アンドレアス・メルシンは今でも犬に腹を立てる。「犬は大好きなんです」と、MITのオフィスでギリシャ系ロシア人の科学者は言う。「でも、犬たちは私の顔を平手打ちするんです」
彼はその意味を説明するためにビデオを再生した。そのビデオでは、ルーシーという名の黒い犬が、小さな柵で区切られた6つのステーションに近づいていく。それぞれのステーションには、網状の蓋が付いた人間の尿が入ったガラスのコップが犬の鼻の高さに置かれていた。ルーシーはそれぞれのサンプルを軽く嗅ぎ、よく嗅ごうと鼻を突っ込んだりもした。彼女は一種の診断テストを行っていた。前立腺がんの兆候となる匂いを探しているのだ。実は、男性の尿には前立腺がん特有の匂いが残っていて、犬なら判別できるのだ。ルーシーは探し物を見つけると、席に着いてご褒美をもらった。
人類は道具作りの技術に長けており、自動運転スーツケースや再利用可能なロケットブースターなどを生み出してきましたが、前立腺がんの検出は極めて困難です。現在広く行われている検査方法は、患者の血液中の前立腺特異抗原（PSA）と呼ばれるタンパク質の濃度上昇を調べることです。しかし、この検査の実績は悲惨です。PSAを初めて発見した科学者は、この検査を「コイントスとほとんど変わらない」と評しています。偽陽性の結果が出た場合、前立腺生検が行われる可能性があります。これは、直腸壁に太い中空の針を刺して前立腺自体から組織サンプルを採取するという、恐ろしい検査です。
一方、適切に訓練された犬は、90%以上の精度で前立腺がんを検出でき、しなやかに尻尾を振る効率の良さも備えています。動画では、ルーシーがわずか数分で6つのサンプルを検査しています。この検査結果にマーシン氏は激怒します。「階下に1億ドル相当の機器があるのに、犬に勝てるなんて！本当に腹が立ちます」と彼は言います。
マーシンは医者ではない。訓練を受けた物理学者だ。彼はラベルフリー研究グループという研究室を運営しており、物理学、生物学、材料科学、情報科学の境界を越える存在である。オフィスには、脳波を測定できるサングラスに加え、航空雑誌、泌尿器科、意識の物理学、Pythonプログラミングに関する書籍が常備されている。彼は二つの母国語の中間のようなアクセントで早口で話し、ちょっとした刺激で話題を変える。お揃いの靴下を履くのを嫌がる。靴下が揃う必要なんてないからだ。背が低く丸々とした体型で、興奮するとストロベリーブロンドの巻き毛が揺れる。
1億ドル相当の機器を保管しているマーシン氏の研究室は、MITにある彼のオフィスから数階下にあります。ある部屋では研究者たちが新しい色の開発に取り組んでおり、別の部屋では地球上で最も軽くて強い素材の開発に取り組んでいます。しかし、私がここにいるのは、この施設がAO（人工嗅覚）の開発に向けた世界で最も重要な研究を行っているからです。
最近では、多くのロボットが見たり、聞いたり、話したり、（大まかにですが）考えたりできます。しかし、嗅覚を持つロボットを見つけるのは難しいでしょう。その理由の一つは、嗅覚が人間によって常に過小評価されてきたからです。人間は頭脳派で視覚過多のスノッブな種族です。カントは嗅覚を五感の中で「最も不要なもの」だと切り捨てました。2011年のある世論調査では、16歳から22歳の人の53%が、スマートフォンやコンピューターを手放すくらいなら嗅覚を手放したいと答えています。
しかしここ数年、適切な鼻先の嗅覚が一種の超能力になり得ることがますます明らかになっている。何千年もの間、人間は犬の追跡能力を高く評価してきた。警察や軍隊は爆弾、麻薬、死体の嗅ぎ分けに長らく犬を使ってきた。しかし、2000年代初頭頃から、雪崩のような発見により、犬の鼻で何ができるかについての私たちの認識が劇的に広がった。それは、犬が悪性黒色腫の初期段階を嗅ぎ分けられることに研究者が気づいたことに始まった。その後、乳がん、肺がん、大腸がん、卵巣がんについても同様のことが言えることが判明した。犬は部屋の周りの空気の動きから時刻を嗅ぎ分けたり、糖尿病の発作を数時間前に察知したり、視覚的な手がかりがなくても人の感情状態を察知したりできる。そして、これは犬に限ったことではない。非常に鋭敏な嗅覚を持つスコットランド人看護師からの情報により、科学者たちは最近、パーキンソン病患者は症状が現れる何年も前から独特の「ウッディでムスクのような匂い」を発し始めることを発見した。
