犬の大学を訪問

風が強く吹き、数秒ごとに方向を変え、髪が目に飛び込んでくる。冷たい風にもかかわらず、アンディは匂いを頼りにしている。生後 1 年を少し過ぎ、訓練を始めて数か月のこの黒いラブラドールは、コンクリートの塊、レンガ、金属の格子、木製のパレットが広がる中を器用に進んでいく。確かな足と鋭い嗅覚で、瓦礫の山に隠れている人物を数秒で見つけ、トレーナーからふかふかのバスケットボールのおもちゃと熱心な褒め言葉が与えられるまで、ずっと吠え続ける。

瓦礫の上でテストされた 4 匹の犬は、いずれも模擬被害者に狙いを定めましたが、アンディが最も速く狙いを定めました。これは、彼が卒業間近で、就職の準備がほぼ整っていることの明らかな証拠です。ペンシルバニア獣医作業犬センター (PVWDC) のスタッフも同意しており、カナダ タスク フォース 2 のメンバーであるケンが最近到着し、2 週間かけてアンディと知り合うことになりました。すべてが順調に進めば、ケンと犬は、団結した捜索救助チームとして、フィラデルフィアからアルバータ州に向けて出発します。

これはワーキング ドッグ センターが犬の訓練生に準備させる職業の 1 つにすぎません。センター設立から 12 年以上が経ち、さまざまな犬種の 200 匹近くの卒業生が災害対応、死体捜索、爆発物や麻薬の探知、外来種の監視、さらには病気の検出研究などの分野で働いています。PVWDC に入学したほぼすべての犬が、安定した鼻関連の職業に就きます。盲導犬や警察犬向けのより専門的な訓練プログラムとは異なり、PVWDC の人間は犬の導きにできるだけ従うように努めるからです。犬が四角い釘だとわかれば、ほぼ間違いなくそれに合う穴があります。

「一番大切なのは、犬たちが好きなことをしているということです」と、私が参加した一般公開ツアーを率いるセンターのボランティア兼アウトリーチコーディネーターのルース・デシデリオさんは言う。彼女の説明によると、犬たちは、熱心さや曖昧さといった表情から興味や適性を示し、それに従って行動する。隠れた人間を嗅ぎ分けるという課題は喜んで行うが、突然大きな音がすると怖がる犬は、都会の捜索救助よりも自然の中での任務に就く運命にあるのかもしれない。匂いを嗅ぐのが好きで、ご褒美をもらうのが好きだが、ルーティンを切望している犬には、研究室での長期勤務がぴったりかもしれない。

犬は通常、作業犬のブリーダーから施設に寄付され、生後わずか 8 週間で訓練を開始します。優秀な嗅覚犬の確立された血統の犬です。ほとんどがラボラドール、マリノア、さまざまな起源のシェパード犬ですが、私が訪問した日にはイタリアのトリュフ犬とジャーマン ショートヘアード ポインターもいました。血統の面でも、PVWDC は 90 パーセントを超える素晴らしい卒業率を誇っています。卒業できない数少ない犬は、行動上の理由ではなく、医学的な理由で脱落することが多いと、科学者とスタッフは言います。

ドアをくぐってやってくる子犬には、それぞれ活躍のチャンスが与えられます。「私たちは、すべての犬がスーパースターになると考えています」と、センターのエグゼクティブ ディレクターでペンシルバニア大学獣医学部の教授でもあるシンディ オットーは言います。すべての犬が最初に訓練を受けるのは、集中的な都市捜索救助の仕事ですが、子犬が明らかにその仕事に興味を示さない場合は、別の機会に切り替えてしまうとオットーは説明します。この協力的で犬中心のアプローチを通じて、PVWDC は、犬の能力、仕事中の犬の健康と安全を最もよく確保する方法、および嗅覚の科学に関する理解を深めてきました。

