悲观狗狗，嗅出癌症
环球科学约 5 分钟撰文 |苏布拉马尼亚姆·罗希妮（Subrahmanyam Rohini）
翻译 | 林清
比利是一只耷拉着耳朵的小比格犬，它绕着平台嗅探从不同洞里传来的气味。每个洞里都有一个用过的外科口罩，这些外科口罩带着不同人独特的呼吸和身体气味。而它正用敏锐的嗅觉寻找一种组合：癌症的信号。
癌症可以改变一个人身上的“挥发物组”（volatilome），也就是呼吸、汗液、血液和尿液中的挥发性有机化合物。比利和同伴已经学会从癌症患者佩戴的口罩中，嗅出这些微妙的气味线索。研究人员还在研究狗是如何嗅出其他疾病的，例如新冠、疟疾，以及创伤后应激障碍等心理问题。1989年，科学家首次发现了狗强大的疾病嗅探能力，当时一只狗嗅出了训导员身上的癌症。但临床医生至今仍然很少借助狗进行诊断。除了明显的后勤问题外，狗的嗅觉准确性也存在很大差异。越来越多的研究发现，嗅病能力可能取决于狗的个性，以及训导员对它们的了解程度。新研究的工作重点则是找出哪些狗最适合担任疾病嗅探犬。
莎琳·比斯特·达巴（Sharyn Bistre Dabbah）目前是英国布里斯托大学的兽医学家，与英国慈善机构“医疗探测犬”（Medical Detection Dogs）的同事一起研究动物性格（尤其是其乐观或悲观程度）如何影响它们的疾病检测技能。最近，他们的研究结果发表在了《公共科学图书馆·综合》（PLoS One）上。
研究人员首先向狗展示了房间一端两块隔板的后面：一个是“积极”位，此处有美味的食物，另一个则是“消极”位，只有一个空碗。随后再进入房间时，狗通常会高兴地蹦跳到“积极”位，但当去查看“消极”位时，它们跑得很慢——或者压根就不去那里。
然后，科学家又在“积极”位和“消极”位之间放置了两块新隔板，隔板后同样放置了有食物或者没有食物的碗。研究者根据狗探索这两个位于“积极”位和“消极”位之间的新位置的速度，将它们的性格划分为“乐观”的和“悲观”的。
接下来，研究小组让每只狗在多种气味中寻找它们受训识别的疾病气味，并逐一评估准确度。平均而言，悲观的狗辨别能力更强。达巴说，悲观的狗更为谨慎，“越谨慎的狗可能越不容易犯错。”
美国宾夕法尼亚大学（University of Pennsylvania）研究疾病和压力嗅探犬的克拉拉·威尔逊（Clara Wilson）表示，其他性格特征也会影响狗的嗅病能力。那些享受狩猎刺激的狗，以及能够出色应对搜寻失踪人员或隐藏炸弹任务的狗，可能会觉得重复嗅探疾病样本相当乏味。“所以我们想要的是不易沮丧的狗。即便这项工作不那么刺激，它们也能从中获得成就感，”威尔逊解释说。
班加罗尔初创公司“嗅诊犬”（Dognosis，曾训练过比利）的联合创始人阿卡什·库尔戈德（Akash Kulgod）说，训导员对狗行为的解读也会影响检测结果。库尔戈德及其团队并未教狗做出特定的行为，而是直接分析每只狗的自然肢体语言。根据狗移动的自信程度（通过基于计算机视觉的机器学习工具进行分析得出），团队可以判断狗是否嗅探成功。“其中有条狗闻了闻，然后非常自信地打了个滚，就走向喂食器，”库尔戈德说，“它们都有自己独特的癖好——但这些都可以被量化，因为它会下意识地期待像过去训练时那样得到奖励。”
在一项涉及10种癌症、200份测试样本的初步研究中，“嗅诊犬”公司的狗检测出了96%的癌症，这项研究成果在今年的美国临床肿瘤学会（American Society of Clinical Oncology）会议上作了展示。下一步，“嗅诊犬”团队将扩大研究规模，使测试样本达到1500个。
目前，医生通过结合血液检查和组织活检诊断不同类型的癌症。研究人员一直在寻找侵入性更低的方法，其中包括常伴我们左右的犬类，以及受它们启发设计的电子鼻。当前，狗的表现优于电子嗅探器。但来自波士顿的初创公司RealNose.ai的首席科学官安德烈亚斯·梅尔申（Andreas Mershin）表示，这种领先地位可能不会持久。他和同事正在研发电子鼻，用于探嗅尿液样本中的前列腺癌和其他疾病。如果最终机器嗅探能力超过狗，应该有助于解决可扩展性问题，也能让狗得到休息。
梅尔申研究团队将哺乳动物的嗅觉受体放在电子芯片上，并使用机器学习算法来解释输出信号。该技术专注于检测分子间的整体模式，而不是将它们单独分类。
狗也不会在脑子里勾勒出分子清单，它们只是“知道”癌症的味道。这有助于它们准确感知癌症的存在，无论癌症存在于哪个器官或者病人在提供呼吸样本前吃了什么。“狗能概括气味。它们并不关心你书写气味所用的字体，它们只会正确解读。”梅尔申说。
在《公共科学图书馆·综合》的另一项研究中，梅尔申与团队使用机器学习模型，识别和分析前列腺癌确诊患者尿液样本中不同气味的模式。基于早期对“医疗嗅探犬”诊断数据的研究，他们的研究结果表明，专注于“气味特征”的模式或许可以成为狗的可扩展替代方案，即便目前它的检测速度还远不及狗。
每只狗的个性，以及我们如何解释它们的行为，可能是开展大规模疾病嗅探的关键。
本文选自《环球科学》2025年9月刊“前沿”栏目。
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