これらすべては、犬だけでなく、物理世界そのものについての新たな発見につながる。出来事、病気、精神状態は、空気中に情報を残す。それは高度に調整された嗅覚系には理解できるが、それ以外の科学では理解できない情報だ。嗅覚は、時として、外界に隠れているものを検知し、識別するための最良の方法となるようだ。そして多くの場合、同じものを検出する次善の方法は、高価（ガスクロマトグラフィー／質量分析法）であったり、苦痛を伴う（組織生検）か、不可能（読心術）だったりする。
残念ながら、嗅覚ロボットが存在しないもう一つの理由は、嗅覚が未だに生物学的に難解な謎であるということです。科学者たちは、私たちがどのようにして揮発性化合物を感知し、脳がその情報をどのように分類するのか、その基礎を解明しようとしています。「分かっていることよりも分かっていないことの方が多いのです」と、デューク大学の研究者である松波宏明氏は言います。
しかしマーシン氏は、人工鼻を作るのに哺乳類の嗅覚を理解する必要はないと考えている。彼は物事は逆の方向に進むと確信している。つまり、鼻を理解するには、まず鼻を作る必要があるのだ。マーシン氏は、優れた指導者である張曙光氏との共同研究で、息を切らしてあえぐ犬に匹敵するだけの性能を持つ装置を開発した。
1914年5月、アレクサンダー・グラハム・ベルはワシントンD.C.の高校の卒業式で生徒たちに演説を行いました。当時67歳だった電話の発明者は、奇妙な演説を行いました。観察、測定、そして探偵のような好奇心を、気難しい調子で歌ったのです。彼は演説の大半を、10代の聴衆が取り組むべき研究分野を提案することに費やしました。「匂いを測ろうとしたことはありますか？」と彼は尋ねました。「匂いとは何でしょうか？空気中の物質粒子の放出物でしょうか、それとも音のような振動でしょうか？」と彼は問いかけました。「もし放出物なら重さを量ることができるかもしれませんし、振動なら鏡で反射させることができるはずです」と彼は続けました。「新しい科学を創始したいという野心があるなら、匂いを測りなさい」
それから1世紀以上が経った今でも、匂いを測定できる人は誰もいません。匂いが振動なのか、それとも粒子間の化学反応なのかについても、いまだに議論が続いています。（振動説ははるかに議論を呼んでいますが、嗅覚を完全に否定できるほど深く理解している人はいません。）実際、哺乳類の嗅覚の基本的な遺伝的・生理学的構成要素を科学者がマッピングできるようになったのは、1991年になってからでした。その年、生物学者のリンダ・バックとリチャード・アクセルは、画期的な論文を発表しました。彼らはマウスの約1,000個の嗅覚受容体をコードする約1,000個の遺伝子を発見し、これらの受容体が哺乳類の嗅覚の始まりであることを示しました。これらの受容体は、鼻腔の上部、頭蓋骨との接合部に位置する薄い組織片である嗅上皮に存在します。私たちが深呼吸をすると、室内の揮発性分子が鼻からこれらの受容体へと吸い込まれます。受容体が分子と相互作用すると、連鎖反応が起こり、最終的に脳にメッセージが送られます。
これらの相互作用の正確な性質については、バックとアクセルは理論を立てることしかできなかった。彼らは、人間の鼻にある嗅覚受容体と空気中の分子の間に、一種の鍵と鍵穴の関係があると仮定した。しかし、彼らが発見した受容体の数は、即座に数学的な問題を提起した。人間は約400種類の嗅覚受容体を持っている（マウスよりはるかに少ない）が、約1万種類の異なる匂いを嗅ぐことができる。そこでバックとアクセルは、匂いは組み合わせによるものだという理論を立てた。彼らの研究によると、それぞれの受容体は少数の異なる分子に反応するように独自に準備されており、私たちの鼻は多くの受容体が同時に発火したときに異なる匂いを感知する。当時タフツ大学の研究者だったジョン・カウアーは、この考えをピアノでコードを弾くことに例えている。「ピアノには88音しかありません」と彼は言う。「もし匂いごとに1つの音しか使えなかったら、88種類の匂いしか検知できないでしょう。」もし匂いが和音のようなものだとしたら、数学は突然うまくいくでしょう。
