventer de nouvelles couleurs. Dans un autre, créer les matériaux les plus légers et les plus durables de la planète. Mais son projet le plus intriguant est le développement de l'AO (au lieu de l'IA) - l'odeur artificielle. Autrement dit, ils essaient d'apprendre aux robots à flairer.
Le monde est déjà plein de machines qui peuvent voir, parler et même (primitivement) penser. Mais essayez d'en trouver un qui sent. Le problème est que l'odorat est encore sous-estimé par les gens eux-mêmes. La plupart des créatures sur notre planète sont guidées à bien des égards par l'odeur, mais nous ne sommes pas l'une de ces créatures. Emmanuel Kant, par exemple, a déclaré que l'odorat est «le plus inutile» de nos cinq sens de base. Dans une enquête de 2011, 53% des personnes âgées de 16 à 22 ans ont déclaré qu'elles préféreraient renoncer à leur odorat plutôt qu'un smartphone ou un ordinateur.
Mais ces dernières années, il est devenu de plus en plus évident que l'odeur, si vous avez un nez adapté à sa perception, peut être une véritable superpuissance. Pendant des milliers d'années, les gens ont utilisé des chiens pour traquer les animaux, puis pour trouver des drogues et des bombes. Et ce n'est qu'au début des années 2000 que nous avons commencé à deviner qu'en réalité, il pourrait y avoir beaucoup plus d'applications pour un bon nez. Tout a commencé lorsque les chercheurs ont soudainement réalisé que nos animaux de compagnie pouvaient sentir les premiers signes de mélanome. Il y a suffisamment de nouvelles dans les nouvelles sur la façon dont tel ou tel chien a sauvé sa maîtresse en commençant à pleurnicher et à lui fourrer la poitrine. Une des collègues de recherche de Mershin, Claire Guest, elle-même a été sauvée quand, en 2009, son chien Daisy a soudainement commencé à pousser constamment son nez sous sa poitrine, et Claire a décidé de consulter le médecin au cas où.
Au final, il s'est avéré qu'il existe 10 types de cancer avec une odeur particulièrement forte. Les plus notables sont le cancer du sein, du poumon, de l'ovaire, de la prostate et du côlon. Il s'est également avéré que les chiens par l'odeur déterminent l'heure de la journée, le mouvement de l'air dans la pièce. Ils peuvent ressentir l'approche d'un épisode diabétique en quelques heures, comprendre l'état émotionnel d'une personne sans aucun indice visuel. Et non seulement les chiens, chats et autres animaux possèdent également de telles «capacités supranormales». Et grâce à une infirmière écossaise au nez très pompé, les scientifiques ont récemment appris que les personnes atteintes de la maladie de Parkinson commencent à émettre une «odeur boisée et musquée» caractéristique - des années avant que les premiers symptômes ne se manifestent.
Tout cela au final n'est pas tant obtenu sur les chiens que sur le monde qui nous entoure. Le monde que nous connaissons encore si peu. Les événements, les maladies et même les états mentaux s'avèrent laisser une marque caractéristique dans l'air. Qui n'a qu'à apprendre à se distinguer. Il s'avère que l'odeur est souvent le meilleur moyen de trouver et de distinguer certaines choses. Et la méthode suivante est à son tour soit trop chère (chromatographie / spectrométrie), douloureuse (biopsie) ou presque irréaliste (lecture des pensées).
Imaginez une voiture (capteurs + IA) capable de capturer et de détecter des arômes plusieurs fois mieux qu'un chien. Au minimum, chaque hôpital le voudra. Chaque entreprise de parfum. Idéalement, si les prix baissent - chaque personne de plus de 45 ans qui est à risque de plusieurs maladies. Et même plus loin, avec le développement de la technologie, qui sait, peut-être que nous allons même apprendre à identifier un violeur sexuel ou une personne qui a décidé de tuer par l'odorat dans une foule.
Malheureusement, nous n'avons pas développé de robots capables de sentir, car l'odorat reste un grand mystère biologique. Les scientifiques tentent toujours de comprendre comment nous ressentons tous ces composés volatils, comment nous séparons une molécule d'une autre et comment notre cerveau est capable de classer toutes ces informations si rapidement. «Il y a plus de questions que de réponses dans ce domaine», se plaint Hiroaki Matsunami, chercheur à l'Université Duke.
