疾病的气味:关于使用狗(小鼠和雪貂)检测疾病的5个问题

疾病的气味:有关使用狗,小鼠和雪貂检测疾病的5个问题
来自内布拉斯加州人道协会的混血狗驼鹿训练气味检测工作。
比尔·科顿/ CSU, CC BY-ND

编者注:随着COVID-19继续在世界范围内传播,科学家正在分析追踪它的新方法。 一种有前途的方法是 训练狗以发现感染者 闻到人类尿液或汗液的气味。 研究科学家格伦·戈登(Glen Golden)对狗和雪貂进行了训练,以检测鸟类中的禽流感,他解释了为什么某些动物非常适合嗅探疾病。

1.哪些物种有患病的鼻子?

一些动物具有高度发达的嗅觉。 它们包括啮齿动物。 狗及其野外亲属,例如狼和土狼; 和 –肉食性哺乳动物,例如黄鼬,水獭和雪貂。 与包括人类和其他灵长类动物的嗅觉能力较差的物种相比,这些物种的大脑的功能性嗅觉受体神经元(对气味做出反应的神经细胞)多三倍以上。

这些神经元负责检测和识别挥发性嗅觉化合物,这些化合物发出有意义的信号,例如来自火中的烟雾或新鲜肉类的香气。 如果某种物质在低温下很容易从液体变为气体,则它是挥发性的,例如使指甲油去除剂具有水果味的丙酮。 一旦蒸发,它可以在空气中迅速扩散。

当这些动物之一检测到有意义的气味时,化学信号就会转化为信息并传递到整个大脑中。 这些消息同时到达嗅觉皮层和嗅觉皮层,嗅觉皮层负责识别,定位和记忆气味,并发送给负责决策和情绪的其他大脑区域。 因此,这些动物可以在很远的距离检测到许多化学信号,并且可以对它们进行快速而准确的心理联想。


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2.研究人员如何选择目标气味?

在大多数使用狗来检测癌症的研究中,狗从被诊断出患有癌症或患有癌症的患者中识别出了皮肤,尿液或呼吸等物理样本。 早期未诊断的癌症。 科学家们不知道狗会使用哪种气味线索,或者它是否因癌症类型而异。

美国农业部 国家野生动物研究中心 在科罗拉多州和 莫内尔化学感官中心 在宾夕法尼亚州训练有素的老鼠可以检测 感染鸭粪便样本中的禽流感。 在野禽中很难检测到禽流感, 可以传播给人类,因此这项工作旨在帮助野生生物生物学家监测疫情。

莫奈尔(Monell)的金博尔(Kimball)实验室教给小鼠嗅到被感染动物的确诊阳性样本时获得奖励。 例如,当老鼠沿着Y形迷宫的手臂行走时,它们会喝一杯水,该迷宫中包含来自感染了禽流感病毒的鸭子的粪便。

通过化学分析粪便样本,研究人员发现当鸭子感染禽流感时,样本中的挥发性化合物浓度发生了变化。 因此,他们推断这种改变的气味特征是小鼠识别的。


鼬类成员,例如雪貂,badge和水獭,具有高度发达的嗅觉。 在这里,金刚狼嗅出埋在雪地里的冷冻肉。

基于这项工作,我们在科罗拉多州立大学与国家野生动物研究中心的一项合作研究中,对雪貂和狗进行了培训,以检测禽类(例如野鸭和家禽)中的禽流感,该研究目前正在审查中,以供出版。

对于雪貂,我们首先要训练它们以提醒或发出它们已检测到目标气味的信号,方法是在包含高比例挥发性化合物的盒子上刮擦,而忽略低比例的盒子。 接下来,我们显示了来自受感染鸭和未感染鸭的雪貂粪便样本,然后雪貂立即开始警惕装有受感染鸭粪便样本的盒子。

这种方法类似于训练狗检测爆炸物或非法药物中已知的挥发性气味的方法。 但是有时候,我们必须让检测器动物确定其将响应的气味特征。

3.是否可以训练动物探测多个目标?

是。 为了避免对受过训练的动物正在检测的内容感到困惑,我们可以教给它每种目标气味不同的行为响应。

例如,美国农业部的狗 野生动物服务犬病检测计划 当他们从感染禽流感的鸭子中检测到样本时,会发出激进的警报,例如抓挠。 当他们从被causes病毒感染的白尾鹿中检测到样本时, 慢性消耗病时,他们会发出被动警报,例如坐下。

奥本大学的研究表明,狗可以记住并做出反应 气味记忆任务中有72种气味。 唯一的限制是狗可以通过多种方式传达不同的气味提示。

一个标牌告知旅客有关在赫尔辛基机场进行的一项试点研究的情况,该研究提供了免费的狗冠状病毒测试,使用狗来检测气味是否感染。
一个标牌告知旅客有关在赫尔辛基机场进行的一项试点研究的情况,该研究提供了免费的狗冠状病毒测试,使用狗来检测气味是否感染。
Shoja Lak /盖蒂图片社

4.哪些因素会使该过程复杂化?

首先,任何训练动物以检测疾病的组织都需要正确类型的实验室和设备。 根据疾病的不同,可能包括个人防护设备和空气过滤器。

另一个问题是病原体是否会感染检测动物。 如果存在这种风险,研究人员可能需要在将动物暴露于动物之前将其灭活。 然后,他们需要查看该过程是否改变了他们教导动物与感染相关的挥发物。

最后,操作人员必须考虑如何增强野外检测动物的期望响应。 如果他们在大多数未感染人群中工作(例如在机场),而动物没有机会获得报酬,那么它可能会失去兴趣并停止工作。 我们寻找的动物具有很强的工作动力,而又不停下来,但是即使是最有动力的动物,长时间工作而没有回报也可能是具有挑战性的。

5.为什么不建造一台可以做到这一点的机器?

目前,我们没有像嗅觉发达的动物那样敏感的设备。 例如,狗的嗅觉是 至少比任何机械设备高1,000倍的灵敏度。 这可以解释为什么狗在组织样本中检测出癌症的原因。 经医学鉴定为无癌

我们还知道,在实验室分析显示该病毒已停止脱落之前和之后,雪貂可以检测粪便样品中的禽流感感染。 这表明对于某些病原体,被感染但无症状的个体的挥发物可能会发生变化。

随着科学家更多地了解哺乳动物的嗅觉如何发挥作用,他们将有更大的机会创造出在嗅探疾病方面同样敏感和可靠的设备。

关于作者谈话

Glen J. Golden,研究科学家/学者I, 科罗拉多州立大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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