2004年にノーベル賞を受賞したバックとアクセルの研究に触発され、マーシンをはじめとする科学者たちは、匂いを単なる分子の羅列として捉えました。ニンニク一片の匂いを理解したいなら、その答えは化学成分にある、という考え方が広まりました。「これらの分子のどこかに、ニンニクの匂いが刻まれている」とマーシンは2000年代半ばまで信じていました。
バックとアクセルが主要な研究結果を発表した後、人工の鼻を作る最初の本格的な取り組みが開始するまでに時間はかからなかった。国防高等研究計画局（DARPA）は、地雷発見の手段として犬に代わるものを探そうと、1997年から2500万ドルを「ドッグズ・ノーズ」と呼ばれるプログラムに注ぎ込んだ。同局は国中の科学者に資金を提供し、多数の探知機候補を製作させ、それらをミズーリ州の試験場に持ち込んで試験した。地面には、ツナ缶ほどの大きさの小型対人地雷から大型の対戦車兵器まで、あらゆる種類の地雷が撒かれた。導火線は外されていたため、地雷を踏んでも起爆することはもはやできなかったが、地中に埋め込まれた爆発物は、例えば落雷によってはまだ起爆する可能性があった。「雷雨の兆候が少しでも見られたらすぐに避難しました」と、プログラムに参加したカウアーは語る。
カウアーは灰色の靴箱ほどの大きさの装置を製作し、最終的にそれを「ScenTrak（シーントラック）」と名付けました。この装置には実際の嗅覚受容体は搭載されていませんでした。代わりに、ポリマーと呼ばれる分子の長い鎖が詰め込まれていました。カウアーは、このポリマーがDNT（ほとんどの地雷に含まれる分子）に反応することを知っていたのです。ScenTrakが爆発物に遭遇すると、DNTがポリマーに結合し、ScenTrakは警報を発しました。「地雷だ！」と箱は叫びました。
少なくとも、理想的な条件下ではそう機能した。ScenTrakは、無臭の実験室の空気中に微量のDNTを検知できた。しかし、現場でカウアーがScenTrakを地面の上で前後にスキャンしたところ、反応がおかしくなった。ポリマーはDNTだけでなく、天候、植物、あるいは特定の土壌にも反応したのだ。
競争に参加した他の装置、例えば「Fido」や「Cyranose」も、ほぼ同じ理論に基づいていました。いずれも特定の化合物に反応するポリマーを用いており、その機能性は限定的でした。（Fidoは現在、軍の検問所で近距離の爆発物を検知するために使用されています。）しかし、これらの装置は実際には匂いを検知できません。例えば一酸化炭素センサーが匂いを検知できないのと同じです。匂いが強い環境では、爆発以外の様々な発生源から（明らかに同じ化合物でできていると思われる）匂いが漂ってくる可能性があり、誤作動を起こすことがよくあります。
その理由の一つは、これらのデバイスが構築された理論があまりにも単純化されていたためです。今日、ほとんどの科学者は、嗅覚結合の鍵と鍵穴の理論はあまりにも単純すぎると考えています。非常に似た形状の分子が全く異なる香りを持つ場合もあれば、全く異なる形状の化合物が似たような香りを持つ場合もあります。言い換えれば、分子の形状は香りと同義ではありません。多くの受容体が多くの異なる分子に結合し、また逆もまた同様です。しかし、それぞれの受容体は、一部の科学者が各分子に対して「親和性」と呼ぶものを持っています。この特別な親和性と、嗅覚反応の組み合わせの性質が、独特の香りを生み出すと、現在の理論では考えられています。ピアノには、コードを形成できる88個の鍵盤があるだけでなく、ペダルや強弱調整機能も備わっています。「ピアノの鍵盤を異なる強さで叩きます。強く叩くとある音が、弱く叩くと別の音が鳴ります」と張氏は言います。あるいは別の言い方をすれば、匂いの理論はより複雑になるだけです。
犬自身も完璧な嗅覚を持っているわけではありません。イライラしたり疲れたりします。飼い主の感情を糧にしてしまうのです。そしてもちろん、犬は体重が重すぎるわけではありません。写真：ボビー・ドハティ
