Mùi hương của bệnh tật: 5 câu hỏi được trả lời về việc sử dụng chó - và chuột và chồn - để phát hiện bệnh

Mùi hương của bệnh tật: 5 câu hỏi được trả lời về việc sử dụng chó, chuột và chồn để phát hiện bệnh
Moose, một con chó lai giữa Hiệp hội Nhân đạo Nebraska, huấn luyện công việc phát hiện mùi.
Bill Cotton / CSU, CC BY-NĐ

Ghi chú của người biên tập: Khi COVID-19 tiếp tục lan rộng trên toàn thế giới, các nhà khoa học đang phân tích những cách mới để theo dõi nó. Một cách tiếp cận đầy hứa hẹn là huấn luyện chó để phát hiện những người bị nhiễm bệnh bằng cách ngửi mẫu nước tiểu hoặc mồ hôi của con người. Nhà khoa học nghiên cứu Glen Golden, người đã huấn luyện chó và chồn sương để phát hiện bệnh cúm gia cầm ở chim, giải thích tại sao một số loài động vật rất thích hợp để đánh hơi bệnh.

1. Loài nào có mũi chống bệnh?

Một số loài động vật có khứu giác rất phát triển. Chúng bao gồm các loài gặm nhấm; chó và họ hàng hoang dã của chúng, như sói và sói đồng cỏ; và ria mép - động vật có vú ăn thịt như chồn hương, rái cá và chồn hương. Bộ não của những loài này có số lượng tế bào thần kinh thụ cảm khứu giác - các tế bào thần kinh phản ứng với mùi nhiều hơn gấp XNUMX lần so với các loài có khả năng ngửi kém hơn, bao gồm cả con người và các loài linh trưởng khác.

Các tế bào thần kinh này chịu trách nhiệm phát hiện và xác định các hợp chất khứu giác dễ bay hơi gửi các tín hiệu có ý nghĩa, như khói từ lửa hoặc mùi thơm của thịt tươi. Một chất dễ bay hơi nếu nó dễ dàng chuyển từ thể lỏng sang khí ở nhiệt độ thấp, giống như axeton làm cho chất tẩy sơn móng tay có mùi trái cây. Một khi nó bốc hơi, nó có thể lan truyền nhanh chóng trong không khí.

Khi một trong những loài động vật này phát hiện ra một mùi có ý nghĩa, tín hiệu hóa học sẽ được dịch thành thông điệp và vận chuyển khắp não của chúng. Các thông điệp đi đồng thời đến vỏ khứu giác, nơi chịu trách nhiệm xác định, xác định vị trí và ghi nhớ mùi, và đến các vùng não khác chịu trách nhiệm ra quyết định và cảm xúc. Vì vậy, những con vật này có thể phát hiện nhiều tín hiệu hóa học trong khoảng cách rất xa và có thể tạo ra các liên tưởng tâm thần nhanh chóng và chính xác về chúng.

2. Làm thế nào để các nhà nghiên cứu chọn một mùi hương mục tiêu?

Trong hầu hết các nghiên cứu đã sử dụng chó để phát hiện ung thư, những con chó đã xác định các mẫu vật lý, chẳng hạn như da, nước tiểu hoặc hơi thở, từ những bệnh nhân đã được chẩn đoán mắc bệnh ung thư hoặc đã ung thư không được chẩn đoán ở giai đoạn đầu. Các nhà khoa học không biết những con chó sử dụng mùi gì hoặc liệu nó có thay đổi theo loại ung thư hay không.

Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Trung tâm nghiên cứu động vật hoang dã quốc gia ở Colorado và Trung tâm cảm biến hóa học Monell ở Pennsylvania đã huấn luyện chuột để phát hiện cúm gia cầm trong mẫu phân của vịt nhiễm bệnh. Khó phát hiện cúm gia cầm ở các đàn gia súc hoang dã, và có thể lây sang người, vì vậy công việc này được thiết kế để giúp các nhà sinh vật học động vật hoang dã giám sát các đợt bùng phát.

Phòng thí nghiệm Kimball tại Monell đã dạy những con chuột nhận được phần thưởng khi chúng ngửi thấy một mẫu dương tính được xác nhận từ một con vật bị nhiễm bệnh. Ví dụ, chuột sẽ uống nước khi chúng đi xuống cánh tay của một mê cung hình chữ Y chứa phân của một con vịt bị nhiễm vi rút cúm gia cầm.