Andrei Mershin, cependant, estime que nous n'avons pas besoin d'une compréhension approfondie de l'odeur des mammifères pour construire un nez artificiel. Il fait valoir que tout sera exactement le contraire. Pour comprendre le fonctionnement du nez, il faut d'abord le créer! Avec son brillant professeur, Shuguan Zhang, Andrei Mershin a développé un appareil dont même ses principaux rivaux, les chiens, peuvent apprendre quelque chose.
Théorie des odeurs
En mai 1914, Alexander Graham Bell se tourna vers les diplômés d'une école de Washington. L'inventeur du téléphone, âgé de 67 ans, était une personne plutôt inhabituelle, et ses performances étaient également différentes de la norme «adieu adulte». Au lieu de cela, il a donné aux étudiants une série de questions, a suggéré des domaines de recherche qui pourraient porter leurs fruits si l'un des jeunes abordait sérieusement cette question. L'une de ses questions était «Puis-je sentir?»:
Qu'est-ce que l'arôme? S'agit-il de l'émission de particules physiques dans l'air, ou s'agit-il d'une forme de vibration, comme le son? S'il s'agit d'un rayonnement, vous devriez pouvoir le peser, et s'il s'agit d'une vibration, vous pouvez essayer de le réfléchir depuis le miroir. Si vous avez l'ambition de découvrir un nouveau domaine scientifique, essayez de mesurer les odeurs.
Plus d'un siècle s'est écoulé, mais personne n'a résolu cette énigme de Bell. Et il y a toujours un débat pour savoir si l'odeur est une vibration ou une réaction chimique entre les particules. (La théorie des vibrations est beaucoup plus controversée, mais personne ne comprend si bien le sens de l'odorat qu'il peut être complètement éliminé). En fait, ce n'est que récemment, en 1991, que les scientifiques ont pu étudier les facteurs génétiques et physiologiques de base de la perception des odeurs chez les mammifères.
Ensuite, les biologistes Linda Buck et Richard Axel ont publié leurs travaux sur 1000 gènes qui sont responsables d'environ mille récepteurs olfactifs chez la souris. Il s'est avéré que tous sont situés dans l'épithélium au sommet de la cavité nasale, exactement à l'endroit où le crâne commence. Lorsque nous respirons profondément, les molécules passent par ces récepteurs et ceux qui sont excités envoient un signal à notre cerveau. Mais même cela, selon les scientifiques, ne montre que comment commence la perception de (certaines) odeurs. Et comment l'interaction avec les récepteurs se produit n'est pas non plus tout à fait claire.
De plus, le nombre de récepteurs découverts a créé un problème mathématique. Les humains possèdent environ 400 de ces récepteurs olfactifs, 2,5 fois moins que les souris. Mais nous pouvons sentir environ 10 000 odeurs différentes. Comment est-ce?
Buck et Axel avancent la théorie selon laquelle l'odorat est une question de combinaisons. Chaque récepteur est uniquement responsable de la capture de certaines molécules, et nous sentons une odeur caractéristique lorsque plusieurs récepteurs différents «s'allument» en même temps. Le chercheur John Kayer compare cette théorie à la pratique du piano:
Le piano n'a que 88 touches. Si chaque touche était responsable d'une odeur, vous ne pouviez ressentir que 88 odeurs différentes. Ce n'est évidemment pas le cas. Mais si les odeurs sont comme des accords, les mathématiques commencent à prendre forme.
Buck et Axel ont reçu le prix Nobel en 2004 pour leur travail. Maintenant, Mershin et d'autres scientifiques suivent leurs traces: ils ont pris pour postulat que l'odeur n'est qu'une liste de molécules que la peau de notre nez enregistre et transmet à notre cerveau. Si vous voulez comprendre l'odeur de l'ail, il vous suffit de démonter ses composants chimiques. Et quelque part dans ces molécules, dans leur ensemble spécifique, l'histoire de cette odeur est expliquée.
Immersion dans le monde des arômes. Premier odomètre
Peu de temps s'est écoulé après la publication d'Axel et Buck, car un travail sérieux a commencé sur la création d'un nez artificiel. La DARPA , responsable du développement de nouvelles technologies pour l'armée américaine, a alloué 25 millions de dollars au projet en 1997. Elle voulait remplacer les chiens en matière de fouille des mines. Le programme s'appelait «Dog Nose». L'agence a financé des équipes de scientifiques à travers le pays pour construire des machines à renifler et les amener sur le terrain dans le Missouri pour les tests. La terre était parsemée de tous les types de mines possibles, des petits dispositifs de fragmentation visant à vaincre une personne aux unités lourdes conçues pour saper un char.