マーシンとチャンは、風変わりながらも息の合ったコンビだ。マーシンが同じ道を二度通ることは滅多にない。MITのカフェテリアから彼のオフィスまで歩いている途中で道に迷うと、彼はよく迷子になると告白する。「頭の中もね。知的にも、地理的にもね」と彼は言う。彼自身によると、彼は失読症、共感覚、ピンク／グレー色覚異常、顔面失認、そして注意欠陥障害を抱えている。自分の住所を忘れてしまうこともある。また、飽くことのない強迫的な好奇心の持ち主でもある。かつて彼は子供たちのために、綿球を香水に浸し目隠しをして隠した綿球を探すゲームを考案したことがある。鼻以外にも、彼はナミビアでキノコで家を建てたり、ポスドク研究員と水から重金属を除去する方法について研究したりしている。「私の人生は、一つのことだけをやるには向いていません」と彼は言う。「でも、一つのことに非常に集中して、本当に上手にできる人と一緒に仕事をするのは好きなんです。」
張氏こそがまさにその人だ。マーシン氏が落ち着きがないのに対し、分子構造研究所という自身の研究グループを率いる張氏は、慎重でゆっくりと物事を進める。彼は、一つのプロジェクト、一つの疑問に深く取り組む必要があると考えている。「科学が成功するには集中力が必要です」と彼は言う。「他のことに気を取られてはいけません」。2003年、張氏は新たなプロジェクトを探しており、嗅覚受容体に焦点を絞った。バック氏とアクセル氏の先駆的な研究の後も、顕微鏡でもX線結晶構造解析でも、嗅覚受容体を実際に観察できた人は誰もいなかった。嗅覚がこれほどまでに謎に包まれている理由の一つはそこにある。最も基本的なレベルでは、これらの小さな受容体が何をしているのかを直接観察することはできない。実際に分子と結合しているのだろうか？どのように？湿度や他の化合物といった他の要因が、受容体の反応に影響を与えるのだろうか？誰も知らない。張氏は、嗅覚受容体を観察する方法を見つけることで、この状況を変えたいと考えていた。 「私たちは、何か神秘的なものに取り組み、それを解明するのに数年かかることに決めました」と彼は言う。
張氏が探求を始めるにあたって知っていたことは次のとおりです。嗅覚受容体は膜タンパク質であり、複雑で異質な小さな構造をしています。それぞれの受容体は長い紐のような形をしており、細胞と外界を隔てる薄い膜を前後に巻き付いています。この複雑な巻き付き方が中断されたり変化したりすると、受容体は機能しなくなります。また、受容体が傾いたり逆さまになっていたりしたらどうでしょうか？これも機能しません。
嗅覚受容体の約半分は細胞の外側にあり、分子と相互作用する準備ができています。そして、中間部分は細胞膜の内側にあり、残りは細胞内に存在します。受容体の外側部分が分子と結合すると、その形状が変化し、細胞は脳にメッセージを送ります。嗅覚受容体の頭部と尾部、つまり細胞の内側と外側にある部分は水を好むのに対し、中間部分はそれを包む細胞膜と同様に疎水性です。つまり、受容体を細胞から取り出して水に入れると、溶解する代わりに凝集する傾向があり、分離して研究することはほぼ不可能です。
張氏は2003年から目標達成に向けて奔走してきた。ある時期、彼は水溶性受容体の作製に8年間を費やした。（「そして解決した。完成だ」と彼は言う。）しかし、それでもなお、受容体の観察には成功していない。他の誰も成功していない。受容体はあまりにも小さすぎるのだ。張氏は、匂い分子と受容体の間の基本的な相互作用を「完全なブラックボックス」と表現する。
それでも、2007年にDARPAがRealNoseと呼ばれる2つ目の嗅覚プロジェクトを立ち上げた際、張の研究は非常に有用であることが証明された。イラクとアフガニスタンの戦争に刺激され、RealNoseは新たな使命と新たな緊急性を帯びていた。地雷の探知ではなく、アメリカ軍を壊滅させるIED（簡易爆発装置）を機械の鼻で識別する能力が必要だったのだ。そして今回は、科学者たちはポリマーなどの合成デバイスを使って受容体の働きを模倣することができなかった。哺乳類の嗅覚受容体をセンサーとして使わなければならなかったのだ。
張氏は、DARPAの助成金を競い合う他の科学者たちに対して大きなアドバンテージを持っていた。彼の研究のおかげで、彼は世界で数少ない、胚細胞で嗅覚受容体を培養し、それを実験室で扱う経験を持つ研究室の一つを所有していたのだ。しかし、マーシン氏はDARPAの要求に納得していなかった。「何ヶ月もずっと抵抗しました」と彼は言う。扱いにくい嗅覚受容体に煩わされたくなかった彼は、DARPAにその要求は間違っていると説得しようとした。なぜ実際の生物学的構造を使う必要があるのか？合成物を使う方が簡単なのに？傾いたり逆さまになったりしただけで機能しなくなるようなもの？「確かに、鳥のように飛びたいのは確かだが、羽根でジェットエンジンを作るわけではない」と彼は考えた。「鳥よりも優れたものが欲しい！」マーシン氏が求めていたのは、部屋に存在する分子を検知できるセンサーだけだった。しかし、資金獲得を逃したくはなかったので、彼は譲歩した。
