Лось, собака-метис из Общества защиты животных Небраски, обучается работе по обнаружению запахов. Билл Коттон / CSU, CC BY-ND

Примечание редактора: поскольку COVID-19 продолжает распространяться по всему миру, ученые анализируют новые способы его отслеживания. Один многообещающий подход - дрессировка собак для обнаружения инфицированных нюхая образцы человеческой мочи или пота. Ученый-исследователь Глен Голден, который обучил собак и хорьков обнаруживать птичий грипп у птиц, объясняет, почему определенные животные хорошо подходят для вынюхивания болезней.

1. Какие виды склонны к болезням?

У некоторых животных сильно развито обоняние. К ним относятся грызуны; собаки и их дикие сородичи, такие как волки и койоты; и куньих - хищные млекопитающие, такие как ласки, выдры и хорьки. Мозг этих видов имеет в три или более раз больше функциональных нейронов обонятельных рецепторов - нервных клеток, которые реагируют на запахи - чем виды с менее острыми способностями обоняния, включая людей и других приматов.

Эти нейроны отвечают за обнаружение и идентификацию летучих обонятельных соединений, которые посылают значимые сигналы, такие как дым от костра или аромат свежего мяса. Вещество является летучим, если оно легко превращается из жидкости в газ при низких температурах, как ацетон, придающий жидкости для снятия лака фруктовый запах. После испарения он может быстро распространиться по воздуху.

Когда одно из этих животных улавливает значимый запах, химический сигнал переводится в сообщения и разносится по его мозгу. Сообщения поступают одновременно в обонятельную кору, которая отвечает за идентификацию, локализацию и запоминание запаха, а также в другие области мозга, ответственные за принятие решений и эмоции. Таким образом, эти животные могут обнаруживать многие химические сигналы на больших расстояниях и могут быстро и точно создавать о них мысленные ассоциации.

2. Как исследователи выбирают целевой аромат?

В большинстве исследований, в которых использовались собаки для выявления рака, собаки идентифицировали физические образцы, такие как кожа, моча или дыхание, от пациентов, у которых либо был диагностирован рак, либо у них был недиагностированный рак на ранней стадии. Ученые не знают, какой запах используют собаки и зависит ли он от типа рака.

Министерство сельского хозяйства США Национальный центр исследований дикой природы в Колорадо и Монелл Центр химических чувств в Пенсильвании обучили мышей обнаруживать птичий грипп в образцах фекалий инфицированных уток. Птичий грипп трудно обнаружить в диких стадах, и он может распространяться на людей, поэтому эта работа призвана помочь биологам в области дикой природы отслеживать вспышки.

Лаборатория Кимбалла в Монелле научила мышей получать вознаграждение за запах подтвержденного положительного образца от инфицированного животного. Например, мыши могли напиться воды, когда спускались по рукаву Y-образного лабиринта, содержащего фекалии утки, инфицированной вирусом птичьего гриппа.

Проведя химический анализ образцов фекалий, исследователи обнаружили, что концентрация летучих химических соединений в них изменилась, когда утка заразилась птичьим гриппом. Таким образом, они сделали вывод, что мыши распознали этот измененный профиль запаха.

{vembed Y = 0UxLt3yugUA}
Члены семейства куньих, такие как хорьки, барсуки и выдры, обладают очень развитым обонянием. Здесь росомаха нюхает замороженное мясо, закопанное глубоко в снегу.

Основываясь на этой работе, мы обучили хорьков и собак обнаруживать птичий грипп у домашних птиц, таких как дикие утки и домашние куры, в совместном исследовании, проведенном Государственным университетом Колорадо и Национальным исследовательским центром дикой природы, которое в настоящее время находится на рассмотрении для публикации.

Что касается хорьков, мы начали с того, что научили их предупреждать или сигнализировать об обнаружении целевого запаха, царапая коробку с высоким содержанием этих летучих соединений и игнорируя коробки с низким содержанием. Затем мы показали образцы фекалий хорьков как от инфицированных, так и от незараженных уток, и хорьки сразу же начали предупреждать о ящике, содержащем образец фекалий инфицированной утки.

Этот подход аналогичен способу обучения собак обнаруживать известные летучие запахи во взрывчатых веществах или запрещенных наркотиках. Иногда, однако, мы должны позволить животному-детектору определять профиль запаха, на который оно будет реагировать.

3. Можно ли обучить животных обнаруживать более одной цели?

Да. Чтобы избежать путаницы в отношении того, что обнаруживает дрессированное животное, мы можем научить его разной поведенческой реакции на каждый целевой запах.