センターの原動力となったのは、2001年9月11日の直後、オットー氏がグラウンドゼロで10日間を過ごし、現場で捜索救助犬（後に死体救助犬）の世話を手伝ったときだった。この出来事をきっかけに、オットー氏は動物たちの健康状態や、作業犬の能力を最大限に引き出す訓練や世話の方法などについて新たな疑問を抱くようになった。最初の長期研究プロジェクトでは、彼女と同僚らはグラウンドゼロに派遣された95匹の犬を15年以上にわたって観察し、派遣されなかった55匹の犬と比較した。その研究が進む中、2012年にPVWDCが開設された。最終的に研究者らは、9/11の生存者や死者の嗅ぎ分けに役立った犬は（人間の救急隊員とは異なり）長期的な健康被害や病気のリスク増加を被らなかったことを突き止めた。しかし、この1つの研究が他の多くの研究につながった。

現在、週 5 日、約 24 匹の犬が、まるでデイスクールのように、里親家族 (場合によってはセンターのスタッフでもある) によって PVWDC に預けられています。小さな 1 階建ての建物には、おもちゃ、傾斜路、樽、その他のトレーニング ツールが満載のフォーム フロアの部屋がいくつかあり、コンピューター制御の匂い箱とカメラを設置して、さまざまな匂いのテストで犬を注意深く記録できる研究エリアもあります。

フィラデルフィアのフォーゴトン ボトムの駐車場と工業地帯に囲まれた屋外には、はしご、平均台、プラットフォーム、シーソーを備えたアジリティー コースと、約 50 の人間の隠れ場所が備えられた瓦礫のフィールドがあります。各動物のルーティンはカスタマイズされていますが、一般的には、体力づくり (プランク、スクワット、サイド ステップ、ピボットはすべてルーティンの一部)、アジリティー トライアルや捜索救助チャレンジなどのトレーニング タスク、嗅覚の練習、十分な遊び、休憩、散歩などが含まれます。作業研究動物としてそこにいる犬の一部は、1 日の一部を、隠された匂いのサンプルを見つけようとしたり、新しい匂いの濃度や匂いの刺激に反応したりする検出実験に参加して過ごします。

訓練やテストのセッションは短く、時には数分しか続かないこともありますが、それでも効果的です。筋肉を維持するには定期的なトレーニングが必要ですが、鼻も同様です。「嗅ぐことは横隔膜のトレーニングです」とセンターの捜索救助責任者、エマ・ガラース・ムラニーは言います。また、これは精神的な挑戦でもあり、イライラしたり、感情的に負担がかかる作業になることもあります。「嗅ぐ時間に合わせて訓練する必要があります」と彼女は付け加えます。

センターの科学者たちは、奉仕活動のために犬を訓練する一方で、犬とその教育プロセスも研究しています。最近、研究者たちは、最も成功する捜索救助犬の行動特性を特徴づけ、暑い環境で作業する犬の危険な過熱を軽減するプロトコルを考案してテストし、犬が怪我を回避して回復できるようにフィットネス トレーニングと評価を微調整し、犬が義肢に関連する感染症を検出できることを発見しました。

嗅覚は、基本的に化学組成に基づいて物事を認識して識別する能力であり、犬が世界をナビゲートするための主な感覚であると、PVWDC の認知科学者で博士研究員のアムリタ・マリカルジュンは言います。犬は、空気中に絶えず混ざり合って漂っている周囲の分子を介して周囲の状況を評価し、理解します。犬がわずかな匂いの痕跡を感知する鋭い能力と、犬と人間のコミュニケーション能力を組み合わせれば、病気や環境汚染物質など、あらゆるものを検出する貴重なツールとして活用できるとマリカルジュンは言います。

私たちの4本足の友人は嗅覚が非常に優れているため、多くの場合、既存の機械やテクノロジーよりも感度の高い検出器になります。オットー氏は、犬は「色で匂いを嗅ぎます」と説明します。「それは、私たちが視覚を持っているのに対し、犬は鼻を使ってほんの少し違うものを見つけ出す『ウォーリーをさがせ』のようなものです」と彼女は付け加えます。犬の嗅覚と行動の科学者でPVWDCの博士研究員であるクララ・ウィルソン氏は、犬の鼻は非常によく調整されているため、研究者は時々、最初の研究設計を再検討して修正しなければならないことがあると指摘します。2010年のある医学研究では、探知犬が、最初は生検で健康な対照群と分類されていたサンプルから、前立腺がんの初期症例を正しく特定しました。犬ががん陽性であると主張したため、患者は再生検され、がんが見つかりました。