マーシンとチャンは、研究室で嗅覚受容体を大量に培養し、それを回路基板に塗りつけることにした。統計的に言えば、十分な数の受容体を塗りつければ、最終的に十分な数の受容体が正しい方向を向くはずだと彼らは考えた。そして、回路基板に電流を流す。受容体が揮発性化合物と相互作用すると、通常の鼻と同じように形が変化する。ただし、脳にメッセージを送るのではなく、その相互作用は電流のわずかな変化として記録される。
春先の晴れた日、マーシンは私を研究室に案内し、段ボール箱や機材をかき分けて、古い人工鼻の試作品が入った容器を掘り出した。片手には、2つの金属ノズルがエポキシ樹脂で雑然と固定されたプラスチックボトルを取り出した。もう片方の手には、電線から細いプラスチックチップがぶら下がっている。「これが最初の鼻です」と彼は言った。
それは失敗に終わった。受容体は機能しているように見えたが、ボトルが大きすぎた。匂いが長く残りすぎて、科学者たちは明確な測定ができなかったのだ。そこで彼らはさらに試作品を作り、チップに適切な匂いの空気を噴射する方法や、チップの数を変える方法など、様々な実験を行った。
試作品の山から、マーシンはついに「ナノノーズ」と呼ばれる装置を取り出した。これは彼とチャンが最終的にDARPAに提出したものだった。装置全体は特大のローストパンほどの大きさで、「米国連邦政府所有」という文字が刻まれている。「DARPA向けだったので、防弾に見えるようにする必要がありました」とマーシンは言う。
あらゆる試作を経て、彼らは最終的に、クレジットカードほどの大きさの回路基板を8枚並べた設計にたどり着いた。防弾仕様の金属製ハウジング内では、各基板が独立した気密ベイに配置され、それぞれ独自の匂いを感知し、独自の電気パターンで反応する。深く嗅ぐ動作を模倣したエアポンプによって、匂いはボックス内に送り込まれ、各基板へと送られる。
チャンとマーシンは15ヶ月間をかけてこの装置を開発したが、DARPAの締め切りまでまだ完成していなかった。成果を発表する時が来ると、マーシンは大型バンにほぼ実験室1つ分の荷物――ホース、チューブ、パイプ、注射器、300ポンドの光学テーブル、そして7万ドル相当の周波数発生器――を積み込み、ボストンからボルチモアまで運転した。さらに、独自の匂い発生システム――StinkJetと呼ばれるインクジェットプリンターを改造したもの――も持参した。
マーシンは当初、ナノノーズの下にスーパーコンピューターを搭載し、数千もの化合物をリストアップしたデータベースを掘り下げ、ノーズが登録したものを出力することを構想していた。しかし、その作業は結局実現しなかった。そこで、マーシンがハックと呼んでいた方法に頼ることにした。
DARPAは彼らに、機械に認識させるべき匂い物質のリストを与えていた。そこでまず、マーシンとチャンはそれらの匂い物質をナノノーズに送り込み、その反応を記録した。ノートパソコンとパターンマッチングアルゴリズムを用いて、鼻に何を嗅ぎ分けるべきかを学習させるというアイデアだった。そして実際のテストでは、それぞれの謎の匂い物質を8回（8つのベイそれぞれに1回ずつ）サンプリングし、さまざまな電気条件の厳しいテストにかけた。これは消去法のようなもので、パターンマッチングアルゴリズムが誤検知を除外するのを助けるためのものだった。データマイニング用のスーパーコンピューターほど高度なものではなかったが、うまくいくかもしれないと彼らは考えた。
DARPAのテストは厳重に管理されていました。試験中は、メルシン氏と彼のチームは実験装置のある部屋に入ることを許されず、警備員の付き添いなしにトイレに行くことさえ許されませんでした。昼休みには、チームは機首をホテルの部屋に急いで戻し、ルームサービスを注文しながら部品をはんだ付けして改良を続けました。
