Bionieuws

Plant & Dier

Fruitvliegen zoeken beter dan Google

Een fruitvlieg heeft weinig moeite met het vinden van een stukje banaan. Foto: Sanjay Acharya.

Het algoritme van online zoekmachines is te verbeteren, door het zoekproces waarmee fruitvliegen geuren herkennen na te bootsen. Dat demonstreert een groepje neurobiologen en informatici uit Californië 9 november in Science. Hun nieuw ontwikkelde fruitvlieg-algoritme is effectiever in het verkrijgen van nauwkeurige zoekresultaten en kan volgens de onderzoekers op termijn gangbare zoekalgoritmen mogelijk vervangen.

Geurervaring
Websites en mobiele apps doen continu zoekopdrachten om vergelijkbare dingen bij elkaar te zoeken. Zo plaatst Google advertenties die overeenkomen met eerdere zoekopdrachten en doet YouTube suggesties voor muziek die lijkt op eerder afgespeelde muziek. Hierachter schuilt complexe software die grote hoeveelheden data vergelijkt. In de hersenen van fruitvliegen (Drosophila melanogaster) zorgt een vergelijkbaar zoek proces voor het herkennen van geuren. Hierbij verwerken ze grote hoeveelheden informatie tijdens de zoektocht naar geuren die lijken op eerdere geurervaringen.

Voor het herkennen van
geuren gebruiken fruit-
vlieghersenen een elegant
zoeksysteem

‘Het geurprofiel van fruit verandert geleidelijk in het rottingsproces’, legt Bregje Wertheim uit, evolutiebioloog aan de Rijksuniversiteit Groningen en niet betrokken bij de studie. ‘Moedervliegen zoeken naar fruit in een goed stadium voor de eileg. Als ze eenmaal een broedplaats heeft gevonden in bijvoorbeeld overrijpe kersen, kan ze hier een voorkeur voor ontwikkelen, om vervolgens gericht te zoeken naar kersengeur.’
Voor het herkennen van geuren gebruiken fruitvlieghersenen een elegant zoeksysteem. Een geur activeert een aantal van de vijftig beschikbare neuronen. Deze vuren een unieke combinatie af naar een grotere groep van tweeduizend neuronen. De input wordt dus uitgebreid, zodat het patroon voor de geur specifieker wordt. De hersenen slaan vervolgens het activiteitenpatroon van de 5 procent meest actieve neuronen op.

Groeperen
Volgens Saket Navlakha, laatste auteur van de publicatie, maakt de uitbreiding naar een grotere groep neuronen het eenvoudiger om geuren te groeperen. ‘De huidige computertechnologie gebruikt een compressiemethode om informatie te vereenvoudigen. Dit kun je je voorstellen als een groep van honderd mensen die je in een kleine kamer propt, om ze vervolgens te groeperen. Maar het is veel handiger om de honderd mensen te verspreiden over bijvoorbeeld een voetbalveld, om ze daarna te groeperen. Deze expansie maakt het eenvoudiger, en dit is precies wat fruitvliegen doen.’

Toelichtingsfilmpje Salk Institute

Met deze bevindingen maakten Navlakha en zijn collega’s een nieuw omputeralgoritme. In vergelijking met andere, gangbare zoekalgoritmen, bleek dit fruitvlieg-algoritme veel effectiever om nauwkeurige zoekresultaten te krijgen. ‘Het neurobiologische systeem van fruitvliegen kan zoekalgoritmen mogelijk gaan verbeteren,’ vertelt Navlakha. ‘Ons algoritme moet nog verder getest worden op grotere datasets, maar mogelijk verschijnt het in de nabije toekomst bijvoorbeeld in onze smartphones.’

Biomimicry
Wertheim vertelt dat het imiteren van de natuur voor het oplossen van een complex menselijk probleem, zoals het fruitvliegalgoritme, ook wel biomimicry wordt genoemd. ‘De kennis over het fruitvliegsysteem is niet nieuw, maar de vertaling ervan naar een computerprobleem is innovatief. Er liggen nog veel kansen om te leren van de natuur, en om nieuwe technologie te ontwikkelen door goed te kijken naar de biologie.’

Dit bericht verscheen in Bionieuws 19 van 18 november 2017.