嗅覚能力は、臭気検知閾値、つまり、匂いがわかるのに必要な空気サンプル内の標的分子の相対量によって定量化できます。検知できる匂いのレベルはさまざまですが、犬は間違いなく嗅覚のチャンピオンです。犬を訓練し、実験室での実験に慣れさせる際、PVWDC のスタッフは「ユニバーサル ディテクション コンパウンド」と呼ばれるかび臭い合成臭気物質を頼りにしています。平均的な人間の鼻は、10,000 分の 1 程度の UDC を検知できるとウィルソンは言います。一方、犬は、100 万分の 2 分子という低濃度の UDC を嗅ぎ分けることができます。

重要なのは、犬は、雑然とした臭いの混合物の中で他の多くの臭いが混じっている場合でも、この低い閾値で標的の臭いを検知できるということだとウィルソン氏は指摘する。つまり、多くの人が周囲にいたり、風が遠くの臭いを運んできたりしても、よく訓練された捜索救助犬は瓦礫の下に隠れた人間の臭いを追跡できるということだ。また、人の体臭や血液サンプルに含まれる他のすべての化合物の中から、探知犬はそれががんや感染症の臭いかどうかを分析できるということだ。

訪問中、私は科学者たちがマリカルジュン氏の里親で研究犬でもあるダルトンを匂い箱の試験にかけるのを観察する。大型のトースターオーブンほどの大きさの黒いプラスチックの立方体に精密な匂い放出システムが備え付けられており、円形の穴からランダムな順序で匂いを少量放出する。ダルトンは、標的の匂い (この場合は UDC であり、病気のサンプルではない) を感知すると、穴に鼻を突っ込んだまま特定の箱の前で立ち止まり、動かないように訓練されている。箱の上部にある赤外線検出ビームが、ダルトンの鼻が特定の箱に留まっている時間を測定し、事前にプログラムされた秒数が経過すると装置がビープ音を鳴らして、犬の選択を確認する。ビープ音が鳴ってダルトンが解放されると、彼はトレーナーのところへ飛び跳ねて行き、ご褒美 (チーズのひとかけら、元気よく撫でられるもの、またはおもちゃ) をもらう。試験の邪魔にならないように、人間は仕切り壁の後ろに立ち、コンピューターの画面から観察する。

この特別な実験の目的は単純なものです。研究者たちは、数週間にわたって他の嗅覚課題を行った後、ダルトンをこの種の検出に再び慣れさせようとしているだけです。それでも、結果は印象的です。ラウンドごとに、ダルトンは、普通の人には何の匂いもしない正しい箱を素早く特定します。多くの場合、部屋の反対側からまっすぐにその箱まで歩いていき、他の箱に目を向けることさえありません。どの箱からも匂いがしないテストでも、5歳のラブラドールは何をすべきかを正確に知っています。彼は各オプションを簡単に調べてから、期待を込めてトレーナーを見ながらテストゾーンの入り口に戻ります。

コミュニケーションと訓練は一方通行ではないと、ボランティアタスクフォースの一員として愛犬トビーとともに頻繁に捜索救助活動に参加しているガラース・ムラニー氏は指摘する。同氏によると、犬は絶えずフィードバックを提供し、飼い主の反応を形作っているという。「犬が伝えようとしていることを理解できるよう訓練されると、私たちは犬と非常に微妙なやり取りができるようになります」と同氏は説明する。匂いの検知では、飼い主が答えを知らない質問を犬に投げかけることがよくある。反応の意味を解読するには、関係性が必要だ。豚、象、熊など他の動物も、犬と同等かそれ以上に嗅覚が優れているかもしれないが、その驚くべき感覚を人間の言葉で表現できる動物はほとんどいない。