結局、猛烈な勢いは報われました。ナノノーズは嗅覚対決に合格し、研究室で個別の匂いを嗅ぎ分けることができました。制御された環境では犬にさえ勝ち、犬が感知できるよりも低い濃度の匂いを嗅ぎ分けました。しかも、スーパーコンピューターは必要ありませんでした。実際、ナノノーズはスーパーコンピューターがない方が優れていたとマーシン氏は言います。彼にとって、このプロジェクトは嗅覚の根本的に重要な側面を明らかにしました。私たちの鼻は分析ツールではないのです。香りの成分を分析するわけではありません。「分子こそがメッセージを運ぶものです」とマーシン氏は言いますが、分子を知っているだけでは私たちの知覚がどうなるかはわかりません。「何かを嗅ぐと、分子と濃度のリストが出てくると思っていました」と彼は言います。「そうではありませんでした。」
結局のところ、メルシンのハックは哺乳類が匂いを処理する方法とよく似ている。私たちの脳は、吸い込むすべての化合物に等しく計算的な注意を払うのではなく、自分にとって何が重要かに基づいて情報を階層的に選別する。興味がなければ、部屋の匂いを無視できる。受容体は依然として化合物を感知しているが、脳は注意を払っていないのだ。逆に、受容体が送る信号に意識を集中させれば、トマト、ピーマン、ニンニクといった競合する香りが充満したパスタソースの中にある、エシャロットやフェンネルのほのかな香りを聞き分けることができる。
マーシンは、匂いを理解し、それをツールとして使うには、分子のリストは必要ないことに気づきました。必要なのは、何かが何でできているかではなく、どんな匂いがするかであり、それらは根本的に異なるものです。「これは、私の科学者としてのキャリアの中で最大の教訓でした」と彼は言います。「私たちは鼻の仕組みを理解していると思っていましたが、実際には鼻の仕組みについて何も知らなかったのです。」
9月の暖かい日曜日、私はカトーという名のジャーマンシェパード犬と一緒に骨探しに出かけました。カトーは人骨を探す訓練を受けています。カトーと飼い主のペギー・トンプソンさんは、法執行機関でボランティアとして活動しています。彼らは行方不明のハイカー、山火事の犠牲者、犯罪被害者の捜索に協力しています。
私たちはカトーを家に閉じ込め、サンノゼを見下ろす丘の中腹にある、絵のように美しいトンプソン家の1エーカーの庭に犯行現場を設営した。彼女はガレージから骨の入った袋、歯の入った瓶、そして血まみれのガーゼを取り出した。「手術を受けるたびに、包帯をもらってもいいか尋ねるの」と彼女は冗談めかして言った。「カリフォルニアでは人骨の所持は合法なのよ」彼女は乾燥した人間の皮膚の塊を私の鼻先に押し付けた。それは説明できないほど、そして不気味なほど、カビ臭く、人間臭い匂いがした。私たちは彼女の家の砂利敷きの私道、茂みの下、そして芝生に骨と歯をいくつか撒いた。彼女は皮膚を小さな木の節に押し込んだ。
カトーを外に出し、トンプソンが「探せ」と命じると、以前は人懐っこかった子犬は、突然真剣な表情になった。鼻を地面につけたまま、慎重に前後に動きながら、5分以内に皮を見つけた。残りの骨や歯を見つけるのには、せいぜい10分ほどかかった。
ナノノーズは素晴らしいが、カトー氏が匂いを追う際に行う動作をすべて再現するには、箱いっぱいの電子回路基板だけでは不十分だろう。オーバーン大学で犬の嗅覚を研究する科学者、ポール・ワゴナー氏は、自然の嗅覚能力に匹敵する機械の開発には「数十年かかる」と見積もっている。探知犬向けの独自の訓練プログラムも特許取得済みのワゴナー氏は、機械は嗅覚プロセスの早い段階で機能不全に陥ると主張する。「すべてはサンプリングから始まります」と彼は言う。基本的に、機械はそれほど優れた嗅覚能力を持っていない。犬は毎秒約5回、鼻孔から息を吸ったり吐いたりするが、その吸気と吐気はそれぞれ異なる経路を通る。この鼻からの吸気によって圧力差（一種の匂いの渦）が生じ、犬は嗅ぐたびに豊かで新しいサンプルを鼻に取り込むことができる。ナノノーズは特定の匂いに焦点を絞ることができるかもしれないが、犬がそれを長距離にわたって行うことができる能力は驚異的だ。
加藤がついにあの匂いを嗅ぎつけた時、彼の脳内で何が起こるのか？それは誰にも分からない。嗅覚受容体から脳がその情報を処理・理解するまで、脳の階層が上に行くほど、「ますます謎が深まっていく」とワゴナー氏は言う。
それでも、犬自体は完璧な嗅覚を持っているわけではない。トンプソン氏と2度目に面会したとき、別の犬、3歳のマリノア犬のアニーが近くの野原で豚数頭に遭遇した際、骨を探すことに集中力を完全に失ってしまったのを見た。「犬は物に慣れていないと、とても難しいのです」とトンプソン氏は説明する。犬はイライラして疲れてしまう。飼い主の感情を糧にするのだ。そしてもちろん、犬は大きくなれない。高度な訓練を受けた爆弾犬や病気の探知犬は不足しており、1頭あたり2万5000ドルもする高額な犬もいる。すでに米国の安全保障部門には、運輸保安局（TSA）や地方の法執行機関から軍隊まで、犬を必要とするさまざまな機関を巡回できるだけの犬の数が足りない。医療探知犬となるとさらに厄介だ。数が非常に少ないだけでなく、医療現場に簡単には溶け込めないのだ。過去数年間に、早期がんの検出精度が 90 ～ 100 パーセントに達するなど、驚くべき成果が次々と発表されたにもかかわらず、医療探知犬は診断の補助として広く採用されていません。
MITの研究室に戻ると、マーシンは棚から青い箱を取り出した。中には緑、青、黒の配線がごちゃ混ぜに詰まっている。まるで、誰もがクローゼットの奥にしまい込んでいる、紛失したりアップグレードしたりした機器のコードやケーブルがぎっしり詰まった箱のようだ。しかし、その配線に差し込むと、白いプラスチックのクレジットカード型の物体が見える。これが彼らの新しいナノノーズだ。金属製でDARPA（国防高等研究計画局）のテスト済みボックスから改良され、大幅に小型化された。（配線やコードはすべて周辺機器で、匂いと電流を鼻に送り込むためのものだ。）
ここ数年、チャン氏はマーシン氏と共にナノノーズに用いる嗅覚受容体の改良を続けてきた。最も重要なのは、胚細胞での培養をやめ、生物学的に不活性な状態で培養する方法を考案したことだ。現在、すべては試験管内で行われている。受容体の扱いは依然として難しい（マーシン氏によると、この装置で最も難しいのは受容体だ）が、有機受容体よりも安定性と柔軟性に優れている。マーシン氏とチャン氏はナノノーズの回路基板も徐々に小型化してきた。これにより、装置全体をバイオリアクターのポートに接続し、内部で何が起こっているかを嗅ぎ分けることができるようになった。工場内に持ち込んで製品の匂いを嗅ぎ、品質管理に役立てたり、穀物サイロ内に設置して食品の腐敗を嗅ぎ分けたりすることもできる。しかし、マーシン氏とチャン氏は、現時点では研究をビジネスに転用するつもりはないという。
今のところ、ナノノーズによく似た嗅覚受容体を使った商用技術を設計する勇気のある唯一の企業は、シリコンバレーの小さなスタートアップ企業、アロミックス社だ。ある意味、同社はメルシン氏やチャン氏よりも野心的だ。ナノノーズは約20種類の受容体しか使わず、それぞれの鼻をその用途に合わせてカスタマイズする。だがアロミックス社は、受容体を入れる小さな穴が点在する3×5インチのプラスチック板、エッセンスチップに、人間の嗅覚受容体400個すべてを詰め込みたいと考えている。エッセンスチップが匂いにさらされると、受容体が発火し、チップがその活性化パターンを記録する。コカ・コーラの香りはどんなものか？あるいはシャネルNo.5の香りはどんなものか？答えもまた、分子のリストではない。「受容体の反応パターンなのです」とアロミックス社の創業者クリス・ハンソンは言う。これまでのところ、アロミックス社は400個の受容体のうち、ごく一部を安定化させたに過ぎません。受容体を追加していくことで、デジタル嗅覚の表現はより精緻で詳細なものになると考えられています。
「これは人間の感覚体験を垣間見ることができる窓なのです」とハンソン氏は言う。もしそうだとしても、それは脆い窓だ。アロミックス社は現在も受容体を酵母細胞で培養しており、デモ用の基本的な製品を作るのに苦労している。アロミックス社が最近オフィスを移転し、パロアルトからマウンテンビューへ7マイル（約11キロメートル）離れた場所に移転した際、その移転作業で細胞株の一部が破壊されてしまったのだ。