Bien sûr, marcher sur les mines était sûr, elles étaient neutralisées. Mais néanmoins, une charge est restée en eux (après tout, ils auraient dû être trouvés par l'odeur), et donc ils pourraient exploser - disons, si la foudre les frappait. Selon John Kayer, qui était l'un des participants à ce programme, ils ont dû évacuer dès qu'ils ont vu des signes d'un orage qui approchait.
Pour les tests, Kayer a construit un appareil gris de la taille d'une boîte à chaussures. Il l'a appelé ScenTrak (maintenant sa version améliorée, soit dit en passant, est vendue en ligne). Il n'y avait aucun vrai récepteur dedans. Au lieu de cela, il était rempli de longues chaînes de molécules (polymères) dont Kayer savait qu'il réagirait au DNT, la molécule qui se trouve dans la plupart des mines. S'il y avait un explosif près de ScenTrak, le DNT était attaché aux polymères et ils ont envoyé un signal. La boîte a commencé à crier "Mina!".
Eh bien, c'est ainsi que cela a fonctionné dans des conditions idéales. En laboratoire, la machine ressentait parfaitement "l'odeur" de la molécule DNT. Mais sur le terrain, avec de l'air frais, du vent et de la poussière, son appareil a mal fonctionné. Les polymères ont réagi à tout - le DNT, la météo, les plantes, certains types de sols.
ScentrackD'autres appareils participant au concours (l'un appelé Fido, l'autre Cyranose) fonctionnaient sur le même principe. Tous utilisaient des polymères sensibles à certaines substances. Et tous avaient de sérieuses limitations, ils ne travaillaient que dans des conditions strictement définies. (Le plus réussi, en passant, était Fido , qui est maintenant utilisé aux points de contrôle pour détecter des explosifs à très courte distance).
Tout cela, cependant, pourrait difficilement être qualifié d'odorat - tout comme on ne peut pas dire que le détecteur de monoxyde de carbone, qui comprend une alarme, «sent la fumée». De plus, pour une raison quelconque, tous ces capteurs fonctionnent très mal dans un environnement avec beaucoup d'odeurs, émettant constamment de faux signaux positifs, même s'il n'y a pas d'explosifs à proximité.
Maintenant, les scientifiques pensent que la raison en est dans la théorie trop primitive sur laquelle ces appareils ont été construits. L'idée du début des années 90 sur les molécules et les récepteurs calculés pour eux n'est, en fait, que la pointe de l'iceberg. Il s'avère que parfois des molécules de forme identique ont une odeur complètement différente. Et parfois, des substances, dont les molécules ne ressemblent à rien, nous sentent pareil. En d'autres termes, la forme et la composition des molécules ne déterminent pas toujours l'arôme.
Maintenant, la théorie a été complétée, rendue encore plus difficile (et elle n'est toujours pas bien comprise). Bref, chaque récepteur « aime » plus certaines molécules, mais est capable de capturer presque tout. De nouvelles combinaisons de molécules assemblées se forment constamment dans notre nez, et cette combinaison de données de tous nos récepteurs détermine la façon dont nous sentons. Le piano n'a pas seulement 88 touches avec accords, il a aussi des pédales et des haut-parleurs. Le Dr Zhang dit:
Vous pouvez frapper chacune des touches de l'accord avec des forces différentes. Faiblement, vous obtenez un son, plus puissant - un autre.
En général, la théorie de l'odorat s'est avérée si complexe que même les gens ont peu envie de s'y attaquer. Il est toujours possible de déterminer une molécule, mais d'en ressentir un ensemble spécifique, et même avec l'intensité souhaitée, et même si cette intensité doit être différente pour chaque molécule ... Brr. Non merci
Dr. Zhang
Mershin et Zhang forment un couple étrange mais harmonieux. Mershin va rarement deux fois de la même façon. Lorsque nous nous sommes perdus en allant de la cafétéria du MIT à son bureau, il a admis que cela lui arrivait régulièrement. De plus, il est perdu "dans ses pensées aussi, non seulement géographiquement, mais aussi intellectuellement". Selon ses propres mots, il est dyslexique, synesthésique, daltonien au rose et au gris, il ne se souvient pas du visage, il a un trouble déficitaire de l'attention. Parfois, il oublie l'adresse de sa maison. Il est également très curieux et très attiré par toute nouvelle connaissance.
