Российские ученые создали цифровой двойник вкусовой системы человека

Исследователи из МФТИ и ННГУ имени Лобачевского разработали первую в мире цифровую модель вкусовой системы человека. Эта компьютерная симуляция воспроизводит работу вкусовых рецепторов от момента контакта вещества с языком до формирования в мозге уникального «нейронного отпечатка». Разработка предназначена не для замены реального вкусового восприятия, а для изучения механизмов его нарушения при вирусных инфекциях и неврологических заболеваниях. Результаты исследования опубликованы в журнале Brain Sciences.  

Проблема потери вкуса стала особенно актуальной во время пандемии COVID-19. По данным МФТИ, более 15 миллионов человек по всему миру потеряли вкус и обоняние. У некоторых восстановление происходило через несколько недель, у других же привычные вкусы продолжают восприниматься искаженно — сладкое кажется горьким, привычные блюда вызывают отторжение.

Чтобы разобраться в этом явлении, ученые создали многоуровневую цифровую модель, которая отслеживает весь путь вкуса: от контакта продукта с языком до формирования в мозге паттерна нервных импульсов, характерного для каждого вкуса.

На первом уровне моделируются четыре типа вкусовых клеток — для сладкого, горького, соленого и кислого. Пятый вкус — умами — в эксперименте не учитывался из-за биохимического сходства с другими вкусами. Такой подход позволил сосредоточиться на принципиальных различиях между основными категориями вкуса.

«Когда виртуальное вещество подается на модель с заданной концентрацией, рецепторы активируются, мембрана клетки изменяет электрический потенциал, формируется короткий импульс, который преобразуется в бинарный код и передается далее по нейронной сети», — объясняет ведущий научный сотрудник лаборатории когнитивного моделирования и нейроробототехники МФТИ Сергей Стасенко.

Модель уже прошла обучение на двух задачах: оценка приятности вкуса и различение чистых и смешанных вкусов. Исследователи планируют расширить систему, добавив обоняние, функции тормозных нейронов и обратные связи, чтобы точнее воспроизводить внутриклеточную сигнализацию и комплексное восприятие вкуса.

Читайте также: