Moose, een hond van gemengd ras van de Nebraska Humane Society, traint in geurdetectie. Bill Cotton / CSU, CC BY-SA

Noot van de redactie: aangezien COVID-19 zich wereldwijd blijft verspreiden, analyseren wetenschappers nieuwe manieren om het te volgen. Een veelbelovende aanpak is honden trainen om geïnfecteerde mensen op te sporen door monsters van menselijke urine of zweet te ruiken. Onderzoekswetenschapper Glen Golden, die honden en fretten heeft getraind om vogelgriep bij vogels op te sporen, legt uit waarom bepaalde dieren goed geschikt zijn om ziekten op te sporen.

1. Welke soorten hebben een neus voor ziekten?

Sommige dieren hebben een sterk ontwikkeld reukvermogen. Ze omvatten knaagdieren; honden en hun wilde verwanten, zoals wolven en coyotes; en marterachtigen - vleesetende zoogdieren zoals wezels, otters en fretten. De hersenen van deze soorten hebben drie of meer keer meer functionele olfactorische receptorneuronen - zenuwcellen die reageren op geuren - dan soorten met minder scherpe reukvermogen, inclusief mensen en andere primaten.

Deze neuronen zijn verantwoordelijk voor het detecteren en identificeren van vluchtige olfactorische verbindingen die betekenisvolle signalen afgeven, zoals rook van een vuur of de geur van vers vlees. Een stof is vluchtig als deze bij lage temperaturen gemakkelijk van vloeistof in gas verandert, zoals aceton dat nagellakverwijderaar zijn fruitige geur geeft. Zodra het verdampt, kan het zich snel door de lucht verspreiden.

Wanneer een van deze dieren een betekenisvolle geur detecteert, wordt het chemische signaal omgezet in berichten en door zijn hersenen getransporteerd. De berichten gaan tegelijkertijd naar de olfactorische cortex, die verantwoordelijk is voor het identificeren, lokaliseren en onthouden van geur, en naar andere hersenregio's die verantwoordelijk zijn voor besluitvorming en emotie. Deze dieren kunnen dus veel chemische signalen over grote afstanden detecteren en er snelle en nauwkeurige mentale associaties over maken.

2. Hoe kiezen onderzoekers een doelgeur?

In de meeste onderzoeken waarbij honden zijn gebruikt om kanker op te sporen, hebben de honden fysieke monsters geïdentificeerd, zoals huid, urine of adem, van patiënten bij wie kanker is vastgesteld of bij wie niet-gediagnosticeerde kanker in een vroeg stadium. Wetenschappers weten niet welke geur de honden gebruiken of dat deze verschilt per type kanker.

Het Amerikaanse ministerie van landbouw Nationaal natuuronderzoekscentrum in Colorado en de Monell Chemical Senses Center in Pennsylvania hebben muizen getraind om te detecteren vogelgriep in ontlastingsmonsters van geïnfecteerde eenden. Vogelgriep is moeilijk te detecteren bij wilde koppels, en dat is ook zo kan zich verspreiden naar mensen, dus dit werk is bedoeld om biologen in het wild te helpen controleren op uitbraken.

Het Kimball-lab in Monell leerde de muizen een beloning te krijgen als ze een bevestigd positief monster van een besmet dier rook. Muizen kregen bijvoorbeeld een slok water als ze door de arm van een Y-vormig doolhof reisden dat uitwerpselen bevatte van een eend die was geïnfecteerd met het vogelgriepvirus.

Door de fecale monsters chemisch te analyseren, ontdekten onderzoekers dat de concentratie van vluchtige chemische verbindingen erin veranderde toen een eend besmet raakte met vogelgriep. Dus concludeerden ze dat dit veranderde geurprofiel was wat de muizen herkenden.

{besloten Y=0UxLt3yugUA}
Leden van de marterachtigenfamilie, zoals fretten, dassen en otters, hebben een sterk ontwikkeld reukvermogen. Hier snuift een veelvraat bevroren vlees op dat diep in de sneeuw is begraven.

Voortbouwend op dat werk hebben we fretten en honden getraind om vogelgriep op te sporen bij gevogelte, zoals wilde eenden en gedomesticeerde kippen, in een samenwerkingsonderzoek tussen de Colorado State University en het National Wildlife Research Center dat momenteel wordt beoordeeld voor publicatie.

Met fretten begonnen we met hen te trainen om te waarschuwen, of te signaleren dat ze de doelgeur hadden gedetecteerd, door op een doos te krabben die hoge verhoudingen van die vluchtige stoffen bevatte en om dozen met lage verhoudingen te negeren. Vervolgens lieten we de fecale monsters van zowel geïnfecteerde als niet-geïnfecteerde eenden zien en de fretten begonnen onmiddellijk te waarschuwen voor de doos met het fecale monster van een geïnfecteerde eend.

Deze aanpak is vergelijkbaar met de manier waarop honden worden getraind om bekende vluchtige geuren in explosieven of illegale drugs te detecteren. Soms moeten we het detectiedier echter het geurprofiel laten bepalen waarop het zal reageren.

3. Kunnen dieren worden getraind om meer dan één doelwit te detecteren?

Ja. Om verwarring te voorkomen over wat een getraind dier detecteert, kunnen we het een andere gedragsreactie leren voor elke doelgeur.