 Nhận thông tin mới nhất từ ​​Nội tâm


Bằng cách phân tích hóa học các mẫu phân, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng nồng độ của các hợp chất hóa học dễ bay hơi trong đó đã thay đổi khi một con vịt bị nhiễm cúm gia cầm. Vì vậy, họ suy ra rằng đặc điểm mùi bị thay đổi này là thứ mà những con chuột nhận ra.


Các thành viên của họ bọ cánh cứng, chẳng hạn như chồn sương, lửng và rái cá, có khứu giác rất phát triển. Ở đây một con sói đánh hơi thấy thịt đông lạnh bị chôn sâu trong tuyết.

Dựa trên công trình đó, chúng tôi đã huấn luyện chồn và chó để phát hiện bệnh cúm gia cầm ở gà, chẳng hạn như vịt hoang dã và gà nhà, trong một nghiên cứu hợp tác giữa Đại học Bang Colorado và Trung tâm Nghiên cứu Động vật Hoang dã Quốc gia hiện đang được xem xét để xuất bản.

Với chồn sương, chúng tôi bắt đầu bằng cách huấn luyện chúng cảnh báo hoặc phát tín hiệu rằng chúng đã phát hiện ra mùi mục tiêu, bằng cách cào vào hộp có chứa tỷ lệ cao các hợp chất dễ bay hơi đó và bỏ qua các hộp có tỷ lệ thấp. Tiếp theo, chúng tôi cho xem các mẫu phân của chồn hương từ cả vịt bị nhiễm bệnh và không bị nhiễm bệnh, và những con chồn hương ngay lập tức bắt đầu cảnh báo đến hộp chứa mẫu phân của một con vịt bị nhiễm bệnh.

Cách làm này tương tự như cách mà chó được huấn luyện để phát hiện mùi dễ bay hơi đã biết trong chất nổ hoặc ma túy bất hợp pháp. Tuy nhiên, đôi khi chúng ta phải để động vật phát hiện xác định cấu hình mùi mà nó sẽ phản ứng.

3. Động vật có thể được huấn luyện để phát hiện nhiều hơn một mục tiêu không?

Đúng. Để tránh nhầm lẫn về những gì một con vật được huấn luyện đang phát hiện, chúng ta có thể dạy nó một phản ứng hành vi khác nhau đối với từng mùi mục tiêu.

Ví dụ, những con chó trong Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ Dịch vụ Động vật Hoang dã Chương trình Phát hiện Bệnh Canine phản ứng với một cảnh báo tích cực, chẳng hạn như gãi, khi họ phát hiện một mẫu vịt bị nhiễm cúm gia cầm. Khi họ phát hiện một mẫu từ một con hươu đuôi trắng bị nhiễm prion gây ra bệnh suy mòn mãn tính, họ phản ứng bằng một cảnh báo thụ động chẳng hạn như ngồi xuống.

Nghiên cứu tại Đại học Auburn đã chỉ ra rằng chó có thể ghi nhớ và phản hồi 72 mùi trong tác vụ bộ nhớ mùi. Hạn chế duy nhất là có bao nhiêu cách một con chó có thể giao tiếp về các dấu hiệu mùi khác nhau.

Một tấm biển thông báo cho khách du lịch về một nghiên cứu thí điểm tại sân bay Helsinki cung cấp các xét nghiệm coronavirus miễn phí bằng cách sử dụng chó để phát hiện nhiễm trùng bằng khứu giác.
Một tấm biển thông báo cho khách du lịch về một nghiên cứu thí điểm tại sân bay Helsinki cung cấp các xét nghiệm coronavirus miễn phí bằng cách sử dụng chó để phát hiện nhiễm trùng bằng khứu giác.
Hình ảnh Shoja Lak / Getty

4. Những loại yếu tố nào có thể làm phức tạp quá trình này?

Đầu tiên, bất kỳ tổ chức nào huấn luyện động vật để phát hiện bệnh cần có loại phòng thí nghiệm và thiết bị phù hợp. Tùy thuộc vào bệnh, có thể bao gồm thiết bị bảo vệ cá nhân và lọc không khí.