Например, собаки в Министерстве сельского хозяйства США Программа обнаружения собачьих заболеваний Службы охраны дикой природы реагируют агрессивным предупреждением, например почесывают, когда они обнаруживают образец от утки, зараженной птичьим гриппом. Когда они обнаруживают образец от белохвостого оленя, зараженного прионом, вызывающим хроническая истощающая болезнь, они отвечают пассивным предупреждением, например садятся.

Исследования, проведенные в Обернском университете, показали, что собаки могут запоминать и реагировать на 72 запаха во время задания памяти запахов. Единственное ограничение - это количество способов, которыми собака может сообщать о различных запахах.

Знак уведомляет путешественников о пилотном исследовании в аэропорту Хельсинки, которое предлагает бесплатные тесты на коронавирус с использованием собак для обнаружения инфекций по запаху. Шоджа Лак / Getty Images

4. Какие факторы могут усложнить этот процесс?

Во-первых, любая организация, которая обучает животных обнаруживать болезни, нуждается в соответствующей лаборатории и оборудовании. В зависимости от заболевания это может включать средства индивидуальной защиты и фильтрацию воздуха.

Другая проблема заключается в том, может ли патоген заразить животных-исследователей. Если это риск, исследователям может потребоваться дезактивировать образцы, прежде чем подвергать животных воздействию. Затем им нужно посмотреть, изменил ли этот процесс летучие вещества, которые они учат животных ассоциировать с инфекцией.

Наконец, дрессировщики должны подумать о том, как усилить желаемый отклик от обнаружения животных в полевых условиях. Если они работают в группе, состоящей в основном из неинфицированных людей - например, в аэропорту, - и у животного нет возможности получить вознаграждение, оно может потерять интерес и перестать работать. Мы ищем животных, у которых есть сильное желание работать без остановки, но работать в течение длительного времени без вознаграждения может быть сложно даже для самого целеустремленного животного.

5. Почему бы не построить машину, которая может это сделать?

Сейчас у нас нет таких чувствительных устройств, как животные с хорошо развитым обонянием. Например, обоняние собаки как минимум в 1,000 раз более чувствительный, чем любое механическое устройство. Это может объяснить, почему собаки обнаружили рак в образцах тканей, которые были медицински признано не злокачественным

Мы также знаем, что хорьки могут обнаружить инфекцию птичьего гриппа в образцах фекалий до и после того, как лабораторный анализ показывает, что вирус перестал выделяться. Это говорит о том, что для некоторых патогенов могут быть изменения летучих веществ у инфицированных, но протекающих бессимптомно.

По мере того как ученые узнают больше о том, как работает обоняние млекопитающих, у них будет больше шансов создать устройства, которые будут столь же чувствительны и надежны в обнаружении болезней.

Об авторе

Глен Дж. Голден, научный сотрудник / ученый I, Университет штата Колорадо

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги о домашних животных из списка бестселлеров Amazon

«Руководство по аджилити собак для начинающих»

Лори Лич

Эта книга представляет собой исчерпывающее руководство по аджилити, включая методы дрессировки, оборудование и правила соревнований. Книга содержит пошаговые инструкции по дрессировке и соревнованиям по аджилити, а также советы по выбору подходящей собаки и снаряжения.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

«Революция в дрессировке собак Зака ​​​​Джорджа: полное руководство по воспитанию идеального питомца с любовью»

Зак Джордж и Дина Рот Порт

В этой книге Зак Джордж предлагает исчерпывающее руководство по дрессировке собак, включая методы положительного подкрепления и советы по решению распространенных проблем с поведением. Книга также содержит информацию о том, как правильно выбрать собаку и подготовиться к приезду нового питомца.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

«Собачий гений: почему собаки умнее, чем вы думаете»

Брайан Хэйр и Ванесса Вудс

В этой книге авторы Брайан Хэйр и Ванесса Вудс исследуют когнитивные способности собак и их уникальные отношения с людьми. Книга включает в себя информацию о науке, лежащей в основе интеллекта собак, а также советы по укреплению связи между собаками и их владельцами.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

«Справочник Happy Puppy: полное руководство по уходу за щенками и их раннему обучению»

Пиппа Маттинсон

Эта книга представляет собой всеобъемлющее руководство по уходу за щенками и их раннему обучению, включая советы по выбору подходящего щенка, методы дрессировки, а также информацию о здоровье и питании. Книга также содержит советы по социализации щенков и подготовке к их приезду.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа