子犬の脳スキャンが爆弾探知犬選びに役立つかもしれない

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ある程度の警備が敷かれた混雑した場所に行けば、爆発物探知犬が働いているのを見たことがあるだろう（子犬を撫でたこともあるかもしれない）。犬は昔から密輸品や爆発物の探知に使われてきたが、犯人側は体に装着する爆発物技術を進歩させており、警察も進化を余儀なくされている。そこで、新しいタイプの防衛犬、ヴェイパーウェイク犬の活用が求められている。高度な訓練を受け、特別に選抜されたこの動物（通常はラブラドール・レトリバー）は、人が通り過ぎる際の空気を嗅ぎ、体に装着された爆弾の可能性を示す微かな爆発物粒子の痕跡でも探知する。これにより、わずか数頭の犬で数万人を検査できる。野生で、アムトラック、ニューヨーク市警、あるいは感謝祭のパレードなどで、すでにヴェイパーウェイク犬を見たことがあるかもしれない。

この技術は非常に特殊であるため、対象となる犬は幼い頃から集中的な訓練を受けなければなりません。そこで、2年間の訓練に投資する前に、オーバーン大学（ヴェイパーウェイク訓練技術が最初に開発された大学）の行動研究者たちは、どの子犬がヴェイパーウェイクに適した犬になるかを示す行動的および神経学的指標を特定できるかどうかを調べようとしています。そのために、彼らはとてもかわいい子犬をfMRI装置に入れています。そう、世界を救うためです。

「優秀な犬、つまりヴェイパーウェイクの犬になる犬は、生後6ヶ月頃、時には3ヶ月という早い時期に、同じレベルに到達できない犬との違いが見られるようになります」と、オーバーン大学の認知行動研究者で、ヴェイパーウェイクの子犬の研究を主導するジェフリー・カッツ氏は語る。「成功を予測するいくつかの要因が見え始めています。最新のものは、様々な領域、例えば身体能力、社会性、そしていくつかの一般的な記述課題を含む、異なる時点で実施される認知テストです。これは犬の知能テストの集合体だと考えてください。」

ドッグデイズ

ある認知実験では、研究者たちは小さな箱の上におやつを置き、犬が近づいておやつを食べている間、人がそばに立って見守るという行動をとらせます。次に、研究者たちは箱の中におやつを入れますが、犬はそれを取り出すことができます。最後に、箱の中におやつを入れて鍵をかけ、犬が近づいても取り出せないようにします。テストの最初の2つの段階では、犬がおやつにたどり着くまでの速さを観察する一方、3つ目の段階では、犬が近くにいる人と箱の間をどれだけ速く、どれだけの頻度で見渡し、おやつを取り出すのに助けが必要だと人間に知らせようとするかを観察します。11ヶ月齢までに、箱を見てから人を見るという「視線の転換」に多くの時間を費やす犬は、最終的にヴェイパーウェイク犬になる可能性が高くなります。

研究は神経画像診断にも拡大しており、様々な刺激に対する脳活動を測定することで、どの犬がヴェイパーウェイクとして成功するかが明らかになるかを調べています。研究者たちは、犬が様々な種類の情報を処理する際に、脳のどの部分が活性化するかを調査しています。いくつかの実験では、見慣れた人や知らない人が、幸せそうな顔、怒った顔、無表情な顔をしている写真を犬に見せ、犬の反応を測定します。画像診断はまだ初期段階ですが、カッツ氏によると、行動研究で得られた測定値と特定の種類の脳活動との間に、有望な相関関係がいくつか示されているとのことです。

研究グループは、こうした種類のつながりから得られる成功の神経学的指標を開発するためのロードマップを策定したいと考えています。また、この研究のもう一つの長期目標は、犬の遺伝子研究にも拡大することです。もし研究者が、どの子犬がヴェイパーウェイクの訓練を修了するかを予測する遺伝子マーカーを発見できれば、大規模に検証する上で最も容易かつ安価な指標となるでしょう。

犬でのfMRIの使用に関する研究はまだ発展途上で、専門家は過剰な外挿には注意することが重要だと述べている。ペットの犬を研究対象とする場合（試験対象を増やし、犬の宿泊費用を削減するための一般的な方法）、犬の経歴や家庭環境には必然的に大きなばらつきがあり、それが研究結果に予期せぬ影響を与える可能性がある。ヴェイパーウェイクの子犬はより管理された環境で育っているが、訓練が進むにつれてばらつきが出てくる。また、じっとしていられない犬はスキャンできないため、fMRI検査のために犬をじっとさせる訓練といった基本的なことでさえ、研究における母集団サンプルを歪める可能性がある。また、対象にかかわらず、fMRI研究は一般に実施費用が高額であるため、サンプルサイズが制限される。カッツのグループはこれまでに37匹の犬の画像を撮影しており、これはかなりしっかりした数である。

鼻は知っている

fMRIを行動研究と併用する利点は、成功または失敗の兆候をより早期に捉えられる可能性があることです。「この種の研究を行う価値は、犬の行動を待ったり、行動だけに頼ったりするのは、ある意味で手遅れになるということです」と、エモリー大学の研究者で、長年犬のfMRIを研究し、2017年には介助犬の成功の神経学的指標を探る研究にも携わったグレッグ・バーンズ氏は述べています。「犬の脳内で何らかのスイッチが切り替わり、観察できる行動をとっていますが、行動から何かが明らかになる前に、表面下のより深い洞察を得たいのです。」

しかしバーンズ氏は、より包括的な理解と研究結果の裏付けを得るためには、行動研究とfMRIデータを組み合わせることが重要だと指摘する。「探知作業に関して言えば、犬は単なる鼻ではなく、単なる携帯型嗅覚装置でもありません」とバーンズ氏は言う。「その鼻の先には知覚力のある生き物がいて、その生き物は人間とコミュニケーションを取り、様々な認知処理を行っているのです。」

ハンドラーが子犬を評価し、Vapor Wake トレーニングをカスタマイズするオプションが増えるほど、爆弾探知のために現場に配備できる犬が増えます。

ヴェイパーウェイクの犬は長期間現場に残る可能性があり、そのスキルは持続性が必要です。民間企業であるVWK9は、毎年すべてのヴェイパーウェイクの犬を管理・再評価し、パフォーマンスの質を確認しています。そのため、研究者たちは、どの犬が長期的に成功するかを判断する鍵を最終的に解明できることを期待しています。「fMRI研究には弱点があります。十分な時間をかけてデータを分析すれば、そこから何かを引き出すことができます」とカッツ氏は言います。「ですから、重要なのは、fMRIデータ、行動データ、遺伝学、そしてあらゆる技術を組み合わせ、それらがすべて同じ説明に収束し始めたら、良いストーリーが生まれるということです。」

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