Bijvoorbeeld de honden van het Amerikaanse ministerie van landbouw Wildlife Services Detectieprogramma voor hondenziekte reageren met een agressieve waarschuwing, zoals krabben, wanneer ze een monster detecteren van een eend die besmet is met vogelgriep. Wanneer ze een monster detecteren van een witstaarthert dat is geïnfecteerd door het prion dat dit veroorzaakt chronische verspillende ziektereageren ze met een passieve waarschuwing, zoals gaan zitten.

Onderzoek aan de Universiteit van Auburn heeft aangetoond dat honden zich kunnen herinneren en erop kunnen reageren 72 geuren tijdens een geurgeheugentaak. De enige beperking is hoeveel manieren een hond kan communiceren over verschillende geuraanwijzingen.

Een bord informeert reizigers over een pilotstudie op de luchthaven van Helsinki die gratis coronavirus-tests aanbiedt waarbij honden worden gebruikt om infecties op geur te detecteren. Shoja Lak / Getty Images

4. Welke factoren kunnen dit proces bemoeilijken?

Ten eerste heeft elke organisatie die dieren opleidt om ziekten op te sporen het juiste type laboratorium en apparatuur nodig. Afhankelijk van de ziekte kan dat persoonlijke beschermingsmiddelen en luchtfiltering zijn.

Een andere zorg is of de ziekteverwekker de detectiedieren zou kunnen infecteren. Als dat een risico is, moeten onderzoekers de monsters mogelijk inactiveren voordat ze de dieren blootstellen. Vervolgens moeten ze zien of dat proces de vluchtige stoffen heeft veranderd die ze de dieren leren associëren met infectie.

Ten slotte moeten de handlers nadenken over hoe ze de gewenste respons van detectiedieren in het veld kunnen versterken. Als ze werken in een populatie van meestal niet-geïnfecteerde mensen - bijvoorbeeld op een luchthaven - en een dier krijgt geen kans om een ​​beloning te verdienen, kan het zijn interesse verliezen en stoppen met werken. We zoeken naar dieren met een sterke drive om te werken zonder te stoppen, maar lang werken zonder beloning kan zelfs voor de meest gemotiveerde dieren een uitdaging zijn.

5. Waarom zou je geen machine bouwen die dit kan?

Op dit moment hebben we geen apparaten die zo gevoelig zijn als dieren met een goed ontwikkeld reukvermogen. Het reukvermogen van een hond is bijvoorbeeld minstens 1,000 keer gevoeliger dan welk mechanisch apparaat dan ook. Dit zou kunnen verklaren waarom honden kanker hebben ontdekt in weefselmonsters die zijn geweest medisch geklaard als niet kanker

We weten ook dat fretten een vogelgriepinfectie kunnen detecteren in ontlastingsmonsters voordat en nadat laboratoriumanalyse heeft aangetoond dat het virus niet meer uitscheidt. Dit suggereert dat er voor sommige pathogenen veranderingen in vluchtige stoffen kunnen optreden bij geïnfecteerde, maar asymptomatische personen.

Naarmate wetenschappers meer leren over hoe het reukvermogen van zoogdieren werkt, zullen ze een grotere kans hebben om apparaten te maken die even gevoelig en betrouwbaar zijn in het opsporen van ziekten.

Over de auteur

Glen J. Golden, onderzoekswetenschapper / geleerde I, Colorado State University

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Boeken over huisdieren uit de bestsellerlijst van Amazon

"De beginnershandleiding voor hondenbehendigheid"

door Laurie Leach

Dit boek is een uitgebreide gids voor hondenbehendigheid, inclusief trainingstechnieken, uitrusting en wedstrijdregels. Het boek bevat stapsgewijze instructies voor training en wedstrijden in behendigheid, evenals advies voor het selecteren van de juiste hond en uitrusting.

Klik voor meer info of om te bestellen

"Zak George's hondentrainingsrevolutie: de complete gids voor het met liefde opvoeden van het perfecte huisdier"

door Zak George en Dina Roth Port

In dit boek biedt Zak George een uitgebreide gids voor hondentraining, inclusief positieve versterkingstechnieken en advies voor het aanpakken van veelvoorkomende gedragsproblemen. Het boek bevat ook informatie over het selecteren van de juiste hond en het voorbereiden op de komst van een nieuw huisdier.

Klik voor meer info of om te bestellen

"The Genius of Dogs: hoe honden slimmer zijn dan je denkt"

door Brian Hare en Vanessa Woods

In dit boek onderzoeken auteurs Brian Hare en Vanessa Woods de cognitieve vermogens van honden en hun unieke relatie met mensen. Het boek bevat informatie over de wetenschap achter hondenintelligentie, evenals tips voor het versterken van de band tussen honden en hun baasjes.

Klik voor meer info of om te bestellen

"Het Happy Puppy-handboek: uw definitieve gids voor puppyverzorging en vroege training"

van Pippa Mattinson

Dit boek is een uitgebreide gids voor puppyverzorging en vroege training, inclusief advies voor het selecteren van de juiste puppy, trainingstechnieken en informatie over gezondheid en voeding. Het boek bevat ook tips voor het socialiseren van puppy's en het voorbereiden op hun komst.

Klik voor meer info of om te bestellen