疾病的氣味:關於使用狗(小鼠和雪貂)檢測疾病的5個問題

疾病的氣味:有關使用狗,小鼠和雪貂檢測疾病的5個問題
來自內布拉斯加州人道協會的混血狗駝鹿訓練氣味檢測工作。
比爾·科頓/ CSU, CC BY-ND

編者註:隨著COVID-19繼續在世界範圍內傳播,科學家正在分析追踪它的新方法。 一種有前途的方法是 訓練狗以發現感染者 聞到人類尿液或汗液的氣味。 研究科學家格倫·戈登(Glen Golden)對狗和雪貂進行了訓練,以檢測鳥類中的禽流感,他解釋了為什麼某些動物非常適合嗅探疾病。

1.哪些物種有患病的鼻子?

一些動物具有高度發達的嗅覺。 它們包括囓齒動物。 狗及其野外親屬,例如狼和土狼; 和 芥末 –肉食性哺乳動物,例如黃鼬,水獺和雪貂。 與包括人類和其他靈長類動物的嗅覺能力較差的物種相比,這些物種的大腦的功能性嗅覺受體神經元(對氣味做出反應的神經細胞)多三倍以上。

這些神經元負責檢測和識別揮​​發性嗅覺化合物,這些化合物發出有意義的信號,例如來自火中的煙霧或新鮮肉類的香氣。 如果某種物質在低溫下很容易從液體變為氣體,則它是揮發性的,例如使指甲油去除劑具有水果味的丙酮。 一旦蒸發,它可以在空氣中迅速擴散。

當這些動物之一檢測到有意義的氣味時,化學信號就會轉化為信息並傳遞到整個大腦中。 這些消息同時到達嗅覺皮層和嗅覺皮層,嗅覺皮層負責識別,定位和記憶氣味,並發送至負責決策和情緒的其他大腦區域。 因此,這些動物可以在很遠的距離檢測到許多化學信號,並且可以對它們進行快速而準確的心理聯想。


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2.研究人員如何選擇目標氣味?

在大多數使用狗來檢測癌症的研究中,狗從被診斷出患有癌症或患有癌症的患者中識別出了皮膚,尿液或呼吸等物理樣本。 早期未診斷的癌症。 科學家們不知道狗會使用哪種氣味線索,或者它是否因癌症類型而異。

美國農業部 國家野生動物研究中心 在科羅拉多州和 Monell化學感官中心 在賓夕法尼亞州訓練有素的老鼠 感染鴨糞便樣本中的禽流感。 在野禽中很難檢測到禽流感, 可以傳播給人類,因此這項工作旨在幫助野生生物生物學家監測疫情。

莫奈爾(Monell)的金博爾(Kimball)實驗室教給老鼠嗅到被感染動物的確診陽性樣本時獲得獎勵。 例如,當老鼠沿著Y形迷宮的手臂行走時,它們會喝水,該迷宮中包含來自感染了禽流感病毒的鴨子的糞便。

通過化學分析糞便樣本,研究人員發現當鴨子感染禽流感時,樣本中揮發性化合物的濃度發生了變化。 因此,他們推斷這種改變的氣味特徵是小鼠識別的。


鼬類成員,例如雪貂,badge和水獺,具有高度發達的嗅覺。 在這裡,金剛狼嗅出埋在雪地裡的冷凍肉。

基於這項工作,我們在科羅拉多州立大學與國家野生動物研究中心的一項合作研究中,對雪貂和狗進行了培訓,以檢測禽類(例如野鴨和家禽)中的禽流感,該研究目前正在審查中,以供出版。

對於雪貂,我們首先要訓練它們,以警告或發信號說它們已檢測到目標氣味,方法是在包含高比例揮發性化合物的盒子上刮擦,而忽略包含低比例氣味的盒子。 接下來,我們顯示了來自受感染和未感染鴨子的雪貂糞便樣本,然後雪貂立即開始警惕裝有受感染鴨子糞便樣本的盒子。

這種方法類似於訓練狗檢測爆炸物或非法藥物中已知的揮發性氣味的方法。 但是有時候,我們必須讓檢測器動物確定它將響應的氣味特徵。

3.是否可以訓練動物探測多個目標?

是。 為了避免對受過訓練的動物正在檢測的內容感到困惑,我們可以教給它每種目標氣味不同的行為響應。

例如,美國農業部的狗 野生動物服務犬病檢測計劃 當他們從感染禽流感的鴨子中檢測到樣本時,會發出激進的警報,例如抓撓。 當他們從被causes病毒感染的白尾鹿中檢測到樣本時, 慢性消耗病時,他們會發出被動警報,例如坐下。

奧本大學的研究表明,狗可以記住並做出反應 氣味記憶任務中有72種氣味。 唯一的限制是狗可以通過多種方式傳達不同的氣味提示。

一個標牌告知旅客有關在赫爾辛基機場進行的一項試點研究的情況,該研究提供了免費的狗冠狀病毒測試,使用狗來檢測氣味是否感染。
一個標牌告知旅客有關在赫爾辛基機場進行的一項試點研究的情況,該研究提供了免費的狗冠狀病毒測試,使用狗來檢測氣味是否感染。
Shoja Lak /蓋蒂圖片社

4.哪些因素會使該過程複雜化?

首先,任何訓練動物以檢測疾病的組織都需要正確類型的實驗室和設備。 根據疾病的不同,可能包括個人防護設備和空氣過濾器。

另一個問題是病原體是否會感染檢測動物。 如果存在這種風險,研究人員可能需要在將動物暴露於動物之前將其滅活。 然後,他們需要查看該過程是否改變了他們教導動物與感染相關的揮發物。

最後,處理人員必須考慮如何增強現場檢測動物的期望響應。 如果他們在大多數未感染人群中工作,例如在機場工作,而動物沒有機會獲得報酬,那麼它可能會失去興趣並停止工作。 我們尋找的動物具有很強的工作動力,而又不停下來,但是即使是最有動力的動物,長時間工作而沒有回報也可能是具有挑戰性的。

5.為什麼不建造一台可以做到這一點的機器?

目前,我們沒有像嗅覺發達的動物那樣敏感的設備。 例如,狗的嗅覺是 至少比任何機械設備高1,000倍的靈敏度。 這可以解釋為什麼狗在組織樣本中檢測出癌症的原因。 經醫學鑑定為無癌

我們還知道,在實驗室分析顯示該病毒已停止脫落之前和之後,雪貂可以檢測糞便樣品中的禽流感感染。 這表明對於某些病原體,被感染但無症狀的個體的揮發物可能會發生變化。

隨著科學家更多地了解哺乳動物的嗅覺如何發揮作用,他們將有更大的機會創造出在嗅探疾病方面同樣敏感和可靠的設備。

關於作者談話

Glen J. Golden,研究科學家/學者I, 科羅拉多​​州立大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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