昆虫启发的稀疏编码实现快速学习，避免灾难性遗忘。果蝇并非天赋异禀，您可能在阳台桌上放置太久的酒杯里拜倒过不少只蝇。尽管如此，工作于约14万个神经元——脑袋比罂粟种子还小的果蝇（学名Drosophila），仍能在片刻之间排序大量气味，并长期保留这些气味的记忆。在这方面，他们比当前的“电子鼻”做得更好。即便是市面上最先进的电子鼻，也往往价格昂贵，检测范围极窄，学习新气味后便会迅速遗忘旧气味。既然如此，何不直接复制果蝇的脑袋呢？这正是越来越多研究人员在询问的问题——包括Okinawa Institute of Science and Technology的Kevin Max和Yang Shen，他们的新算法Spi-Fly已在最近发表于Neuromorphic Computing and Engineering期刊的论文中描述。嗅觉是一种古怪的感官，从机械学角度看。视觉和听觉都可以归结为单一的物理维度——波长——可以在图表上绘制，这使其相对整洁地可研究。相比之下，气味分子无法归结为任何单一的物理维度。生物学必须找到更混乱的解决方案：成百上千种不同的受体蛋白，每种受体蛋白的结构都针对特定的分子特征，发挥组合化学信号，大脑 then 必须解码。这种系统的组合复杂度至今仍未被完全理解，直到1991年，Linda Buck和Richard Axel才甚至认识了负责气味受体基因家族的受体基因，这项工作为他们于2004年获得诺贝尔奖。尽管我们对嗅觉的理解仍存在困难，"电子鼻"仍然在市面上销售。Alpha MOS、Aryballe和Odotech等公司出售它们用于食品质量控制、环境监测和安检筛查。这些鼻子最弱的地方在于泛化能力。一台针对检测变质橄榄油的软件设备，与一台在机场安检点标记特定炸药的设备并不相同。将一种设备重新用于新任务通常需要几乎从头重新训练其软件。背后隐藏的两个技术瓶颈。首先，这些系统在可靠区分不同气味之前，需要大量手工标注的示例。其次，教会它们识别新气味时，往往会扰乱它们已有的知识，这是研究人员称为"灾难性遗忘"的问题——电子版的等等学会骑自行车后忘记了如何游泳。气味条码果蝇——以及许多其他昆虫——不受此类困扰，尽管它们的大脑极小。它们是如何在有限的脑力量下区分气味并记住它们的？根据论文作者的说法，秘密在于一种称为稀疏编码的东西。把它想象成果蝇大脑为每种气味分配一条条码。它的嗅觉系统依赖约2000种特化细胞，称为Kenyon细胞，它们接收从果蝇嗅觉受体传递过来的稀疏、随机连接的信号。这些Kenyon细胞全部向单个中枢传递信号：前额对称后侧神经元（APL，实际上是一对对称结构，每个脑半球一个）。APL细胞通过强烈的全局抑制向每个Kenyon细胞发出冲击，几乎全部silencing。那些在这次镇压之后仍然活跃的细胞，就是Max和Shen称为该特定气味条码的细胞。Spi-Fly的故事始于传感器完成其工作之后——这里发生的全部是模拟，使用预先记录的传感器数据，而该算法本身与捕捉气味本身无关。在Max和Shen的研究中，传感器读数转化为冲刺序列，稀疏地随机投射到一个隐藏层，代表Kenyon细胞，神经元之间进行抑制，而不是依赖单一的类似APL的裁判。从那里，隐藏层conn...