Une fois, afin de comprendre la signification des arômes, il a développé un jeu pour ses enfants dans lequel ils devaient tremper une boule de coton avec des parfums, se bander les yeux, puis essayer de le trouver. En plus des odeurs, il est maintenant occupé à construire des maisons en Namibie à partir de champignons et des moyens d'éliminer les métaux lourds de l'eau. "Je ne peux rien faire. Mais j'aime travailler avec des gens qui sont très concentrés sur leur objectif et qui ont appris à faire quelque chose de mieux que quiconque dans le monde. »
Zhang est une telle personne. Si Mershin est constamment animée, Zhang est toujours calme et concentré. Il croit que pour réaliser quelque chose, il faut approfondir un projet, une question. Il étudie l'odorat depuis 2003, essayant de comprendre les récepteurs et leur travail. Des décennies se sont écoulées depuis la publication de Buck et Axel, mais jusqu'à présent, personne n'a même pu les regarder - que ce soit au microscope ou par cristallographie aux rayons X. C'est l'une des raisons pour lesquelles l'odorat reste un tel mystère. Nous ne pouvons pas voir au niveau le plus primitif ce que font exactement ces récepteurs. Se lient-ils aux molécules? Comment? Des facteurs tels que l'humidité de l'air ou d'autres substances affectent-ils leur travail? Personne ne le sait.
Zhang a passé de nombreuses années à développer une méthode pour voir le récepteur. D'après ce qu'il sait, ce sont des protéines membranaires avec une structure très complexe. Chacun est comme un long fil enroulé et traversant une membrane qui sépare la cellule du monde extérieur. Si ce schéma complexe est légèrement modifié, le récepteur ne fonctionnera pas. Même si vous inclinez ou retournez une telle protéine réceptrice, elle refusera de remplir sa fonction.
Environ la moitié du récepteur est à l'extérieur de la cellule, prête à accepter de nouvelles molécules. Quand il s'y tient, il change de forme et la cellule envoie un signal au cerveau.
Pour comprendre quelques-uns de ces faits et connaître la structure exacte du récepteur, Zhang a travaillé depuis 2003. Mais jusqu'à présent, il n'en a pas vu de ses propres yeux: ils réagissent trop négativement à tout environnement extérieur. Et ils sont trop petits.
Mais le travail de Shuguang Zhang n'a pas été vain. Lorsque la DARPA a lancé un nouveau projet en 2007, RealNose, pour rechercher l'odeur d'explosifs improvisés en Irak et en Afghanistan. Cette fois, les polymères et autres médicaments artificiels qui imitent le travail des récepteurs n'étaient pas bons. Les conditions étaient trop dures et il y avait trop d'odeurs. Les scientifiques ont dû construire un appareil basé sur le vieux bon odorat des mammifères.
Zhang voulait vraiment obtenir une telle subvention. - , . , . « , DARPA, – ». , ? , , . « , !»
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Naturellement, comme pour toute nouvelle technologie, des questions se posent quant à son application. Combien d'informations sur vos odeurs corporelles contrôlerez-vous? Les entreprises ne l'échangeront-elles pas en le transférant aux hôpitaux, aux assureurs, aux agences de rencontres? Les hommes utiliseront-ils le Nano-Nose pour vérifier l'ovulation chez les filles, les femmes l'allumeront-elles pour voir celles qui ne se sont pas lavées depuis trois jours? Les gens renifleront-ils les passagers assis à côté d'eux dans le bus? Cela ne deviendra-t-il pas la norme - avec une nouvelle connaissance, permettre au partenaire de se «renifler» pour un signe de maladie (en particulier les maladies sexuellement transmissibles)?
Andrei Mershin ne s'en inquiète pas. Au lieu de cela, il, constamment avide de nouvelles expériences, est plus effrayé par le monde dans lequel les appareils développent et envoient des arômes spécialement pour vous. «Je soutiens toute technologie qui vous renifle. Mais je serais très prudent avec les technologies qui veulent que vous les renifliez. » «Ne laissez pas les appareils se boucher la tête avec des arômes. Une très mauvaise idée. " En d'autres termes, laissez le smartphone être votre chien et vous - son propriétaire. Et pas l'inverse.
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