Một mối quan tâm khác là liệu mầm bệnh có thể lây nhiễm sang động vật phát hiện hay không. Nếu đó là một rủi ro, các nhà nghiên cứu có thể cần phải vô hiệu hóa các mẫu trước khi họ cho động vật tiếp xúc. Sau đó, họ cần xem liệu quá trình đó có làm thay đổi các chất bay hơi mà họ đang dạy động vật liên quan đến nhiễm trùng hay không.

Cuối cùng, người xử lý phải suy nghĩ về cách củng cố phản ứng mong muốn từ các động vật phát hiện trên thực địa. Nếu họ đang làm việc trong một quần thể hầu hết là những người không bị nhiễm bệnh - chẳng hạn như trong sân bay - và một con vật không có cơ hội kiếm được phần thưởng, nó có thể mất hứng thú và ngừng hoạt động. Chúng tôi tìm kiếm những con vật có động lực mạnh mẽ để làm việc không ngừng nghỉ, nhưng làm việc trong một thời gian dài mà không có phần thưởng có thể là một thách thức đối với ngay cả những con vật có động lực cao nhất.

5. Tại sao không chế tạo một chiếc máy có thể làm được điều này?

Hiện tại, chúng ta không có thiết bị nhạy cảm như động vật có khứu giác phát triển tốt. Ví dụ, khứu giác của chó là nhạy hơn ít nhất 1,000 lần so với bất kỳ thiết bị cơ khí nào. Điều này có thể giải thích tại sao chó phát hiện ung thư trong các mẫu mô đã được xóa về mặt y tế vì không phải ung thư

Chúng tôi cũng biết rằng chồn hương có thể phát hiện nhiễm cúm gia cầm trong các mẫu phân trước và sau khi phân tích trong phòng thí nghiệm cho thấy vi rút đã ngừng rụng. Điều này cho thấy rằng đối với một số mầm bệnh, có thể có những thay đổi về chất bay hơi ở những người bị nhiễm bệnh nhưng không có triệu chứng.

Khi các nhà khoa học tìm hiểu thêm về cách thức hoạt động của khứu giác, họ sẽ có cơ hội tốt hơn để tạo ra các thiết bị nhạy và đáng tin cậy trong việc đánh hơi dịch bệnh.

Lưu ýConversation

Glen J. Golden, Nhà Khoa học Nghiên cứu / Học giả I, Đại học bang Colorado

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

theo dõi Nội bộ trên

facebook-iconbiểu tượng twitterbiểu tượng rss

 Nhận tin mới nhất qua email

{Emailcloak = off}

TỪ BÀI VIẾT

Bản tin của InsideSelf: ngày 10 tháng 2021 năm XNUMX
by Nhân viên nội tâm
Tuần này, khi chúng ta tiếp tục hành trình đến với những gì đã - cho đến nay - một năm 2021 đầy biến động, chúng ta tập trung vào việc điều chỉnh bản thân và học cách nghe những thông điệp trực quan, để sống cuộc đời mà chúng ta…
Bản tin của InsideSelf: ngày 3 tháng 2021 năm XNUMX
by Nhân viên nội tâm
Khi chúng ta chào đón năm mới, chúng ta nói lời tạm biệt với cái cũ ... điều đó cũng có thể có nghĩa là - nếu chúng ta lựa chọn - buông bỏ những thứ không phù hợp với chúng ta, bao gồm cả thái độ và hành vi cũ. Chào đón…
Bản tin của InsideSelf: Tháng 12 27, 2020
by Nhân viên nội tâm
Năm mới đang nhanh chóng đến gần. Năm mới đến có thể là thời điểm để suy ngẫm, hoặc đánh giá lại chúng ta đang ở đâu và sẽ đi đâu. Nhiều người trong chúng ta coi đây là cơ hội để…
Bản tin InnerSelf: Ngày 20 tháng 2020 năm XNUMX
by Nhân viên nội tâm
Trong các nền văn hóa hiện đại, chúng ta có xu hướng gắn nhãn cho mọi thứ và con người: tốt hay xấu, bạn hay thù, già hay trẻ, và nhiều thứ khác "thế này hay thế kia". Tuần này, chúng tôi xem xét một số nhãn nhất định và…
Bản tin của InsideSelf: Tháng 12 13, 2020
by Nhân viên nội tâm
Tuần này giống như một khởi đầu mới ... có lẽ vì thứ Hai (ngày 14) mang đến cho chúng ta một mặt trăng mới và nhật thực toàn phần ... hoặc có lẽ vì chúng ta đang đến gần ngày Hạ chí và Tân ...