鼻の腫瘍検出研究中、マリカージュン氏は、彼女と共同研究者が犬に血漿サンプルを嗅がせる代わりに、突然粘液サンプルを提示するように切り替えた実験を思い出す。「この新しいサンプルタイプに対する犬の反応を見たかったのです」と彼女は説明する。おそらく、匂いマーカーの何らかの側面は病気陽性サンプルにも残っているだろうが、犬は新しい背景に対してそれを認識できないかもしれない。それに応じて、犬の1匹が即興で反応した。陽性サンプルの上に口を開けて浮かせたまま立ち、トレーナーの方を振り返った。血漿陽性に反応して訓練されていた座り込み警戒ではなかったが、特定の粘液サンプルには注目する価値のあるものがあると理解していることを明らかに示し、同時に不確実性を伝えて指示を求めていた。「それは完全な会話です」とマリカージュン氏は言う。

探知犬の訓練と維持には費用がかかる。PVWDC では、犬 1 匹の世話と教育に 5 万ドル以上かかるとデシデリオ氏は指摘する (ペンシルバニア大学と提携しているが、同センターは大学から直接資金提供を受けていない。その代わり、寄付と助成金で活動を維持している)。この考えは、あらゆる医療検査を犬の嗅覚に置き換えることができる、または置き換えるべきだというものではない。むしろ、犬が何を感知できるかを評価することで、研究者は病気の特徴的な匂いを構成する化学成分を分離し、より優れた診断ツールを開発したいと考えている。

2022年の研究で、マリカルジュン、オットー、および共著者らは、卵巣がん陽性の人の血液サンプルを選ぶよう犬を訓練した。次に、犬が血液サンプルのどの成分に反応するかを調べるために複数のテストを実行した。彼らは、卵巣がんは多くの揮発性有機化合物を通じて検出可能であり、最も重要なバイオマーカーは最も軽く、最も早く蒸発することを発見した。これを知ることで、患者の血液サンプルを収集、保管、および検査する方法を知ることができる。さらに研究を進めることで、科学者らはより優れた、より特異的で正確なスクリーニング検査の開発に貢献できるだろう。

嗅覚科学は人間の病気にのみ役立つのではない。PVWDC の研究者らは、致死的で診断が難しい犬の癌の検出にも犬を利用できることを明らかにした。進行中の別のプロジェクトでは、マリカルジュン氏とその同僚らは、犬が研究室と現場の両方で有害な環境病原体を見つけ出せることを発見した。

慢性消耗病は致命的で治療不可能なプリオン感染症で、野生のシカ、ヘラジカ、ムースに感染し、何十年もの間米国全土に広がっています。シカの集団にこの病気の目に見える症状が現れるまでには長い時間がかかることがありますが、2023年の研究によると、犬は糞の塊（または糞の塊の近くに一定期間保管された綿球）の匂いを嗅ぐことで、80％以上の精度で病気の存在を容易に認識できます。フォローアップ作業で、犬が他の検出方法よりも早く慢性消耗病の領域を迅速に調査できることが判明した場合、野生生物管理者がより早く検疫と管理プロトコルを確立するのに役立つ可能性があり、感染拡大を遅らせる可能性があります。保護犬は以前にも同様の用途で使用され、侵入種の隠れたポケットを見つけたり、絶滅危惧種の植物や動物を追跡したり、真菌病原体を特定したりしています。

「すべてのものに匂いがあると思います」とオットー氏は言う。本当にすべての匂いだ。ウィルソン氏の以前の研究の一部では、犬はストレスや人間のネガティブな感情状態を嗅ぎ分けられることがわかっている。探知犬の研究で最も重要な問題は、匂いが存在するかどうかではなく、特定の匂いを分離して動物に認識させる訓練ができるかどうかだとオットー氏は付け加える。PVWDCやその他の科学者たちがその疑問を探求し続ける中、その答えは繰り返し、そして決まってイエスだ。疑問を抱くことで、病気の新しい匂いマーカー、捜索救助の匂い検出を強化して人命を救う新しい方法、環境の健康を評価する新しい方法が発見されてきた。これまでのところ、彼女と彼女の協力者（人間も犬も同様）がまだ見つけていないのは、可能性の限界だけだ。