Собаки могут быть обучены вынюхивать COVID-19: Учёные-криминалисты объясняют науку
У собак до 300 миллионов обонятельных рецепторов, что делает их одними из лучших детекторов запахов в животном мире. Для сравнения, человеческий нос содержит всего около 6 миллионов таких рецепторов. Мозг собак также выделяет на анализ запахов на 40% больше места, чем мозг человека.
Именно поэтому собак обучают искать по запаху разнообразные цели: от запрещённых наркотиков и сельскохозяйственных вредителей до пропавших людей и исчезающих видов дикой природы. Собаки делают это, успешно распознавая запахи летучих органических соединений, специфически связанных с этими целями. Обученные собаки не только могут обнаруживать эти соединения, но часто делают это с большей чувствительностью, чем аналитические приборы.
Летучие органические соединения могут производиться живыми организмами, а также природными или синтетическими материалами. У людей они образуются в результате метаболической активности организма, попадают в кровоток и в итоге выделяются в воздух через кровь, мочу, кал, кожу или дыхание.
Учёные выяснили, что собак можно обучить успешно распознавать уникальные летучие органические соединения — «биомаркеры» — в выдыхаемом воздухе пациентов с определёнными заболеваниями, включая рак и диабет, а также для предсказания приступов у людей с эпилепсией.
Наша команда исследователей из Международного университета Флориды (FIU) хотела выяснить, можно ли обучить собак обнаруживать COVID-19. Наше недавнее исследование, проведённое совместно с коллегой, судебным биологом ДиЭттой Миллс, подтверждает, что это возможно.
Мы считаем, что собаки обладают большим потенциалом как метод быстрого скрининга, который в сочетании с другими мерами (например, экспресс-тестами) может помочь остановить распространение COVID-19. Некоторые из собак, обученных в ходе нашего исследования, уже доказали свои способности в аэропортах и на публичных мероприятиях.
Обучение собак обнаружению COVID-19
На протяжении нескольких десятилетий Международный институт судебных исследований FIU был мировым центром исследований детекторных собак. Большая часть этой работы была сосредоточена на идентификации конкретных летучих органических соединений, которые производят природные или синтетические материалы и живые организмы, и которые собаки могут научиться обнаруживать.
В нашем недавнем исследовании мы предположили, что люди, инфицированные COVID-19, выделяют специфические летучие органические соединения, и что хорошо обученная собака сможет отличить эти биомаркеры от других соединений.
В сотрудничестве с некоммерческой медицинской организацией Baptist Health South Florida мы получили защитные маски от госпитализированных пациентов с подтверждённым диагнозом COVID-19, а также от тех, кто дал отрицательный результат теста.
Затем мы обучили четырёх собак реагировать на маски с положительным результатом на COVID-19, игнорируя отрицательные и неиспользованные маски. В процессе собаки научились различать биомаркеры, исходящие от дыхания с COVID-19 и без него.
Одним из инструментов обучения было колесо обнаружения запахов. Мы помещали маски (как положительные, так и отрицательные на COVID-19) в банки с небольшими отверстиями в крышках, которые крепились на концах спиц колеса. Собаки ходили вокруг колеса, обнюхивая летучие органические соединения, выходящие из этих отверстий.
После 40 двойных слепых испытаний (когда дрессировщики не знали, какие маски какие) мы обнаружили, что каждая из четырёх собак в этом исследовании точно определяла маски с положительным результатом на COVID-19 более чем в 90% случаев:
- Мак (терьер-метис) — 96.2% точности.
- Кобра (бельгийская малинуа) — 99.4% точности.
- Он Бетта (голландская овчарка) — 98.1% точности.
- Хаббл (бордер-колли метис) — 96.3% точности.
После исследования Кобра и Он Бетта начали работать в Центре оперативного управления при чрезвычайных ситуациях штата во Флориде, выискивая COVID-19 на поверхностях. В мае 2021 года обе собаки также продемонстрировали свои навыки на ежегодном фестивале еды и вина в Майами.
В сентябре 2021 года Кобра и Он Бетта участвовали в двух отдельных 30-дневных пилотных исследованиях в международном аэропорту Майами, проверяя людей на COVID-19.
Другие организации начинают перенимать методы FIU по обучению собак обнаружению COVID-19. Недавно, при содействии FIU, офис шерифа округа Бристоль в Массачусетсе начал использовать двух молодых лабрадоров, Дюка и Ханта, для выявления COVID-19. Эти собаки также проверяют на COVID-19 объекты в nearby школьном округе Фритаун-Лейквилл.
Следующие шаги в обнаружении COVID-19
Теперь, когда мы знаем, что собак можно обучить вынюхивать COVID-19, наша команда надеется идентифицировать точные летучие органические соединения (биомаркеры), которые они обнаруживают. Для этого мы продолжаем анализировать как положительные, так и отрицательные маски на COVID-19 в лаборатории.
Определение биомаркеров, связанных с COVID-19, поможет в разработке материалов и учебных пособий для обучения других собак обнаружению болезни.
Это также может способствовать разработке сенсоров COVID-19 для использования в устройствах, детектирующих запах, — которые затем могут присоединиться к экспресс-тестам и собакам-ищейкам, таким как Он Бетта, Хаббл, Мак и Кобра, в борьбе с пандемией.