マーシンは、ナノノーズの見た目がまだ汚いことを恥ずかしがっているようだが、その潜在的な用途について話すと、カールした髪が揺れ始める。今のところ、ナノノーズは単なる検出器で、収集したデータを解釈することはできない。しかし、マーシンとチャンは、それを犬のように賢くしたいと考えている。そこで、マーシンを悩ませる存在、動画に登場する前立腺がんを嗅ぎ分ける犬たちの出番となる。マーシンは犬たちと競争しているだけでなく、協力もしていることが判明した。
マーシンはオフィスで、私に特別な場所を与えてくれた。それは、同じく前立腺がん探知犬のフローリンが訪ねてきた時に座っていた黒いベロアの椅子だ。フローリンとルーシーは、英国の「医療探知犬」という団体に所属しており、がんを嗅ぎ分けられる多くの犬を訓練してきた。
現在、マーシン氏とチャン氏は、大量のデータを使ってAIシステムを訓練している。その一部は、Medical Detection Dogsが動物が特定の尿サンプルにどのように反応したか（癌を警告したかどうか、どれくらい長く生き延びたかなど）について収集したデータであり、一部はマーシン氏とチャン氏が同じ尿サンプルをガスクロマトグラフ質量分析計に通した際に収集したデータだ。マーシン氏によると、これらのデータストリームは、ナノノーズに導入すべき受容体を選択するのに役立つという。しかし、肝心なのは、同じ尿サンプルをナノノーズに通し、その反応に関するデータを収集し始める時だ。その後、3つのデータセット全てから相関関係を掘り起こす予定だ。マーシン氏はすでに全ての尿を研究室で凍結保存しており、すぐに使用できる状態だ。
最終的な構想は、嗅覚における一種のチューリングテスト、つまり犬の反応を模倣することです。ナノノーズの反応と犬の反応を誰も区別できなくなるまで。すべてがうまくいけば、ナノノーズは単なる感知装置ではなく、真の診断ツールになるでしょう。データベースが充実すればするほど、鼻の精度は向上するでしょう。
マーシン氏は最終的に、ナノノーズを携帯電話に組み込むことを夢見ている。彼は、このデバイスの親密版、つまり常に持ち主の体に密着するデバイスを使って、装着者の健康に関する長期的なデータを収集することを思い描いている。将来的には、この鼻は太もものほくろを検査してもらうように警告したり、血糖値が危険なレベルまで低下していることを警告したり、あるいはパーキンソン病特有の木質でムスクのような臭いが出始めたことを警告したりできるようになるだろう。ナノノーズはどこにでも連れて行き、医師が決してできない方法であなたの様子を常に監視できるようになる。犬が嗅覚で感知できるものはすべて、この鼻が感知するのだ。
それは強力なアイデアですが、同時に不安を掻き立てるものでもあります。自分の匂いのプロファイルデータを、あなたはどの程度コントロールできるのでしょうか？もしスマートフォンがあなたの匂いを嗅ぐことができるとしたら、他にどんなデバイスが同じことができるのでしょうか？デジタル嗅覚センサーがポケットに収まるほど小型化された世界では、おそらくそれらはどこか別の場所に使われることになるでしょう。かつてのビデオカメラがそうであったように。もしあなたの病気や精神状態が突然、空気中に読みやすいレポートを残したら、あなたと医師以外の人々（例えば保険会社）がそれを読みたがるのは間違いないでしょう。
ドルビー研究所の主任科学者、ポピー・クラム氏は、ナノノーズのような技術を強く支持しています。彼女は、この技術が病気の早期診断を民主化できると考えています。しかし同時に、人工嗅覚は、センサーとデータを用いて、本来は隠れた内部状態を解明する、数多くの新興技術の一つだとも考えています。これらの技術は、それぞれが他よりもはるかに進んでいるものもあります。これらの技術はすべて、データの透明性とユーザーによる管理に関する新たな基準を必要としますが、その基準は企業や研究者が策定するものではありません。「これは法制化されるべきだと思います」とクラム氏は言います。
メルシン氏は、嗅覚監視国家の到来をそれほど心配していない。むしろ、極度の刺激過剰人間である彼は、デバイスが匂いを送り始める世界を恐れている。「匂いを嗅ぐテクノロジーなら何でも大賛成です。でも、匂いを嗅がせようとするテクノロジーには、かなり警戒しています」と彼は言う。「スマホが頭の中に匂いを送り込むようなことはやめましょう。まずい考えです」。つまり、スマホを犬にして、自分が飼い主になるということだ。
